Comparación de EPON y GPON

Con la creciente demanda de mayor capacidad, diversidad y personalización de servicios, es necesario ampliar la capacidad y versatilidad de las redes de acceso. En los últimos años, cada vez más fabricantes de equipos y operadores de red se han centrado en las tecnologías de acceso a redes ópticas. Las redes FTTH (fibra hasta el hogar) se están convirtiendo en la tendencia de las futuras redes de acceso. La red óptica pasiva (PON), como tecnología principal de FTTH, ofrece acceso a la red punto a multipunto (P2MP) con menores costes de instalación y mantenimiento. EPON (red óptica pasiva Ethernet) y GPON (red óptica pasiva Gigabit) son versiones populares de PON en la actualidad. Ambas son competitivas y complementarias, con sus propias ventajas. Este tutorial se centra principalmente en la comparación de sus diferentes aspectos.

Fondo

La PON, o red óptica pasiva, está disponible desde mediados de la década de 1990. Un sistema PON generalmente consta de un terminal de línea óptica (OLT) en la central del proveedor de servicios y varias unidades de red óptica (ONU) cerca de los usuarios finales. Además, se utilizan divisores ópticos para que una sola fibra óptica pueda dar servicio a varias instalaciones.

A principios de la década del 2000, se llevaron a cabo importantes actividades de desarrollo para desarrollar soluciones de velocidad Gigabit diseñadas para ofrecer servicios Ethernet e IP. El IEEE y la UIT-T desarrollaron dos soluciones muy diferentes: EPON y GPON, respectivamente. Si bien los conceptos generales (operación de PON, marco ODN, plan de longitud de onda y aplicación) son los mismos para EPON y GPON, su funcionamiento es muy diferente, al igual que las características y los servicios que ofrecen. EPON es una solución Ethernet nativa que aprovecha las características, la compatibilidad y el rendimiento del protocolo Ethernet, mientras que GPON utiliza las técnicas de SONET/SDH y el Protocolo de Entramado Genérico (GFP) para transportar Ethernet.

GPON , o PON con capacidad de gigabit, utiliza un protocolo basado en IP y codificación ATM o GEM (método de encapsulación GPON). Se especifican velocidades de datos de hasta 2,5 Gbps y ofrece gran flexibilidad en cuanto al tipo de tráfico que transporta. GPON permite la triple transmisión (voz, datos y vídeo) y es la base de la mayoría de las aplicaciones FTTP (fibra hasta el edificio) planificadas para el futuro próximo.

EPON o Ethernet PON se basa en el estándar IEEE para Ethernet en la Primera Milla. Utiliza transmisión basada en paquetes a 1 Gbps, con 10 Gbps en desarrollo. EPON está ampliamente implementado en Asia. La arquitectura del sistema es la misma que la de GPON, pero los protocolos de datos son diferentes.

La evolución de PON se puede ver en la siguiente imagen. (Figura 1)

Figura 1. Evolución de PON

Comparación de EPON y GPON

Como principales versiones de PON en la actualidad, EPON y GPON son un tema recurrente de debate. Tienen la misma arquitectura, pero diferentes protocolos y aplicaciones. Con sus propias ventajas, compiten entre sí. Sin embargo, suelen ser complementarias. Por ello, en el siguiente contenido, las compararemos desde diferentes perspectivas:

Velocidad de datos

EPON utiliza tramas de datos Ethernet 802.3: el estándar IEEE 802.3, ratificado como 802.3ah-2004 para 1,25 Gbps (1,0 Gbps antes de la codificación 8B/10B) y el estándar IEEE 802.3av para 10 Gbps (10G-EPON). La velocidad de datos de subida y bajada de EPON es simétrica.

GPON admite diversas opciones de velocidad de bits utilizando el mismo protocolo, incluyendo una velocidad de datos simétrica de 622 Mbps tanto de bajada como de subida, una velocidad de datos simétrica de 1,25 Gbps en ambos flujos, así como una velocidad de datos de 2,5 Gbps de bajada y una velocidad de datos de 1,25 Gbps de subida. Los sistemas GPON típicos admiten velocidades de datos de 2,5 Gbps de bajada y 1,25 Gbps de subida. Por lo tanto, podemos determinar la velocidad de datos de subida y bajada según los requisitos y, a continuación, seleccionar los módulos transceptores ópticos correspondientes. Ofrece mayor flexibilidad que EPON.

Conclusión: GPON es mejor que EPON en esta ronda.

Proporciones divididas

Las proporciones de división se refieren al número de usuarios que se espera atender en una red PON determinada. Normalmente, se diseñan para 32, pero también pueden ser 16, 64 o incluso 128.

En EPON, el estándar generalmente admite un mínimo de 32 (es decir, 1:32). De hecho, EPON no limita la relación de división. Esto significa que también están disponibles las relaciones 1:64 y 1:128. Los proveedores pueden definir la relación de división según los servicios y el ancho de banda que deseen admitir. En cambio, GPON define un límite superior para la relación de división. Se promete que GPON admite 128, y la relación de división típica es 64. Existen varias relaciones de división comunes de GPON: 1:32, 1:64 o 1:128. GPON ofrece múltiples relaciones de división, pero no ofrece grandes ventajas en cuanto a costos. EPON permite implementar ópticas más económicas en la ONU, ya que no necesita alcanzar una relación de división de 128.

