EPONとGPONの比較

ファイバは、容量と汎用性を拡張するために、アクセスネットワークで広く採用されています。PON（パッシブ光ネットワーク）技術が人気を集め、FTTH（Fiber to the Home）ネットワークが将来のアクセスネットワークのトレンドとなる中、イーサネットパッシブ光ネットワーキング（EPON）とGPON（ギガビットパッシブ光ネットワーク）という2つのポイントツーマルチポイント（P2MP）規格が活発に展開されています。これらは競争力があり、独自の利点を備えて補完的です。この文章では、EPONとGPONの比較をさまざまな点から説明します。

EPONとGPONの概要

EPONとGPONはPONの派生です。PONシステムは一般的に、サービスプロバイダの中央オフィス（CO）にある光ライン端末（OLT）と、エンドユーザー近くにある多数の光ネットワークユニット（ONU）から構成されます。光分配器は、単一の光ファイバを複数の施設に接続するために使用されます。EPONとGPONは、ギガビットレートのソリューションを提供し、イーサネットとIPサービスを提供するために、IEEEとITU-Tによって開発されました。EPONは、イーサネットのファーストマイルに関するIEEE標準に基づいています。イーサネットプロトコルの機能、互換性、パフォーマンスを活用し、1 Gbpsおよび10 Gbpsでのパケットベースの転送を実現しています。GPONはSONET/SDH技術と汎用フレーミングプロトコル(GFP)を利用してイーサネットを転送します。IPベースのプロトコルとATMまたはGEM（GPON封装方式）エンコーディングを使用します。GPONは「トリプルプレイ」（音声、データ、ビデオ）を可能にし、近い将来のほとんどの計画されているFTTP（Fiber to the Premises）アプリケーションの基盤となっています。

EPONとGPONについては、一般的な概念とアーキテクチャ（PONの動作、ODNフレームワーク、波長プラン、およびアプリケーション）は同じですが、それぞれの動作、データプロトコル、およびサポートされている機能やサービスはまったく異なります。

図1：PONの進化

EPONとGPONの比較

それぞれ独自の利点と欠点を持つEPONとGPONは、いくつかの側面で補完しあいながら競合関係にあります。したがって、以下の内容ではEPONとGPONの比較を明確にしていきたいと思います。

データレート

EPONは、IEEE 802.3の標準によって定義されており、1.25 Gbps（8B/10Bコーディング前は1.0 Gbps）のために802.3ah-2004として承認され、10Gbps（10G-EPON）のためにIEEE 802.3avの標準があります。EPONのアップストリームおよびダウンストリームのデータレートは対称です。

GPONは、同じプロトコルを使用したさまざまなビットレートオプションをサポートしており、ダウンストリームおよびアップストリームの両方で622 Mbpsの対称データレート、ダウンストリームおよびアップストリームの両方で1.25 Gbpsの対称データレート、およびダウンストリームで2.5 Gbpsのデータレートと上りで1.25 Gbpsのデータレートがあります。ユーザーは、自身のニーズに基づいて上りおよび下りのデータレートを選択することができ、EPONよりも柔軟性があります。

分割比率

分割比率とは、特定のPONが対象とするユーザー数を意味します。典型的には32であり、オプションで16、64、または128になることもあります。分割比率は光モジュールの性能に影響を受けることがあります。大きな分割比率は光モジュールのコストを大幅に増加させ、伝送距離を短くします。例えば、分割比率が1：16の場合、最大伝送距離は20kmです。しかし、分割比率を1：32にすると、最大距離は10kmに減少します。EPONとGPONはこの点で同じです。

EPONは一般的に最低32（つまり1：32）をサポートし、1：64、1：128といった分割比率の制限はありません。プロバイダは、提供するサービスと帯域幅に応じて分割比率を定義することができます。一方、GPONは分割比率に上限を設けています。最大128をサポートできますが、通常は64です。一般的なGPONの分割比率には1：32、1：64、1：128があります。GPONは分割比率の多様性を提供しますが、コストの面ではあまり利点がありません。EPONは分割比率128に到達する必要がないため、ONUでより安価な光学機器を展開することができます。

