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Definition Was ist PON (Passive Optical Network)?

Bei einem PON (Passive Optical Network) handelt es sich um ein Glasfaserverteilnetzwerk, das ohne aktive Komponenten auskommt. Diese Netzwerke kommen für den Anschluss von Teilnehmern an Vermittlungsstellen von Netzbetreibern wie bei Fiber To The Home (FTTH) zum Einsatz. Aktive optische Netze bezeichnet man als AON (Active Optical Network).

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - Fotolia)

Die Abkürzung PON steht für Passive Optical Network (im Deutschen: passives optisches Netzwerk). Es benötigt für die Verteilung der optischen Signale keine aktiven Komponenten. Mit passiven optischen Netzen sind sowohl Punkt-zu-Punkt- als auch Punkt-zu-Mehrpunkt-Architekturen realisierbar.

Das Verteilen und Zusammenführen von optischen Signalen zwischen einer und mehreren Glasfasern übernehmen optische Splitter. Hauptanwendungsbereiche des PONs sind Zugangsnetze zu weltweiten Kommunikations- und Datennetzwerken. Der komplette Abschnitt zwischen der Vermittlungsstelle des Netzwerkproviders und dem Kundenstandort ist mit passiven Bauelementen ohne eigene Stromversorgung oder aktive Switching-Funktionalität ausgestattet.

Ein optisches Verteilnetz mit aktiven Komponenten bezeichnet man als Active Optical Network (AON). Passive Verteilnetze kommen beispielsweise für Fiber To The Home (FTTH) zum Einsatz. Im Gegensatz zur kupferbasierten Technik bietet FTTH wesentlich höhere Bandbreiten und ermöglicht die Überbrückung größerer Entfernungen ohne Verstärkung oder Signalaufbereitung.

Abgrenzung zwischen AON und PON

Der Begriff "passiv" bedeutet bei einem PON, dass die verwendeten optischen Komponenten ohne eigene Stromversorgung und ohne aktives Switching auskommen. Das Aufsplitten der optischen Signale übernehmen passiv arbeitende optische Splitter. In einem AON hingegen sind aktive Komponenten zu finden. Sie erfordern eigene Stromanschlüsse und machen die Verteilung der Signale aufwendiger. Dafür bieten sie mehr Flexibilität und ermöglichen eine variablere Aufteilung und Zusammenführung von Datenströmen.

Die verschiedenen Varianten des Passive Optical Networks

Es sind verschiedene Techniken für passive optische Netze unterscheidbar. Aktuell existieren diese PON-Varianten:

  • APON (ATM-PON)
  • BPON (Breitband PON)
  • EPON (Ethernet PON)
  • GEPON (GigabitEthernet PON)
  • GPON (Gigabit PON)

APON und BPON erreichen Bandbreiten von bis zu 622 Megabit pro Sekunde im Downstream und 155 Megabit pro Sekunde im Upstream. EPON bietet im Up- und Downstream ein Gigabit pro Sekunde. GEPON und GPON überschreiten die Gigabit-Grenze. Während sich GPON in Europa und den USA durchgesetzt hat, findet sich in Asien häufig EPON.

Aufbau und Funktionsweise eines Passive Optical Networks

Wichtigste Komponenten eines Passive Optical Networks sind das Optical Line Terminal in der Vermittlungsstelle (OLT), der optische Splitter als Verteilelement in einer Schaltstelle und die Optical Network Termination (ONT) als Abschluss beim Kunden.

Das OLT kommt am Übergang zwischen optischem Verteilnetz und dem Backbone-Netzwerk zum Einsatz. Über Glasfaser sind die OLT mit den optischen Splittern an den Verteilstellen verbunden. Die passiven Splitter sorgen für die physikalische Aufteilung der Signale auf die einzelnen Glasfaserleitungen zu den Kunden. Sie besitzen typische Verteilverhältnisse von 1:16, 1:32 oder 1:64.

Am Kundenstandort bildet der ONT den optischen Abschluss der Glasfaserübertragungsstrecke und wandelt das optische Signal wieder in ein elektrisches Signal um. Es handelt sich beim ONT und beim OLT um aktive Bauelemente, die eine eigene Stromversorgung benötigen. Die komplette Technik zwischen Ausgang des OLTs und Eingang des ONTs arbeitet passiv.

