Este documento analisa criticamente as plataformas GPON e EPON para aplicação em redes ópticas de acesso de alta capacidade. Resume a história das redes PON, explica por que GPON e EPON são as principais tecnologias e compara suas características e especificações.

1. M.Sc. Mauricio López Bonilla
Diciembre/2008
Análisis Crítico de Plataformas
GPON e EPON para Aplicación en
Redes Ópticas de Acceso de Alta Capacidad
1
1
GPON/EPON

2. ¿Por qué GPON/EPON?
 Introdução (Redes de Acesso);
 História das redes PON (Passive Optical Networks);
 ¿Por qué GPON e EPON?
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);
 Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);
 Comparação entre GPON e EPON (Resultados);
 Conclusões comentários e trabalhos futuros;
2

3. Introdução (Redes de acesso)
3
Casa
REDE DE
ACESSO
(Par Trançado, Cabo
Coaxial, Fibra,
Rádio, Satélite,
Telefonía Móvil) Nó
Central de
Conmutação
Última Milha (Local loop)

4. Introdução (Redes de acesso)
4
PAR
TRANÇADO
SONNET/
SDH
PON
FIBRA ÓPTICASEM FIO
COAXIAL &
FIBRA
HFC
xDSL
RDSI
LMDS/
MMDS
SATELITE/
CELULAR
USUÁRIO
Tipos de redes de acesso

5. Introdução (Redes de acesso)
5
PON (Passive Optical Networks)
NT
NT
ONT
ONU
ONU
ONT
OLT
Divisor
Óptico
(Splitter)
COBRE
Fibra
Óptica
Internet
Telefonia
Vídeo Conferencia
TV Digital
Outros Serviços
FTTH
FTTB
FTTC
FTTCab
300m
20m
Divisor
Óptico
(Splitter)
Divisor
Óptico
(Splitter)
Divisor
Óptico
(Splitter)

6. GPON e EPON
6
Rede óptica
Passiva (Rede
externa)
OPERADOR USUÁRIOS
GPON
Divisores
Passivos
(Splitters)
64
Usuários por fibra
GPON OLT
Até
20 km
EPON
Splitters
EPON OLT
<10 km
Usando
LASER de
baixa
potência
32
Usuários por fibra
Fibras fibras
ONT/ONU
ONT/ONU
Fibras
fibras

7. Contenido
 Introdução (Redes de Acesso);
 História das redes PON (Passive Optical Networks);
 ¿Por qué GPON e EPON?
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);
 Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);
 Comparação entre GPON e EPON (Resultados);
 Conclusões comentários e trabalhos futuros;
7

8. História das redes PON
8

9. História das redes PON
9
BPON
Funcionalidade
e Banda
Tempo
APON
GPON
EPON
10G-EPON
IEEE802.3av
Ano 1998
Ano 2001
Ano 2004
Atualmente

10. Contenido
 Introdução (Redes de Acesso);
 História das redes PON (Passive Optical Networks);
 ¿Por qué GPON e EPON?
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);
 Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);
 Comparação entre GPON e EPON (Resultados);
 Conclusões comentários e trabalhos futuros;
10

11. 11
¿Por qué GPON/EPON?

12. 12
¿Por qué GPON/EPON?

13. Introdução (Redes de acesso)
13
Características ITU-T APON ITU-T GPON IEEE EPON
Taxa de bits (Mbps) Distribuição: 622, 155
Retorno: 155
Distribuição: 2488, 1244
Retorno: 2488, 1244, 622,
155
Distribuição: 1250
Retorno: 1250
Data da padronização 1998 2003 2004
Código de Linha NRZ NRZ 8B/10B
Divisão máxima 1:64 1:64 1:32
Alcance máximo 20 Km 20 Km 10 Km
Protocolo básico ATM ATM Ethernet
Padrões Série ITU-T G983.x Série ITU-T G984.x IEEE 802.3ah
Tecnologia de acesso TDMA TDMA TDMA
OAM (Operação,
Administração e
Manutenção)
PLOAM+OMCI PLOAM+OMCI Ethernet OAM
Segurança donwstream AES AES Não definida

