EPON vs. GPON

EPON vs. GPON

La tecnologia prescelta per l'erogazione di servizi di prossima generazione All'interno del Nord America, i servizi dati a 100 megabit più tariffe simmetriche sono stati tradizionalmente disponibili solo per i clienti di grandi aziende a causa degli elevati costi di costruzione di fibre e apparecchiature dati aziendali. I clienti delle piccole e medie imprese sono stati retrocessi in modem via cavo o tecnologie DSL a prestazioni inferiori che si sono dimostrati incapaci di fornire economicamente un'elevata larghezza di banda simmetrica. Ora che i clienti delle piccole e medie imprese stanno adottando applicazioni ad alta intensità di larghezza di banda come i servizi cloud, la domanda di prestazioni Ethernet in fibra dedicate a un prezzo DSL o modem via cavo sta aumentando rapidamente. Questo, a sua volta, sta motivando gli operatori a studiare tecnologie che possono consentire loro di soddisfare proficuamente le esigenze di servizio di questo mercato altamente redditizio. Le soluzioni Ethernet aziendali dedicate esistenti, sebbene in grado di soddisfare i requisiti tecnologici, sono troppo costose per supportare efficacemente le aspettative di prezzo dei clienti delle piccole e medie imprese. Passive Optical Networking (PON) offre possibilità promettenti in termini sia di qualità del servizio che di prezzo. Gli operatori hanno due valide scelte tecnologiche per servire questo mercato: EPON e GPON. Sebbene GPON sia attualmente ampiamente utilizzato in Nord America, è destinato a essere sostituito da EPON, che rappresenta un investimento tecnologico superiore per la fornitura di servizi Ethernet residenziali e di piccole e medie imprese. Questo documento esamina i motivi per cui EPON è la tecnologia prescelta per la fornitura di servizi Ethernet di qualità per grandi aziende a piccole e medie imprese e clienti residenziali ad un prezzo che sono disposti a pagare. Superare i limiti dell'infrastruttura DOCSIS®

Gli operatori via cavo hanno servito a lungo i clienti delle piccole e medie imprese utilizzando i dispositivi DOCSIS. Tuttavia, stanno trovando in modo operativo e finanziario poco pratico eseguire i cambiamenti radicali nell'infrastruttura DOCSIS esistente necessaria per tenere il passo con la domanda dei clienti di offerte di servizi simmetrici a velocità più elevata. Fornire una larghezza di banda simmetrica usando DOCSIS è sempre stata una sfida a causa del numero limitato di canali upstream disponibili come definito nello standard DOCSIS originale. Questa limitazione ha portato all'evoluzione dei servizi di modem via cavo per favorire un'ampia larghezza di banda a valle, spesso superiore a 100 Mb, mentre le capacità a monte della maggior parte dei prodotti degli operatori sono state limitate a 10 Mb o meno. È vero che lo standard DOCSIS 3.0 definisce canali RF aggiuntivi che consentono l'espansione della capacità a monte, ma la rimozione di filtri dall'infrastruttura via cavo esistente per supportare le nuove gamme di frequenza è un esercizio ad alta intensità di capitale che la maggior parte degli operatori via cavo non è entusiasta di intraprendere. Per migliorare le prestazioni della rete riducendo al contempo i costi di consegna di velocità più elevate e larghezza di banda simmetrica, gli operatori via cavo sono alla ricerca di soluzioni che combinino le prestazioni di Ethernet dedicata con i bassi costi di capitale e operativi dei dispositivi DOCSIS. PON sta emergendo come alternativa accattivante a causa del suo uso di apparecchiature a basso costo per fornire velocità gigabit simmetriche, il suo supporto per molteplici offerte di servizi e la sua immunità ai problemi di radiofrequenza che possono compromettere la qualità dell'esperienza del cliente e gonfiare i costi operativi.

FTTB

Standard rivali: EPON contro GPON

L'uso principale di PON per i servizi agli abbonati è relativamente nuovo negli Stati Uniti, con Verizon che offre il suo servizio FiOS a partire dal 2005 e le offerte Google Fiber di Kansas City nel 2012. Al contrario, al momento in cui scriviamo, l'Asia ha più di trenta milioni Porte EPON distribuite. Inizialmente standardizzato come PON basato su ATM, o APON, dall'ITU alla fine degli anni '90, PON si è evoluto in quelle che ora sono due implementazioni di standard internazionali concorrenti dall'ITU (GPON) e dall'IEEE (EPON). Lo standard GPON ha un vantaggio nella tempistica del mercato in Nord America; gli standard della serie ITU-T G.984.x sono stati ratificati nel 2003, mentre l'IEEE non ha ratificato lo standard 802.3ah fino al 2004, un anno dopo. I tempi della ratifica dello standard GPON, nonché la sua capacità di trasportare servizi TDM nativi, hanno probabilmente contribuito alla sua selezione come piattaforma per le distribuzioni FiOS di Verizon, il che spiega perché GPON rappresenta attualmente la maggior parte delle distribuzioni FTTH in Nord America.

