EPON vs. GPON
La tecnologia d’elecció per al lliurament de serveis de propera generació A Amèrica del Nord, els serveis de dades a tarifes simètriques de 100 megabits més simètriques només han estat disponibles per als grans empreses empresarials a causa dels elevats costos de la construcció de fibra i els equips de dades empresarials. Els clients de petites i mitjanes empreses han quedat relegats a mòdem de cable de prestacions inferiors o tecnologies DSL que s'han demostrat incapaços de proporcionar una amplada de banda simètrica altament econòmicament. Ara que els clients de petites i mitjanes empreses adopten aplicacions amb gran amplada de banda com serveis en núvol, la demanda de rendiment Ethernet de fibra dedicat a un punt de preu del mòdem per cable o DSL augmenta ràpidament. Al seu torn, això està motivant els operadors a investigar tecnologies que puguin permetre satisfer de forma rendible les demandes de serveis d’aquest mercat altament lucratiu. Les solucions Ethernet empresarials dedicades existents, si bé són capaces de satisfer els requisits tecnològics, són massa cares per donar suport eficaç a les expectatives de preu del client de la petita i mitjana empresa. La xarxa òptica passiva (PON) ofereix possibilitats prometedores tant en qualitat de servei com en punt de preu. Els operadors tenen dues opcions de tecnologia vàlides per donar servei a aquest mercat: EPON i GPON. Tot i que actualment GPON està en un desplegament ampli a Amèrica del Nord, l'EPON és substituïda per la qual cosa és una inversió tecnològica superior per a la prestació de serveis Ethernet residencials i de petites i mitjanes empreses. Aquest treball analitza les raons per les quals EPON és la tecnologia escollida per oferir serveis Ethernet de qualitat per a grans empreses a petites i mitjanes empreses i clients residencials a un preu que estiguin disposats a pagar. Superació de les limitacions de la infraestructura DOCSIS®
Els operadors de cable han servit des de fa temps a clients de petites i mitjanes empreses que utilitzen dispositius DOCSIS. Tanmateix, estan sent poc pràctics i econòmicament operatius realitzar els canvis radicals a la infraestructura DOCSIS existent necessària per seguir amb la demanda del client per oferir serveis de simetria de major velocitat. El fet d’oferir una amplada de banda simètrica mitjançant DOCSIS sempre ha estat un repte a causa del nombre limitat de canals disponibles a l’amunt tal com es defineix a l’estàndard original DOCSIS. Aquesta limitació ha provocat que els serveis de mòdem per cable evolucionin per afavorir una gran amplada de banda aigües avall, sovint superior als 100 Mbs, mentre que les capacitats aigües amunt de la majoria dels productes dels operadors s’han limitat a 10 Mbs o inferiors. És cert que l’estàndard DOCSIS 3.0 defineix canals de RF addicionals que permeten l’expansió de la capacitat amunt, però eliminar els filtres de la infraestructura de cable existent per donar suport als nous intervals de freqüències és un exercici intensiu en capital que la majoria dels operadors de cable no s’entusiasma realitzar. Per millorar el rendiment de la xarxa tot reduint el cost del lliurament de velocitats més elevades i l'amplada de banda simètrica, els operadors de cable busquen solucions que combinen el rendiment de Ethernet dedicat amb els baixos costos de capital i operatius dels dispositius DOCSIS. PON es presenta com una alternativa atractiva pel fet d’utilitzar equips de baix cost per oferir velocitats de gigabit simètriques, el seu suport a múltiples ofertes de serveis i la seva immunitat davant de discapacitats de radiofreqüència que poden alterar la qualitat de l’experiència i inflar els costos operatius del client.
Normes rivals: EPON versus GPON
L’ús principal de PON per als serveis per a subscriptors és relativament nou als Estats Units, Verizon va oferir per primera vegada el servei FiOS a partir del 2005 i les ofertes de Google Fiber de Kansas City el 2012. Per la seva banda, a partir del moment d’escriure, Àsia té més de trenta milions. Ports EPON desplegats. Inicialment estandarditzada com a PON basada en ATM, o APON, per la UIT a finals dels anys 90, PON ha evolucionat fins a convertir-se en les actuals dues implementacions de normes internacionals competents de la UIT (GPON) i la IEEE (EPON). La norma GPON té un avantatge de la sincronització del mercat a Amèrica del Nord; els estàndards de la sèrie UIT-T G.984.x es van ratificar el 2003, mentre que l’IEEE no va ratificar l’estàndard 802.3ah fins al 2004, un any després. El calendari de la ratificació de l'estàndard GPON, així com la seva capacitat per portar serveis TDM nadius, probablement contribuïren a la seva selecció com a plataforma per als desplegaments FiOS de Verizon, que expliquen per què actualment GPON compta la major part dels desplegaments de FTTH a Amèrica del nord.
Originalment, GPON tenia un avantatge en el mercat tècnic en què la seva capa de convergència de transmissió allotjava de forma nativa no només l'encapsulació de marcs Ethernet nadius, sinó també de cèl·lules ATM i serveis TDM. Aquesta capacitat la va convertir en una elecció ideal per als operadors que desitgin proporcionar serveis de veu i dades simultanis als seus clients. Com que els serveis de telefonia han migrat de la TDM tradicional a la IP, aquest avantatge tècnic de GPON sobre EPON ha perdut la major part de la seva rellevància.