14. Contenido
 Introdução (Redes de Acesso);
 História das redes PON (Passive Optical Networks);
 ¿Por qué GPON e EPON?
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);
 Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);
 Comparação entre GPON e EPON (Resultados);
 Conclusões comentários e trabalhos futuros;
14

15. Mercado atual das redes PON
15
América do Norte (GPON)
• Verizon
• AT&T
• SBC
• BellSouth (Canada)
Europe (GPON)
• Telekom Austria, Austria
• Telefonica, Espanha
• Fiberdata, Suécia
• France Telecom, França
• PT Luxemburg, Luxembourg
Asia/Pacific (EPON)
• NTT, Japão
• Teknovus, Hong Kong
• Korea Telecom, Coréia do Sul
• Telstra, Australia
• New ZealandAmerica do Sul (GPON)
• Telefonica, Colômbia
• PADTEC, Brasil
• Motorola, Argentina

16. Contenido
 Introdução (Redes de Acesso);
 História das redes PON (Passive Optical Networks);
 ¿Por qué GPON e EPON?
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);
 Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);
 Comparação entre GPON e EPON (Resultados);
 Conclusões comentários e trabalhos futuros;
16

17. GPON
17
ITU-T Recomendação Especificações
G.984.1 Gigabit-capable Passive Optical
Networks (G-PON): Especificações
Gerais
 Fornece resumo das características essenciais
 Taxas de transmissão desde 1.244/0.155 até 2.488/2.488
Gbps
 Máximo alcance físico, Máximo alcance lógico
G.984.2 Gigabit-capable Passive Optical
Networks (G-PON): Camada PM
 Fornece as especificações da camada PMD
G.984.3 Gigabit-capable Passive Optical
Networks (G-PON): Especificações da
transmissão
 Fornece as especificações da camada TC
 Modo ATM, Modo GEM, ou operação em modo dual
 Segurança AES
G.984.4 Gigabit-capable Passive Optical
Networks (G-PON): ONT
Interfase de controle e gerenciamento
 Fornece gerenciamento da ONT
G.984.5 Gigabit-capable Passive Optical
Networks (G-PON)
 Melhoramento da banda
G.984.6 Gigabit-capable Passive Optical
Networks (G-PON)
 Extensão

18. GPON
18
Recomendação G.984.1 (Arquitetura)
OLT
WDM
NE
Função de
serviço do nó
WDM
ONU/
ONT
ONU/
ONT
AF
R/SSNI
Splitter
Rede óptica de Distribuição (ODN)
S/R
IFPON IFPON
UNI

19. GPON
19
Características (Taxas de Transmissão)
155 Mbps (Upstream), 1,2 Gbps (Downstream).
622 Mbps (Upstream), 1,2 Gbps (Downstream).
1,2 Gbps (Upstream), 1,2 Gbps (Downstream).
155 Mbps (Upstream), 2,4 Gbps (Downstream).
622 Mbps (Upstream), 2,4 Gbps (Downstream).
1,2 Gbps (Upstream), 2,4 Gbps (Downstream).
2,4 Gbps (Upstream), 2,4 Gbps (Downstream).

