Comparação de EPON e GPON

Com a crescente demanda por maior capacidade, maior diversidade e personalização de serviços, a capacidade e a versatilidade das redes de acesso precisam ser expandidas. Nos últimos anos, cada vez mais fabricantes de equipamentos e operadoras de rede têm se concentrado nas tecnologias de acesso a redes ópticas. As redes FTTH (Fibra Óptica até a Residência) estão se tornando a tendência das redes de acesso do futuro. As redes ópticas passivas (PON), como uma das principais tecnologias de FTTH, oferecem acesso à rede ponto-a-multiponto (P2MP) com menores custos de instalação e manutenção. EPON (Ethernet Passive Optical Network) e GPON (Gigabit Passive Optical Network) são versões populares de PONs atualmente. Ambas são competitivas e complementares, com suas próprias vantagens. Este tutorial se concentra principalmente na comparação entre elas em diferentes aspectos.

Fundo

PON, ou seja, rede óptica passiva, está disponível desde meados da década de 1990. Um sistema PON geralmente consiste em um terminal de linha óptica (OLT) na central telefônica do provedor de serviços e várias unidades de rede óptica (ONUs) próximas aos usuários finais. Além disso, divisores ópticos são usados ​​para permitir que uma única fibra óptica atenda a várias instalações.

Atividades significativas de desenvolvimento ocorreram no início dos anos 2000 para desenvolver soluções de taxa Gigabit projetadas para fornecer serviços Ethernet e IP. Duas soluções muito diferentes foram desenvolvidas pelo IEEE e pela ITU-T — EPON e GPON, respectivamente. Embora os conceitos gerais (operação PON, estrutura ODN, plano de comprimento de onda e aplicação) sejam os mesmos para EPON e GPON, sua operação é muito diferente, assim como os recursos e serviços suportados por cada um. EPON é uma solução Ethernet nativa que aproveita os recursos, a compatibilidade e o desempenho do protocolo Ethernet, enquanto GPON utiliza as técnicas de SONET/SDH e Generic Framing Protocol (GFP) para transportar Ethernet.

GPON , ou PON com capacidade para gigabits, utiliza um protocolo baseado em IP e codificação ATM ou GEM (método de encapsulamento GPON). Taxas de dados de até 2,5 Gbps são especificadas e a rede é bastante flexível quanto aos tipos de tráfego que transporta. O GPON permite o "triple play" (voz-dados-vídeo) e é a base da maioria das aplicações FTTP (Fibra até as Instalações) planejadas para um futuro próximo.

EPON ou Ethernet PON é baseado no padrão IEEE para Ethernet na Primeira Milha. Ele utiliza transmissão baseada em pacotes a 1 Gbps, com 10 Gbps em discussão. EPON é amplamente utilizado na Ásia. A arquitetura do sistema é a mesma do GPON, mas os protocolos de dados são diferentes.

A evolução do PON pode ser vista na figura a seguir. (Figura 1)

Figura 1. Evolução do PON

Comparação de EPON e GPON

Sendo as principais versões de PONs atualmente, EPON e GPON são sempre o tema mais discutido. A arquitetura é a mesma, mas para protocolos e aplicações diferentes. Com suas próprias vantagens, elas competem entre si. No entanto, elas são frequentemente complementares. Portanto, no conteúdo a seguir, gostaríamos de compará-las sob diferentes aspectos:

Taxa de dados

O EPON utiliza quadros de dados Ethernet padrão 802.3: padrão IEEE 802.3, ratificado como 802.3ah-2004 para 1,25 Gbps (1,0 Gbps antes da codificação 8B/10B) e padrão IEEE 802.3av para 10 Gbps (10G-EPON). As taxas de dados upstream e downstream do EPON são simétricas.

O GPON suporta várias opções de taxa de bits usando o mesmo protocolo, incluindo uma taxa de dados simétrica de 622 Mbps tanto no downstream quanto no upstream, uma taxa de dados simétrica de 1,25 Gbps em ambos os fluxos, bem como uma taxa de dados de 2,5 Gbps no downstream e uma taxa de dados de 1,25 Gbps no upstream. As taxas de dados suportadas por sistemas GPON típicos são 2,5 Gbps de largura de banda no downstream e 1,25 Gbps de largura de banda no upstream. Assim, podemos determinar a taxa de dados no upstream e no downstream de acordo com os requisitos e, em seguida, escolher os módulos transceptores ópticos correspondentes. É mais flexível que o EPON.

Conclusão: GPON é melhor que EPON nesta rodada.

Proporções de divisão

Proporções de Divisão significam o número de usuários que se pretende atender a uma determinada PON. Normalmente, essa proporção é calculada em 32, mas também pode ser de 16, 64 ou até 128.

Em EPON, o padrão geralmente suporta um mínimo de 32 (ou seja, 1:32). Na verdade, EPON não limita a taxa de divisão. Isso significa que 1:64, 1:128 também estão disponíveis em EPON. Os provedores podem definir a taxa de divisão de acordo com os serviços e a largura de banda que desejam suportar. Em contraste, GPON define um limite superior para a taxa de divisão. É prometido que GPON suporta 128 e a taxa de divisão típica é 64. Existem várias taxas de divisão comuns de GPON - 1:32, 1:64 ou 1:128. GPON oferece a multiplicidade de taxas de divisão, mas não oferece muita vantagem em termos de custo. EPON pode implantar ópticas mais baratas na ONU, pois não precisa atingir uma taxa de divisão de 128.

