EPON vs. GPON

EPON vs. GPON

A tecnologia de escolha para a entrega de serviços de próxima geração Na América do Norte, os serviços de dados com taxas de 100 megabit mais simétricas tradicionalmente só estavam disponíveis para grandes clientes corporativos devido aos altos custos de construção de fibra e equipamentos de dados corporativos. Os clientes de pequenas e médias empresas foram relegados a tecnologias de modem a cabo ou DSL de baixo desempenho que se mostraram incapazes de oferecer alta largura de banda simétrica economicamente. Agora que os clientes de pequenas e médias empresas estão adotando aplicativos que exigem muita largura de banda, como serviços em nuvem, a demanda por desempenho Ethernet de fibra dedicada a um preço DSL ou modem a cabo está aumentando rapidamente. Isso, por sua vez, está motivando as operadoras a investigar tecnologias que lhes permitam atender lucrativamente às demandas de serviço desse mercado altamente lucrativo. As soluções Ethernet corporativas dedicadas existentes, embora capazes de atender aos requisitos de tecnologia, são muito caras para suportar efetivamente as expectativas de preço do cliente de pequenas e médias empresas. A rede óptica passiva (PON) oferece possibilidades promissoras em termos de qualidade de serviço e preço. Os operadores têm duas opções de tecnologia válidas para atender esse mercado: EPON e GPON. Embora o GPON esteja atualmente em ampla implantação na América do Norte, ele deve ser substituído pelo EPON, que é um investimento superior em tecnologia para o fornecimento de serviços Ethernet residenciais e para pequenas e médias empresas. Este artigo examina as razões pelas quais o EPON é a tecnologia de escolha para o fornecimento de serviços Ethernet de qualidade para grandes empresas para pequenas e médias empresas e clientes residenciais a um preço que eles estão dispostos a pagar. Superando as limitações da infraestrutura DOCSIS®

As operadoras de cabo há muito tempo atendem clientes de pequenas e médias empresas usando dispositivos DOCSIS. No entanto, eles acham operacional e financeiramente impraticável realizar as mudanças radicais na infraestrutura existente do DOCSIS necessárias para acompanhar a demanda dos clientes por ofertas de serviços simétricos de alta velocidade. O fornecimento de largura de banda simétrica usando o DOCSIS sempre foi um desafio devido ao número limitado de canais upstream disponíveis, conforme definido no padrão original do DOCSIS. Essa limitação resultou na evolução dos serviços de modem a cabo para favorecer grande largura de banda a jusante, geralmente superior a 100 Mbps, enquanto os recursos de upstream da maioria dos produtos das operadoras foram limitados a 10 Mbps ou menos. É verdade que o padrão DOCSIS 3.0 define canais de RF adicionais que permitem a expansão da capacidade upstream, mas remover filtros da infraestrutura de cabos existente para suportar as novas faixas de frequência é um exercício intensivo em capital que a maioria das operadoras de cabo não está entusiasmada em empreender. Para melhorar o desempenho da rede e, ao mesmo tempo, reduzir o custo de fornecer velocidades mais altas e largura de banda simétrica, as operadoras de cabo estão buscando soluções que combinem o desempenho da Ethernet dedicada com os baixos custos operacionais e de capital dos dispositivos DOCSIS. A PON está emergindo como uma alternativa atraente por causa do uso de equipamentos de baixo custo para fornecer velocidades de gigabit simétricas, suporte a várias ofertas de serviços e imunidade a deficiências de radiofrequência que podem prejudicar a qualidade da experiência do cliente e aumentar os custos operacionais.

Padrões rivais: EPON versus GPON

O uso convencional do PON para serviços de assinante é relativamente novo nos Estados Unidos, com a Verizon oferecendo seu serviço FiOS a partir de 2005 e as ofertas do Google Fiber em Kansas City em 2012. Por outro lado, até o momento, a Ásia tem mais de trinta milhões Portas EPON implantadas. Inicialmente padronizado como PON, baseado em ATM, ou APON, pela ITU no final dos anos 90, o PON evoluiu para o que são agora duas implementações de padrões internacionais concorrentes da ITU (GPON) e IEEE (EPON). O padrão GPON tem uma vantagem do timing do mercado na América do Norte; os padrões da série ITU-T G.984.x foram ratificados em 2003, enquanto o IEEE não ratificou o padrão 802.3ah até 2004, um ano depois. O momento da ratificação do padrão GPON, bem como sua capacidade de transportar serviços TDM nativos, provavelmente contribuíram para sua seleção como uma plataforma para as implantações de FiOS da Verizon, o que explica por que o GPON atualmente é responsável pela maior parte das implantações de FTTH em América do Norte.

Originalmente, o GPON tinha uma vantagem técnica de mercado, pois sua camada de convergência de transmissão acomodava nativamente não apenas o encapsulamento de quadros Ethernet nativos, mas também células ATM e serviços TDM. Esse recurso tornou a escolha ideal para as operadoras que desejam fornecer serviços simultâneos de voz e dados para seus clientes. Como os serviços de telefonia migraram do TDM tradicional para o IP, essa vantagem técnica do GPON sobre o EPON perdeu agora a maior parte de sua relevância.