20. GPON
20
Conceitos Gerais; Modelo Dúplex G.984.1
R/S
SNI LT(1) PON LT(1)
Service
Node
Switch
SNI LT(0) PON LT(0)
OLT S/R
ODN (1)
ODN (0)
UNI LT
PON LT(1)
MUX
PON LT(0)
ONU

21. GPON
21
Conceitos Gerais; Possíveis configurações
PON LT
OLT
PON LT
ONU 1
1:N Splitter Óptico
PON LT
ONU N
Sobressalente da
fibra
Sistema Dúplex de fibra

22. GPON
22
Conceitos Gerais; Possíveis configurações
Sistema Dúplex de OLT
PON LT(1)
OLT
PON LT
ONU 1
2:N Splitter Óptico
PON LT
ONU N
PON LT(0)

23. GPON
23
Conceitos Gerais; Possíveis configurações
Sistema Full Dúplex
PON LT(1)
OLT
PON LT(1)
ONU 1
2:N Splitter Óptico
PON LT(1)
ONU N
PON LT(0)
2:N Splitter Óptico
PON LT(0)
PON LT(0)

24. GPON
24
Conceitos Gerais; Possíveis configurações
Sistema Parcial Dúplex
PON LT(1)
OLT
PON LT(1)
ONU 1
2:N Splitter Óptico
DOBLE
PON LT(1)
ONU N
PON LT(0)
PON LT(0)
PON LT(0)
1:2 Splitter Óptico
DOBLE
Splitter(1)
Splitter(0)
SplitterN(1)
SplitterN(0)

25. GPON
25
Frame de dados no canal de distribuição
PCBd
n
Payload n
T frame=125µs
Seção de células ATM
TDM e fragmentos de
dados sobre GEM
53 bytes
PCBd
n+1
Payload n +1
PCBd
n+2

26. GPON
26
Frame de dados no canal de distribuição
PCBd
n
Payload n
T frame=125µs
PSync
PCBd
n+1
Payload n +1
PCBd
n+2
4 BYTES
Ident
4 BYTES
PLOAMd
13 BYTES
BIP
1
BYTE
Plend
4 BYTES
Plend
4 BYTES
BW map
N*8 BYTES

27. GPON
27
Frame de dados no canal de retorno
PLOu PLOAMu Payload xPLSu
DBRu
x
DBRu
y
Payload y

28. GPON
28
Modo de encapsulamento GPON (GEM)
PLI
12 Bits
Port ID
12 Bits
PTI
3 Bits
HEC
13 Bits
Fragment Payload
L Bytes

29. Contenido
 Introdução (Redes de Acesso);
 História das redes PON (Passive Optical Networks);
 ¿Por qué GPON e EPON?
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);
 Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);
 Comparação entre GPON e EPON (Resultados);
 Conclusões comentários e trabalhos futuros;
29

30. EPON
30
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Física
Modelo de
referência OSI
Meio de Transmissão
Meio físico dependente (Physical
medium dependent PMD)
Meio físico adjunto (Physical medium
attachment PMA)
Subcamada física de codificação
(Physical coding sublayer PCS)
Subcamada de reconciliação
(Reconciliation sublayer RS)
Controle de acesso ao medio (MAC)
Controle MAC (Mac Control)
Controle lógico do enlace (Logical Link
Control)
Camadas IEEE
802.3
Interface do meio Gigabit
independente (Gigabit media
independent interface GMII)
Interface do meio
dependente (Medium
dependent interface MDI)
Foco do Estudo IEEE 802.3

31. 31
Downstream
Por natureza Ethernet usa broadcasting na direção de dowsntream, encaixando perfeitamente
com a arquitetura EPON onde os pacotes são transmitidos por broadcast pela OLT e são extraídos
seletivamente por sua respectiva ONU de destino.
OLT
1 N 2 1 N 2
ONU
1
ONU
2
1 N 2 1 N 2
1 N 2 1 N 2
ONU
N
1 N 2 1 N 2
Usuário
1
Usuário
2
Usuário
N
1 1
2 2
N N
EPON

32. 32
Upstream
No canal de retorno, o comportamento da EPON é similar a uma arquitetura ponto a ponto. Não
obstante, ao contrario de uma rede real ponto a ponto, na EPON todas as ONU pertencem a um
mesmo domínio de colisão.
OLT
1 N21 2
ONU1
ONU2
ONU
N
Usuário
1
Usuário
2
Usuário
N
2
1 1
SLOT
1
SLOT
1
SLOT 2
SLOT
N
2 2 2
SLOT 2
N
2 2 2
1 1
N
SLOT
N
EPON

