مقاله ها

تفاوت شبکه های پسیو نوری EPON و GPON

ایپان (EPON) و جیپان (GPON) نسخه های محبوب شبکه های نوری پسیو یا همان PON ها می باشند. این شبکه های خط-کوتاه کابل فیبر نوری برای دسترسی اینترنت، صدا بر روی آیپی (ویپ VOIP) و تلویزیون های دیجیتال در محیط های شهری کاربرد دارند.
دیگر کاربرد ها شامل اتصالات بکهول ایستگاه های سلولی، هات اسپات های وای فای و حتی سیستم های توزیع آنتن (DAS) می شوند.
تفاوت های اصلی بین آنها در پروتکل های بکار رفته در مخابرات دریافتی و ارسالی می باشد.
موضوعات این مقاله:

• شبکه های نوری پسیو (PON) ها
• گیگابیت پان ها Gigabit PON’s
• اترنت پان ها Ethernet PON’s
• چکیده

شبکه های نوری پسیو (PON)

پان یک شبکه فیبر است که فقط از فیبر و قطعات پسیو مانند اسپلیتر ها و وصل کننده ها (کامباینر ها) استفاده می کند بجای قطعات اکتیو مانند آمپلیفایر ها، ریپیتر ها یا مدار های شکل دهنده.
این شبکه ها بطور چشمگیری هزینه کمتری از بکارگیری قطعات اکتیو خواهند داشت. بزرگترین عیب آنها بازه پوشش کوچک محدود به توان سیگنال می باشد. با اینکه یک شبکه نوری اکتیو (AON) می تواند تا بازه 100 کیلومتری را پوشش دهد، یک پان (PON) محدود به فیبر کشی حداکثر 20 کیلومتر خواهد بود. به پانها همچنین شبکه های “فیبر به خانه” (FTTH) گفته می شود.
عبارت FFTx نشان میدهد که فیبر تا کجا کشیده شده است. در FTTH، ایکس ما همان خانه خواهد بود. همچنین جاهایی دیده می شود که به آن می گویند FTTP. که P همان Premises یا دارایی ها و سایت ها می باشد. نوع دیگر آن FTTB یا Fiber-to-building است. این سه نوع برای سیستم ها تعیین می کنند که فیبر از کجا تا کجا پیاده سازی شده است از فراهم کننده سرویس تا مشتری. در شکل های دیگر، فیبر تا محل مشتری کشیده نمی شود. بجای آن، به یک گره میانی در همسایگی کشیده می شود. به این نوع FTTN می گویند، یعنی فیبر به Node. نوع دیگر، FTTC می باشد یا فیبر به زنجیر (Curb). در این نوع نیز فیبر به خانه کشیده نمی شود. شبکه های FTTC و FTTN ممکن است زوج سیم مسی خط تلفن (UTP) محافظت نشده را استفاده کند تا سرویس ها را با هزینه کمتری بسط دهد. بعنوان مثال، یک خط ADSL پر سرعت داده های فیبر را بدین طریق به دستگاه های مشتری می رساند.

آرایش معمولی PON ها بصورت شبکه نقطه به چند نقطه (P2MP) است بطوریکه ترمینال خط نوری (OLT) در نهاد سرویس دهنده، می آید و تلویزیون یا خدمات اینترنت را توزیع می کند به 16 تا 128 مشتری به ازای هر خط فیبر (شکل را مشاهده کنید). اسپلیتر های نوری دستگاه های پسیو نوری هستند که یک سیگنال نوری تکی را به چندین سیگنال مساوی ولی با توان کمتر تقسیم می کنند و سیگنال ها را به کاربران توزیع می کنند. یک واحد شبکه نوری (ONU) پان را در خانه ی مشتری به پایان می رساند. این ONU معمولاً با یک ترمینال شبکه نوری (ONT) در ارتباط است که می تواند یک باکس مجزا باشد که پان (PON) را به دستگاه تلویزیون، تلفن ها، کامپیوتر ها یا روتر وایرلس شما وصل می کند. ONT و ONU می توانند یک دستگاه باشند.
در روش ابتدایی راه اندازی توزیع دریافتی (داون استریم) بر روی یک طول موج نور از OLT به ONU و ONT، همه ی مشتریان داده های مشترکی را دریافت می کنند. ONU داده هایی که مختص هر کاربر هستند را شناسایی می کند. برای ارسال (آپ استریم) از ONU به OLT، یک تکنیک بخش زمانی (TDM) بکار می رود بطوریکه هر کاربر یک برش زمانی مجزا بر روی طول موج نوری اختصاص خواهد یافت. با این آرایش، اسپلیتر ها بعنوان ترکیب کنندگان نیرو عمل می کنند. انتقالات آپ استریم (ارسالی) که به آنها عملیات حالت پیوسته می گویند، بطور تصادفی روی می دهند، زمانی که کاربر نیاز به ارسال اطلاعات پیدا می کند. سیستم یک برش زمانی اگر لازم بود اختصاص می دهد. از آنجایی که روش TDM چند کاربر را بر روی یک انتقال درگیر می کند، سرعت داده های آپ استریم همیشه آهسته تر از سرعت داون استریم هستند.

