Qual a diferença entre as redes de fibra ótica EPON e GPON?

A EPON e a GPON são versões populares das redes óticas passivas (PONs). Estas redes de curta distância de fibra ótica são utilizadas para acesso à internet, voz sobre protocolo de internet (VoIP) e distribuição de TV digital nas áreas metropolitanas. Outras utilizações incluem ligações de backhaul para estações base de telemóveis, hotspots Wi-Fi e até sistemas de antenas distribuídas (DAS). As principais diferenças entre elas estão nos protocolos utilizados para as comunicações downstream e upstream.

 

Uma PON é uma rede de fibra ótica que utiliza apenas fibra ótica e componentes passivos, como divisores e combinadores, em vez de componentes ativos, como amplificadores, repetidores ou circuitos de conformação. Estas redes custam significativamente menos do que aquelas que utilizam componentes ativos. A principal desvantagem é o menor alcance de cobertura, limitado pela intensidade do sinal. Enquanto uma rede ótica ativa (AON) pode cobrir um alcance de até 100 km (62 milhas), uma PON está normalmente limitada a extensões de cabos de fibra ótica até 20 km (12 milhas). As PON são também chamadas de redes de fibra ótica até à residência (FTTH).

 

O termo FTTx é utilizado para indicar a distância de um troço de fibra. Em FTTH, x é para casa. Também pode vê-lo chamado de FTTP ou fibra até às instalações. Outra variação é o FTTB para fibra até ao edifício. Estas três versões definem sistemas em que a fibra percorre todo o caminho desde o fornecedor de serviços até ao cliente. Noutras formas, a fibra não percorre todo o caminho até ao cliente. Em vez disso, é conduzida até um nó intermédio na vizinhança. Isto é chamado de FTTN para fibra até ao nó. Outra variação é o FTTC ou fibra até à calçada. Também aqui a fibra não percorre todo o caminho até à casa. As redes FTTC e FTTN podem utilizar a linha telefónica de cobre de par entrançado não blindado (UTP) de um cliente para estender os serviços a um custo mais baixo. Por exemplo, uma linha ADSL rápida transporta os dados de fibra para os dispositivos do cliente.

 

O arranjo PON típico é uma rede ponto-multiponto (P2MP), onde um terminal de linha ótica (OLT) central nas instalações do fornecedor de serviços distribui serviços de TV ou internet para até 16 a 128 clientes por linha de fibra (ver figura). Os divisores óticos, dispositivos óticos passivos que dividem um único sinal ótico em múltiplos sinais iguais, mas de menor potência, distribuem os sinais aos utilizadores. Uma unidade de rede ótica (ONU) termina a PON na casa do cliente. A ONU comunica geralmente com um terminal de rede ótica (ONT), que pode ser uma caixa separada que liga a PON a aparelhos de TV, telefones, computadores ou a um router sem fios. A ONU/ONT pode ser um único dispositivo.

 

No método básico de operação para a distribuição a jusante num comprimento de onda de luz da OLT para a ONU/ONT, todos os clientes recebem os mesmos dados. A ONU reconhece os dados direcionados a cada utilizador. Para a transmissão a montante da ONU para a OLT, é utilizada uma técnica de multiplexagem por divisão de tempo (TDM), em que cada utilizador recebe um intervalo de tempo num comprimento de onda de luz diferente. Com este arranjo, os divisores atuam como combinadores de energia. As transmissões a montante, denominadas operações em modo burst, ocorrem aleatoriamente à medida que um utilizador necessita de enviar dados. O sistema atribui um intervalo conforme necessário. Como o método TDM envolve múltiplos utilizadores numa única transmissão, a taxa de dados a montante é sempre inferior à taxa a jusante.

 

GPON

 

Ao longo dos anos, foram desenvolvidos diversos padrões PON. No final da década de 1990, a União Internacional de Telecomunicações (UIT) criou a norma APON, que utilizava o Modo de Transferência Assíncrona (ATM) para a transmissão de pacotes de longa distância. Como o ATM já não é utilizado, foi criada uma versão mais recente, denominada PON de banda larga, ou BPON. Designado como ITU-T G. 983, este padrão oferecia 622 Mbits/s de downstream e 155 Mbits/s de upstream.

 

Embora o BPON ainda possa ser utilizado em alguns sistemas, a maioria das redes atuais utiliza o GPON, ou Gigabit PON. O standard ITU-T é o G. 984. Fornece 2,488 Gbits/s de downstream e 1,244 Gbits/s de upstream.

 

O GPON utiliza multiplexação por divisão de comprimento de onda ótica (WDM), permitindo que uma única fibra seja utilizada tanto para dados a jusante como a montante. Um laser com um comprimento de onda (λ) de 1490 nm transmite os dados a jusante. Os dados upstream transmitem a um comprimento de onda de 1310 nm. Se o televisor estiver a ser distribuído, é utilizado um comprimento de onda de 1550 nm.

 

Enquanto cada ONU recebe a taxa de downstream total de 2,488 Gbits/s, o GPON utiliza um formato de acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) para alocar um intervalo de tempo específico a cada utilizador. Isto divide a largura de banda para que cada utilizador receba uma fração, como 100 Mbits/s, dependendo da forma como o fornecedor de serviços a aloca.

 

A taxa upstream é inferior à máxima porque é partilhada com outras ONU num esquema TDMA. A OLT determina a distância e o atraso de tempo de cada assinante. O software fornece então uma forma de alocar intervalos de tempo para dados upstream para cada utilizador.

 

A divisão típica de uma única fibra é de 1:32 ou 1:64. Isto significa que cada fibra pode servir até 32 ou 64 subscritores. Taxas de divisão até 1:128 são possíveis em alguns sistemas.

 

Quanto ao formato de dados, os pacotes GPON podem lidar diretamente com pacotes ATM. Recorde-se que o ATM empacota tudo em pacotes de 53 bytes, sendo 48 para dados e 5 para overhead. O GPON utiliza também um método de encapsulamento genérico para transportar outros protocolos. Pode encapsular Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, vídeo, VoIP ou outros protocolos, conforme necessário para a transmissão de dados. O tamanho mínimo do pacote é de 53 bytes e o máximo é de 1518. A encriptação AES é apenas utilizada no downstream.

 

A versão mais recente do GPON é uma versão de 10 Gigabits chamada XGPON, ou 10G-PON. Com o aumento da procura por serviços de vídeo e TV over the top (OTT), há uma necessidade crescente de aumentar as taxas de linha para lidar com os enormes volumes de dados de vídeo de alta definição. O XGPON serve esse propósito. O standard ITU é o G. 987.

 

A taxa máxima do XGPON é de 10 Gbits/s (9,95328) no downstream e de 2,5 Gbits/s (2,48832) no upstream. São utilizados diferentes comprimentos de onda WDM: 1577 nm no downstream e 1270 nm no upstream. Isto permite que o serviço de 10 Gbits/s coexista na mesma fibra com o GPON padrão. A divisão óptica é de 1:128 e a formatação dos dados é a mesma do GPON. O alcance máximo é ainda de 20 km. O XGPON ainda não está amplamente implementado, mas oferece um excelente caminho de atualização para fornecedores de serviços e clientes.

 

A maioria das PON está configurada desta forma. O número de divisores e níveis de divisão varia de acordo com o fornecedor e o sistema. As taxas de divisão são geralmente de 1:32 ou 1:64, mas podem ser mais elevadas.