Inizialmente, GPON aveva un vantaggio tecnico sul mercato in quanto il suo strato di convergenza di trasmissione ospitava nativamente non solo l'incapsulamento di frame Ethernet nativi, ma anche di celle ATM e servizi TDM. Questa capacità l'ha resa una scelta ideale per i vettori che desiderano offrire servizi voce e dati simultanei ai propri clienti. Poiché i servizi di telefonia sono passati dal TDM tradizionale all'IP, questo vantaggio tecnico di GPON su EPON ha perso la maggior parte della sua rilevanza.

I relativi meriti economici e tecnici di EPON e GPON

I costi delle apparecchiature di distribuzione ottica (tipo di fibra, splitter, connettori e così via) sono simili sia per GPON che per EPON. La principale variazione tecnica e quindi dei costi tra i due standard si trova nell'OLT e nell'ONU. Le principali differenze tra i componenti OLT e ONU per GPON ed EPON sono ASIC / FPGA e moduli ottici. La maggior parte dei prodotti GPON disponibili sul mercato sono basati su FPGA, mentre i prodotti EPON utilizzano prevalentemente ASIC a basso costo. Mentre è significativamente più costoso attrezzare per costruire un ASIC, una volta effettuato questo investimento iniziale, i costi di produzione sono molto più bassi rispetto ai chipset FPGA e i costi sono ulteriormente ridotti in proporzione al volume di chip prodotti. La forte domanda di EPON in Asia, dove ad oggi sono state distribuite decine di milioni di unità, ha permesso ai produttori di ammortizzare l'investimento iniziale ASIC continuando a ridurre il costo dei componenti man mano che la domanda e quindi il volume crescevano. Le migliori economie di scala a volumi più elevati per i produttori di ASIC suggeriscono che è improbabile che i prodotti GPON diminuiranno rapidamente quanto i chipset EPON hanno fatto finora (e continueranno a fare all'aumentare della domanda). Inoltre, i moduli ottici per GPON sono anche più costosi di EPON a causa della più veloce modulazione laser on-off e del livellamento multiplo della potenza laser richiesto dallo standard ITU-T. Inoltre, la velocità di 2,4 Gbps utilizzata da molti produttori di GPON non è standard per l'industria ottica, il che limita il volume della domanda necessario per ridurre i costi di produzione di tali dispositivi. È molto dubbio che il costo delle apparecchiature GPON possa mai essere così basso come quello per EPON a lungo termine.

EPON ha un netto vantaggio tecnico in una rete in cui i servizi sono definiti come Ethernet o IP su Ethernet, in quanto i frame Ethernet vengono trasportati nativamente sulla rete ottica passiva. GPON richiede due livelli di incapsulamento per trasportare lo stesso traffico. In GPON, i dati Ethernet e i frame TDM devono prima essere incapsulati nei frame GEM che vengono successivamente incapsulati insieme ai frame ATM nei frame GTC per il trasporto sul PON. Mentre questo approccio ha funzionato bene laddove era richiesta la necessità di trasportare traffico TDM e ATM nativo, in una rete completamente Ethernet l'inclusione di incapsulamento GEM e GTC aggiunge complessità non necessaria e non offre alcun vantaggio reale nel trasporto di frame Ethernet puri.

FTTX

GPON è progettato appositamente per supportare connessioni punto-punto; quindi, laddove sia richiesto il bridging Ethernet o il supporto LAN / VLAN, questo deve essere fatto a monte dell'OLT con apparecchiature overlay. Al contrario, la fornitura di servizi definiti da MEF è una funzionalità standard dei sistemi EPON.

Poiché EPON è basato sugli standard Ethernet IEEE 802.3, eredita i MIB Ethernet standard che sono ben supportati dai sistemi OSS già implementati per gestire le reti di carrier. Inoltre, il supporto per le specifiche CableLabs® DPoE ™ ora integrato nelle apparecchiature EPON consente l'uso di API standardizzate esistenti per eseguire facilmente il provisioning, la gestione e la manutenzione delle installazioni EPON. DPoE è stato progettato per mediare tra i sistemi di provisioning e gestione DOCSIS esistenti di un operatore per far apparire i dispositivi OLT e ONU all'interno della rete PON come se fossero un CMS DOCSIS e un modem via cavo. È importante notare che DPoE incoraggia i produttori di apparecchiature a sviluppare capacità nei loro sistemi in modo che supportino un set standardizzato di API del settore per fornire servizi. Ciò non solo consente agli operatori via cavo di automatizzare il provisioning dei servizi Ethernet in modo ripetibile ed efficiente utilizzando il loro back office esistente, ma fornisce anche un meccanismo di provisioning e manutenzione standardizzato incorporato che tutte le società di telecomunicazioni possono utilizzare. Questo vantaggio non è disponibile nei prodotti GPON.

