در طی دهه‌ی گذشته، شبکه‌های نوری از طریق فراهم آوردن پهنای باند روزافزون، بستری برای رشد بازار مخابرات و برآورده کردن نیازهای در حال رشد شبکه‌های صدا و اطلاعات فراهم آورده‌اند. با این که سرمایه‌گذاری های عظیمی روی شبکه‌های کلان‌شهری و پایه انجام شده‌ است، اما درخواست‌ روزافزون افزایش پهنای باند در شبکه‌های محلی (LAN) از منابع موجود پیشی گرفته و باعث ایجاد شکافی موسوم به گلوگاه دسترسی شده است.

 زمانی که درخواست‌های پهنای باند بالا را در کنار حساسیت بالای هزینه قرار می‌دهیم، چالش بزرگتری برای شبکه‎های دسترسی ایجاد می‌شود. راهکارهای سنتی بر پایه ی SONET/SDH یا اترنت، نه مقرون به صرفه‌اند و نه  به عنوان جایگزینی در حیطه‌ی دسترسی نوری مقیاس پذیرند. در این ‌جا است که شبکه‌های پسیو نوری (PON) به طور کلی -و تکنولوژی نوظهور GPON به طور خاص- با روشهای مقرون به صرفه، انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر برای ارائه ی قابل اطمینان سرویسهای صدا و دیتا در شبکه های دسترسی وارد میدان می‌شوند.

GPON گام بعدی در شبکه های دسترسی نوری

شکل 1. معماری معمول PON

PON چیست؟

یک PON از یک پایانه خط نوری (OLT)  واقع در اداره‌ی مرکزی (CO) ، و یک سری پایانه شبکه‌ی نوری (ONT) واقع در محل استقرار مشتری تشکیل شده است. بین این دو، شبکه‌ی توزیع نوری (ODN) قرار گرفته که از فیبرها و اسپلیترها یا کوپلرها تشکیل شده است. (شکل 1) با وجود فیبرها و اسپلیترهای نوری پسیو، نیازی به دستگاه‌های فعال (active) در مرکز توزیع شبکه ی دسترسی نیست و هزینه‌ی نگه‌داری کاهش می‌یابد. دیتای فرستاده شده از طرف مرکز، از OLT به هر ONT مخابره می‌شود و هر ONT دیتای دریافتی خود را با تطابق آدرس سرآیند پروتکل، پردازش می‌کند. به دلیل ماهیت اطلاعاتی ODN، روش ارسال ترافیک از کامپیوترها به شبکه پیچیده‌تر است؛ برای جلوگیری از تداخل، انتقالات بین هر ONT و OLT باید هماهنگ شوند. دیتای فرستاده شده از کامپیوترها از طریق مکانیزم‌های کنترل در OLT، با استفاده از پروتکل دسترسی چندگانه بخش زمانی (TDMA) مخابره می‌شوند، که در آن به هر ONT خاص، بازه‌های زمانی مشخص برای انتقال دیتا اختصاص می یابد. سپس بازه‌های زمانی هماهنگ می‌شوند تا  ترافیک انتقالی از ONT های متفاوت، تداخل نداشته باشند.

تاریخچه‌ ی PON

برای فهم کامل روش‎های رقیب PON و مزیت‌های GPON به عنوان تکنولوژی پیشتاز آینده، نخست باید تاریخچه‌ی پیشرفت PON در طی سالهای گذشته را مطالعه کرد.

نخستین فعالیت PON در اواسط دهه ی 1990 بود، زمانی که گروهی از مهم‌ترین اپراتورهای شبکه کنسرسیوم   FSAN)Full Service Access Networks) را بنیان نهادند. نتیجه‌ی این کوشش اولیه، سیستم PON 155-/622-Mbit/sec مشخص‌شده در سری استانداردهای ITU-T G.983 بود. این سیستم به سیستم پهنای باند (PON (BPON یا سیستم   ATM PON)APON) نیز مشهور است، زیرا از ATM به عنوان پروتکل حامل خود استفاده می‌کند. 

با آگاهی از چشم‌انداز عظیمی که در پیش‌روی بازار دسترسی نوری قرار دارد، IEEE در اوایل سال 2001، گروه اترنت در مایل اول (EFM) را پایه‌گذاری کرد. تمرکز کار 802.3ah)EFM) براستاندارسازی یک سیستم 1.25-Gbit/sec متقارن اختصاصی برای انتقال اترنت بود.

درهمان سال، گروه FSAN پروژه‌ی جدید دیگری را برای استانداردسازی شبکه‌های PON با نرخ ارسال بالای 1 Gbit/sec آغاز کرد. جدا از نیاز به پشتیبانی از نرخ‌های ارسال بالاتر، کل پروتکل با هدف پشتیبانی کارآمد ازسرویس‌های متفاوت در دست بررسی دوباره قرار دارد. 

به همت این تلاشهای FSAN، راهکاری جدید در بازار دسترسی نوری ظاهر شده است: PON گیگابیت (GPON)، که علاوه بر پشتیبانی بی‌سابقه از نرخ‌های ارسال بالا، انتقال سرویس‌های مختلف -خصوصا دیتا و TDM- در فرمت‌های اصلی را با بازدهی بسیار بالا ممکن می‌سازد. 

