Desenvolvimento e Perspectiva da PON

O que é PON

PON é uma rede típica de fibra óptica passiva, o que significa que a rede de distribuição óptica não contém dispositivos eletrônicos nem fontes de alimentação eletrônicas; a ODN é composta inteiramente por dispositivos passivos, como divisores ópticos, e não requer equipamentos eletrônicos ativos caros. Uma rede óptica passiva inclui um terminal de linha óptica (OLT) instalado na estação central de controle e várias unidades de rede óptica (ONU) correspondentes instaladas nas instalações do usuário. A indústria sempre acreditou que a rede óptica passiva (PON) é a direção futura de desenvolvimento da rede de acesso. Por um lado, porque a largura de banda que ela fornece pode atender às necessidades de vários serviços de banda larga atuais e futuros, sendo geralmente vista como a solução para o problema do acesso de banda larga; por outro lado, suas despesas, tanto em termos de custo de equipamento quanto de despesas gerais de operação e manutenção, são relativamente baixas. Análises econômicas e técnicas abrangentes mostram que a PON é a principal tecnologia para FTTB/FTTH.

O desenvolvimento da PON

PON (Passive Optical Network) é uma tecnologia de acesso óptico passivo ponto a multiponto, que surgiu na década de 1990. Desde o desenvolvimento da PON de banda estreita até várias tecnologias de PON de banda larga, o desenvolvimento da tecnologia PON passou por várias etapas.

A tecnologia de PON de banda estreita é a primeira tecnologia PON proposta, que só pode fornecer serviços de banda estreita, como POTS ou ISDN, com taxas de acesso inferiores a 2 Mbit/s. No entanto, devido à inconsistência das especificações de vários fabricantes e à incapacidade de chegar a um acordo na época, ainda não existe um padrão unificado e completo para a tecnologia PON de banda estreita. Na era do desenvolvimento contínuo da Internet, a PON de banda estreita já saiu de cena há muito tempo, e então a tecnologia APON surgiu em meados da década de 1990. A APON usava o protocolo ATM, que na época era considerado capaz de fornecer vários tipos de comunicações, como protocolo de transporte, e a taxa de transmissão foi bastante melhorada. Mais tarde, com o rápido desenvolvimento da tecnologia Ethernet, a APON basicamente deixou de ser aplicável, surgindo então o conceito de rede óptica passiva de banda larga BPON. A BPON é uma melhoria após o padrão APON e também se baseia no protocolo ATM, com taxas de uplink e downlink significativamente melhoradas. A norma ITU-T G.983.1, a primeira norma internacional para sistemas PON, lançada em 1998, também é geralmente referida como o padrão BPON.

A partir do início do século XXI, com o declínio da tecnologia ATM e o rápido crescimento da tecnologia IP da Internet, a implementação de alto custo da tecnologia BPON parece um pouco ultrapassada. Nesse momento, a indústria espera desenvolver um novo sistema PON para substituir a obsoleta tecnologia BPON. Nesse contexto, o IEEE e o ITU-T iniciaram a padronização do EPON e GPON em 2000 e 2001, respectivamente, e publicaram os padrões concluídos em 2004, lançando as bases para a grande quantidade de aplicações de EPON e GPON nas redes atuais. O padrão EPON foi concluído pelo grupo de trabalho EFM (Ethernet in the First Mile) do IEEE e foi aprovado pelo IEEE como o padrão IEEE 802.3ah em setembro de 2004. O padrão GPON é normalizado pelo Grupo de Estudo 15 do ITU-T. Os padrões relacionados ao GPON incluem seis padrões, de G.984.1 a G.984.6, cobrindo a arquitetura do sistema GPON, camadas relacionadas ao meio físico, camada de convergência de transmissão, protocolos de gerenciamento de controle da ONU e regulamentos para uso aprimorado de comprimentos de onda e extensão de distância. Em comparação com o sistema BPON, as taxas de upstream e downstream do EPON e GPON foram significativamente melhoradas. A largura de banda de upstream e downstream do EPON é de 1,25 Gbit/s, enquanto a largura de banda de downstream do GPON é de 2,5 Gbit/s e a de upstream é de 1,25 Gbit/s.