Os méritos econômicos e técnicos relativos do EPON e GPON

Os custos do equipamento de distribuição óptica (tipo de fibra, divisores, conectores etc.) são semelhantes para o GPON e o EPON. A principal variação técnica e, portanto, de custos entre os dois padrões pode ser encontrada na OLT e na ONU. As principais diferenças de componentes no OLT e ONU para GPON e EPON são os módulos ópticos e ASIC / FPGA. A maioria dos produtos GPON disponíveis no mercado é baseada em FPGA, enquanto os produtos EPON utilizam predominantemente ASICs de baixo custo. Embora seja significativamente mais caro trabalhar com ferramentas para construir um ASIC, uma vez que esse investimento inicial tenha sido feito, os custos de produção são muito mais baixos do que os chipsets FPGA e os custos são reduzidos proporcionalmente ao volume de chips produzidos. A alta demanda por EPON na Ásia, onde dezenas de milhões de unidades foram implantadas até o momento, permitiu que os fabricantes amortizassem o investimento inicial em ASIC, continuando a reduzir o custo dos componentes à medida que a demanda e, portanto, o volume, aumentassem. As melhores economias de escala em volumes mais altos para os fabricantes de ASIC sugerem que é improvável que os produtos GPON caiam tão rapidamente em preço quanto os chipsets EPON até agora (e continuarão a aumentar conforme a demanda aumentar). Além disso, os módulos ópticos para GPON também são mais caros que o EPON, devido à modulação mais rápida do laser on-off e ao nivelamento múltiplo de potência do laser exigido pelo padrão ITU-T. Além disso, a taxa de 2,4 Gbps usada por muitos fabricantes de GPON não é padrão no setor óptico, o que limita o volume de demanda necessário para reduzir os custos de fabricação desses dispositivos. É muito duvidoso que o custo do equipamento GPON possa ser tão baixo quanto o da EPON a longo prazo.

O EPON possui uma vantagem técnica distinta em uma rede na qual os serviços são definidos como Ethernet ou IP sobre Ethernet, em que os quadros Ethernet são transportados nativamente na rede óptica passiva. O GPON requer duas camadas de encapsulamento para transportar o mesmo tráfego. No GPON, os dados Ethernet e os quadros TDM devem primeiro ser encapsulados nos quadros GEM, que são posteriormente encapsulados juntamente com os quadros ATM nos quadros GTC para transporte no PON. Embora essa abordagem tenha funcionado bem onde era necessária a necessidade de transportar tráfego TDM e ATM nativo, em uma rede totalmente Ethernet, a inclusão do encapsulamento GEM e GTC adiciona complexidade desnecessária e não oferece benefício real no transporte de quadros Ethernet puros.

O GPON é arquitetado especificamente para suportar conexões ponto a ponto; portanto, onde a ponte Ethernet ou o suporte a LAN / VLAN é necessário, isso deve ser feito a montante da OLT com equipamento de sobreposição. Por outro lado, a entrega de serviços definidos pelo MEF são recursos padrão dos sistemas EPON.

Como o EPON é construído com base nos padrões Ethernet IEEE 802.3, ele herda os MIBs Ethernet padrão, que são bem suportados pelos sistemas OSS já implantados para gerenciar redes de operadoras. Além disso, o suporte à especificação CableLabs® DPoE ™ agora incorporado ao equipamento EPON permite o uso de APIs padronizadas existentes para provisionar, gerenciar e manter facilmente instalações EPON. O DPoE foi projetado para mediar entre os sistemas de provisionamento e gerenciamento DOCSIS existentes de uma operadora para fazer com que os dispositivos OLT e ONU dentro da rede PON apareçam como se fossem um modem DOCSIS CMTS e a cabo. É importante observar que o DPoE incentiva os fabricantes de equipamentos a desenvolver recursos em seus sistemas, para que eles suportem um conjunto padronizado de APIs do setor para fornecer serviços. Isso não apenas permite que as operadoras de cabo automatizem o provisionamento de serviços Ethernet de maneira repetível e eficiente usando seu back-office existente, mas também fornece um mecanismo de provisionamento e manutenção padronizado interno para todas as empresas de telecomunicações usarem. Este benefício não está disponível nos produtos GPON.