جی پان (GPON)

طی سالیان گذشته، استاندارد های پون مختلفی توسعه داده شده اند. در اواخر دهه 1990، اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) استاندارد APON را ایجاد کرد، که مد انتقال ناهمزمان (ATM) را بکار می برد برای انتقال بسته های لانگ هول (دور برد). از آنجایی که ATM دیگر کاربردی نداشت، نسخۀ جدید تری ایجاد شد که بدان پان پهن باند یا BPON گفته می شد. این استاندارد که بعنوان ITU-T G.983 معرفی شد، برای داون استریم 622 Mbits/s و آپ استریم 155 Mbits/s فراهم شده بود.

با اینکه BPON ممکن است هنوز در برخی سیستم ها بکار رود، شبکه های کنونی اکثراً GPON یا Gigabit PON را بکار می گیرند. استاندارد ITU-T آن G.984 می باشد. این پان 2.488 Gbits/s داون استریم و 1.244 Gbits/s آپ استریم را فراهم می کند.
جی پون (GPON) مالتیپلکس بخش عرض طول موجی (WDM) استفاده می کند و بنابراین یک فیبر را می توان برای هم داده های داون استریم و هم آپ استریم استفاده کرد. یک لیزر با طول موج λ) 1490nm) داده های داون استریم را انتقال می دهد. داده های آپ استریم بر روی یک طول موج 1310nm انتقال داده می شوند. اگر TV قرار باشد توزیع شود، یک طول موج 1550nm بکار می رود.
در حالی که ONU تمام سرعت داون استریم 2.488 Gbits/s را می گیرد، GPON یک دستیابی متعدد بخش زمانی (TDMA) را استفاده می کند تا برش های زمانی خاصی را به هر کاربر اختصاص دهد. این پهنای باندرا تقسیم می کند تا هر کاربر بخشی از آن مثلاً 100 Mbits/s را بسته به نحوه تخصیص فراهم کننده را دریافت دارد.
سرعت آپ استریم کمتر از ماکزیمم می باشد، زیرا که آن با دیگر ONU ها مشترک است در طرح TDMA موجود. OLT مسافت و تاخیر زمانی هر مشترک را تخمین می زند، سپس راهی را پیش پا می گذارد تا برش های زمانی برای داده های آپ استریم برای هر کاربر تخصیص داده شود.
تقسیم نوعی یک فیبر نوری 1:32 و 1:64 می باشد. یعنی هر فیبر می تواند 32 تا 64 مشترک را خدمات دهی کند. نسبت های تقسیم تا 1:128 در برخی سیستم ها امکان پذیر می باشند.
دربارۀ فرمت داده ها، بسته های GPON می توانند بسته های ATM را مستقیماً بگردانند. بیاد بیاورید که در بسته های ATM همه چیز در پاکت های 53 بایتی هستند با 48 بایت برای دیتا و 5 بایت برای زاپاس. جی پان نیز یک روش کپسول سازی کلی را بکار می گیرد تا دیگر پروتکل ها را نیز بتواند حمل کند. جی پان می تواند اترنت، IP، TCP، UDP، T1/E1، ویدئو، ویپ یا دیگر پروتکل ها را کپسول سازی کند بنا به نیاز ارسال دیتا. کمترین اندازه بسته 53 بایت است و بیشترین 1518 بایت. رمزنگاری AES تنها برای داون استریم استفاده می شود.
آخرین نسخه از جی پون (GPON) یک ورژن 10 گیگابیت است که به آن XGPON یا 10G-PON می گویند. با افزایش نیاز ویدیویی و خدمات تلویزیونی اوور د تاپ (OTT)، یک نیاز رو به افزایش برای تقویت سرعت های خطوط بوجود آمده است تا داده های حجیم ویدیو های با ریزنمایی بالا (HD) تامین شود. XGPON این منظور را برآورده می سازد. استاندارد ITU آن G.987 می باشد.
بیشترین سرعت (XGPON (10Gbits/s = 9.95328 برای داون استریم و (2.48832=) 2.5Gbits/s برای آپ استریم می باشد. طول موج های WDM مختلفی استفاده می شود، 1577 nm داون استریم و 1270 nm آپ استریم. این اجازه می دهد که خدمات 10 Gbits/s بطور همزمان بر روی فیبر با استاندارد GPON وجود داشته باشند. تقسیم نوری 1:128 و فرمت دهی داده ها همانند GPON می باشد. بیشترین بازه همچنان 20 کیلومتر است. XGPON هنوز بطور گسترده پیاده سازی نشده است ولی یک راه بروزرسانی عالی برای سرویس دهندگان و مشتریان محسوب می شود.