Unterscheidung zwischen Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-PON

Grundsätzlich ist eine Unterscheidung zwischen Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-PONs möglich. Bei einem Punkt-zu-Punkt-PON ist jeder Teilnehmer über eine eigene Glasfaser an dem OLT der Vermittlungsstelle angeschlossen. Jeder Teilnehmer benötigt daher seinen eigenen Anschlussport in der Vermittlungsstelle. Bei der Punkt-zu-Mehrpunkt-Architektur reicht die eigene Glasfaser des Teilnehmers nur von seinem ONT bis zur nächsten Schaltstelle (Kabelverzweiger). Von dort führt eine gemeinsame Glasfaser für mehrere Anschlüsse zum OLT der Vermittlungsstelle. Die Aufteilung und Zusammenführung der optischen Signale übernimmt der optische Splitter.

Vorteile des Passive Optical Networks

Das Passive Optical Network bietet gegenüber aktiven optischen Netzwerken und kupferbasierten Netzwerktechnologien zahlreiche Vorteile. Kurz zusammengefasst sind dies unter anderem folgende:

  • niedrigerer Installationsaufwand im Vergleich zum AON
  • niedrigere Betriebs- und Wartungskosten im Vergleich zu aktiver Technik
  • keine fehleranfälligen aktiven Komponenten
  • wesentlich höhere Bandbreiten im Vergleich zu kupferbasierten Verteilnetzen
  • geringere externe Signalbeeinflussung im Vergleich zu Kupfernetzwerken
  • leicht zu erweiternde Technik
  • zukunftsfähige Netzwerkzugangstechnik
  • überbrückbare Entfernungen ohne Verstärkung von bis zu 20 Kilometer
  • sichere Übertragungstechnik
  • Bereitstellung von Video-, Voice- und Data-Services mit hoher Geschwindigkeit und Qualität

Das Gigabit Passive Optical Network

Für den Aufbau der optischen Verteilnetze kommt in Deutschland überwiegend das Gigabit Passive Optical Network (GPON) zum Einsatz. Die exakte Bezeichnung lautet "G.984 Gigabit capable passive optical networks". GPON verwendet eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Architektur und passive optische Splitter.

Der Splitter teilt von einer gemeinsamen Glasfaser ausgehend das Signal für 32 oder 64 Teilnehmer auf. Sie teilen sich eine gemeinsame Bandbreite von 2,5 Gigabit pro Sekunde im Downstream und 1,25 Gigabit pro Sekunde im Upstream. Mit der GPON-Technik lassen sich Entfernungen von bis zu 20 Kilometer ohne Verstärkung überbrücken. Die Technik kann daher auch in ländlichen Gebieten genutzt werden. GPON verwendet eine generische Verkapselung (GEM) zur Übertragung von Ethernet-Daten in einem Zeitmultiplex-Verfahren.

Fiber To The Home (FTTH) und das Passive Optical Network

Die direkte Versorgung der Endkunden mit Glasfaser bezeichnet man als Fiber To The Home (FTTH). Es handelt sich um eine zukunftsfähige Breitbandtechnik, die hohe Übertragungsraten gestattet. Grundsätzlich können für FTTH verschiedene Glasfaserverteilnetzwerke zum Einsatz kommen. Nutzbar sind:

  • Glasfasersternnetze ohne Verteiltechnik
  • AONs mit aktiver Verteiltechnik
  • PONs mit passiver Verteiltechnik

Da Glasfasersternnetze ohne Verteiltechnik sehr teuer sind und die Verlegung von großen Mengen an Glasfasern erfordern, haben sich hauptsächlich aktive und passive optische Netzwerke für FTTH durchgesetzt. AONs haben den Nachteil, dass aktive Komponenten an den Verteilstellen (Kabelverzweigern) zu betreiben sind. Diese am Straßenrand installierte Technik ist teuer und wartungsintensiv. In Deutschland kommt überwiegend passive optische Netzwerktechnik in Form von GPON für FTTH zum Einsatz. Die Technik ist ausgereift, minimiert die Installationskosten und hat einen geringen Wartungsaufwand. Darüber hinaus ist die Technik zukunftsfähig, da sie sich beispielsweise mit WDM-PON (Wavelength Division Multiplexing PON) für noch höhere Bandbreiten erweitern lässt.

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