33. MPCP: Multi-Point Control Protocol
O MPCP tem dois modos de operação:
•Modo de alocação de banda
•Modo de auto-descobrimento
Para outras configurações a subcamada de controle MAC é opcional, mas para
EPON é obrigatória devido a que EPON não consegue operar sem MPCP.
33
EPON

34. MPCP:
alocação de
banda
Processo
gating
OLT ONU
Realiza-se Realiza-se
Processo
reporting
MENSAGEM
GATE
MENSAGEM
REPORT
Gera Gera
ONU OLT
Enviado
para
Enviado
para
Processo
gating na
ONU
Analisado e
demultiplexado
para
Processo
reporting
na OLT
Iniciado pelo
agente DBA
Analisado e
demultiplexado
para
AGENTE
DBA
Enviado
para
Enviado
para
A ONU
Transmite
A OLT toma
decisões de
alocação de
banda
*Seleciona a ordem das tramas para a
transmissão.
*Faz as alocações dos timeslots da
próxima ronda de transmissão
34
MPCP: Alocação de banda
EPON

35. 35
MPCP: Alocação do Timeslot
Tempo
Tempo
Tempo
Tempo
Tempo
ONU 1
ONU 2
ONU 3
ONU N
dados
dados
dados
dados
dados
GATE
GATE
GATE
GATE
GATE
walk time walk time
walk time
walk time
Alocação Seqüencial do Timeslot
Tempo
Tempo
Tempo
Tempo
Tempo
ONU 1
ONU 2
ONU 3
ONU N
dados
dados
dados
dados
GATE
GATE
GATE
GATE
dados
dados
dados
dados
GATE
GATE
GATE
GATE
Alocação Canalizada do Timeslot
EPON

36. 36
MPCP: Recepção da mensagem GATE
Tempo
Tempo
Tempo
OLT
ONU 1
ONU 2
dados
GATEn+1
dados
GATEn
dados
GATEn+1
dados
COLISÃO
GATEn
atrasada
ATRASO
EPON

37. 37
MPCP: Recepção da mensagem GATE
Tempo
Tempo
OLT
dados
GATE
=
{Tem
po
de
Inicio,Com
prim
ento}
Comprimento
(Length)
Tempo de
Inicio
(startTime)
ONU
EPON

38. 38
MPCP: Alocação de banda
Agente DBA
ONU
Dados
de
entrada
Dados
de saída
Processo
“reporting”
Processo
“gating”
Controle de
multiplexação
Controle de
análise
Controle
MAC
MAC
Física
Agente DBA
OLT
Dados
de
entrada
Dados
de saída
Processo
“gating”
Processo
“reporting”
Controle de
multiplexação
Controle de
análise
Controle
MAC
MAC
Física
MENSAGEM GATE
MENSAGEM REPORT
MEIO DE TRANSMISSÃO
PadrãoIEEE802.3ahForadopadrão
EPON

39. 39
MPCP: Processo de auto-descobrimento
Agente DBA
Agente de
descobrimento
ONU
Dados
de
entrada
Dados
de saída
Processo
“discovery”
Processo
“reporting”
Processo
“gating”
Controle de
multiplexação
Controle de
análise
Controle
MAC
MAC
Física
Agente DBA
Agente de
descobrimento
OLT
Dados
de
entrada
Dados
de saída
Processo
“discovery”
Processo
“gating”
Processo
“reporting”
Controle de
multiplexação
Controle de
análise
Controle
MAC
MAC
Física
GATE, REGISTER
REGISTER_REQ, REGISTER ACK
MEIO DE TRANSMISSÃO
PadrãoIEEE802.3ahForadopadrão
EPON

