Confronto tra EPON e GPON

La fibra sta vedendo un'ampia adozione nella rete di accesso per espanderne la capacità e la versatilità. Con la popolarità della tecnologia PON (Passive Optical Network) e il trend delle reti FTTH (Fiber to the Home) a diventare la rete di accesso del futuro, due standard point-to-multipoint (P2MP) - Ethernet passive optical networking (EPON) e GPON (Gigabit Passive Optical Network) - sono entrambi in fase di implementazione. Sono competitivi e complementari e presentano vantaggi unici. Questo tutorial fa un confronto tra EPON e GPON in base a diversi aspetti.

Introduzione a EPON e GPON

EPON e GPON sono varianti di PON. Un sistema PON è generalmente costituito da un terminale di linea ottica (OLT) presso l'ufficio centrale (CO) del fornitore di servizi e da un certo numero di unità di rete ottica (ONU) vicino agli utenti finali. Gli splitter ottici vengono utilizzati per consentire a una singola fibra ottica di servire più locali. EPON e GPON sono stati sviluppati dall'IEEE e dall'ITU-T per consentire soluzioni a velocità Gigabit per la fornitura di servizi Ethernet e IP. EPON si basa sullo standard IEEE per Ethernet nel primo miglio. Sfrutta le caratteristiche, la compatibilità e le prestazioni del protocollo Ethernet, consentendo la trasmissione basata su pacchetti a 1 Gbps e 10 Gbps. Mentre GPON utilizza le tecnologie SONET/SDH e il Generic Framing Protocol (GFP) per trasportare Ethernet. Utilizza un protocollo basato su IP e una codifica ATM o GEM (metodo di incapsulamento GPON). Il GPON consente il "triple play" (voce-dati-video) ed è la base della maggior parte delle applicazioni FTTP (Fiber to the Premises) previste nel prossimo futuro.

Sebbene i concetti e le architetture generali (funzionamento del PON, struttura ODN, piano di lunghezza d'onda e applicazione) siano gli stessi per EPON e GPON, il loro funzionamento, i protocolli di dati e le funzionalità e i servizi supportati da ciascuno di essi sono totalmente diversi.

Figura 1: Evoluzione dei PON

Confronto tra EPON e GPON

Caratterizzati da vantaggi e svantaggi propri, EPON e GPON sono complementari e in competizione tra loro per alcuni aspetti. Nei contenuti che seguono vorremmo dunque chiarire il confronto tra EPON e GPON.

Velocità di trasmissione dati

EPON è definito dallo standard IEEE 802.3, ratificato come 802.3ah-2004 per 1,25 Gbps (1,0 Gbps prima della codifica 8B/10B) e dallo standard IEEE 802.3av per 10Gbps (10G-EPON). La velocità di trasmissione dei dati a monte e a valle di EPON è simmetrica.

GPON supporta diverse opzioni di velocità di trasmissione utilizzando lo stesso protocollo, tra cui una velocità di trasmissione simmetrica di 622 Mbps sia in downstream che in upstream, una velocità di trasmissione simmetrica di 1,25 Gbps in entrambi i flussi, nonché una velocità di trasmissione di 2,5 Gbps in downstream e di 1,25 Gbps in upstream. Gli utenti possono scegliere la velocità di trasmissione dei dati a monte e a valle in base alle proprie esigenze, rendendola più flessibile rispetto a EPON.

Split ratio

Per split ratio si intende il numero di utenti che si intende servire con un determinato PON. In genere si tratta di 32, opzionalmente 16, 64 o anche 128. Il rapporto di divisione può essere influenzato dalle prestazioni dei moduli transceiver ottici. Un rapporto di divisione elevato aumenta sostanzialmente il costo dei moduli transceiver ottici e riduce la distanza di trasmissione. Ad esempio, quando il rapporto di divisione è 1:16, la distanza massima di trasmissione può essere di 20 km. Ma con un rapporto di 1:32, la distanza massima si riduce a 10 km. EPON e GPON sono identici sotto questo aspetto.

EPON supporta generalmente un minimo di 32 (cioè 1:32) e non limita il rapporto di splittaggio, in quanto sono disponibili anche 1:64 e 1:128. I fornitori possono definire il rapporto di divisione in base ai servizi e alla larghezza di banda che desiderano supportare. Al contrario, GPON definisce un limite massimo per il rapporto di divisione: Può supportare 128, ma in genere è 64. Esistono diversi rapporti di splittaggio comuni di GPON: 1:32, 1:64 o 1:128. GPON offre una molteplicità di rapporti di divisione, ma non offre grandi vantaggi in termini di costi. EPON può implementare ottiche più economiche presso l'ONU, poiché non deve raggiungere un rapporto di divisione di 128.

