مقایسه نسبی معماری‌های GPON و PTP

رسالت مجموعه هوپیران کمک به ایجاد اقتصاد پویا و تعامل در رشد سطوح علمی در کلیه سیستم های مرتبط به فعالیت این گروه میباشد. این مقاله بر اساس رسالت مجموعه در جهت رضایت بهره برداران پروژه ها تدوین و منتشر شده است و هر گونه کپی برداری از آن بدون ذکر منابع غیر مجاز میباشد. 

مدیریت فیبر و فضا: تفاوت اساسی بین معماری مبتنی بر PON و معماری PTP در تعداد فیبرهای نصب شده و مدیریت آن‌ها است. در معماری PTP باید تعداد زیادی فیبر در اداره مرکزی مدیریت شود، بنابراین در این معماری نسبت به پیاده‌سازی‌های GPON به فضای بیش‌تری نیاز است. هم‌چنین، به دلیل اتصال فیبر نادرست / معیوب، شکست‌های بیش‌تری در شبکه رخ می‌دهد و در نتیجه شبکه بیش‌تر مستعد خطاهای مدیریتی انسانی است. از آنجایی که GPON نسبت به PTP نیاز به فضای کم‌تری در اداره مرکزی دارد بنابراین مشتریان می‌توانند به هر واحد تبادلی متصل شوند، در نتیجه واحد تبادل کم‌تری در سراسر شبکه نیاز خواهد بود.

کارهای عمرانی: بین تعداد فیبرهای مورد نیاز در معماری شبکه PTP و فضای در دسترس در شبکه زیرساخت‌ها (داکت‌ها) جهت تعیین مسیر تمام فیبرها، رابطه مستقیم وجود دارد. کمبود فضای موجود در شبکه زیر ساختاری ممکن است نیاز به کارهای عمرانی اضافی جهت ارتقاء ظرفیت شبکه زیرساختی را به وجود آورد که این امر باعث افزایش قابل توجه هزینه اپراتورهای متصل به هر خانه می‌شود.

مقیاس‌پذیری پهنای باند: اغلب سیستم‌های PTP به عنوان سیستم‌های مقیاس‌پذیری در نظر گرفته می‌شوند زیرا این شبکه‌ها ظرفیت اختصاصی را به زیرساخت‌ها اختصاص می‌دهند. این موضوع در تضاد با سیستم‌های GPON است که ظرفیت مشترکی را در یک رسانه مشترک فراهم می‌آورند. در نتیجه، هر مشترک PTP می‌تواند مستقل از دیگر مشترکین ارتقاء یابد اما این امکان در سیستم GPON پشتیبانی نمی‌شود. علاوه بر این، لازم به ذکر است که واحد شبکه نوری «ONT» در یک GPON دارای نرخ داده خطی است که این موضوع پیاده‌سازی آن را نسبت به یک واحد شبکه نوری PTP پیچیده‌تر (و بنابراین گران‌تر) می‌کند.

عیب‌یابی: نتایج تحقیقات نشان می‌دهند که عیب‌یابی GPON نسبت به PTP بسیار دشوارتر است. هنگامی‌که فیبر بین تقسیم‌کننده و کاربر نهایی شبکه GPON شکسته می‌شود، شناسایی انشعاب قطع شده دشوار است. در شبکه‌هایPTP، اگر اتصال یک کاربر قطع شود، از آنجایی که آن کاربر به تنهایی از فیبر استفاده می‌کند، پس ردیابی خطا ساده است. ارائه‌دهندگان GPON نیز چند طرح برای حل این مشکل لحاظ نموده‌اند.

تقارن سرویس: GPON نامتقارن است زیرا در حال حاضر سرعت downstream (مرکز به طرف مشترک) معادل 5/2 گیگابیت در ثانیه و سرعت upstream (مشترک به طرف مرکز) معادل با 25/1 گیگابیت در ثانیه را ارائه می‌دهد. در مقابل، معماری‌های PTP سرویس متقارنی را عرضه می‌کنند زیرا از فناوری مبتنی بر اترنت استفاده می‌کنند که به نرخ داده‌های نامتقارن استاندارد GPON محدود نمی‌شود.

امنیت: از بسیاری جهات، معماری GPON با توجه به ماهیت اشتراکی رسانه مستعد حملات انکار سرویس «DoS» هستند. به عنوان مثال، اگر یک ONT به طور مداوم از طرف مشترک به مرکز «upstream» سیگنال انتقال دهد، آن‌گاه از انتقال داده توسط دیگر مشترکین جلوگیری شده و سرویس آن‌ها نادیده گرفته می‌شود. اپراتورهای GPON فعلی پروتکلی را اجرا کرده‌اند به طوری که اگر یک ترمینال شبکه نوری «ONT» سازگار با استانداردها، بسته‌هایی را خارج از زمان‌بندی خود انتقال دهد، ترمینال خط نوری «OLT» آن ترمینال شبکه نوری «ONT» را خاموش می‌کند. بااین‌حال، این پروتکل از شبکه در برابر یک حمله مخرب خاص، برای مثال حمله یک لیزر غیر سازگار به GPON محافظت نمی‌کند. این وضعیت نمی‌تواند در یک شبکه PTP رخ دهد زیرا مشترکین به‌طور فیزیکی از طریق فیبرهای جداگانه از یکدیگر جدا شده‌اند.