40. Emulação da Topologia Lógica (LTE)
Dispositivos conectados a um meio PON implementam uma
função chamada emulação da topologia lógica (Logical Topology
Emulation, LTE), baseado em sua configuração pode emular um
meio compartilhado ou um meio ponto a ponto.
LTE situa-se embaixo da subcamada MAC e tem como função
rotular os frames Ethernet com etiquetas exclusivas para cada
ONU.
40
EPON

41. Emulação da Topologia Lógica (LTE)
Essas etiquetas são chamadas identificadores de enlace lógico
(logical link indentifiers LLIDs) e são alocadas no preâmbulo ao
inicio de cada frame.
Para garantir a singularidade das LLIDs cada ONU tem alocada
uma ou mais etiquetas pela OLT durante o processo de auto-
descobrimento.
41
EPON

42. Emulação da topologia ponto-ponto (P2PE)
42
MAC MAC MAC
Emulação Ponto-Ponto
OLT
Aloca a LLID
associada a
cada porta MAC
P2PE
MAC
ONU 2
P2PE
MAC
ONU N
P2PE
MAC
ONU 1
Aceita a trama
se a LLID
recebida é igual
à LLID alocada
Modo downstream de P2PE(Point to Point Emulation)
EPON

43. MAC MAC MAC
Emulação Ponto-Ponto
OLT
Demultiplexa a
trama para a
porta MAC
correspondete
baseada na LLID
recebida
P2PE
MAC
ONU 2
P2PE
MAC
ONU N
P2PE
MAC
ONU 1
Inserta a LLID
alocada
previamente
para a ONU
Emulação da topologia ponto-ponto (P2PE)
43
EPON
Modo upstream de P2PE(Point to Point Emulation)

44. Emulação do meio compartilhado (SME)
44
Modo downstream de SME (Shared Medium Emulation)
MAC
OLT
Inserta a
etiqueta
“broadcast LLID”
P2PE
MAC
ONU 2
P2PE
MAC
ONU N
P2PE
MAC
ONU 1
Aceita as tramas
com todas as
LLIDs
SME
EPON

45. Emulação do meio compartilhado (SME)
45
MAC
OLT
Aceita todas as
tramas e as
espelha para o
canal de
downstream
P2PE
MAC
ONU 2
P2PE
MAC
ONU N
P2PE
MAC
ONU 1Quando recebe
a trama, nao
aceita quando a
LLID e igual a
LLID que tem
alocada
previamente
SME
EPON
Modo upstream de SME (Shared Medium Emulation)

46. Combinação de P2PE e SME
Solução Adotada pelo padrão IEEE 802.3ah
46
MAC
Bridge 802.1D
MACMAC MAC
Função LTE
OLT
ONU 1 ONU 2 ONU 3
MAC MAC MAC
Função LTE Função LTE Função LTE
Porta
SCB
EPON

47. Combinação de P2PE e SME
Formato do frame preâmbulo
47
SPD Preâmbulo
Endereço de
Destino
Endereço de
Origem
Tamanho
do campo
de dados
Dados
Soma de
Verificação
1
Byte
8 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46-1500 Bytes 4 Bytes
FRAME 802.3
Reservado SLD Reservado LLID CRC-8
FRAME Preâmbulo EPON
2 Byes
1
Byte
2 Byes 2 Byes 1 Byte
EPON

48. Combinação de P2PE e SME
48
EPON
FEC - Forward Error Correction
 O padrão IEEE 802.3ah adotou para FEC o esquema Reed-
Solomon, RS (255,239).
 Este esquema opera sob símbolos de 8 bits adicionando 16
símbolos de paridade por cada bloco [3.8].