Com o rápido desenvolvimento do volume de tráfego IP e o aumento contínuo do número de usuários, surgiram também o 10GEPON e o XG-PON, que suportam uma maior taxa de divisão e maior largura de banda. A partir de 2005, o IEEE e o ITU realizaram sucessivamente estudos de padronização sobre o sistema PON de próxima geração. O IEEE estabeleceu um projeto em 2006 e começou a formular o padrão IEEE 802.3av para sistemas EPON com taxa de 10 Gbit/s. Neste padrão, o 10G EPON é dividido em 2 tipos. Um é o método assimétrico, ou seja, a taxa de downstream é de 10 Gbit/s, mas a taxa de upstream é a mesma do EPON, permanecendo 1 Gbit/s. O segundo é a abordagem simétrica, ou seja, as taxas de uplink e downlink são ambas de 10 Gbit/s. Como a primeira tecnologia madura de PON de próxima geração, a tecnologia 10GEPON está alinhada com as tendências de desenvolvimento da rede. Ela tem as vantagens de grande largura de banda, alta taxa de divisão óptica, compatibilidade com EPON, gerenciamento de rede unificado e atualização suave. O ITU iniciou o estudo do padrão GPON de próxima geração em 2008 e o confirmou em 2010, sendo atualmente chamado de padrão XG-PON. A série de padrões XG-PON ITU-T G.987 foi lançada uma após a outra. A taxa da camada física atualmente especificada pelo XG-PON é assimétrica, ou seja, a taxa de downstream é de 10 Gbit/s e a de upstream é de 2,5 Gbit/s. Em 2015, a solução simétrica XGPON que havia sido cancelada em 2013 foi reiniciada e adotou o novo nome XGSPON. Ao contrário do XGPON, as taxas de upstream e downstream do XGSPON são ambas de 10 Gbit/s, e o ITU aprovou oficialmente a norma internacional G.9807 XGSPON em 2017. Nos últimos anos, aplicações da Internet, como vídeos e jogos, desenvolveram-se rapidamente, e os usuários têm uma forte demanda por banda larga de rede, o que estimulou ainda mais a maturidade da cadeia industrial do 10GPON. A implantação comercial do 10G PON já começou em algumas cidades da China.

Após o estabelecimento do padrão XGPON, o FSAN iniciou o estudo do NG-PON2. Seus requisitos principais são principalmente downlink de 40G e uplink de 40G/10G, alcançando uma distância de transmissão de 20 km e divisão de 1:64. Naquela época, as principais soluções técnicas alternativas para o NG-PON2 incluíam TDMA-PON de alta velocidade, TWDM PON, OFDM-PON e WDM-PON. Após análise e comparação, em abril de 2012, o FSAN decidiu adotar a tecnologia TWDM PON como plano de implementação do NG-PON2 e começou a formular a série de padrões G.989.x, que foi finalmente concluída em 2015. O IEEE iniciou a pesquisa do NG-EPON em 2013 e começou a formulação do padrão 100G-EPON em julho de 2015, denominado IEEE802.3ca, com planos de lançamento até o final deste ano.

O futuro da PON

Não é difícil imaginar que, no futuro, precisaremos de uma tecnologia PON com maior largura de banda, mais usuários e maior eficiência. As tecnologias 25G/50G/100G PON já foram colocadas na agenda das organizações de padronização. Em fevereiro de 2018, a indústria chinesa de redes de acesso óptico conseguiu promover o estabelecimento do padrão 50G TDM-PON, marcando um passo fundamental dado pelo ITU-T no campo da pesquisa de padrões PON de próxima geração. Embora o IEEE não tenha aceitado o estabelecimento de um projeto de 50G PON de onda única, pelo menos esclareceu a rota de evolução tecnológica futura da PON. Para a futura tecnologia 100G PON, os fornecedores de equipamentos de comunicação da China estão investigando ativamente a tecnologia 100G PON para promover conjuntamente a formulação de padrões e a maturidade da cadeia industrial. A aplicação da 100G PON é apenas uma questão de tempo.

Com o desenvolvimento dos tempos e o avanço contínuo da ciência e tecnologia, as tecnologias PON de 200G/500G/1000G e até superiores serão gradualmente realizadas. No entanto, além de estudar as próximas gerações de tecnologias PON, a indústria continua prestando atenção a uma questão muito importante: a convergência das duas escolas técnicas, ITU-T e IEEE. A coexistência prolongada de EPON e GPON é, na verdade, muito desfavorável para a indústria. Por um lado, traz dificuldades para as decisões técnicas das operadoras e equipamentos; por outro lado, também aumenta o custo da cadeia industrial, e as empresas da cadeia precisam investir em duas linhas. Especialmente para um enorme mercado de redes de acesso óptico como o da China, a influência da diferenciação das facções de tecnologia PON é ainda maior, resultando em mais desperdício de recursos. Nos últimos anos, sob a promoção ativa das indústrias nacional e internacional, o ITU-T e o IEEE também fizeram algumas "demonstrações" positivas, incluindo a emissão de declarações conjuntas, a formação de grupos de trabalho e o estabelecimento de mecanismos de cartas de ligação. Mas, por enquanto, ainda levará muito tempo para que a integração final seja realmente alcançada.