EPONとGPONのさまざまな側面からの比較

EPONとGPONの比較

サービスの大容量化、多様化、パーソナライゼーションへの需要が高まるにつれ、アクセスネットワークの容量と汎用性を拡大する必要が生じています。近年、ますます多くの機器メーカーやネットワーク事業者が光ネットワークアクセス技術に注目しています。FTTH （Fiber to the Home）ネットワークは、将来のアクセスネットワークのトレンドになりつつあります。FTTHの主要技術であるパッシブ光ネットワーク（PON）は、設置・保守コストを抑えながら、ポイントツーマルチポイント（P2MP）ネットワークアクセスを提供します。現在、PONの普及しているバージョンとしては、EPON（Ethernet Passive Optical Network）とGPON（Gigabit Passive Optical Network）があります。どちらも競合関係にあり、それぞれに長所があります。このチュートリアルでは、主にさまざまな側面から両者を比較します。

PON（パッシブ光ネットワーク）は1990年代半ばから利用されています。PONシステムは通常、サービスプロバイダーの中央局に設置された光回線終端装置（OLT）と、エンドユーザー付近に設置された複数の光ネットワークユニット（ONU）で構成されます。さらに、光スプリッタを使用することで、1本の光ファイバで複数の構内を接続できます。

2000年代初頭には、イーサネットおよびIPサービスを提供するためのギガビットレートソリューションの開発が盛んに行われました。IEEEとITU-TはそれぞれEPONとGPONという、大きく異なる2つのソリューションを開発しました。EPONとGPONの基本的な概念（PONの動作、ODNフレームワーク、波長計画、アプリケーション）は同じですが、動作は大きく異なり、それぞれがサポートする機能やサービスも異なります。EPONはイーサネットプロトコルの機能、互換性、パフォーマンスを活用するネイティブイーサネットソリューションであり、GPONはSONET/SDHとGeneric Framing Protocol（GFP）の技術を活用してイーサネットを伝送します。

GPON（ギガビット対応PON）は、IPベースのプロトコルとATMまたはGEM（GPONカプセル化方式）エンコーディングを使用します。最大2.5Gbpsのデータレートが規定されており、伝送するトラフィックの種類に関して非常に柔軟性があります。GPONは「トリプルプレイ」（音声、データ、ビデオ）を可能にし、近い将来に計画されているほとんどのFTTP（Fiber to the Premises）アプリケーションの基盤となります。

EPON（イーサネットPON）は、IEEEのファーストマイルイーサネット規格に基づいています。1Gbpsのパケットベース伝送を採用しており、現在10Gbpsの伝送速度も検討されています。EPONはアジアで広く導入されています。システムアーキテクチャはGPONと同じですが、データプロトコルが異なります。

EPONとGPONの比較

今日のPONの主流であるEPONとGPONは、常に議論の的となっています。アーキテクチャは同じですが、プロトコルとアプリケーションが異なります。それぞれ独自の利点を持ち、競合関係にありますが、多くの場合、相互に補完し合っています。そこで、以下では、様々な側面から両者を比較していきます。

データレート

EPONは、IEEE 802.3規格に準拠したイーサネットデータフレームを使用します。IEEE 802.3規格は、1.25Gbps（8B/10Bコーディング以前は1.0Gbps）については802.3ah-2004として承認され、10Gbps（10G-EPON）についてはIEEE 802.3av規格として承認されています。EPONの上りと下りのデータレートは対称です。

GPONは、同じプロトコルを用いて様々なビットレートオプションをサポートします。例えば、上り下りともに622Mbpsの対称データレート、上り下りともに1.25Gbpsの対称データレート、下り2.5Gbps、上り1.25Gbpsのデータレートなどです。下り2.5Gbpsの帯域幅と上り1.25Gbpsの帯域幅は、一般的なGPONシステムでサポートされるデータレートです。したがって、要件に応じて上り下りのデータレートを決定し、それに応じた光トランシーバモジュールを選択できます。EPONよりも柔軟性に優れています。

結論: このラウンドでは GPON は EPON よりも優れています。

分割比率

分割比とは、特定のPONでサービス提供対象となるユーザー数を指します。通常は32で設計されますが、16、64、さらには128となる場合もあります。

EPONでは、標準では通常、最小32（つまり1:32）をサポートします。実際には、EPONは分岐比に制限を設けていません。つまり、1:64、1:128もEPONで利用可能です。プロバイダは、サポートするサービスと帯域幅に応じて分岐比を定義できます。一方、GPONは分岐比に上限を設けています。GPONは128をサポートし、一般的な分岐比は64です。GPONの一般的な分岐比は、1:32、1:64、1:128などです。GPONは多様な分岐比を提供しますが、コスト面でのメリットはそれほど大きくありません。EPONは128の分岐比を必要としないため、ONUに安価な光学系を導入できます。

しかし、分岐比は光トランシーバモジュールの性能に大きく左右されます。分岐比が大きいと、光トランシーバモジュールのコストが大幅に増加します。さらに、分岐比が大きいと伝送距離が低下します。帯域幅を共有するユーザーが多すぎることも、分岐比が大きいことのデメリットです。分岐比が1:16の場合、最大伝送距離は20kmに達します。また、分岐比が1:32の場合、最大伝送距離は10kmです。この点ではEPONとGPONは同じです。特に10Gbpsでは、すべてがほぼ同じで、同じ数の加入者に同じ帯域幅を提供します。