ای پان (EPON)

موسسه مهندسان الکترونیک و برق (IEEE) یک استاندارد پان جدید تری را توسعه داد. بر اساس استاندارد اترنت 802.3، EPON 802.3ah شبکه پسیو مشابهی را با بازه حداکثر20 کیلومتر معین می کند. این شبکه از WDM با فرکانس های نوری مشابه GPON و TDMA استفاده می کند. سرعت دیتای خط بصورت خام 1.25 Gbits/s در هر دو جهت داون استریم و آپ استریم می باشد. بعضی وقت ها شما ممکن است آنرا با نام گیگا بیت اترنت پان یا GEPON بشناسید.
ای پون (EPON) بطور کامل سازگار با دیگر استاندارد های اترنت می باشد، پس هیچ تبدیل یا کپسول سازی (فشرده سازی) خاصی نیاز نیست زمانی که آن به یک شبکه اترنتی در سوی دیگر وصل می شود. همان فریم اترنت با بار مفید نهایت 1518 بایت بکار می رود. ای پان از روش دسترسی CSMA/CD بکار رفته در دیگر نسخه های اترنت استفاده نمی کند! از آنجایی که اترنت فناوری اولیۀ شبکه سازی در LAN ها و MAN ها می باشد، هیچ تبدیل پروتکلی مورد نیاز نیست.
همچنین یک نوع اترنت 10-Gbit/s ملقب به 802.3av وجود دارد. سرعت واقعی خط 1o.3125 Gbits/s می باشد. مود اصلی آن10 Gbits/s آپ استریم و داون استریم هست. یک نوع از آن وجود دارد که 10 Gbit/s داون استریم و همچنین 1 Gbit/s آپ استریم بکار می گیرد. نوع 10 Gbit/s از طول موج های نوری مختلفی بر روی فیبر استفاده می کند، 1575 تا 1580 نانو متر داون استریم و 1260 تا 1280 نانو متر آپ استریم، پس سیستم 10-Gbi/s را می توان بر اساس طول موج مالتی پلکس کرد بر روی یک فیبر بعنوان یک سیستم استاندارد 1-Gbit/s.

چکیده
شرکت های مخابراتی از PON ها استفاده می کنند تا خدمت سه گانه شامل تلویزیون، ویپ فون و اینترنت را به مشترکین سرویس دهی کنند. فایده های آن سرعت های داده بالاتر است که برای توزیع ویدئو و دیگر خدمات اینترنتی ضروری می باشد. هزینه پایین قطعات پسیو به معنی سیستم های ساده تر با اجزای کمتر برای تعمیر یا نگهداری می باشد. عیب اصلی آن کوتاه بودن بازه ممکن بوده که عموماً بیش از 20 کیلومتر ممکن نمی باشد. پان ها (PON’s) در حال کسب محبوبیت بیشتر می باشند زیرا خدمات اینترنت پر سرعت و ویدئو رو به افزایش هستند. GPON محبوب ترین سرویس در ایالات متحده مانند سیستم Verizon’s Foist می باشد. سیستم های EPON در آسیا و اروپا غالب تر می باشند.

مراجع

1. Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008.
2. Lippi’s, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, February 2012.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, presentation for Ericsson, November 2008.