Aktive und passive optische Netze: sieben Mythen und ihr Wahrheitsgehalt PON oder Ethernet-PtP – was ist die bessere letzte Glasfaser-Meile

Der Bedarf nach immer mehr Bandbreite steigt bei Privat- wie bei Geschäftskunden unaufhörlich an. Herkömmliche Kupferadern reichen schon heute kaum noch aus. Der Ausweg lautet: ein Glasfaseranschluss für jeden Kunden. Für die letzte Meile stehen zwei Architekturmodelle bereit: Ethernet-Punkt-zu-Punkt mit aktiver Zugangstechnologie und passive optische Netze. Doch um die vermeintlich preisgünstigere passive Lösung ranken sich zahlreiche von Mythen.

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Der Glasfaser gehört die Zukunft, die Frage ist nur, auf Basis welcher Architektur. Um Privat- und Geschäftskunden anzuschließen, stehen zwei optische Zugangstechnologien zur Verfügung: passive optische Netze (PON) und Ethernet-Punkt-zu-Punkt-Netzstrukturen (Ethernet-PtP) mit aktiven Komponenten.

PON verwendet passive optische Splitter, um das Signal aufzuteilen und eine Glasfaser für mehrere Kunden zu nutzen. Platziert ist der Splitter entweder in einem Außengehäuse oder direkt im Kabelweg. Diese Art der Netzstruktur entspricht einer Punkt-zu-Multipunkt-Struktur (PMP). Dagegen erhält bei Ethernet-PtP-Netzstrukturen jeder Teilnehmer eine „eigene“ Glasfaser, die an einem Zugangsknoten (einem optischen Konzentrator) terminiert wird.

Die Stärke, die eine Schwäche ist

Der vermeintliche Vorteil von PON-Systemen: In der Investitionsphase spart ein Netzbetreiber Geld, weil er nicht so viele Glasfasern verlegen muss, wie wenn er von Anfang an auf eine Ethernet-PtP-Struktur setzen würde. Der Schwachpunkt ist jedoch der optische Splitter. Steigt der Bandbreitenbedarf, muss diese Komponente möglicherweise ersetzt werden. Die anfängliche Stärke geringerer Investitionskosten verwandelt sich im Laufe eines mehr als 20-jährigen Lebenszyklus der Glasfaserinfrastruktur in eine Schwäche – denn bei steigendem Bandbreitenbedarf muss aufgerüstet werden.

In der Diskussion um PON gibt es noch mehr solcher Vorurteile. Keymile greift die am häufigsten anzutreffenden PON-Mythen und -Vorurteile auf und analysiert deren Stichhaltigkeit.

1. Passive optische Netze (PON) eignen sich universell für alle Einsatzgebiete

Zu unterscheiden sind zunächst einmal Anwendungsszenarien für Privat- und Geschäftskunden. Beim Netzausbau kommen in Wohngebieten sowohl Fiber-to-the-Home- (FTTH) als auch Fiber-to-the-Building-Strukturen (FTTB) zum Einsatz.

Mit FTTH werden Netze bezeichnet, bei denen die Glasfaser direkt in Ein- und Zweifamilienhäuser führt – jeder Privatkunde erhält einen Glasfaseranschluss. Wird bei Gigabit-PON (GPON) die Bandbreite von 2,5 Gbit/s in Richtung Teilnehmer von einem 32-fach-Splitter aufgeteilt, erhalten die einzelnen Bewohner rechnerisch eine Bandbreite von 78 Mbit/s im Downstream.

Im Fall von FTTB endet die von mehreren Kunden genutzte Glasfaser im Technikraum beziehungsweise im Keller eines Hauses; ab da geht es dann in die einzelnen Wohnungen. Wollen Netzbetreiber mindestens 50 Mbit/s pro Kunde anbieten, reicht in einem GPON-System der Anschluss an einen 32-Port-Splitter schon bei mehreren Teilnehmern nicht mehr aus. Mögliche Auswege: mehrere Glasfasern nutzen, Splitter mit geringerem Splittingfaktor einsetzen oder Ports am Splitter unbenutzt lassen, um mehr Bandbreite liefern zu können.

Dagegen bieten Ethernet-PtP-Systeme in einer FTTB-Topologie eine deutlich bessere Skalierbarkeit. Indem die physikalische Bandbreite auf 1.000 Mbit/s erhöht und optische Endgeräte eingesetzt werden, können bis zu 20 Haushalte mit 50 Mbit/s versorgt werden. Zwischenfazit: FTTB-Lösungen lassen sich mit PON-Systemen aufgrund der schlechteren Skalierbarkeit und Upgrade-Fähigkeit weniger gut realisieren.

Eingeschränkt tauglich lautet das Urteil auch beim Einsatz von GPON im Geschäftskundenumfeld. Für kleine und mittlere Firmen reichen die Leistungsmerkmale von GPON aus. Dagegen eignen sich für Großunternehmen mit individuellen Leistungsspezifikationen Ethernet-PtP-Lösungen aufgrund der höheren Flexibilität und der Bandbreitensymmetrie besser. Entsprechende Lösungen bietet etwa Keymile mit seiner Multi-Service-Zugangsplattform MileGate an.