محدوده دسترسی: در حال حاضر، سیستم‌های GPON تا محدوده 20 کیلومتر را پوشش می‌دهند، درحالی‌که سیستم‌های PTP معادل تنها تا محدوده 10 کیلومتر را تحت پوشش دارند. این محدوده‌ها قابل تغییر نیستند. محدوده‌های GPON و PTP با استاندارد خاص آن‌ها تنظیم شده‌اند. این فناوری‌ها به ترتیب توسط FSAN/ITU و IEEE استاندارد شدند. به نظر می‌رسد که تفاوت در محدوده می‌تواند به علت محدودیت‌های قدرت لیزر سیستم‌های PTP باشد که این محدودیت‌ها برای فراهم آوردن امکان رقابت بر روی هزینه با GPON اعمال شده‌اند.

مصرف انرژی: درگاه‌های GPON نسبت به همتاهای PTP، انرژی بیش‌تری مصرف می‌کنند. با این حال، در سیستم PTP برای هر مشترک در واحد تبادل به یک درگاه نیاز است، درحالی‌که هر درگاه در سیستم GPON را می‌توان به 32 یا 64 مشترک عرضه کرد. درگاه‌های GPON و PTP کاملاً متفاوت هستند: درگاه‌های PTP در سرعت 100 مگابیت بر ثانیه (یا 1 گیگا بیت بر ثانیه) عمل می‌کنند و درگاه‌های GPON در سرعت downlink (مرکز به طرف مشتری) معادل 5/2 گیگابیت بر ثانیه و سرعت uplink (مشترک به طرف مرکز) معادل 25/1 گیگابیت بر ثانیه اجرا می‌شوند. راندمان نسبی انرژی سیستم‌های GPON و PTP به میزان استفاده از سرویس بستگی دارد و در عمل، درگاه‌های GPON همیشه با ظرفیت کامل اجرا نمی‌شوند. صرفه‌جویی در انرژی هنگامی حاصل می‌شود که چندین مشترک انرژی کارت ترمینال خط نوری «OLT» با سرعت 5/2 گیگابیت بر ثانیه را به اشتراک گذارند؛ بنابراین هنگامی که تعداد مشترکین زیادی از هر درگاه سیستم‌های GPON استفاده کنند (بالاتر از %30 ظرفیت درگاه) آنگاه سیستم‌های GPON نسبت به سیستم‌های PTP در واحد تبادل راندمان انرژی بهتری دارند. بااین‌حال، هنگامی‌که تعداد مشترکین یک شاخه GPON کم باشد (در حدود 3-2 مشترک)، انرژی اضافی مورد نیاز برای ترمینال خط نوری «OLT» به تعداد کاربران کمی عرضه می‌شود بنابراین مصرف انرژی در مقایسه با سیستم PTP معادل تغییر قابل توجهی نخواهد داشت.

از منظر زیست محیطی نیز در نظر گرفتن مصرف بیش‌تر انرژی در ترمینال‌های شبکه نوری GPON نسبت به ترمینال شبکه نوری PTP مهم است. دلیل این امر این است که ترمینال شبکه نوری GPON باید در نرخ انتقال بیت (5/2 گیگابیت بر ثانیه در سیستم‌های کنونی کار کند) و ترمینال شبکه نوری PTP مبتنی بر اترنت است و در نرخ‌های پایین‌تر (معمولاً 100 مگابیت بر ثانیه) عمل می‌کند. سیسکو «Cisco» در مورد مصرف کلی سیستم (OLT و ONT) چنین استدلال می‌کند که نقطه شکست بین GPON و PTP زمانی حاصل می‌شود که در هر انشعاب GPON حدود 10 مشترک متصل باشند. با این حال، مصرف ONT تأثیر مستقیمی بر روی هزینه‌های عملیاتی اپراتور ندارد. مصرف برق کلی برای سیستم‌های GPON و PTP در شکل 3. 4 نشان داده شده است.

شکل 4.3: مصرف انرژی به ازای هر مشتری در سیستم GPON با حدود 10 مشترک (30% ظرفیت درگاه) متصل به هر درگاه منبع: Cisco 

کابل OSP پسیو: معماری‌های GPON و PTP به هیچ تجهیزات فعالی «active» نیاز ندارند. در مورد PON، ممکن است یک تقسیم‌کننده مورد نیاز باشد اما احتمالاً به دلیل ماهیت پسیو «Passive» آن عملیات موفقیت‌آمیزی نخواهد داشت.

قابلیت واگشایی «unboundling»: موضوع اصلی این گزارش، قابلیت واگشایی شبکه‌های FTTH است. ازآنجایی‌که معماری PTP دسترسی اختصاصی به کاربر نهایی را عرضه می‌کند، اتصال فیزیکی به این کاربر نهایی در اداره مرکزی برای یک اپراتور شخص ثالث نسبتاً آسان است. بااین‌حال، در معماری GPON زیرساخت بین 32 مشترک در یک انشعاب GPON به اشتراک گذاشته می‌شود، بنابراین واگشایی چنین شبکه‌هایی دشوارتر است (اما همان‌طور که در بخش 3-2 نشان داده شد، غیرممکن نیست). مزایا و معایب معماری PTP در مقابل GPON به‌طور خلاصه در جدول 5.3 آورده شده است.

جدول 5.3: GPON در مقابل PTP – مزایا و معایب نسبی منبع: Analysys MaSon