レイヤリングとアクセスサービス

レイヤリングモデルおよび関連する管理サービスは、すべて（直接またはIP経由で）イーサネットの上にマッピングされます。GPONで同様のことを達成するためには、2つのカプセル化レイヤーが必要です。まず、TDMフレームとイーサネットフレームは、GFPのようなフォーマット（Generic Frame Procedure ITU G.7401に由来）を持つGTC Encapsulation Method（GEM）フレームに包み込まれます。次に、ATMフレームとGEMフレームは両方ともGTCフレームにカプセル化され、最終的には、図2が示すように、PON上で伝送されます。

図2：EPONとGPONのレイヤ

EPONは、GPONよりもはるかにシンプルで直感的なソリューションを提供しています。GPONのATMのサポートや二重カプセル化は、純粋なイーサネット転送方式に比べて実際の利点を持ちません。アクセスサービスにおいては、EPONはデータのみのサービスに適しており、GPONはトリプルプレイに適しています。EPONはネイティブなイーサネットソリューションであり、イーサネットプロトコルを活用しています。一方、GPONはSONET/SDHおよび汎用フレーミングプロトコル(GFP)を利用してイーサネットを転送します。したがって、レイヤリングの比較ではEPONの方が優れており、サービスの面ではGPONの方が優れています

QoS (Quality of Service)

イーサネットプロトコルには固有のQoS機能はありません。PONシステムにはQoSがなければ実用的ではないため、ほとんどのベンダーはEPONでこれを実現するためにVLAN（仮想ローカルエリアネットワーク）タグを使用します。これによりQoSの問題は解決されますが、コストがかなり高くなります。VLANタグの自動プロビジョニングはないため、通常は手動でプロビジョニングされます。GPONには統合されたQoS処理があり、EPONに比べて優れています。EPONのQoSはGPONに比べてコストが高いです。（図3）

図3：EPONとGPONのQOSアーキテクチャ

OAM（運用・管理・保守）

GPONには、3つの異なるタイプの制御メッセージがあります: OMCI（ONT管理・制御インタフェース）、OAM、およびPLOAM（物理層OAM）。それらの役割は以下の表に示されています。

それに対して、EPONはIEEE 802.3ah OAMメッセージを使用して、SNMP（簡易ネットワーク管理プロトコル）のセットとゲットを通じて、IETF（インターネット技術タスクフォース）およびMIB（管理情報ベース）と連携してプロビジョニング、障害分離、およびパフォーマンス監視を行います。帯域幅の許可には、追加の制御メッセージであるMPCP GATEs/REPORTsが使用されます。

コスト

GPONまたはEPONのコスト費用は、OLT、ONU/ONT、および受動光学部品に依存します。ODNは、光ファイバケーブル、キャビネット、光分配器、コネクタなどで構成されています。同じのユーザー数に対して、EPONの光ファイバとキャビネットのコストは、GPONとほぼ同じです。OLTとONTのコストは、ASIC（アプリケーション固有集積回路）と光モジュールによって決まります。市場で利用可能なGPONチップセットは、主にFPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）に基づいており、EPONのMAC（メディアアクセスコントロール）層ASICよりも高価です。GPONの光モジュールもEPONよりも高価です。GPONが展開段階に達すると、推定されるGPON OLTのコストはEPON OLTの1.5倍から2倍になり、GPON ONTの推定コストはEPON ONTの1.2倍から1.5倍になります。

結論

EPONとGPONはそれぞれ独自の利点と欠点を持っています。性能の比較では、GPONはEPONよりも優れていますが、EPONは展開時間とコストの面で多くの利点があります。現時点では、EPONがまだ主流であり、GPONは追いついています。ブロードバンドアクセス市場においては、EPONとGPONが互いを補完するために共存する可能性が高いです。複数のサービス、高いQoS、セキュリティ、およびATMバックボーンネットワークを必要とするユーザーにとっては、GPONが理想的な選択肢となるでしょう。一方、コストを重視し、セキュリティ要件が少ないユーザーにとっては、EPONがより適しているかもしれません。