EPON e GPON são as versões mais populares da tecnologia de Redes Ópticas Passivas. Conhecidas também como redes “short-haul” são usadas para acesso Internet, voz sobre IP e distribuição de TV Digital em áreas metropolitanas.
Outras aplicações incluem conexões “backhaul” para estações rádio base de celular, WI-FI hotspots e também Sistemas de Distribuição de Antenas (DAS).
A principal diferença entre estas tecnologias está nos protocolos usados para a comunicação de up e downstream.
PON – Passive Optical Network
A tecnologia PON utiliza na rede óptica elementos passivos, ou sejam, não alimentados, como splitters, emendas e caixas de distribuição em lugar de elementos ativos como amplificadores ou repetidores. Estas redes custam significativamente menos que as ativas porém têm a desvantagem da limitação em 20 km de cobertura contra 100km de uma rede ativa.
Também chamadas de FTTx – Fiber To The X, ou “Fibra até X” onde “X” pode ser “Home”,”Building” ou “Premises”. Nestas três modalidades a fibra vai da central até o usuário final. Existem ainda modalidades onde a fibra vai até um nó intermediário entre a central e o usuário. Estas costumam ser denominadas FTTN ou FTTC, “Fiber To The Node” ou “Fiber To The Curb”. Em ambos os casos a rede óptica vai até um elemento ativo que utiliza cabos metálicos como UTP ou par trançado para levar o serviço até o usuário.
A topologia típica da rede PON é ponto-multiponto tendo como elemento concentrador um OLT – Optical Line Terminal instalado numa estação do provedor. A OLT, no seu primário, possui interfaces para entrada de Internet e TV e no secundário portas para distribuição de 16 a 128 usuários por fibra. Dispositivos ópticos passivos chamados “Splitters” dividem o sinal óptico em múltiplos sinais iguais criando uma difusão deste sinal para todos os usuários conectados a fibra. Uma ONU – Optical Network Unit termina a rede nas dependências do usuário e conecta a rede PON com os aparelhos de TV, telefones, computadores ou roteador wireless. É comum também o uso do termo ONT – Optical Network Terminal. Definido pelo ITU, a ONT tem a mesma função conceitual da ONU, definida pelo IEEE.
No downstream da rede PON o sinal é distribuído para todos os usuários ligados a mesma porta da OLT. A ONU/ONT reconhece o usuário de destino de cada informação selecionando os dados para cada usuário.
Para o upstream a ONU/ONT utiliza a técnica de TDM – Time Division Multiplex onde cada usuário tem um slot de tempo num comprimento de onda diferente do comprimento de downstream. Os splitters funciona ai como combinador dos sinais de usuário concentrando os sinais de retorno todos os usuários numa única fibra de entrada na OLT.
GPON – Gigabit PON
Em 1995 sete grandes operadoras e alguns fabricantes criaram uma iniciativa chamada Full Service Access Network para criar um meio de prover multi serviço em rede de banda larga. A escolha óbvia foi associar o protocolo ATM com a tecnologia PON nascendo a APON.
Em 1996 este nome mudou para BPON para desvincular qualquer associação ao ATM. Em 1997 o FSAN propôs o BPON ao ITU SG15 e a tecnologia foi definida na série G.983.x. Este padrão definia um downstream de 622 Mbits/s e um upstream de 155 Mbits/s.
Em 2001 o FSAN iniciou os trabalhos na evolução do BPON para um tráfego de mais de 1 Gbps. Em 2003 o GPON teve sua definição normatizada na série G.984.x do ITU, agora com downstream de 2,488 Gbits/s e upstream de 1,244 Gbits/s.
O GPON usa WDM – Wavelenght Division Multiplexing (Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda), portanto, uma única fibra pode ser utilizada para o downstream e upstream. Uma onda de comprimento de 1490nm é utilizada para a difusão dos dados para os usuários (downstream) e uma de 1310nm para usada para o retorno (upstream).
A OLT difunde os dados por todas as ONUs que ignora os dados não destinados a ela. Na resposta, ou upstream, o sistema utiliza TDMA – Time Division Multiple Access – para alocar um slot específico para cada ONU.
A divisão típica de uma única fibra é de 1:32 ou 1:64. Isso significa que cada fibra serve 32 ou 64 usuários. Uma divisão de até 1:128 já é oferecida por alguns fabricantes, é sempre importante, no entanto, ponderar o número de usuários e a banda máxima oferecida.
Do ponto de vista de protocolo de transmissão, GPON pode manipular pacotes ATM diretamente, considerando que pacotes ATM têm 53 bytes com 48 para dados e 5 de overhead. O GPON usa também encapsulamento genérico para transportar outros protocolos como Ethernet, IP, TCP, UDP, T1/E1, vídeo e VoIP. O pacote mínimo deve ter 53 bytes e o máximo de 1518 bytes. A encriptação AES é utilizada somente no downstream.
EPON – Ethernet PON
Em 2001 o IEEE – Institute of Electrical and Electronic Engineers aceitou o pedido de autorização do projeto Ethernet in the First Mile, tornando a EFM a maior força tarefa dedicada ao padrão 802. Em 2005 é lançada a versão 802.3 incluindo as cláusulas 64 e 65 propostas pelo EFM.
Definida no padrão 802.3ah o EPON especifica uma rede passiva similar com uma cobertura de 20km, usando WDM, com as mesmas frequências do GPON, e TDMA. As taxas de sinalização tanto de downstream como de upstream são de 1,25 Gbits/s. É comum também a denominação GEPON – Gigabit EPON.
EPON é completamente compatível com os padrões Ethernet, portanto, nenhuma conversão ou encapsulamento é necessário quando se conecta a redes baseadas em Ethernet. O mesmo quadro Ethernet é usado com uma carga útil de 1518bytes.
Referências
- Frenzel, Louis, Principles of Electronic Communications Systems, McGraw Hill, 2008
- Lippi’s, Nicholas, GPON vs. Gigabit Ethernet in Campus Networking, February 2012
- Trots, Joe, An Overview of GPON in the Access Network, Presentation for Ericsson, November 2008