Embora essa estrutura de provisionamento padronizada esteja apenas começando a ser adotada pelos fornecedores de cabos, a capacidade de usar um processo de provisionamento e instalação bem compreendido, independentemente de quem fabricou o equipamento, continuará a aumentar a aceitação das implantações de EPON na América do Norte. Isso ocorre porque as operações de rede são “onde a borracha encontra a estrada” no sentido de que é um dos fatores contribuintes mais importantes no controle de custos e no aprimoramento da eficiência e produtividade. A maioria dos sistemas OSS existentes são escritos para endereçar tipos específicos de hardware, em vez do hardware que está sendo projetado para estar em conformidade com um conjunto de APIs padrão do setor. A adoção de padrões comuns de software, em vez do domínio atual de interfaces OSS proprietárias, facilitará a interoperabilidade e facilitará os processos de provisionamento e fornecimento de serviços. Por fim, as APIs OSS padronizadas melhoram a escolha do mercado da operadora, permitindo que elas selecionem equipamentos com base no mérito econômico e técnico, em vez de ficarem presos a um único fornecedor, como é comum na maioria das redes de operadoras. Os benefícios potenciais desse desenvolvimento são evidentes.

O GPON tem algumas vantagens marginais sobre o EPON que devem ser observadas no interesse da justiça. Uma vantagem é o uso do GPON de codificação de linha NRZ versus o uso de EPON de codificação de linha 8B10B, que fornece alguma eficiência de largura de banda marginal. É por isso que o EPON tem uma taxa de linha de 1,2 Gbps, mas uma capacidade máxima de 1 Gbps, enquanto a capacidade máxima do GPON é a taxa de linha de 1,2 ou 2,4 Gbps. Como agora os dois sistemas suportam uma alternativa de 10 Gbps, essa vantagem se tornou amplamente irrelevante. Além disso, o padrão GPON define comutação de proteção, alocação dinâmica de largura de banda e um mecanismo de nivelamento de energia da ONU. Todos esses itens são opcionais ou indefinidos no padrão EPON e quaisquer implementações deles serão específicos do fornecedor e podem não interoperar nas instâncias OLT / ONU de vários fornecedores.

O trabalho atual de desenvolvimento de padrões no EPON apenas ampliará ainda mais seu apelo, especialmente para os operadores de cabo. O primeiro deles é o desenvolvimento do padrão EPoC, atualmente sendo realizado pelo IEEE. Isso permite o uso da infraestrutura de cabo coaxial existente como meio físico para o EPON, eliminando assim o requisito de construir fibra de última milha para cada cliente. Devido ao claro custo-benefício envolvido, esse desenvolvimento certamente terá amplo impacto no mercado, pois as operadoras de cabo o utilizam para expandir os serviços de negócios e as implantações residenciais do EPON. O segundo desenvolvimento é a adição do WDM ao PON. O WDM PON dará aos operadores a capacidade de dedicar comprimentos de onda a clientes específicos, eliminando a preocupação com o EPON como um meio compartilhado. O WDM PON tornará o EPON uma solução viável para backhaul celular e instalações corporativas de grande porte, onde a excesso de assinaturas de um meio compartilhado não é desejável.

Vantagem do custo total de propriedade da EPON

No final dos anos 90, quando o ATM e o SONET dominaram as redes de transporte de operadoras, poucos teriam imaginado o domínio que a Carrier Ethernet detém hoje. Nos 40 anos desde sua introdução, a Ethernet ganhou sua posição atual como a tecnologia de transporte dominante devido à sua flexibilidade, simplicidade e economia de escala que naturalmente reduziram seu custo em comparação com as alternativas no mercado. Esses mesmos recursos técnicos e dinâmica de mercado continuarão a dar ao EPON uma vantagem total de custo de propriedade sobre o GPON. Claramente, o EPON está rapidamente ganhando vantagens técnicas e econômicas que incentivarão ainda mais os operadores a escolher o GPON. Assim como o transporte Ethernet conquistou o SONET e o ATM, à medida que o EPON ganha impulso no mercado norte-americano, seus custos de fabricação continuarão a cair exponencialmente ao longo do tempo, como o transporte Ethernet nas redes de metrô. Por fim, os produtos que oferecem melhores recursos e custos mais baixos dominam o mercado e o EPON está claramente bem posicionado para se tornar o mecanismo de entrega de fibra de última milha dominante.

Acrônimos

API - Interface de programação de aplicativos

APON -ATM PON

ASIC - Circuito Integrado de Aplicação Específica

Modo de transferência assíncrona ATM

Sistema de terminação de modem por cabo CMTS

DOCSIS - especificação de interface de serviço de dados sobre cabo

DPoE -DOCSIS Provisionamento de EPON

EPoC -EPON sobre Coaxial

EPON - Rede Óptica Passiva Ethernet

Matriz de portas programável em campo FPGA

FTTH - Fibra para o Lar

Método de encapsulamento GEM -GPON

Convergência de transmissão GTC -GPON

IEEE - Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos

Protocolo de Internet IP

UIT - União Internacional de Telecomunicações

Rede local - LAN

LTE - Evolução a Longo Prazo

MIB - Base de Informações de Gerenciamento

NRZ - Não Retorno a Zero

OLT - Terminador de linha óptico

ONU - unidade de rede óptica

OSS - Sistema de Suporte a Operações

PON - Rede óptica passiva

Rede óptica síncrona SONET

Multiplexação por Divisão de Tempo TDM

VLAN - Rede local virtual

Multiplexação por divisão de comprimento de onda WDM