EPON vs. GPON
La tecnología de elección para la entrega de servicios de próxima generación Dentro de América del Norte, los servicios de datos a 100 megabits más tasas simétricas tradicionalmente solo han estado disponibles para clientes de grandes empresas debido a los altos costos de la construcción de fibra y el equipo de datos empresariales. Los clientes de pequeñas y medianas empresas han sido relegados a tecnologías de módem por cable o DSL de menor rendimiento que han demostrado ser incapaces de ofrecer un ancho de banda simétrico alto de manera económica. Ahora que los clientes de pequeñas y medianas empresas están adoptando aplicaciones de uso intensivo de ancho de banda, como los servicios en la nube, la demanda de rendimiento dedicado de fibra Ethernet a un precio de módem de cable o DSL está aumentando rápidamente. Esto, a su vez, motiva a los operadores a investigar tecnologías que les permitan satisfacer de manera rentable las demandas de servicio de este mercado altamente lucrativo. Las soluciones Ethernet empresariales dedicadas existentes, si bien son capaces de cumplir con los requisitos tecnológicos, son demasiado caras para soportar de manera efectiva las expectativas de precios del cliente de pequeñas y medianas empresas. La red óptica pasiva (PON) ofrece posibilidades prometedoras en términos de calidad de servicio y precio. Los operadores tienen dos opciones tecnológicas válidas para atender este mercado: EPON y GPON. Aunque GPON se encuentra actualmente en una amplia implementación en América del Norte, EPON, que es una inversión en tecnología superior para la prestación de servicios Ethernet residenciales y de pequeñas y medianas empresas, reemplazará a EPON. Este documento examina las razones por las cuales EPON es la tecnología elegida para brindar servicios Ethernet de calidad de grandes empresas a pequeñas y medianas empresas y clientes residenciales a un precio que están dispuestos a pagar. Superando las limitaciones de la infraestructura DOCSIS®
Los operadores de cable llevan mucho tiempo prestando servicios a clientes de pequeñas y medianas empresas que utilizan dispositivos DOCSIS. Sin embargo, les resulta poco práctico desde el punto de vista operativo y financiero realizar los cambios radicales en la infraestructura DOCSIS existente necesarios para mantenerse al día con la demanda de los clientes de ofertas de servicios simétricos de mayor velocidad. La entrega de ancho de banda simétrico utilizando DOCSIS siempre ha sido un desafío debido al número limitado de canales ascendentes disponibles como se define en el estándar DOCSIS original. Esta limitación ha dado como resultado que los servicios de cable módem evolucionen para favorecer un gran ancho de banda descendente, a menudo superior a 100 Mbs, mientras que las capacidades ascendentes de la mayoría de los productos de los operadores se han limitado a 10 Mbs o menos. Es cierto que el estándar DOCSIS 3.0 define canales de RF adicionales que permiten la expansión de la capacidad aguas arriba, pero eliminar los filtros de la infraestructura de cable existente para soportar los nuevos rangos de frecuencia es un ejercicio intensivo de capital que la mayoría de los operadores de cable no están entusiasmados de realizar. Para mejorar el rendimiento de la red al tiempo que reduce el costo de ofrecer velocidades más altas y un ancho de banda simétrico, los operadores de cable están buscando soluciones que combinen el rendimiento de Ethernet dedicado con el bajo capital y los costos operativos de los dispositivos DOCSIS. PON está emergiendo como una alternativa atractiva debido a su uso de equipos de bajo costo para ofrecer velocidades de gigabit simétricas, su soporte para múltiples ofertas de servicios y su inmunidad a las deficiencias de radiofrecuencia que pueden afectar la calidad de la experiencia del cliente e inflar los costos operativos.
Estándares rivales: EPON versus GPON
El uso generalizado de PON para los servicios de suscriptores es relativamente nuevo en los Estados Unidos, ya que Verizon ofrece su servicio FiOS por primera vez a partir de 2005 y las ofertas de Google Fiber de Kansas City en 2012. Por el contrario, al momento de la redacción, Asia tiene más de treinta millones Puertos EPON desplegados. Inicialmente estandarizado como PON basado en ATM, o APON, por la UIT a fines de la década de 1990, PON se ha convertido en lo que ahora son dos implementaciones de estándares internacionales competitivos de la UIT (GPON) y el IEEE (EPON). El estándar GPON tiene una ventaja de sincronización de mercado en América del Norte; los estándares de la serie ITU-T G.984.x fueron ratificados en 2003, mientras que el IEEE no ratificó el estándar 802.3ah hasta 2004, un año después. El momento de la ratificación del estándar GPON, así como su capacidad para transportar servicios TDM nativos, probablemente contribuyeron a su selección como plataforma para las implementaciones de FiOS de Verizon, lo que explica por qué GPON actualmente representa la mayor parte de las implementaciones de FTTH en Norteamérica.