2. Passive optische Netze lassen sich einfach administrieren, sind unkompliziert im Betrieb und bieten ausreichende Sicherheitsfunktionen

Auf den ersten Blick spricht für passive Netze, dass die Splitter weder eine eigene Energieversorgung oder Klimatisierung noch Management-Tools benötigen, was den Betrieb dieser Netze vereinfacht.

Dieser Eindruck täuscht jedoch, denn bei PON-Systemen müssen durch das Shared Medium der Punkt-zu-Multipunkt-Struktur komplexe Netzstrukturen gewartet werden. Ein einzelner defekter Netzabschluss im PON-Baum kann den gesamten Datenverkehr lahmlegen. Um dann den Fehler zu lokalisieren und die Ursache für die Störung zu ermitteln, müssen möglicherweise alle optischen Netzabschlüsse vor Ort überprüft werden.

Im Gegensatz dazu minimiert sich der Aufwand bei der Fehlersuche mit einer dedizierten Faser pro Teilnehmer bei Ethernet-PtP. Aufgrund der PtP-Architektur kann jede Strecke einzeln bis zum Kunden identifiziert und das Problem schneller behoben werden. Damit verringern sich auch die Kosten im laufenden Betrieb.

Unternehmen mit hohen Sicherheitsstandards werden kaum dem Anschluss an ein passives Netz zustimmen. Da PON ein Shared Medium ist, bei dem alle optischen Netzabschlüsse sämtliche Downstream-Daten erhalten, sind die übermittelten Daten nur unzureichend vor Hackerangriffen geschützt. Sollte die Verschlüsselung geknackt werden, ist ein Zugriff auf die Daten aller Teilnehmer des PON-Baums möglich.

3. Passive optische Netze verbrauchen deutlich weniger Strom pro Teilnehmer

Bisher herrscht die Meinung vor, dass GPON-Systeme wesentlich weniger Strom verbrauchen als Ethernet-Punkt-zu-Punkt-Systeme. Bei letzteren wird das Licht des Lasers am OLT auf mehrere Glasfasern aufgeteilt, während bei Punkt-zu-Punkt je ein Laser betrieben werden muss. Dabei wird häufig übersehen, dass das optische Sendesignal aufgrund der Dämpfung vom optischen Splitter auch dementsprechend hoch sein muss.

Auf der Zentralseite ergibt sich beim Vergleich aktueller Systeme in etwa die gleiche benötigte Leistung (ca. 1,5 W pro Teilnehmer) bei einem aktiven optischen System mit 1.000 Mbit/s und einem GPON-System mit 16-fach-Splitter. Vergleicht man die Endgeräte der Systeme, erkennt man einen erheblich höheren Stromverbrauch bei den PON-Endgeräten (ca. 8 W bei GPON gegenüber 4 W bei PtP). Auch diese müssen mit erhöhter Leistung in Richtung Kernnetz (Upstream) senden, um die Dämpfung des Splitters zu überwinden. Bei der Gesamtbilanz (Zentralseite und Endgerät) ist sogar das Ethernet-Punkt-zu-Punkt-System günstiger im Stromverbrauch, auch wenn der Netzbetreiber natürlich nur auf den Verbrauch der Zentralseite schaut.

4. Passive optische Netze lassen sich einfach aufrüsten

Aktuelle GPON-Systeme arbeiten in Richtung Teilnehmer (Downstream) mit einer Bandbreite von 2,5 Gbit/s und 1,25 Gbit/s in Richtung Kernnetz. Das optische Signal auf der Glasfaser wird von einem Splitter in optische Teilnehmerabzweigungen aufgeteilt.

Bei einem Splitterfaktor von 32 ergibt sich eine rechnerische Downstream-Bandbreite von 78 Mbit/s; bei einem Splitterfaktor von 64 sind es 39 Mbit/s. Da das optische Signal in Richtung Teilnehmer ausschließlich passiv aufgeteilt wird, arbeiten die Endgeräte immer mit der vollen Datenrate von 2,5 Gbit/s. Soll nun die Bandbreite beispielsweise auf 10 Gbit/s erhöht werden, müssen alle Endgeräte ausgetauscht werden. Das gilt selbst dann, wenn die Migration der Endteilnehmer zu neuen Diensten nur Schritt für Schritt erfolgt.

Ethernet-PtP-Netze verwenden eine dedizierte Glasfaser zum Teilnehmer, wobei die Bandbreite individuell und flexibel eingestellt werden kann. Heute sind Schnittstellenbandbreiten von 100 Mbit/s und 1.000 Mbit/s (symmetrisch, also in beiden Richtungen gleich) üblich. Will ein Netzbetreiber die Bandbreite eines Kunden beispielsweise auf 1.000 Mbit/s erhöhen, wird die Schnittstelle auf der Zentralseite im einfachsten Fall per Software neu konfiguriert – und zwar ohne die Beeinflussung anderer Anschlüsse. Auch die Multi-Service-Zugangsplattform MileGate verfügt über diese Möglichkeit.

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