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Fiber to the Home (FTTH) ist eine Kommunikationstechnologie, bei der Signale über Glasfasern direkt in die Häuser der Nutzer übertragen werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Kupferkabelverbindungen bietet FTTH eine höhere Bandbreite, schnellere Übertragungsgeschwindigkeiten und längere Übertragungsentfernungen. In den letzten Jahren hat sich FTTH aufgrund des schnellen Wachstums von Internetanwendungen und der steigenden Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitsbreitband zur Mainstream-Wahl für den Breitbandzugang entwickelt.

FTTH-Netzwerke nutzen hauptsächlich zwei Arten von Architekturen: Passive Optical Network (PON) und Active Optical Network (AON). PON-Systeme basieren auf passiven Splittern, um optische Signale zu verteilen, ohne dass Geräte mit Strom versorgt werden müssen, während AON-Systeme aktive Geräte wie Switches und Router verwenden, um die Signale zu verstärken und zu verteilen.

Hauptimplementierungsmethoden von FTTH-Netzwerken: PON und AON

FTTH-Netzwerke nutzen hauptsächlich zwei Implementierungsmethoden: Passive Optical Network (PON) und Active Optical Network (AON). Diese beiden Technologien unterscheiden sich erheblich in der Netzwerkarchitektur, den Schlüsselkomponenten und den Anwendungsszenarien.

Passive optische Netzwerke (PON)

Passive Optical Network (PON) ist eine Art Glasfasernetzwerk, das ohne aktive Zwischengeräte wie Verstärker oder Switches funktioniert.

Im PON-System befindet sich das Optical Line Terminal (OLT) am Ende des Dienstanbieters und verbindet sich über Glasfaser mit mehreren Optical Network Units (ONU) oder Optical Network Terminals (ONT). Die Verteilung optischer Signale zwischen diesen Komponenten erfolgt über passive Splitter. PON-Systeme sind für ihre geringen Kosten und einfache Wartung bekannt und werden daher häufig in FTTH-Netzwerken eingesetzt.

Aktives optisches Netzwerk (AON)

Active Optical Network (AON) basiert auf aktiven Zwischengeräten wie Switches und Routern, um optische Signale zu verstärken und zu verteilen.

Im AON-System verfügt jeder Benutzer über eine individuelle Glasfaserverbindung zu einem zentralen Switch oder Router, was eine höhere Bandbreite und eine flexiblere Verwaltung der Servicequalität ermöglicht. Obwohl die anfänglichen Einrichtungskosten für das AON-System höher und die Wartung komplexer sind, machen es seine Leistungs- und Servicequalitätsvorteile für High-End-Anwendungen wettbewerbsfähig.

Passive optische Netzwerke (PON)

Passive Optical Network (PON) ist ein Glasfaser-Zugangsnetzwerk, das ohne die Notwendigkeit aktiver Zwischengeräte wie Verstärker oder Switches funktioniert. Die Kernkomponente eines PON-Systems ist der passive Splitter, der optische Signale vom Optical Line Terminal (OLT) an mehrere Optical Network Units (ONU) oder Optical Network Terminals (ONT) verteilt. Das Fehlen aktiver Verstärkungs- und Weiterleitungsgeräte macht das PON-System einfach in der Struktur, kostengünstig und leicht zu warten.

Im PON-System befindet sich das OLT in der Zentrale des Dienstanbieters und ist dort für die Datenübertragung an die ONU jedes Benutzers verantwortlich. Die optischen Signale werden mithilfe eines passiven Splitters verteilt, der das Signal von einer einzelnen Glasfaser an mehrere Benutzerterminals verteilt. Diese Punkt-zu-Mehrpunkt-Struktur ermöglicht eine effiziente Nutzung der Glasfaserressourcen.

PON-Systeme nutzen typischerweise die Time Division Multiple Access (TDMA)-Technologie zur Datenübertragung. In der Downstream-Richtung unterteilt das OLT Daten in mehrere Zeitschlitze, die jeweils einer anderen ONU zugeordnet sind. In der Upstream-Richtung überträgt jede ONU Daten in ihrem vom OLT geplanten Zeitfenster und optimiert so den Datenfluss innerhalb des Netzwerks.

CDerzeit gibt es mehrere Standards innerhalb der Passive Optical Network (PON)-Technologie, wobei GPON (Gigabit-fähiges PON) und EPON (Ethernet PON) die bekanntesten sind. Diese beiden Standards weisen erhebliche Unterschiede in ihren technischen Eigenschaften, Anwendungsszenarien und Leistungsmetriken auf.

Aktives optisches Netzwerk (AON)

Aktive optische Netzwerke (AON) sind Punkt-zu-Punkt-Glasfaserzugangsnetzwerke, die zur Signalverstärkung und -verteilung auf aktive Geräte wie Switches und Router angewiesen sind. Im Gegensatz zu passiven optischen Netzwerken (PON) verwendet AON aktive Komponenten zur Verwaltung und Verarbeitung optischer Signale und bietet so eine höhere Bandbreite und eine flexiblere Dienstqualitätsverwaltung.

Im AON-System verfügt jeder Benutzer über eine dedizierte Glasfaserverbindung zu einem zentralen Switch oder Router. Das zentrale Gerät ist für die Verteilung der Daten an alle Benutzer und den Empfang der von ihnen hochgeladenen Daten verantwortlich. Diese Punkt-zu-Punkt-Topologie stellt sicher, dass jeder Benutzer über eine dedizierte Glasfaserbandbreite verfügt, wodurch die bei anderen Systemen üblichen Probleme der Bandbreitenteilung vermieden werden.