Originalmente, GPON tenía una ventaja técnica en el mercado, ya que su capa de convergencia de transmisión acomodaba de forma nativa no solo la encapsulación de tramas Ethernet nativas, sino también las células ATM y los servicios TDM. Esta capacidad lo convirtió en una opción ideal para los operadores que desean ofrecer servicios simultáneos de voz y datos a sus clientes. A medida que los servicios de telefonía migraron de TDM tradicional a IP, esta ventaja técnica de GPON sobre EPON ha perdido la mayor parte de su relevancia.
Los méritos económicos y técnicos relativos de EPON y GPON
Los costos del equipo de distribución óptica (tipo de fibra, divisores, conectores, etc.) son similares tanto para GPON como para EPON. La principal variación técnica y, por lo tanto, de costos entre los dos estándares se encuentra en la OLT y la ONU. Las principales diferencias de componentes en OLT y ONU para GPON y EPON son los módulos ópticos y ASIC / FPGA. La mayoría de los productos GPON disponibles en el mercado están basados en FPGA, mientras que los productos EPON utilizan predominantemente ASIC de menor costo. Si bien es significativamente más costoso preparar un ASIC, una vez que se ha realizado esta inversión inicial, los costos de producción son mucho más bajos que para los conjuntos de chips FPGA y los costos se reducen aún más proporcionalmente con el volumen de chips producidos. La alta demanda de EPON en Asia, donde se han desplegado hasta la fecha decenas de millones de unidades, permitió a los fabricantes amortizar la inversión inicial de ASIC mientras seguían reduciendo el costo de los componentes a medida que crecía la demanda y, por lo tanto, el volumen. Las mejores economías de escala a volúmenes más altos para los fabricantes de ASIC sugieren que es poco probable que los productos GPON disminuyan tan rápidamente en precio como lo han hecho los chipsets EPON hasta ahora (y continuarán haciéndolo a medida que aumente la demanda). Además, los módulos ópticos para GPON también son más caros que EPON debido a la modulación láser de encendido y apagado más rápida y la nivelación de potencia láser múltiple requerida por el estándar ITU-T. Además, la velocidad de 2,4 Gbps utilizada por muchos fabricantes de GPON no es estándar para la industria óptica, lo que limita el volumen de demanda necesario para reducir los costos de fabricación de esos dispositivos. Es muy dudoso que el costo del equipo GPON pueda ser tan bajo como el de EPON a largo plazo.
EPON tiene una clara ventaja técnica en una red donde los servicios se definen como Ethernet o IP sobre Ethernet, ya que las tramas de Ethernet se transportan de forma nativa en la red óptica pasiva. GPON requiere dos capas de encapsulación para transportar el mismo tráfico. En GPON, los datos de Ethernet y las tramas TDM primero deben encapsularse en tramas GEM que luego se encapsulan más junto con las tramas ATM en tramas GTC para el transporte en el PON. Si bien este enfoque funcionó bien donde se requería la necesidad de transportar tráfico TDM y ATM nativo, en una red totalmente Ethernet, la inclusión de encapsulación GEM y GTC agrega complejidad innecesaria y no ofrece ningún beneficio real en el transporte de tramas Ethernet puras.
GPON está diseñado específicamente para soportar conexiones punto a punto; por lo tanto, cuando se requiere puente Ethernet o soporte LAN / VLAN, esto debe hacerse aguas arriba de la OLT con equipos superpuestos. Por el contrario, la entrega de servicios definidos por MEF son capacidades estándar de los sistemas EPON.
Debido a que EPON se basa en los estándares de Ethernet IEEE 802.3, hereda los MIB de Ethernet estándar que están bien soportados por los sistemas OSS ya implementados para administrar redes de operadores. Además, el soporte de especificación CableLabs® DPoE ™ que ahora se está incorporando en el equipo EPON permite el uso de API estandarizadas existentes para aprovisionar, administrar y mantener fácilmente las instalaciones EPON. DPoE ha sido diseñado para mediar entre los sistemas de administración y aprovisionamiento DOCSIS existentes de un operador para que los dispositivos OLT y ONU dentro de la red PON aparezcan como si fueran un CMTS DOCSIS y un módem de cable. Es importante tener en cuenta que DPoE alienta a los fabricantes de equipos a desarrollar capacidades en sus sistemas para que admitan un conjunto estandarizado de API de la industria para suministrar servicios. Esto no solo permite a los operadores de cable automatizar el aprovisionamiento de servicios Ethernet de manera repetible y eficiente utilizando su back office existente, sino que también proporciona un mecanismo de aprovisionamiento y mantenimiento estandarizado incorporado para que lo utilicen todas las compañías de telecomunicaciones. Este beneficio no está disponible en productos GPON.
