Comparaison entre EPON et GPON

La fibre optique est de plus en plus utilisée dans les réseaux d'accès pour augmenter la capacité et la polyvalence. La technologie PON (Réseau Optique Passif) gagnant en popularité et les réseaux FTTH (Fibre Optique jusqu'au Domicile) devenant la tendance des futurs réseaux d'accès, deux normes point-multipoint (P2MP) - le réseau optique passif Ethernet (EPON) et le réseau optique passif Gigabit (GPON) - sont toutes deux en cours de déploiement actif. Elles sont concurrentes et complémentaires et présentent chacune des avantages uniques. Cet article présente une comparaison entre l'EPON et le GPON sous différents aspects.

Introduction sur EPON et GPON

EPON et GPON sont des variantes du système PON. Un système PON se compose généralement d'un terminal de ligne optique (OLT) au niveau du bureau central (CO) du fournisseur de services et d'un certain nombre d'unités de réseau optique (ONUs) à proximité des utilisateurs finaux. Des séparateurs optiques sont utilisés pour permettre à une seule fibre optique de desservir plusieurs locaux. EPON et GPON ont été développés par l'IEEE et l'ITU-T pour permettre des solutions à débit gigabit afin de fournir des services Ethernet et IP. L'EPON est basé sur la norme IEEE pour l'Ethernet dans le premier kilomètre. Il exploite les caractéristiques, la compatibilité et les performances du protocole Ethernet, permettant une transmission par paquets à 1 Gbps et 10 Gbps. Alors que le GPON utilise les technologies SONET/SDH et le Generic Framing Protocol (GFP) pour la transmission d'Ethernet, il utilise un protocole basé sur IP et un codage ATM ou GEM (méthode d'encapsulation du GPON). Il utilise un protocole basé sur IP et un codage ATM ou GEM (méthode d'encapsulation GPON). Le GPON permet le "triple play" (voix-données-vidéo) et constitue la base de la plupart des applications FTTP (Fiber to the Premises) prévues dans un avenir proche.

Bien que les concepts et architectures (fonctionnement du PON, cadre ODN, plan de longueur d'onde et application) soient les mêmes pour l'EPON et le GPON, leur fonctionnement, les protocoles de données et les caractéristiques et services pris en charge par chacun des deux systèmes sont totalement différents.

Figure 1 : Évolution du PON

Comparaison entre EPON et GPON

Présentant leurs propres avantages et inconvénients, l'EPON et le GPON sont complémentaires et se concurrencent sur certains aspects. Dans les lignes qui suivent, nous allons comparer clairement l'EPON et le GPON.

Taux de Transfert

L'EPON est défini par la norme IEEE 802.3, ratifiée comme 802.3ah-2004 pour 1.25 Gbps (1.0 Gbps avant le codage 8B/10B) et la norme IEEE 802.3av pour 10Gbps (10G-EPON). Le débit de données en amont et en aval de l'EPON est symétrique.

Le GPON prend en charge différentes options de débit en utilisant le même protocole, notamment un débit de données symétrique de 622 Mbps en aval et en amont, un débit de données symétrique de 1.25 Gbps dans les deux flux, ainsi qu'un débit de données de 2.5 Gbps en aval et un débit de données de 1.25 Gbps en amont. Les utilisateurs peuvent choisir le débit de données en amont et en aval en fonction de leurs besoins, ce qui confère à cette technologie une plus grande flexibilité que l'EPON.

Ratios de Partage

Les Ratios de Partage désignent le nombre d'utilisateurs destinés à être desservis par un PON donné. Il est généralement de 32, éventuellement de 16, 64 ou même 128. Le ratio de partage peut être influencé par la performance des modules émetteurs-récepteurs optiques. Un rapport de division élevé augmentera considérablement le coût des modules émetteurs-récepteurs optiques et réduira la distance de transmission. Par exemple, lorsque le rapport de division est de 1:16, la distance de transmission maximale peut être de 20 km. Mais pour un rapport de 1:32, la distance maximale est réduite à 10 km. L'EPON et le GPON sont identiques sur ce point.

L'EPON prend généralement en charge un minimum de 32 (c'est-à-dire 1 : 32) et ne limite pas le rapport de division, puisque les rapports 1 : 64 et 1 : 128 sont également disponibles. Les fournisseurs peuvent définir le rapport de division en fonction des services et de la largeur de bande qu'ils souhaitent prendre en charge. En revanche, le GPON définit une limite supérieure pour le rapport de division : Il peut prendre en charge 128, mais généralement 64. Il existe plusieurs rapports de division courants pour le GPON : 1 : 32, 1 : 64 ou 1 : 128. Le GPON offre la multiplicité des rapports de division, mais ne présente pas beaucoup d'avantages en termes de coûts. L'EPON peut déployer des dispositifs optiques moins coûteux au niveau de l'ONU car il n'a pas besoin d'atteindre un rapport de division de 128.