AON setzt typischerweise Ethernet-Technologie ein und nutzt Ethernet-Switches für die Datenweiterleitung und -verwaltung. Aufgrund der Reife und weiten Verbreitung der Ethernet-Technologie sind AON-Systeme hochkompatibel und einfach zu bedienen.

PON vs. AON

Netzwerkarchitekturen

PON-Architektur：

• Punkt-zu-Multipunkt：PON verwendet eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Architektur, bei der das Optical Line Terminal (OLT) optische Signale über passive Splitter an mehrere Optical Network Units (ONU) oder Optical Network Terminals (ONT) verteilt.
• Passive Bauteile:Splitter in PON sind passive Komponenten, die keine Stromversorgung oder Wartung erfordern, wodurch die Betriebs- und Wartungskosten gesenkt werden.
• Zentralisierte Verwaltung：PON arbeitet mit zentraler Verwaltung, bei der alle Verwaltungs- und Kontrollfunktionen im OLT konzentriert sind, was die Netzwerkverwaltung und -konfiguration vereinfacht.

AON Die Architektur：

• Punkt zu Punkt：AON verwendet eine Punkt-zu-Punkt-Architektur, bei der jeder Benutzer über eine unabhängige Glasfaserverbindung zu einem zentralen Switch oder Router verfügt.
• Aktive Komponenten:AON ist auf aktive Geräte wie Switches und Router angewiesen, um Signale zu verstärken und zu verteilen, was eine Stromversorgung und regelmäßige Wartung erfordert.
• Verteiltes Management:AON nutzt verteiltes Management, bei dem Netzwerkmanagement- und Steuerungsfunktionen auf verschiedene aktive Geräte verteilt sind, was eine höhere Flexibilität und Skalierbarkeit bietet.

Bandbreite

• PON：Aufgrund der Punkt-zu-Mehrpunkt-Struktur teilen sich mehrere Benutzer die gesamte Bandbreite des OLT. Dies kann zu Spitzenzeiten zu einem Bandbreitenwettbewerb führen. Typische GPON-Systeme bieten eine Downstream-Rate von 2,5 Gbit/s und eine Upstream-Rate von 1,25 Gbit/s, während EPON-Systeme symmetrische Raten von 1 Gbit/s haben.
• AON：AON stellt jedem Benutzer dedizierte Glasfaserbandbreite zur Verfügung und bietet so höhere Übertragungsraten und eine stabilere Leistung. Ethernet AON kann Bandbreiten von bis zu 10 Gbit/s oder mehr liefern.

Latenz

• PON：Die passiven Splitter in PON führen nicht zu zusätzlicher Latenz. Allerdings kann der TDMA-Mechanismus (Time Division Multiple Access) in der Upstream-Verbindung aufgrund der gemeinsamen Nutzung der Bandbreite durch mehrere Benutzer zu einer gewissen Latenz führen.
• AON：Aktive Geräte in AON führen zu einer gewissen Verarbeitungsverzögerung, aber da jeder Benutzer über eine dedizierte Bandbreite verfügt, ist die Gesamtlatenz geringer und stabiler.

Übertragungsentfernung

• PON：Die Übertragungsentfernung bei PON ist aufgrund der Einfügungsdämpfung passiver Splitter auf etwa 20 Kilometer begrenzt. Eine Vergrößerung dieser Distanz ist durch das Hinzufügen von Repeatern möglich, jedoch mit höheren Kosten und höherer Komplexität.
• AON:AON verlässt sich auf aktive Geräte zur Verstärkung und Weiterleitung von Signalen und ermöglicht so längere Übertragungsentfernungen, die für ausgedehnte Versorgungsgebiete geeignet sind.

Kosten

• PON：Der Einsatz passiver Komponenten wie Splitter in PON reduziert die anfänglichen Baukosten und Betriebskosten und macht es für groß angelegte Einsätze und kostensensible Anwendungen geeignet.
• AON:Der Einsatz aktiver Geräte wie Switches und Router durch AON führt zu höheren anfänglichen Bau- und Betriebskosten und eignet sich für Szenarien, die eine hohe Bandbreite und eine hohe Servicequalitätssicherung erfordern.

Wartung

• PON：Da es keine aktiven Geräte im mittleren Netzwerk gibt, erfordern passive Komponenten in PON keine Wartung, was die Betriebs- und Wartungskosten senkt.
• AON:Aktive Geräte in AON erfordern regelmäßige Wartung und Stromversorgung, was die Betriebs- und Wartungskosten erhöht, aber eine höhere Verwaltungsflexibilität und Servicequalitätssicherung bietet.

Anwendung

PON:

• Breitbandzugang für PrivathaushalteAufgrund der einfachen Struktur, der geringen Kosten und der einfachen Wartung eignet sich PON für den groß angelegten Breitbandzugang in Privathaushalten.
• Zugang für kleine und mittlere Unternehmen：Für kleine und mittlere Unternehmen mit moderatem Bandbreitenbedarf bietet PON eine kostengünstige Breitbandzugangslösung.
• Konvergenz von Sprach-, Video- und Datendiensten：PON unterstützt mehrere Diensttypen und eignet sich für Szenarien, die die Integration von Sprache, Video und Daten erfordern.

AON:

• Breitbandzugang für Unternehmen：AON bietet hohe Bandbreite, geringe Latenz und hochwertige Servicegarantie und eignet sich für Anwendungen auf Unternehmensebene, die eine hohe Bandbreite und Qualität erfordern.
• Verbindung von Rechenzentren：AONs Punkt-zu-Punkt-Architektur und hohe Bandbreitenfähigkeiten machen es ideal für Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen Rechenzentren.
• Fernübertragung：AON kann Signale über aktive Geräte verstärken und weiterleiten, was für Szenarien geeignet ist, die Übertragungen über große Entfernungen und hohe Bandbreite erfordern.