Si bien este marco de aprovisionamiento estandarizado apenas está comenzando a ser adoptado por los proveedores de cable, la capacidad de utilizar un proceso de aprovisionamiento e instalación bien entendido, independientemente de quién fabricó el equipo, continuará alimentando una mayor aceptación de los despliegues de EPON en América del Norte. Esto se debe a que las operaciones de red son "donde el caucho se encuentra con el camino" en el sentido de que es uno de los factores contribuyentes más importantes para controlar los costos y mejorar la eficiencia y la productividad. La mayoría de los sistemas OSS existentes están escritos para abordar tipos específicos de hardware, en lugar del hardware diseñado para cumplir con un conjunto de API estándar de la industria. La adopción de estándares de software comunes, en lugar del dominio actual de las interfaces OSS patentadas, facilitará la interoperabilidad y suavizará los procesos de aprovisionamiento y prestación de servicios. Finalmente, las API OSS estandarizadas mejorarán la elección del mercado del operador, permitiéndoles seleccionar equipos basados en méritos económicos y técnicos en lugar de estar encerrados en un solo proveedor, como es común en la mayoría de las redes de operadores. Los beneficios potenciales de este desarrollo están a la vista.
GPON tiene algunas ventajas marginales sobre EPON que deben tenerse en cuenta en aras de la equidad. Una ventaja es el uso de GPON de la codificación de línea NRZ versus el uso de EPON de la codificación de línea 8B10B, que proporciona cierta eficiencia de ancho de banda marginal. Es por eso que EPON tiene una velocidad de línea de 1.2 Gbps pero una capacidad máxima de 1 Gbps, mientras que la capacidad máxima de GPON es la velocidad de línea de 1.2 o 2.4 Gbps. Dado que ambos sistemas ahora admiten una alternativa de 10 Gbps, esta ventaja se ha vuelto irrelevante. Además, el estándar GPON define la conmutación de protección, la asignación dinámica de ancho de banda y un mecanismo de nivelación de potencia de la ONU. Todos estos son opcionales o indefinidos en el estándar EPON y cualquier implementación de ellos será específica del proveedor y no podrá interoperar entre instancias OLT / ONU de múltiples proveedores.
El trabajo actual de desarrollo de estándares en EPON solo ampliará aún más su atractivo, especialmente para los operadores de cable. El primero de ellos es el desarrollo del estándar EPoC, actualmente realizado por el IEEE. Esto permite el uso de la infraestructura de cable coaxial existente como medio físico para EPON, eliminando así el requisito de construir fibra de última milla para cada cliente. Debido al claro costo beneficio involucrado, este desarrollo ciertamente tendrá un impacto generalizado en el mercado a medida que los operadores de cable lo aprovechen para expandir tanto los servicios comerciales como las implementaciones residenciales de EPON. El segundo desarrollo es la adición de WDM a PON. WDM PON dará a los operadores la capacidad de dedicar longitudes de onda a clientes específicos, eliminando la preocupación con respecto a EPON como medio compartido. WDM PON hará de EPON una solución viable tanto para backhaul celular como para instalaciones de grandes empresas en las que no sea deseable la suscripción excesiva de un medio compartido.
Ventaja del costo total de propiedad de EPON
A fines de la década de 1990, cuando ATM y SONET dominaron las redes de transporte de operadores, pocos habrían imaginado el dominio que tiene hoy Carrier Ethernet. En los 40 años desde su introducción, Ethernet ha ganado su posición actual como la tecnología de transporte dominante debido a su flexibilidad, simplicidad y economías de escala que naturalmente han reducido su costo en comparación con las alternativas en el mercado. Estas mismas capacidades técnicas y dinámicas del mercado continuarán dando a EPON una ventaja de costo total de propiedad sobre GPON. Claramente, EPON está ganando rápidamente ventajas técnicas y económicas que alentarán aún más a los operadores a elegirlo en lugar de GPON. Así como el transporte Ethernet se ha ganado a SONET y ATM, a medida que EPON gana impulso en el mercado norteamericano, sus costos de fabricación continuarán disminuyendo exponencialmente con el tiempo, como lo ha hecho el transporte Ethernet en las redes de metro. En última instancia, los productos que ofrecen mejores características y menores costos dominan en el mercado y EPON está claramente bien posicionada para convertirse en el mecanismo dominante de entrega de fibra de última milla.
Acrónimos
Interfaz de programación de aplicaciones API
APON -ATM PON
ASIC - Circuito integrado de aplicación específica
ATM: modo de transferencia asincrónica
Sistema de terminación de módem de cable CMTS
DOCSIS - Especificación de interfaz de servicio de datos por cable
DPoE -DOCSIS Aprovisionamiento de EPON
EPoC -EPON sobre Coaxial
Red óptica pasiva EPON -Ethernet
FPGA-Arreglo de puerta programable de campo
FTTH -Fibra para el hogar
Método de encapsulación GEM-GPON
Convergencia de transmisión GTC-GPON
IEEE -Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos
IP-Protocolo de Internet
UIT-Unión Internacional de Telecomunicaciones
LAN-Red de área local
LTE-Evolución a largo plazo
MIB - Base de información de gestión
NRZ -No retorno a cero
OLT - Terminador de línea óptica
Unidad de red óptica ONU
Sistema de soporte de operaciones OSS
Red óptica pasiva PON
SONET - Red Óptica Síncrona
TDM-Multiplexación por división de tiempo
VLAN: red de área local virtual
WDM-Multiplexación por división de longitud de onda
