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EPON e GPON são versões populares de redes ópticas passivas (PONs). Estas redes de cabo de fibra óptica de curto alcance são utilizadas para acesso à Internet, voz sobre protocolo Internet (VoIP) e entrega de TV digital em áreas metropolitanas. Outros usos incluem conexões backhaul para basestações celulares, hotspots Wi-Fi e até mesmo sistemas de antenas distribuídas (DAS). As principais diferenças entre eles estão nos protocolos usados para comunicações downstream e upstream.
Redes Ópticas Passivas
A PON é uma rede de fibra que só usa fibras e componentes passivos como divisores e combinadores, ao invés de componentes ativos como amplificadores, repetidores, ou circuitos de modelagem. Tais redes custam significativamente menos do que aquelas que utilizam componentes ativos. A principal desvantagem é um alcance de cobertura mais curto limitado pela força do sinal. Enquanto uma rede óptica ativa (AON) pode cobrir um alcance de cerca de 100 km (62 milhas), uma PON é tipicamente limitada a cabos de fibra de até 20 km (12 milhas). Os PONs também são chamados de redes de fibra até a casa (FTTH).
O termo FTTx é usado para declarar a distância a que se encontra uma rede de fibra. Em FTTH, x é para casa. Você também pode vê-lo chamado de FTTP ou fibra para o local. Outra variação é FTTB para a fibra até o edifício. Estas três versões definem sistemas onde a fibra vai desde o fornecedor do serviço até o cliente. Em outras formas, a fibra não é executada até o cliente. Em vez disso, ela é executada até um nó intermediário na vizinhança. Isso é chamado de FTTN para a fibra até o nó. Outra variação é FTTC, ou fibra para o meio-fio. Aqui também a fibra não corre até a casa. As redes FTTC e FTTN podem usar a linha telefônica de cobre de par trançado não blindado (UTP) de um cliente para estender os serviços a um custo mais baixo. Por exemplo, uma linha ADSL rápida transporta os dados de fibra para os dispositivos do cliente.
O arranjo típico PON é um ponto para rede multiponto (P2MP) onde um terminal de linha óptica central (OLT) nas instalações do provedor de serviços distribui o serviço de TV ou Internet para até 16 a 128 clientes por linha de fibra (veja a figura). Divisores ópticos, dispositivos ópticos passivos que dividem um único sinal óptico em vários sinais iguais, mas de menor potência, distribuem os sinais aos usuários. Uma unidade de rede óptica (ONU) encerra o PON na casa do cliente. A ONU geralmente se comunica com um terminal de rede óptica (ONT), que pode ser uma caixa separada que conecta a PON a aparelhos de TV, telefones, computadores ou um roteador sem fio. A ONU/ONT pode ser um dispositivo.
No método básico de operação para distribuição downstream em um comprimento de onda de luz de OLT para ONU/ONT, todos os clientes recebem os mesmos dados. A ONU reconhece os dados dirigidos a cada utilizador. Para o upstream de ONU para OLT, é utilizada uma técnica multiplex de divisão de tempo (TDM) onde é atribuído a cada utilizador um intervalo de tempo num comprimento de onda de luz diferente. Com esta disposição, os divisores atuam como combinadores de energia. As transmissões a montante, chamadas operações de modo de explosão, ocorrem aleatoriamente, uma vez que o usuário precisa enviar dados. O sistema atribui uma ranhura conforme necessário. Como o método TDM envolve vários usuários em uma única transmissão, a taxa de dados a montante é sempre mais lenta do que a taxa a jusante.
GPON
O longo dos anos, vários padrões PON têm sido desenvolvidos. No final dos anos 90, a União Internacional de Telecomunicações (UIT) criou o padrão APON, que usava o Modo de Transferência Assíncrona (ATM) para a transmissão de pacotes de longo curso. Como o ATM não é mais utilizado, foi criada uma versão mais recente chamada PON de banda larga, ou BPON. Designado como ITU-T G.983, este padrão forneceu 622 Mbits/s downstream e 155 Mbits/s upstream.
Embora o BPON ainda possa ser usado em alguns sistemas, a maioria das redes atuais usa GPON, ou Gigabit PON. A norma ITU-T é G.984. Ele fornece 2.488 Gbits/s downstream e 1.244 Gbits/s upstream.
GPON usa multiplexação de divisão de comprimento de onda óptica (WDM) para que uma única fibra possa ser usada tanto para dados downstream como upstream. Um laser em um comprimento de onda (λ) de 1490 nm transmite os dados a jusante. Os dados a montante transmitem num comprimento de onda de 1310 nm. Se TV está sendo distribuída, um comprimento de onda de 1550 nm é usado.
Enquanto cada ONU recebe a taxa total de downstream de 2,488 Gbits/s, GPON usa um formato de divisão de tempo de acesso múltiplo (TDMA) para alocar um intervalo de tempo específico para cada usuário. Isso divide a largura de banda para que cada usuário receba uma fração como 100 Mbits/s, dependendo de como o provedor de serviços a aloca.