No entanto, a taxa de divisão é muito mais influenciada pelo desempenho dos módulos transceptores ópticos. Uma taxa de divisão elevada aumentará substancialmente o custo dos módulos transceptores ópticos. Além disso, uma taxa de divisão elevada reduzirá a distância de transmissão. O compartilhamento excessivo da largura de banda também acarreta o custo de uma taxa de divisão elevada. Quando a taxa de divisão é de 1:16, a distância máxima de transmissão pode chegar a 20 km. E quando é de 1:32, a distância máxima de transmissão é de 10 km. EPON e GPON são semelhantes nesse aspecto. Particularmente, 10 Gbps é praticamente o mesmo, ou seja, fornecem a mesma largura de banda para o mesmo número de assinantes.

Conclusão: EPON e GPON estão empatados nesta rodada.

Serviço de Camadas e Acesso

Em EPON, os quadros Ethernet são transportados em seu formato nativo na PON. Isso simplifica bastante o modelo de camadas e o gerenciamento associado. Todos os serviços são mapeados pela Ethernet (diretamente ou via IP). Para realizar o mesmo em GPON, são necessárias duas camadas de encapsulamento. Primeiramente, os quadros TDM e Ethernet são encapsulados em quadros GTC Encapsulation Method (GEM), que possuem um formato semelhante ao GFP (derivado do Generic Frame Procedure ITU G.7401). Em segundo lugar, os quadros ATM e GEM são encapsulados em quadros GTC que são finalmente transportados pela PON, como mostrado na Figura 2.

Figura 2. Camada EPON vs. GPON.
O principal objetivo do quadro GEM é fornecer um serviço orientado a quadros, como alternativa ao ATM, a fim de acomodar eficientemente quadros Ethernet e TDM. Os modos ATM e GEM são obrigatórios no OLT, mas um ONT pode ser configurado para suportar qualquer um deles ou ambos. No entanto, quando comparado ao modelo EPON simples, fica claro que o encapsulamento GEM/GTC e a inclusão do ATM adicionam complexidade desnecessária à solução do mesmo problema.

O EPON claramente oferece uma solução muito mais simples e direta do que o GPON. O suporte ao ATM e o encapsulamento duplo do GPON não oferecem nenhuma vantagem real em relação a um esquema de transporte Ethernet puro.

Para acessar o serviço, o EPON é apropriado apenas para serviços de dados, enquanto o GPON é adequado para serviços triple-play. O EPON é uma solução Ethernet nativa que aproveita os recursos, a compatibilidade e o desempenho do protocolo Ethernet, enquanto o GPON utiliza as técnicas do SONET/SDH e do Generic Framing Protocol (GFP) para transportar Ethernet.

Conclusão: Em termos de comparação de camadas, o EPON é melhor que o GPON. Em termos de serviço, o GPON é melhor que o EPON.

O protocolo Ethernet de QoS (Qualidade de Serviço)
não possui capacidade inerente de QoS. Como um sistema PON não é viável sem QoS, a maioria dos fornecedores o fornece usando tags VLAN (Rede Local Virtual). Embora isso resolva o problema de QoS, o faz a um custo elevado. Como não há provisionamento automático de tags VLAN, elas são, em sua maioria, provisionadas manualmente. O GPON possui um tratamento de QoS integrado, o que o torna melhor que o EPON, pois o QoS do EPON tem um custo mais alto em relação ao GPON. (Figura 3)

Figura 3 Arquitetura QOS EPON vs GPON

Conclusão: GPON é melhor que EPON nesta rodada.

OAM (Operação, Administração e Manutenção)
No GPON, existem três tipos diferentes de mensagens de controle: OMCI (Interface de Gerenciamento e Controle ONT), OAM e PLOAM (OAM da Camada Física). Suas funções são mostradas na tabela abaixo.

Por outro lado, a EPON não leva muito em conta o OAM. A EPON utiliza mensagens OAM IEEE 802.3ah para provisionamento, isolamento de falhas e monitoramento de desempenho, em conjunto com conjuntos SNMP (Simple Network Management Protocol) e passa pelas MIBs (Management Information Bases) da IETF (Internet Engineering Task Force). Mensagens de controle adicionais são GATEs/REPORTS do MPCP para concessão de largura de banda.

Conclusão: GPON é melhor que EPON nesta rodada.

Custos

O custo da implantação de GPON ou EPON depende do custo do OLT, ONU/ONT e componentes ópticos passivos.

Um ODN consiste em cabo de fibra, gabinete, divisor óptico, conector, etc. Para o mesmo número de usuários, o custo da fibra e do gabinete com EPON é semelhante ao com GPON. O custo de OLT e ONT é decidido pelo ASIC (Circuito Integrado Específico de Aplicação) e módulos transceptores ópticos. Os chipsets GPON disponíveis no mercado são baseados principalmente em FPGA (Field Programmable Gate Array), que é mais caro do que o ASIC da camada EPON MAC (Media Access Control). Existem apenas alguns fornecedores de chipsets que podem fornecer chipsets GPON, e não é provável que o preço do equipamento GPON possa cair rapidamente. O módulo óptico do GPON também é mais caro do que o EPON. Quando o GPON atinge o estágio de implantação, o custo estimado de um GPON OLT é de 1,5 a 2 vezes maior do que um EPON OLT, e o custo estimado de um GPON ONT será de 1,2 a 1,5 vezes maior do que um EPON ONT.

Conclusão: O EPON é muito mais econômico que o GPON, pois o custo do GPON ainda é alto atualmente.

Resumo

De acordo com o conteúdo acima, podemos ver que existem vantagens e desvantagens próprias de EPON e GPON. Em comparação de desempenho, GPON é melhor que EPON, enquanto EPON tem muitas vantagens em tempo e custo. E agora,