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EPONとGPONは、パッシブ光ネットワーク（PON）の一般的なバージョンです。 これらの光ファイバー・ケーブルの短距離ネットワークは、大都市圏でのインターネット・アクセス、VoIP (Voice over Internet Protocol)、およびデジタル・テレビ配信に使用されています。 また、携帯電話の基地局やWi-Fiホットスポット、さらにはDAS（分散アンテナシステム）のバックホール接続にも利用されている。

Passive Optical Networks

PON は、ファイバと、増幅器や中継器、整形回路などの能動部品ではなく、スプリッタやコンバイナなどの受動部品のみを使用する光ファイバ ネットワークです。 このようなネットワークは、アクティブなコンポーネントを使用するものよりもコストが大幅に削減されます。 主な欠点は、信号強度によって制限されるカバー範囲が短いことである。 アクティブ光ネットワーク（AON）は約100kmの範囲をカバーできますが、PONは通常、最大20kmのファイバーケーブルに制限されます。 PON は、FTTH (fiber to the home) ネットワークとも呼ばれます。

FTTx という用語は、ファイバー・ランがどの程度の距離かを示すために使用されます。 FTTH では、x は家庭を意味します。 また、FTTP または fiber to the premises と呼ばれることもあります。 また、FTTB（Fiber to the building）もあります。 これら3つのバージョンでは、ファイバーがサービスプロバイダから顧客までずっと続いているシステムを定義しています。 他の形態では、ファイバーはお客様まで敷設されません。 その代わり、近隣の中間ノードまでファイバーを引き込みます。 これはFTTN（Fiber to the Node）と呼ばれています。 また、FTTC（fiber to the curb）というものもあります。 こちらもファイバーは自宅までは引き込まれていません。 FTTCとFTTNのネットワークは、顧客のUTP（Unshielded Twist Pair）銅線電話線を利用して、低コストでサービスを拡張することができます。 たとえば、高速 ADSL 回線は、顧客のデバイスにファイバー・データを伝送します。

典型的な PON の配置は、サービス・プロバイダーの施設にある中央光回線端末 (OLT) が、ファイバー回線ごとに 16 から 128 もの顧客にテレビやインターネットのサービスを配信する P2MP (Point to Multi-point) ネットワークです (図参照)。 光スプリッターは、1つの光信号を複数の等しいが出力の低い信号に分割し、ユーザーに分配する受動的な光学機器である。 顧客宅では、光ネットワーク装置（ONU）がPONを終端する。 ONUは通常、光ネットワーク端末（ONT）と通信し、ONTはPONをテレビ、電話、パソコン、無線ルーターなどに接続する別のボックスである場合があります。 ONU/ONTは1つの装置である場合もあります。

OLTからONU/ONTまで1波長の光で下り配信する基本的な運用方法では、すべての顧客が同じデータを受信することができます。 ONUは、各ユーザーを対象としたデータを認識します。 ONUからOLTへの上りでは、ユーザーごとに異なる波長の光のタイムスロットを割り当てるTDM（Time Division Multiplex）方式が採用されています。 このとき、スプリッターはパワーコンバイナーとして機能します。 バーストモードと呼ばれる上りの送信は、ユーザーがデータを送信する必要があるときに、ランダムに発生します。 システムは必要に応じてスロットを割り当てる。 TDM方式では、1回の伝送に複数のユーザーが参加するため、上りのデータレートは下りのレートより常に遅くなります。

GPON

長年にわたり、さまざまなPON標準が開発されています。 1990 年代後半、ITU（国際電気通信連合）は、長距離パケット伝送に ATM（Asynchronous Transfer Mode）を使用する APON 標準を作成しました。 ATMが使われなくなったため、ブロードバンドPON（BPON）と呼ばれる新しいバージョンが作られた。 ITU-T G.983 として指定されたこの規格は、下りが 622 Mbits/s、上りが 155 Mbits/s です。

BPON は今でも一部のシステムで使用されていますが、現在のネットワークのほとんどは GPON、すなわちギガビット PON を使用しています。 ITU-T 標準は G.984 です。

GPONは光波長分割多重（WDM）を使用しているので、1本のファイバを下りと上りの両方のデータに使用することができます。 下りのデータは波長1490nmのレーザーで伝送します。 上りデータは1310nmの波長で伝送される。 6448>

各ONUは2.488Gbits/sの下りレートをフルに使用しますが、GPONではTDMA（Time Division Multiple Access）方式により、各ユーザーに特定のタイムスロットが割り当てられます。 これにより帯域幅が分割され、サービスプロバイダーが割り当てる方法に応じて、各ユーザーは 100 Mbits/s などの端数を取得します。