A taxa de upstream é menor do que a máxima porque é compartilhada com outras ONUs em um esquema TDMA. O OLT determina a distância e o tempo de atraso de cada assinante. Então o software fornece uma forma de atribuição de tempos aos dados upstream para cada usuário.
A divisão típica de uma única fibra é 1:32 ou 1:64. Isso significa que cada fibra pode servir até 32 ou 64 assinantes. Razões de divisão de até 1:128 são possíveis em alguns sistemas.
Como para o formato de dados, os pacotes GPON podem lidar diretamente com os pacotes ATM. Lembre-se que o ATM empacota tudo em pacotes de 53 bytes com 48 para dados e 5 para overhead. O GPON também usa um método genérico de encapsulamento para carregar outros protocolos. Ele pode encapsular Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, vídeo, VoIP, ou outros protocolos, conforme solicitado pela transmissão de dados. O tamanho mínimo do pacote é de 53 bytes, e o máximo é de 1518. A encriptação AES é utilizada apenas a jusante.
A última versão do GPON é uma versão de 10 Gigabit chamada XGPON, ou 10G-PON. À medida que a demanda por vídeo e sobre o topo (OTT) serviços de TV tem aumentado, há uma necessidade crescente de aumentar as taxas de linha para lidar com os dados massivos de vídeo de alta definição. O XGPON serve este propósito. O padrão da ITU é G.987.
XGPON tem uma taxa máxima de 10 Gbits/s (9.95328) downstream e 2.5 Gbits/s (2.48832) upstream. São utilizados diferentes comprimentos de onda WDM, 1577 nm a jusante e 1270 nm a montante. Isto permite que o serviço de 10 Gbit/s coexista na mesma fibra com o GPON padrão. A divisão óptica é 1:128, e a formatação dos dados é a mesma que a do GPON. O alcance máximo ainda é de 20 km. XGPON ainda não está amplamente implementado, mas fornece um excelente caminho de atualização para provedores de serviços e clientes.
Mais PONs são configurados desta forma. O número de divisores e níveis de divisão varia de acordo com o fornecedor e o sistema. As razões de divisão são geralmente 1:32 ou 1:64 mas podem ser maiores.
EPON
The Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) desenvolveu outro novo padrão de PON. Baseado no padrão Ethernet 802.3, EPON 802.3ah especifica uma rede passiva similar com um alcance de até 20 km. Ele utiliza WDM com as mesmas frequências ópticas que GPON e TDMA. A taxa de dados da linha bruta é de 1,25 Gbits/s, tanto no sentido downstream como no upstream. Você às vezes ouvirá a rede referida como Gigabit Ethernet PON ou GEPON.
EPON é totalmente compatível com outros padrões Ethernet, portanto nenhuma conversão ou encapsulamento é necessário ao conectar a redes baseadas em Ethernet em ambas as extremidades. O mesmo quadro Ethernet é usado com uma carga útil de até 1518 bytes. EPON não utiliza o método de acesso CSMA/CD utilizado em outras versões de Ethernet. Como a Ethernet é a tecnologia de rede primária utilizada em redes locais (LANs) e agora em redes metropolitanas (MANs), não é necessária nenhuma conversão de protocolo.
Existe também uma versão Ethernet de 10-Gbit/s designada 802.3av. A taxa real da linha é de 10.3125 Gbits/s. O modo primário é de 10 Gbits/s, tanto a montante como a jusante. Uma variação utiliza 10 Gbits/s downstream e 1 Gbit/s upstream. As versões 10-Gbit/s usam comprimentos de onda ópticos diferentes na fibra, 1575 a 1580 nm downstream e 1260 a 1280 nm upstream para que o sistema de 10-Gbit/s possa ser multiplexado no mesmo comprimento de onda na mesma fibra que um sistema padrão de 1-Gbit/s.
Sumário
As empresas de telecomunicações usam PONs para fornecer serviços triple-play incluindo TV, telefone VoIP e serviço de Internet para assinantes. O benefício é taxas de dados muito mais altas que são essenciais para a distribuição de vídeo e outros serviços de Internet. O baixo custo dos componentes passivos significa sistemas mais simples com menos componentes que falham ou requerem manutenção. A principal desvantagem é o menor alcance possível, geralmente não mais do que 20 km ou 12 milhas. Os PONs estão crescendo em popularidade à medida que a demanda por serviços de Internet mais rápidos e mais vídeo cresce. O GPON é o mais popular nos Estados Unidos, como o sistema de punho da Verizon. Os sistemas EPON são mais prevalentes na Ásia e Europa.
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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, Fevereiro 2012.
3. Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, apresentação para Ericsson, Novembro 2008.
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Mais PONs são configurados desta forma. O número de divisores e níveis de divisão varia de acordo com o fornecedor e o sistema. As razões de divisão são geralmente 1:32 ou 1:64, mas podem ser maiores.