GPON- PON در حالت اصلی

GPON نوید نرخ ارسال بالاتر و کارایی بیشتر در زمان استفاده‌ی همزمان از چند سرویس را می‌دهد. مهم‌ترین ویژگی‌های GPON، طبق شرایط پیشنهادی گروه FSAN، به شرح زیر است:

• پشتیبانی کامل سرویس، شامل صدا (TDM)، اترنت، ATM، خطوط اجاره‌ای و غیره.

• برد فیزیکی حداقل 20 کیلومتر همراه با برد منطقی 60 کیلومتر.

• پشتیبانی از نرخ‌های ارسال متفاوت در یک پروتکل، شامل622 Mbits/sec متقارن،  1.25 Gbits/sec متقارن، 2.5 Gbits/sec از کامپیوترها به شبکه و 1.25 Gbits/sec از شبکه به کامپیوترها، و غیره.

• توانایی‌ بالای عملیات، مدیریت، نگه‌داری و آماده‌سازی (OAM&P)، با قابلیت مدیریت سرویس در تمام مراحل.

• امنیت در سطح شبکه برای ترافیک کامپیوترها به شبکه، به دلیل ماهیت چندپخشی PON.

بازدهی و عملکرد سیستم

مهم‌ترین فاکتور در بررسی هزینه‌ی کلی یک راهکار، فاکتور بازدهی است که همه‌ی پهنای باند قابل فروش به عنوان سرویس در سیستم را مشخص می‌کند. 

در مقایسه‌ی سیستم‌های PON، مانند APON، EPON یا GPON، با فرض نرخ ارسال مساوی 1.25 Gbits/sec، با اطمینان می‍توان گفت که قیمت خود سیستم در همه‌ی آن‌ها بسیار نزدیک است. بخش بزرگی از هزینه‌ی سیستم، بابت واسط نوری وابسته به پروتکل PON است. بقیه‌ی اجزای سیستم نیز به همین صورت و بر طبق مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC) و دیگر اجزای استاندارد قیمت‌گذاری می‌شوند.

با فرض هزینه‌ی یکسان برای خود سیستم‌ها، بازدهی تنها فاکتور مهم در تعیین هزینه‌ی هر بیت، یا میزان "بیت‌های سودمند" است که می‌توان از هر شبکه انتظار داشت. شبکه‌ای با بازدهی 100% ،1.25 Gbits/sec ظرفیت پذیرش آزاد فراهم می‌کند، در حالی که شبکه‌ای با بازدهی 50% تنها 622 Mbits/sec ظرفیت دارد. در نتیجه دو سیستم برای ارائه‌ی همان میزان ظرفیت مورد نیاز است، و هزینه‌ی فعالیت شبکه دو برابر می‌شود.

جدول بالا بازدهی کلی PON در پروتکل‌های مختلف، بر اساس یک آنالیز مدل ترافیک انجام شده توسط گروه FSAN نشان می‌دهد. با در کنار هم گذاشتن درصدهای بازدهی و نرخ‌های انتقال متفاوت هر پروتکل، میتوان پنهای باند کل در دسترس برای سرویس‌ها یا ترافیک مشتری را به دست آورد، که به صورت "بیت‌های سودمند" در دسترس برای هر سیستم تعریف شده است.

مقیاس‌ پذیری در محیط چند سرویسی

GPON نه تنها بازدهی بسیار بیشتری به عنوان شبکه ی انتقال دارد، بلکه سادگی و مقیاس‌پذیری بالا آن را گزینه‌ی مناسبی برای پشتیبانی از سرویس‌های دیگر در آینده کرده است. 

GPON، از طریق متد تطبیق مبتنی بر روش فریم‌های عمومی (GFP)، راه انتقال روشنی برای افزودن سرویس‌های دیگر به PON بدون اختلال در تجهیزات فعلی یا تغییر لایه‌ی انتقال ارائه می‌کند. در مقایسه با APON و EPON که هر دو به روش خاص تطبیق برای هر سرویس، و توسعه روش‌های جدید برای سرویس‌های نوظهور نیاز دارند- بنیان اصلی GPON یک روش تطبیق کلی است، که روشهای تطبیقی برای همه‌ی سرویس‌های ممکن را پوشش می‌دهد. 

جمع‌بندی

GPON پیشرفته‌ترین پروتکل PON در بازار امروز است، که امکان پشتیبانی از چند سرویس را داشته، غنی‌ترین مجموعه ویژگیهای OAM&P را ارائه می‌کند و بازدهی‌ای بسیار بالاتر از تکنولوژیهای مبتنی بر ATM و اترنت PON دارد.

علاوه بر این، GPON پایین‌ترین قیمت را برای همه‌ی مدل‌های کارکرد دارد. نه تنها قیمت احتمالی خود سیستم به دلیل عدم نیاز به تطبیق خارجی پایین است، بازدهی بسیار بالای آن نیز باعث تولید "بیت‌های سودمند" بیشتر در همان سیستم نیز می‌شود، یعنی دوره‌ی بازگشت سرمایه بسیار کوتاه‌تر خواهد بود.

GPON با تضمین سادگی و مقیاس‌پذیری در مواجهه با سرویس‌های جدید و نوظهور، راه انتقال روشنی را برای استفاده از سرویس‌های نوظهور بدون اختلال در تجهیزات فعلی GPON یا تغییر در لایه‌ی انتقال ارائه کرده است.

شکل 2. مکان‌شناسی شبکه‌ی PON/GPON