49. Índice
 Introdução (Redes de Acesso);
 Objetivos e motivações;
 Metodologia;
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);
 Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);
 Comparação entre GPON e EPON (Resultados);
 Conclusões comentários e trabalhos futuros;
49

50. Combinação de P2PE e SME
50
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)
SONET
BACKBONE IP
Switch Ethernet
OLT 2
TDM
ONU
Servidor de vídeo
Roteador ATM
OLT 1
Multiplexador ADD/DROP
ETHERNET ATM
ONU
ONU
ATM
TDM
Video
Ethernet
IP Set-Top Box
GPON

51. Combinação de P2PE e SME
51
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)
BACKBONE IP
Switch Ethernet
OLT 2
ONU 1
Servidor de vídeo
Switch CE
OLT 1
ONU 2
ONU 3
IP Set-Top Box
Roteador
ONU 32
Switch CE
TDM
Dispositivo de acesso
integrado
VoIP
Dados
EPON

52. Combinação de P2PE e SME
52
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)

53. 53
EPON
Dimensionamento da rede GPON e EPON

54. 54
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)
Dimensionamento da rede GPON e EPON
Largura de Banda por usuário
(Mbps)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Quantidade de ONTs GPON por
PON
32 32 32 32 32 32 32 29 25 23
Quantidade de OLTs GPON por
PON
313 313 313 313 313 313 313 345 400 435
Quantidade de ONTs EPON por
PON
32 32 29 22 17 14 12 11 9 8
Quantidade de OLTs EPON por
PON
313 313 345 455 589 715 834 910 1112 1250
Proporção entre EPON OLT e
GPON OLT
1.00 1.00 1.10 1.45 1.88 2.28 2.66 2.64 2.78 2.87

55. 55
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)
Dimensionamento da rede GPON e EPON
0
5
10
15
20
25
30
35
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ONTs
BW por usuário (Mbps)
ONTs GPON
ONTs EPON
Quantidade de ONTs necessárias segundo a largura de banda por usuário.

56. 56
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)
Dimensionamento da rede GPON e EPON
Quantidade de OLTs necessárias segundo a largura de banda por usuário.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
OLTs
BW por usuário (Mbps)
Quantidade de OLTs GPON por PON
Quantidade de OLTs EPON por PON

57. 57
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)
Dimensionamento da rede GPON e EPON
Custo total das redes GPON e EPON
$0
$500.000
$1.000.000
$1.500.000
$2.000.000
$2.500.000
$3.000.000
$3.500.000
$4.000.000
$4.500.000
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Custo$
BW por usuário (Mbps)
Custos GPON ($)
Custos EPON ($)

58. 58
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)
Dimensionamento da rede GPON e EPON
Sensibilidade do custo da ONT na GPON com relação a EPON
0
20
40
60
80
100
120
140
160
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Custo
BW por usuário (Mbps)

59. 59
Comparação entre GPON e EPON
(Resultados)
Dimensionamento da rede GPON e EPON
Custo da OLT na GPON para igualar o custo com a rede EPON
$0
$500
$1.000
$1.500
$2.000
$2.500
$3.000
$3.500
$4.000
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Custo
BW por usuário (Mbps)

60. Índice
 Introdução (Redes de Acesso);
 Objetivos e motivações;
 Metodologia;
 Mercado atual das Redes GPON e EPON;
 Redes GPON (Gigabit Passive Optical Networks);
 Redes EPON (Ethernet Passive Optical Networks);
 Comparação entre GPON e EPON (Resultados);
 Conclusões comentários e trabalhos futuros;
60

61. 61
O presente trabalho contribuiu para o esclarecimento de situações
concorrentes e atuais de GPON e EPON, e apresentou algumas soluções
originais ao tema. Entre elas destacamos:
•Um estudo e análise atualizada e comparativa dos novos padrões GPON e
EPON desde o ponto de vista tecno-econômico.
Conclusões comentários e trabalhos futuros

62. 62
Conclusões comentários e trabalhos futuros
Atualmente as redes ópticas passivas Gigabit (GPON) estão
chegando ao mercado latino-americano, esperamos que após
nosso trabalho, estar capacitados para assumir o desafio que será
a massificação deste tipo de redes em nossas cidades
OBRIGADO