Els mèrits relatius econòmics i tècnics d'EPON i GPON
Els costos dels equips de distribució òptica (tipus de fibra, separadors, connectors, etc.) són similars tant per a GPON com per EPON. La principal variació tècnica i, per tant, la de costos entre els dos estàndards es troba a l’OLT i l’ONU. Les diferències de components principals en l’OLT i l’ONU per a GPON i EPON són els mòduls ASIC / FPGA i òptiques. La majoria dels productes GPON disponibles al mercat són basats en FPGA, mentre que els productes EPON utilitzen predominantment ASIC de menor cost. Si bé és significativament més car crear eines per crear un ASIC, un cop feta aquesta inversió anticipada, els costos de producció són molt inferiors als dels xips FPGA i els costos es redueixen encara més proporcionalment al volum de xips produïts. L’elevada demanda d’EPON a Àsia, on fins ara s’han desplegat desenes de milions d’unitats, va permetre als fabricants amortitzar la inversió inicial ASIC mentre continuessin baixant el cost dels components a mesura que la demanda i, per tant, el volum, creixien. Les millors economies d’escala a volums més elevats per als fabricants d’ASIC suggereixen que és poc probable que els productes GPON baixin tan ràpidament com els chipsets EPON fins ara (i continuaran fent-ho a mesura que augmenti la demanda). A més, els mòduls òptics per a GPON també són més cars que EPON a causa de la modulació làser més ràpida d'encesa i el nivell d'anivellament làser requerit per l'estàndard ITU-T. A més, la taxa de 2,4 Gbps utilitzada per molts fabricants GPON no és normal per a la indústria òptica, el que limita el volum de demanda necessari per disminuir els costos de fabricació d'aquests dispositius. És molt dubtós que el cost dels equips GPON pugui ser mai baix que el dels EPON a llarg termini.
EPON té un avantatge tècnic distint en una xarxa on els serveis es defineixen com Ethernet o IP sobre Ethernet, ja que els fotogrames Ethernet es porten de forma nativa a la xarxa òptica passiva. GPON requereix dues capes d’encapsulament per a transportar el mateix trànsit. En GPON, les dades Ethernet i els fotogrames TDM primer han de ser encapsulats en fotogrames GEM, que posteriorment es poden encapsular juntament amb els fotogrames ATM en fotogrames GTC per al seu transport en el PON. Tot i que aquest enfocament funcionava bé quan es requeria portar trànsit de TDM i ATM autòctons, en una xarxa de tots els Ethernet la inclusió d’encapsulació GEM i GTC afegeix complexitat innecessària i no proporciona beneficis reals en el transport de trames Ethernet pures.
GPON està arxivat específicament per suportar connexions punt a punt; per tant, quan cal fer el pont entre Ethernet o suport LAN / VLAN, això s'ha de fer aigües amunt de l'OLT amb equips de superposició. Per contra, el lliurament de serveis definits per MEF són capacitats estàndard dels sistemes EPON.
Com que EPON està basat en els estàndards Ethernet IEEE 802.3, hereta els MIB Ethernet estàndard, que són ben suportats pels sistemes OSS ja desplegats per a administrar xarxes de portadors. A més, la compatibilitat d’especificacions CableLabs® DPoE ™ que s’està integrant en equips EPON permet l’ús d’API estandaritzades existents per subministrar, gestionar i mantenir fàcilment instal·lacions EPON. DPoE ha estat dissenyat per mediar entre els sistemes de gestió i aprovisionament DOCSIS existents per un operador per fer que apareguin els dispositius OLT i ONU de la xarxa PON com si fossin un mòdem DOCSIS CMTS i un mòdem per cable. És important tenir en compte que DPoE encoratja els fabricants d'equips a integrar capacitats en els seus sistemes de manera que donin suport a un conjunt d'API estandarditzats de la indústria per a la prestació de serveis. Això no només permet als operadors de cable automatitzar els subministraments de serveis Ethernet de manera repetible i eficaç utilitzant el seu back office existent, sinó que també proporciona un mecanisme de subministrament i manteniment normalitzat integrat per a les empreses de telecomunicacions. Aquest avantatge no està disponible en productes GPON.
Tot i que els proveïdors de cable s’estan començant a adoptar aquest marc de aprovisionament normalitzat, la capacitat d’utilitzar un procés d’instal·lació de subministrament i instal·lació ben entès, independentment de qui hagi fabricat l’equip continuarà estimulant la captació de desplegaments EPON a Amèrica del Nord. Això és degut a que les operacions de xarxa són “allà on el cautxú es troba amb la carretera”, en el sentit que és un dels factors més importants que contribueixen a controlar els costos i a millorar l’eficiència i la productivitat. La majoria dels sistemes OSS existents estan escrits per adreçar tipus específics de maquinari, en lloc que el maquinari està dissenyat per ajustar-se a un conjunt d’API estàndard de la indústria. L’adopció d’estàndards de programari comuns, en lloc del domini actual de les interfícies propietat OSS, facilitarà la interoperabilitat i suavitzarà els processos d’aprovisionament i prestació de serveis. En última instància, les API OSS estandaritzades milloraran l’elecció del mercat d’operadors, permetent-los seleccionar equips basats en mèrits econòmics i tècnics en lloc de ser bloquejats en un únic venedor com és habitual en la majoria de les xarxes d’operadors. Els beneficis possibles d'aquest desenvolupament són clars.