Mentre questo framework di provisioning standardizzato sta appena iniziando ad essere adottato dai fornitori di servizi via cavo, la capacità di utilizzare un processo di provisioning e installazione ben compreso indipendentemente da chi ha prodotto l'apparecchiatura continuerà ad alimentare un maggiore assorbimento delle implementazioni EPON in Nord America. Questo perché le operazioni di rete sono "dove la gomma incontra la strada", nel senso che è uno dei più importanti fattori che contribuiscono al controllo dei costi e al miglioramento dell'efficienza e della produttività. La maggior parte dei sistemi OSS esistenti sono scritti per affrontare tipi specifici di hardware, piuttosto che l'hardware progettato per conformarsi a un set di API standard del settore. L'adozione di standard software comuni, anziché l'attuale prevalenza delle interfacce OSS proprietarie, faciliterà l'interoperabilità e faciliterà i processi di provisioning e fornitura di servizi. In definitiva, le API OSS standardizzate miglioreranno la scelta del mercato degli operatori, consentendo loro di selezionare le apparecchiature in base al merito economico e tecnico anziché essere bloccate in un singolo fornitore, come è comune nella maggior parte delle reti di operatori. I potenziali benefici di questo sviluppo sono evidenti.

FTTH

GPON ha alcuni vantaggi marginali rispetto a EPON che dovrebbero essere notati nell'interesse dell'equità. Uno dei vantaggi è l'uso da parte di GPON della codifica di linea NRZ rispetto all'utilizzo da parte di EPON della codifica di linea 8B10B, che garantisce una marginale efficienza della larghezza di banda. Questo è il motivo per cui EPON ha una frequenza di linea di 1,2 Gbps ma una capacità massima di 1 Gbps mentre la capacità massima di GPON è la velocità di linea di 1,2 o 2,4 Gbps. Poiché entrambi i sistemi ora supportano un'alternativa a 10 Gbps, questo vantaggio è diventato in gran parte irrilevante. Inoltre, lo standard GPON definisce la commutazione della protezione, l'allocazione dinamica della larghezza di banda e un meccanismo di livellamento dell'alimentazione ONU. Tutti questi sono opzionali o non definiti nello standard EPON e qualsiasi implementazione di questi sarà specifica del fornitore e potrebbe non interagire tra istanze OLT / ONU multivendor.

Il lavoro di sviluppo delle norme attuali su EPON amplierà ulteriormente il suo fascino, soprattutto per gli operatori via cavo. Il primo di questi è lo sviluppo dello standard EPoC, attualmente in corso presso l'IEEE. Ciò consente l'utilizzo dell'infrastruttura di cavi coassiali esistente come supporto fisico per EPON, eliminando così la necessità di costruire fibre dell'ultimo miglio per ogni cliente. A causa del chiaro vantaggio in termini di costi, questo sviluppo avrà sicuramente un ampio impatto sul mercato poiché gli operatori via cavo lo sfruttano per espandere sia i servizi alle imprese che le distribuzioni residenziali di EPON. Il secondo sviluppo è l'aggiunta di WDM a PON. WDM PON offrirà agli operatori la possibilità di dedicare lunghezze d'onda a clienti specifici, eliminando le preoccupazioni riguardanti EPON come mezzo condiviso. WDM PON renderà EPON una soluzione praticabile sia per il backhaul cellulare sia per le grandi installazioni aziendali in cui non è auspicabile la sottoscrizione eccessiva di un supporto condiviso.

Vantaggio del costo totale di proprietà di EPON

Alla fine degli anni '90, quando ATM e SONET dominavano le reti di trasporto dei vettori, pochi avrebbero immaginato il dominio che oggi Carrier Ethernet detiene. In 40 anni dalla sua introduzione, Ethernet ha guadagnato la sua attuale posizione come tecnologia di trasporto dominante grazie alla sua flessibilità, semplicità ed economie di scala che hanno naturalmente ridotto i suoi costi rispetto alle alternative sul mercato. Queste stesse capacità tecniche e dinamiche di mercato continueranno a offrire a EPON un vantaggio sul costo totale di proprietà rispetto a GPON. Chiaramente, EPON sta rapidamente ottenendo vantaggi sia tecnici che economici che incoraggeranno ulteriormente gli operatori a sceglierlo rispetto a GPON. Proprio come il trasporto Ethernet ha conquistato SONET e ATM, mentre EPON acquisisce slancio nel mercato nordamericano, i suoi costi di produzione continueranno a diminuire esponenzialmente nel tempo, proprio come ha fatto il trasporto Ethernet nelle reti metropolitane. In definitiva, sul mercato dominano i prodotti che offrono caratteristiche migliori e costi inferiori e EPON è chiaramente ben posizionato per diventare il meccanismo di consegna della fibra dell'ultimo miglio dominante.

Acronimi

API-Interfaccia di programmazione dell'applicazione

APON -ATM PON

ASIC - Circuito integrato specifico per l'applicazione

ATM - Modalità di trasferimento asincrono

Sistema di terminazione modem via cavo CMTS

DOCSIS - Specifiche dell'interfaccia di servizio dati via cavo

DPoE -DOCSIS Provisioning di EPON

EPoC -EPON su Coax

EPON - Rete ottica passiva Ethernet

FPGA - Array di gate programmabile a campo

FTTH -Fiber to the Home