Stratificazione e servizio di acccesso

Il modello di stratificazione e i servizi di gestione associati sono tutti mappati su Ethernet (direttamente o tramite IP). Per ottenere lo stesso risultato in GPON, sono necessari due livelli di incapsulamento. In primo luogo, i frame TDM ed Ethernet sono avvolti in frame GTC Encapsulation Method (GEM), che hanno un formato simile al GFP (derivato dalla Generic Frame Procedure ITU G.7401). In secondo luogo, i frame ATM e GEM sono entrambi incapsulati in frame GTC che vengono infine trasportati sul PON. Come mostra la Figura 2.

Figura 2: Strato EPON vs GPON

EPON offre chiaramente una soluzione molto più semplice e lineare rispetto a GPON. Il supporto di ATM e il doppio incapsulamento di GPON non offrono alcun vantaggio reale rispetto a uno schema di trasporto Ethernet puro. Per quanto riguarda l'accesso al servizio, EPON è appropriato solo per i servizi di soli dati e GPON per il triple-play. EPON è una soluzione Ethernet nativa che sfrutta il protocollo Ethernet, mentre GPON sfrutta SONET/SDH e il Generic Framing Protocol (GFP) per trasportare Ethernet. Pertanto, per quanto riguarda la stratificazione, EPON è migliore di GPON e per quanto riguarda il servizio, GPON è migliore.

QoS (Quality of Service)

Il protocollo Ethernet non ha una capacità QoS intrinseca. Poiché un sistema PON non è fattibile senza QoS, la maggior parte dei fornitori lo abilita in EPON utilizzando i tag VLAN (Virtual Local Area Network). Sebbene questo risolva il problema della QoS, comporta costi molto più elevati. Poiché non esiste un provisioning automatico dei tag VLAN, spesso il provisioning viene effettuato manualmente. GPON ha una gestione QoS integrata che lo rende migliore di EPON, perché la QoS di EPON ha costi elevati rispetto a GPON. (Figura 3)

Figura 3: Architettura QOS EPON vs GPON

OAM (Gestione e manutenzione operativa)

In GPON esistono tre diversi tipi di messaggi di controllo: OMCI (ONT Management and Control Interface), OAM e PLOAM (Physical Layer OAM). I loro ruoli sono illustrati nella tabella seguente.

Al contrario, EPON utilizza i messaggi OAM di IEEE 802.3ah per il provisioning, l'isolamento dei guasti e il monitoraggio delle prestazioni in combinazione con i set SNMP (Simple Network Management Protocol) e ottiene tramite IETF (Internet Engineering Task Force) e MIB (Management Information Bases). I messaggi di controllo aggiuntivi sono MPCP GATEs/REPORTs per la concessione della larghezza di banda.

Costi

Il costo dell'implementazione di GPON o EPON dipende da OLT, ONU/ONT e componenti ottici passivi. Un ODN è composto da cavo in fibra, armadio, splitter ottico, connettore, ecc. Per lo stesso numero di utenti, il costo della fibra e dell'armadio con EPON è simile a quello di GPON. Il costo di OLT e ONT è determinato dai moduli ASIC (Application Specific Integrated Circuit) e transceiver ottici. I chipset GPON disponibili sul mercato sono per lo più basati su FPGA (Field Programmable Gate Array), più costosi degli ASIC del livello MAC (Media Access Control) di EPON. Anche il modulo ottico di GPON è più costoso di EPON. Quando il GPON raggiungerà la fase di distribuzione, il costo stimato di un OLT GPON sarà da 1,5 a 2 volte superiore a quello di un OLT EPON e il costo stimato di un ONT GPON sarà da 1,2 a 1,5 volte superiore a quello di un ONT EPON.

Conclusioni

EPON e GPON presentano rispettivamente vantaggi e svantaggi. Nel confronto delle prestazioni, GPON è migliore di EPON, mentre EPON ha molti vantaggi per quanto riguarda i tempi e i costi di implementazione. Attualmente EPON è ancora il mainstream, mentre GPON sta recuperando terreno. Per quanto riguarda il mercato dell'accesso a banda larga, è più probabile che i due sistemi coesistano per completarsi a vicenda. Per gli utenti che hanno esigenze di multiservizio, elevata QoS e sicurezza, nonché di rete dorsale ATM, GPON sembra essere l'ideale. Per chi invece è molto attento ai costi e ha meno esigenze di sicurezza, EPON potrebbe essere la soluzione migliore.