Sin embargo, la relación de división se ve mucho más influenciada por el rendimiento de los módulos transceptores ópticos. Una relación de división elevada incrementará considerablemente el coste de estos módulos. Además, reducirá la distancia de transmisión. Un exceso de usuarios que comparten el ancho de banda también supone un coste. Con una relación de división de 1:16, la distancia máxima de transmisión puede alcanzar los 20 km. Con una relación de 1:32, la distancia máxima de transmisión es de 10 km. EPON y GPON son similares en este aspecto. En particular, 10 Gbps son prácticamente iguales: proporcionan el mismo ancho de banda al mismo número de suscriptores.

Conclusión: EPON y GPON están empatados en esta ronda.

Servicio de estratificación y acceso

En EPON, las tramas Ethernet se transportan en su formato nativo en la PON. Esto simplifica enormemente el modelo de capas y la gestión asociada. Todos los servicios se asignan a través de Ethernet (directamente o vía IP). Para lograr esto en GPON, se requieren dos capas de encapsulación. En primer lugar, las tramas TDM y Ethernet se encapsulan en tramas del Método de Encapsulación GTC (GEM), que tienen un formato similar al GFP (derivado del Procedimiento de Trama Genérica ITU G.7401). En segundo lugar, las tramas ATM y GEM se encapsulan en tramas GTC que finalmente se transportan a través de la PON, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Capa EPON vs. GPON.
El objetivo principal de la trama GEM es proporcionar un servicio orientado a tramas, como alternativa a ATM, para acomodar eficientemente las tramas Ethernet y TDM. Tanto el modo ATM como el GEM son obligatorios en la OLT, pero una ONT puede configurarse para admitir uno o ambos. Sin embargo, al compararlo con el modelo EPON simple, resulta evidente que la encapsulación GEM/GTC y la inclusión de ATM añaden una complejidad innecesaria para resolver el mismo problema.

EPON ofrece claramente una solución mucho más simple y directa que GPON. La compatibilidad con ATM y la doble encapsulación de GPON no ofrecen ninguna ventaja real sobre un esquema de transporte Ethernet puro.

Para acceder al servicio, EPON solo es adecuado para servicios de solo datos y GPON para triple play. EPON es una solución Ethernet nativa que aprovecha las características, la compatibilidad y el rendimiento del protocolo Ethernet, mientras que GPON aprovecha las técnicas de SONET/SDH y el Protocolo de Trama Genérica (GFP) para transportar Ethernet.

Conclusión: En cuanto a la comparación de capas, EPON es mejor que GPON. En cuanto al servicio, GPON es mejor que EPON.

El protocolo Ethernet QoS (Calidad de Servicio)
no tiene capacidad inherente para QoS. Dado que un sistema PON no es viable sin QoS, la mayoría de los proveedores la proporcionan mediante etiquetas VLAN (Red de Área Local Virtual). Si bien esto resuelve el problema de QoS, implica un alto coste. Dado que no existe un aprovisionamiento automático de etiquetas VLAN, estas se aprovisionan, en su mayoría, manualmente. GPON cuenta con gestión integrada de QoS, lo que la hace superior a EPON, ya que la QoS de EPON es más cara que la de GPON. (Figura 3)

Figura 3 Arquitectura de calidad de servicio (QOS) de EPON vs. GPON

Conclusión: GPON es mejor que EPON en esta ronda.

OAM (Operación, Administración y Mantenimiento).
En GPON existen tres tipos de mensajes de control: OMCI (Interfaz de Gestión y Control de ONT), OAM y PLOAM (OAM de Capa Física). Sus funciones se muestran en la tabla a continuación.

Por el contrario, EPON no presta demasiada atención a la OAM. EPON utiliza mensajes OAM IEEE 802.3ah para el aprovisionamiento, el aislamiento de fallos y la monitorización del rendimiento, junto con conjuntos de protocolos SNMP (Protocolo Simple de Administración de Red), y accede a través de las MIB (Bases de Información de Gestión) del IETF (Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet). Otros mensajes de control son las puertas/informes MPCP para la concesión de ancho de banda.

Conclusión: GPON es mejor que EPON en esta ronda.

Costos

El costo de la implementación de GPON o EPON depende del costo de la OLT, ONU/ONT y los componentes ópticos pasivos.

Una ODN consta de un cable de fibra, un gabinete, un divisor óptico, un conector, etc. Para el mismo número de usuarios, el costo de la fibra y el gabinete con EPON es similar al de GPON. El costo de OLT y ONT lo determinan el ASIC (circuito integrado de aplicación específica) y los módulos transceptores ópticos. Los chipsets GPON disponibles en el mercado se basan principalmente en FPGA (matriz de puertas programables en campo), que es más caro que el ASIC de capa MAC (control de acceso al medio) de EPON. Solo hay unos pocos proveedores de chipsets que pueden proporcionar chipsets GPON, y no es probable que el precio de los equipos GPON baje rápidamente. El módulo óptico de GPON también es más caro que EPON. Cuando GPON alcance la etapa de implementación, el costo estimado de un OLT GPON será de 1,5 a 2 veces mayor que el de un OLT EPON, y el costo estimado de un ONT GPON será de 1,2 a 1,5 veces mayor que el de un ONT EPON.

Conclusión: EPON es mucho más rentable que GPON, aunque el coste de GPON sigue siendo elevado en la actualidad.

Resumen

De acuerdo con lo anterior, podemos observar las ventajas y desventajas de EPON y GPON. En comparación con el rendimiento, GPON es superior, mientras que EPON ofrece importantes ventajas en términos de tiempo y costo. Actualmente, EPON sigue siendo la opción predominante de PON, y GPON, a su vez, la está alcanzando. En el mercado de acceso de banda ancha, es posible que no se trate de una sustitución entre EPON y GPON. Es más probable que coexistan y se co