TDMA スキームで他の ONU と共有するため、上りのレートは最大より少なくなります。 OLTは、各加入者の距離と時間遅延を決定します。 次に、ソフトウェアが、各ユーザーのアップストリームデータにタイムスロットを割り当てる方法を提供します。

1本のファイバーの一般的な分割は、1:32または1:64です。 つまり、各ファイバーは最大 32 または 64 の加入者にサービスを提供できます。 データ・フォーマットとしては、GPONパケットはATMパケットを直接扱うことができます。 ATMは、48がデータ用、5がオーバーヘッド用の53バイトのパケットですべてをパッケージすることを思い出してください。 また、GPONは他のプロトコルを運ぶために、一般的なカプセル化方式を使用しています。 イーサネット、IP、TCP、UDP、T1/E1、ビデオ、VoIPなど、データ通信に必要なプロトコルをカプセル化することができるのです。 パケットサイズは最小で53バイト、最大で1518バイトです。 AES暗号は下りのみ使用。

GPONの最新バージョンは、XGPON、または10G-PONと呼ばれる10ギガビットバージョンです。 動画やOTT（Over the Top）TVサービスの需要が高まる中、高精細映像の大容量データを扱うために回線レートを上げるニーズが高まっている。 XGPONはその役割を担っています。 ITUの規格はG.987.

XGPONの最大レートは、下りが10Gbits/s（9.95328）、上りが2.5Gbits/s（2.48832）である。 WDMの波長は下りが1577nm、上りが1270nmと異なる波長を使用します。 これにより、標準的なGPONと同じ光ファイバで10Gbit/sのサービスを共存させることができます。 光分割は1:128で、データフォーマットはGPONと同じです。 最大到達距離は20kmのままです。 XGPONはまだ広く実装されていませんが、サービスプロバイダや顧客に優れたアップグレードパスを提供します。

ほとんどのPONはこのように構成されます。 スプリッタの数や分割レベルは、ベンダーやシステムによって異なります。 分割比率は通常1:32または1:64ですが、もっと高くなることもあります。

EPON

電気電子学会（IEEE）は、もう一つ新しいPON規格を開発しました。 イーサネット規格 802.3 をベースにした EPON 802.3ah は、最大 20 km の範囲を持つ同様のパッシブ ネットワークを規定しています。 GPONやTDMAと同じ光周波数でWDMを使用します。 生回線のデータレートは、下り方向、上り方向ともに1.25Gbits/sです。 このネットワークは、ギガビット・イーサネット PON または GEPON と呼ばれることがあります。

EPON は他のイーサネット規格と完全に互換性があるため、両端のイーサネット・ベースのネットワークに接続しても変換やカプセル化は必要ありません。 同じイーサネットフレームが最大1518バイトのペイロードで使用されます。 EPONは、他のバージョンのEthernetで使用されているCSMA/CDアクセス方式を使用しません。 イーサネットは、ローカルエリアネットワーク（LAN）および現在ではメトロエリアネットワーク（MAN）で使用されている主要なネットワーク技術なので、プロトコル変換は必要ありません。 実際の回線速度は10.3125Gbits/sです。 プライマリモードでは、ダウンストリームだけでなくアップストリームも10Gbits/sです。 バリエーションとして、ダウンストリームが10Gbits/sでアップストリームが1Gbits/sのものもある。 10Gbit/s のバージョンでは、ファイバー上で異なる光波長、下り 1575 ～ 1580 nm、上り 1260 ～ 1280 nm を使用するため、10Gbit/s システムは、標準の 1Gbit/s システムと同じファイバー上で波長多重化することが可能です。 その利点は、ビデオ配信やその他のインターネット サービスに不可欠な、はるかに高いデータ レートです。 また、パッシブコンポーネントのコストが低いため、故障やメンテナンスが必要なコンポーネントが少なく、システムがシンプルになります。 主な欠点は、通信距離が短く、通常20キロメートル以下であることです。 PONは、より高速なインターネットサービスやより多くのビデオへの需要が高まるにつれて、その普及が進んでいます。 米国では、ベライゾンのFoistシステムなど、GPONが最も普及しています。 EPON システムは、アジアやヨーロッパでより普及しています。

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1. Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008.References

2. Lippi’s, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, February 2012.

3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, presentation for Ericsson, November 2008.

Caption

大部分の PON はこのように構成される.PON の構成は次のようになります。 スプリッタの数や分割レベルは、ベンダーやシステムによって異なります。 分割比率は通常1:32または1:64ですが、それ以上の場合もあります

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