GPON presenta alguns avantatges marginals respecte a l'EPON, que cal destacar en interès de l'equitat. Un dels avantatges és l’ús de GPON de la codificació de línies NRZ versus l’ús d’EPON de la codificació de línia 8B10B, que proporciona una certa eficiència marginal. És per això que EPON té una velocitat de línia d’1,2 Gbps però una capacitat màxima d’1 Gbps mentre que la capacitat màxima de GPON és la velocitat de la línia de 1,2 o 2,4 Gbps. Atès que ambdós sistemes admeten una alternativa de 10 Gbps, aquest avantatge ha estat en gran part irrellevant. A més, l’estàndard GPON defineix la commutació de protecció, l’assignació dinàmica de banda dinàmica i un mecanisme d’anivellament de potència ONU. Tots ells són opcionals o no definits en l'estàndard EPON i qualsevol implementació és específica del venedor i és possible que no interoperarà en instàncies OLT / ONU multivendor.
Els treballs actuals de desenvolupament d’estàndards sobre EPON només ampliaran la seva apel·lació, especialment per als operadors de cable. El primer d'ells és el desenvolupament estàndard EPoC, que actualment està a càrrec de l'IEEE. Això permet l'ús de la infraestructura de cable coaxial existent com a mitjà físic per a EPON, eliminant així el requisit de construir fibra de darrera milla a tots els clients. A causa del clar benefici que suposa un cost, aquest desenvolupament sens dubte tindrà un impacte generalitzat en el mercat, ja que els operadors de cable s’aprofiten per ampliar serveis empresarials i desplegaments residencials d’EPON. El segon desenvolupament és l’addició de WDM a PON. WDM PON proporcionarà als operadors la capacitat de dedicar longituds d'ona a clients específics, eliminant la preocupació respecte a EPON com a mitjà compartit. WDM PON convertirà EPON en una solució viable tant per a la revisió cel·lular com per a les instal·lacions de grans empreses on no sigui desitjable la supresscripció d'un mitjà compartit.
Cost d’avantatge de la propietat total d’EPON
A finals dels anys 90, quan ATM i SONET dominaven les xarxes de transport de transportistes, pocs haurien previst la dominància que avui dia manté Carrier Ethernet. En els quaranta anys des de la seva introducció, Ethernet ha guanyat la posició actual com a tecnologia de transport dominant per la seva flexibilitat, simplicitat i economies d’escala que han disminuït naturalment el seu cost en comparació amb les alternatives del mercat. Aquestes mateixes capacitats tècniques i dinàmiques de mercat continuaran donant a EPON un cost total de propietat sobre GPON. Evidentment, EPON està guanyant ràpidament avantatges tant tècnics com econòmics que incentivaran encara més els operadors a escollir-lo amb GPON. De la mateixa manera que el transport Ethernet ha guanyat amb SONET i ATM, a mesura que EPON guanya impuls al mercat nord-americà, els seus costos de fabricació continuaran baixant exponencialment amb el pas del temps igual que el transport Ethernet a les xarxes de metro. En última instància, els productes que ofereixen millors prestacions i menors costos dominen al mercat i EPON està clarament ben posicionat per convertir-se en el mecanisme dominant d’entrega de fibra de darrera milla.
Sigles
Interfície de programació API-Aplicació
APON -ATM PON
ASIC-Circuit Integrat d'Aplicacions Específiques
ATM -Modera de transferència asíncrona
Sistema de terminació del mòdem CMTS CMTS
DOCSIS: Especificació de la interfície del servei de cable mitjançant dades a través de cable
DPoE -DOCSIS Subministrament d’EPON
EPoC -EPON sobre Coax
Xarxa òptica passiva EPON-Ethernet
Matriu de porta programable FPGA -Field-Program
FTTH -Fibra a la llar
Mètode d’encapsulació GEM -GPON
Convergència de transmissió GTC -GPON
IEEE -Institut d'Enginyers Elèctrics i Electrònics
Protocol IP-Internet
UIT - Unió Internacional de Telecomunicacions
LAN-Xarxa d'àrea local
LTE - Evolució a llarg termini
MIB - Base d’informació de gestió
NRZ -No-Retorn a Zero
OLT-Terminal de línia òptica
UNU-Unitat de xarxa òptica
Sistema de suport a les operacions OSS
Xarxa òptica PON
SONET - Xarxa òptica sincrònica
Multiplexació TDM-Divisió de temps
VLAN - Xarxa d'àrea local local
WDM-Multiplexació de divisió de longitud d’amplada de longitud