Service d'Accès et de Superposition

Le modèle de couches et les services de gestion associés sont tous mappés sur Ethernet (directement ou par l'intermédiaire d'IP). Pour réaliser la même chose avec le GPON, deux couches d'encapsulation sont nécessaires. Premièrement, les trames TDM et Ethernet sont enveloppées dans des trames GEM (méthode d'encapsulation GTC), qui ont un format de type GFP (dérivé de la Procédure de Trame Générique ITU G.7401). Ensuite, les trames ATM et GEM sont toutes deux encapsulées dans des trames GTC qui sont finalement transportées sur le PON. Comme le montre la Figure 2.

Figure 2 : Couche EPON vs GPON

L'EPON offre clairement une solution beaucoup plus simple et directe que le GPON. La prise en charge de l'ATM et la double encapsulation du GPON ne présentent aucun avantage réel par rapport à un schéma de transport purement Ethernet. En ce qui concerne l'accès au service, l'EPON n'est approprié que pour les services de données uniquement et le GPON pour le triple play. L'EPON est une solution Ethernet native qui exploite le protocole Ethernet, tandis que le GPON utilise le SONET/SDH et le Generic Framing Protocol (GFP) pour la transmission Ethernet. Ainsi, pour la comparaison des couches, l'EPON est meilleur que le GPON et pour les services, le GPON est meilleur.

QoS (Quality of Service)

Le protocole Ethernet n'a pas de capacité inhérente de QoS. Comme un système PON n'est pas viable sans QoS, la plupart des fournisseurs activent cette fonction dans le système EPON en utilisant des balises VLAN (Virtual Local Area Network). Si cette solution résout le problème de QoS, elle entraîne des coûts beaucoup plus élevés. Comme il n'y a pas de provisionnement automatique des balises VLAN, elles sont souvent provisionnées manuellement. Le GPON dispose d'une gestion intégrée de QoS supérieure à celle de l'EPON, car les coûts de QoS de l'EPON sont élevés par rapport à ceux du GPON. (Figure 3)

Figure 3 : Architecture QOS EPON et GPON

OAM (Opération, Administration et Maintenance)

Dans le GPON, il existe trois types différents de messages de contrôle : OMCI (ONT Management and Control Interface), OAM et PLOAM (Physical Layer OAM). Leurs rôles sont indiqués dans le tableau ci-dessous.

En revanche, l'EPON utilise les messages OAM de l'IEEE 802.3ah pour l'approvisionnement, l'isolation des pannes et la surveillance des performances en conjonction avec les ensembles SNMP (Simple Network Management Protocol) et obtient par le biais de l'IETF (Internet Engineering Task Force) et des MIB (Management Information Bases). Les messages de contrôle supplémentaires incluent les MPCP GATEs/REPORTs pour l'octroi de la bande passante.

Coûts

Le coût du déploiement du GPON ou de l'EPON dépend de l'OLT, de l'ONU/ONT et des composants optiques passifs. Un ODN se compose d'un câble à fibres, d'une armoire, d'un séparateur optique, d'un connecteur, etc. Pour le même nombre d'utilisateurs, le coût de la fibre et de l'armoire pour l'EPON est similaire à celui du GPON. Le coût de l'OLT et de l'ONT dépend de l'ASIC (Application Specific Integrated Circuit) et des modules émetteurs-récepteurs optiques. Les chipsets GPON disponibles sur le marché sont principalement basés sur un FPGA (Field Programmable Gate Array), qui est plus coûteux que l'ASIC de la couche MAC (Media Access Control) de l'EPON. Le module optique du GPON est également plus cher que celui de l'EPON. Lorsque le GPON atteindra le stade du déploiement, le coût estimé d'un OLT GPON sera de 1.5 à 2 fois supérieur à celui d'un OLT EPON, et le coût estimé d'un ONT GPON sera de 1.2 à 1.5 fois supérieur à celui d'un ONT EPON.

Résumé

L'EPON et le GPON ont respectivement leurs propres avantages et inconvénients. En ce qui concerne la comparaison des performances, le GPON est meilleur que l'EPON, tandis que l'EPON présente des avantages considérables en termes de temps de déploiement et de coût. À l'heure actuelle, l'EPON reste le système le plus répandu, tandis que le GPON est en train de le rattraper. En ce qui concerne le marché de l'accès à large bande, il est plus probable qu'ils coexistent et se complètent. Pour les utilisateurs qui exigent des services multiples, une qualité de service et une sécurité élevées, ainsi qu'un réseau dorsal ATM, le GPON semble être la solution idéale. Et pour ceux qui se soucient beaucoup du coût et qui ont moins d'exigences en matière de sécurité, l'EPON peut être préférable.