結論: このラウンドでは EPON と GPON が互角の戦いを繰り広げました。

レイヤリング＆アクセスサービス

レイヤリングモデルとそれに関連する管理。サービスはすべてイーサネット（直接またはIP経由）を介してマッピングされます。GPONで同じことを実現するには、2層のカプセル化が必要です。まず、TDMフレームとイーサネットフレームは、GFPに似たフォーマット（ITU G.7401のGeneric Frame Procedureに由来）を持つGTCカプセル化方式（GEM）フレームにラップされます。次に、ATMフレームとGEMフレームの両方がGTCフレームにカプセル化され、最終的にPONを介して転送されます。

GEMフレームの主な目的は、ATMに代わるフレーム指向のサービスを提供し、イーサネットおよびTDMフレームを効率的に収容することです。OLTではATMモードとGEMモードの両方が必須ですが、ONTはどちらか一方、または両方をサポートするように設定できます。しかし、シンプルなEPONモデルと比較すると、GEM/GTCカプセル化とATMの組み込みは、同じ問題を解決するために不必要な複雑さを増大させていることが明らかです。

EPONは明らかにGPONよりもはるかにシンプルで分かりやすいソリューションを提供します。ATMのサポートとGPONの二重カプセル化は、純粋なイーサネットトランスポート方式に比べて実質的なメリットをもたらしません。

サービスへのアクセスに関しては、EPONはデータのみのサービスにのみ適しており、GPONはトリプルプレイに適しています。EPONは、イーサネットプロトコルの機能、互換性、パフォーマンスを活用したネイティブイーサネットソリューションです。一方、GPONは、SONET/SDHおよびGeneric Framing Protocol（GFP）の技術を活用してイーサネットを伝送します。

結論：レイヤリングの比較ではEPONがGPONよりも優れています。サービス面ではGPONがEPONよりも優れています。

QoS（サービス品質）

イーサネットプロトコルには、QoS機能が本来備わっていません。PONシステムはQoSなしでは動作しないため、ほとんどのベンダーはVLAN（仮想ローカルエリアネットワーク）タグを使用してQoSを提供しています。これは確かにQoSの問題を解決しますが、非常に高いコストがかかります。VLANタグは自動プロビジョニングされないため、ほとんどの場合、手動でプロビジョニングする必要があります。GPONはQoS処理機能を統合しており、EPONよりも優れています。これは、EPONのQoSがGPONに比べて高コストであるためです。

結論: このラウンドでは GPON は EPON よりも優れています。

OAM（運用管理保守）

GPONには、OMCI（ ONT管理制御インターフェース）、OAM、PLOAM（物理層OAM） の3種類の制御メッセージがあります。それぞれの役割は以下の表に示されています。

制御チャネル フォーマット 用途

GTC の上位層を定義する ONT サービス (EMS 経由など) の OMCI イーサネットまたは ATM プロビジョニング

埋め込みOAMヘッダーオーバーヘッド帯域幅の許可、暗号化キーの切り替え、およびDBA

PLOAM ATM自動検出とその他すべてのPMDおよびGTC管理情報。PLOAMメッセージはブロードキャストのためにONTまたはFFに送信されます。

一方、EPONはOAMをあまり考慮しません。EPONは、プロビジョニング、障害分離、パフォーマンス監視のためにIEEE 802.3ah OAMメッセージをSNMP（Simple Network Management Protocol）セットとIETF（Internet Engineering Task Force）MIB（Management Information Bases）と連携して利用します。追加の制御メッセージとして、帯域幅割り当てのためのMPCP GATE/REPORTがあります。

結論: このラウンドでは GPON は EPON よりも優れています。

費用

GPON または EPON の導入コストは、OLT、ONU/ONT、および受動光コンポーネント のコストによって決まります。

ODNは、光ファイバケーブル、キャビネット、光スプリッタ、コネクタなどで構成されています。同じユーザー数の場合、EPONの光ファイバとキャビネットのコストはGPONとほぼ同じです。OLTとONTのコストは、ASIC（特定用途向け集積回路）と光トランシーバモジュールによって決まります。市販されているGPONチップセットは、ほとんどがFPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）に基づいており、EPON MAC（メディアアクセス制御）層ASICよりも高価です。GPONチップセットを提供できるチップセットベンダーはわずかであり、GPON機器の価格が急速に下がる可能性は低いです。GPONの光モジュールもEPONよりも高価です。GPONが導入段階に達すると、GPON OLTの推定コストはEPON OLTの1.5〜2倍、GPON ONTの推定コストはEPON ONTの1.2〜1.5倍になります。

結論: GPON のコストは現時点ではまだ高価ですが、EPON は GPON よりもはるかに費用対効果が優れています。

まとめ

上記の内容から、 EPONとGPON にはそれぞれ長所と短所があることがわかります。パフォーマンス比較では、GPONの方がEPONよりも優れていますが、時間とコストの面ではEPONの方が多くの利点があります。そして現在、EPONは依然としてPONの主流であり、一方でGPONはそれに追いつきつつあります。ブロードバンドアクセス市場では、EPONとGPONは代替するものではなく、むしろ互いに補完し合う形で共存していく可能性が高いでしょう。マルチサービス、高QoS、セキュリティ、そしてATMバックボーンネットワークを求めるユーザーにとって、GPONは理想的な選択肢と言えるでしょう。コストを重視し、セキュリティ要件がそれほど高くないユーザーにとっては、EPONの方が適しているかもしれません。

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