GPON - Gigabit Passive Optical Network (ITU G.984)

GPON ist ein Übertragungssystem auf Basis eines Glasfasernetzes, das die ITU im Jahr 2003 mit der Bezeichnung "G.984 Gigabit capable passive optical networks" standardisiert hat.
In der Regel wird GPON und die Variante GEPON als Nachfolger von ATM-PON und BPON (G.983) verwendet, um beliebige Endpunkte per Glasfaser an ein öffentliches Netz anzubinden. Beispielsweise zur Versorgung von DSLAMs für DSL-Anschlüsse oder direkt von Endkundennetzen per Glasfaser.

  • GEPON - Gigabit Ethernet Passive Optical Network
  • 10GEPON - 10 Gigabit Ethernet Passive Optical Network
  • XGS-PON - 10-Gigabit-Capable Symmetric Passive Optical Network
  • NG-PON2 - 40-Gigabit-Capable Passive Optical Network (Next Generation PON 2)

Auf Seiten der Lichtwellenleiter gibt es zwischen verschiedenen Technik-Generationen keine Komplikationen. Netzbetreiber können die Techniken parallel auf einer Glasfaserinfrastruktur abbilden, da sie über verschiedene Lichtwellenlängen realisiert werden.

Übertragungsgeschwindigkeit

Über den GPON-Splitter müssen sich alle Nutzer eine Bandbreite von 2,48 GBit/s (rund 2,5 GBit/s) im Downstream und 1,24 GBit/s (rund 1,25 GBit/s) im Upstream teilen.

NG-PON2 kann in vier Lichtwellenlängen 40 GBit/s erreichen. Pro Teilnehmer sind symmetrisch maximal 10 GBit/s möglich.

GPON-Netzarchitektur

GPON-Netzarchitektur

Die GPON-Netzarchitektur wird als Optical Distribution Network, kurz ODN, bezeichnet. GPON stützt sich auf ein passives Verteilnetz mit einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie und orientiert sich an der sternförmigen Kabelinstallationen des Festnetzes. In der Vermittlungsstelle ist ein OLT (Optical Line Terminator) installiert. Von dort verläuft ein Glasfaserkabel zu den Verteilern, die am Straßenrand stehen. Im Straßenverteiler ist ein passiver optischer Splitter installiert, der wie ein Prisma funktioniert. Das Lichtsignal wird an mehrere Ausgänge gestreut, an denen die Endpunkte der Glasfaser-Verkabelung angeschaltet sind.. Der PON-Splitter ist ein rein passives Bauteil. Er braucht keine Energieversorgung. Mit dem Splitter wird das Signal auf 32 bzw. 64 Fasern verzweigt, die zu den Teilnehmern verlaufen. Am Ende der Glasfaser, also auf der Kundenseite, ist ein ONU (Optical Network Unit) und ein ONT (Optical Network Terminator) installiert. Meist ist das ONT in den ONU integriert. Das ONU ist das Endgerät beim Kunden. Dieses optische Modem kann sehr einfach aufgebaut und preiswert sein. Die Strecke zwischen Kunde und Vermittlung darf bis zu 20 Kilometer betragen. GPON funktioniert deshalb auch in ländlichen Gebieten.

Der Vorteil von passiven Glasfasernetzen sind die niedrigeren Kosten im Vergleich zu Glasfasernetzen mit aktiven Komponenten (zum Beispiel PtP).

GPON-Übertragungstechnik

GPON-Übertragungstechnik

Der optische Splitter verteilt das Downstream-Signal (Sendesignal von der Vermittlungsstelle) gleichmäßig auf 32 oder 64 Ausgänge. Das bedeutet, alle Teilnehmer empfangen das gleiche Signal. Also auch die Daten, die für die anderen Teilnehmer bestimmt sind. Damit kein Abhören möglich ist, werden die Daten individuell mit AES verschlüsselt. Der Empfänger kann nur die Daten entschlüsseln, für die er den Schlüssel hat.
Umgekehrt leitet der Splitter das Upstream-Signal (Sendesignal vom Teilnehmer) nur in Richtung der Vermittlung weiter.
Downstream und Upstream werden über unterschiedliche Wellenlängen abgewickelt. Der Downstream läuft mit 1490 nm, der Upstream mit 1310 nm. GPON kann auch zwei Fasern nutzen. Eine für den Downstream und eine für den Upstream. Dann kommt nur eine Farbe (1310 nm) zum Einsatz.

Im Gegensatz zu Ethernet arbeitet GPON synchron. Im Downstream werden die Daten per Zeitmultiplex (TDMA) zugeordnet. Bedarfsweise kann der OLT den Teilnehmern unterschiedlich viele Zeitschlitze zuteilen und die Downstream-Bandbreite dynamisch anpassen. Falls der Netzbetreiber das anbietet und gerade genug Bandbreite verfügbar ist, könnte ein Teilnehmer zumindest theoretisch fast 2,5 GBit/s Bandbreite zugeteilt bekommen. Was natürlich voraussetzt, dass die Gegenstelle im Netz die Daten so schnell liefern kann.
Der synchrone Betrieb hat den Vorteil, dass der Netzbetreiber Bandbreite reservieren und Quality-of-Service garantieren kann.
Damit der passive Splitter auch im Upstream funktioniert, wird auch hier ein Zeitschlitz-Verfahren (TDMA) angewendet, um den Vielfachzugriff zu steuern. Damit es dabei nicht zu Kollissionen kommt, synchronisiert sich der OLT mit den angeschlossenen ONUs. Die ONUs dürfen dann nur in den ihnen zugewiesenen Zeitschlitzen senden. Auch im Upstream kann der OLT dem ONU mehr Bandbreite zuweisen und auch wieder entziehen.
GPON ist auf die Interessen von Netzbetreibern abgestimmt. Es bietet umfangreiche Management-Funktionen für die Betriebssteuerung, ist multiprotokollfähig und erlaubt neben TDM- auch Ethernet- und ATM-Datenverkehr.

GPON für unterschiedliche Anwendungen

Die größte Herausforderung besteht darin, ein einziges System zu entwickeln, das die Anforderungen verschiedener Zugangsdiensten erfüllt und gleichzeitig für Massenmarktanwendungen günstig genug ist.

GPON-Lösungen unterstützen eine begrenzte Anzahl von echten Gigabit-Anschlüssen und sind nicht für symmetrische Geschäfts- und Backhaul-Dienste ausgelegt.

Erst die PON-Techniken der nächsten Generation sind in der Lage Privat-, Geschäfts- und Backhaul-Dienste über ein gemeinsames optisches Verteilernetz (ODN Optical Distribution Network) unter Verwendung einer Kombination von Punkt-zu-Punkt-Diensten und Punkt-zu-Mehrpunkt-Techniken zu bedienen.

Übersicht: Glasfasertechnik

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