Em português, a sigla GPON (Gigabit Passive Optical Network) significa Rede Óptica Passiva Gigabit, uma rede com um tráfego acima de 1 Gbps ou 1 Gigabit por segundo. Essa tecnologia, normatizada pelo órgão ITU-T (International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization Sector) e patrocinada pela Associação Mundial de Fabricantes e Operadoras de Telecomunicações, a FSAN (Full Service Access Network), teve sua primeira versão da família de normas GPON (ITU-T G.984) lançada em 2003 e aperfeiçoada nos anos seguintes.
Mas, o que significa a rede ser passiva? Tecnicamente é não existir nenhum elemento energizado entre a OLT e a ONU ou entre o conector da rede e os clientes. Ou seja, no PON a comunicação acontece baseada na óptica, na transmissão e na recepção do sinal de luz. Esse processo específico possui algumas vantagens, tais como chance zero de queimas equipamentos justamente por não haver energia elétrica na rede. Ou então permitir distâncias maiores sem necessidade de amplificadores. Obviamente que esse aspecto também depende do tipo de equipamento utilizado.
A tecnologia GPON é cada vez mais utilizada e incluída nos serviços de banda larga oferecidos pelas empresas e operadoras da tecnologia. Isso porque o GPON é um dos padrões que fazem parte das normas PON. Atualmente, a norma que descreve todo o funcionamento do GPON vai do G.984.1 até o G.984.5. Dentro dela existem diversas partes que descrevem especificidades da tecnologia, desde a camada física, o hardware, o protocolo de comunicação entre Optical Line Terminal (OLT) e as Optical Network Unit (ONU).
São elas:
• G.984.1: Características gerais
• G.984.2: Especificação de camada física, Physical Media Dependent (PMD)
• G.984.3: Especificação de camada de transmissão convergente
• G.984.4: Especificação de gerência e controle de interface da ONT (OMCI)
• G.984.5: Aprimoramento de banda para coexistência com futuras redes WDM PON no mesmo meio físico
Entre as características das redes GPON está a variação da largura da banda assimétrica, que pode estar entre 2,5 Gbps para downstream e 1,25 Gbps para upstream. A assimetria significa que a taxa no downstream é maior e no upstream é menor. Mas, qual a vantagem disso? É que a maior parte do tráfego ocorre na direção downstream, sentido no qual a navegação deve acontecer de forma superior, pois exige mais e faz com que a capacidade do GPON seja também elevada. Dessa forma, é possível atender melhor os serviços que se valem dessa quantidade de tráfego.
Na prática, o download recebe uma quantidade maior de informações, por isso a navegação da internet deve ser superior no downstream. O que é o contrário no caso do upload, ou seja, do upstream, que exige menos da rede.
Além disso, para que haja maior confiabilidade de sinal, o que pode atingir até 93% de eficiência e eficácia na transmissão, a plataforma é desenvolvida com o objetivo de se poder operar multisserviços, mesmo que sejam com diferentes protocolos. No caso, encapsulados em protocolos GEM (GPON Encapsulation Method) para o transporte, justamente o que garante a confiabilidade do processo.
O alcance físico é até o mesmo que o GEPON, o que significa uma distância de cerca de 20 km. O nível de splittagem, no entanto, alcança o dobro, ou seja, 128 ONTs por porta PON. No quesito segurança, é preciso destacar que o GPON oferece uma criptografia AES-128 para os dados que são enviados das ONTs para a OLT. Tudo isso representa uma maior segurança em relação a outros processos. Além disso, oferece a proteção do Tipo B, do Tipo C e Dual Parented, todos com garantia de redundância eficiente quando conectados aos pontos.
Sabemos ainda que a infraestrutura que compõe o backbone da internet é compartilhada pelos inúmeros usuários do mundo inteiro. O princípio das redes PON segue o mesmo conceito: trata-se de uma rede ponto-multiponto onde, a partir de uma mesma fibra conectada à OLT, atende-se vários assinantes com uso de divisores (splitters) óticos. Aliás, diga-se de passagem, as redes GPON são muito indicadas em casos como esse, em que os provedores de internet são utilizados por um grande número de usuários e serviços.
Devido ao compartilhamento de estrutura e limite da capacidade dos equipamentos, uma das necessidades básicas de qualquer provedor é realizar o limite de uso de banda de cada usuário de forma que se tenha uma entrega dos serviços adequada aos assinantes e também que não onere o desempenho e capacidade da rede.
Por conta da tendência e da crescente oferta de serviços de vídeos e streaming, que intensificam o uso da banda, a rede GPON se configura como sendo mais recomendada justamente por conta da alta performance, pela alta velocidade e pela qualidade das conexões. O custo é um pouco maior, obviamente, mas, se torna vantajoso em relação às redes GEPON, inclusive porque suportam o backhaul de redes móveis, outra grande tendência do mercado.
Temos visto que a grande maioria dos provedores realizam o controle de banda nos seus concentradores PPPoE que possuem a função de autenticar os usuários legítimos e adimplentes. Entretanto, muitos não estão cientes que a tecnologia GPON possui um recurso nativo que otimiza este controle e que não causa impacto no desempenho da OLT chamado de DBA (Dynamic Bandwidth Allocation).
Para se compreender o funcionamento, é necessário antes conhecer o princípio da comunicação entre a OLT e as ONUs. A rede GPON é uma rede ponto-multiponto onde uma fibra é conectada a uma interface PON da OLT e, em seguida, passa por splitters até se chegar às várias ONUs. Utiliza-se um método de WDM (Wavelength Division Multiplexing) onde se usa comprimento de onda de 1490 nm para o downlink (sentido OLT-ONU) e 1310 nm para o uplink (sentido ONU-OLT).
Downlink: os dados são transmitidos de modo broadcast. Desta forma, o sinal é recebido por todas as ONUs e elas aceitam somente o que vier identificado com seu próprio ONU ID, descartando os dados que são destinados às demais ONUs.
Uplink: utiliza-se o método TDMA (Time Division Multiple Access) onde é a OLT quem define o slot de tempo no qual cada ONU poderá enviar os dados. Desta forma, em cada período de tempo, apenas uma ONU transmite o sinal de uplink enquanto as demais aguardam sua vez evitando, assim, a colisão dos pacotes vindo dos usuários.
O mecanismo DBA atua justamente neste tempo alocado para cada ONU. Os assinantes que precisarem de mais banda em um determinado momento possuem mais tempo para realizar a comunicação de uplink. Isto é feito de forma dinâmica uma vez que os usuários também possuem comportamento dinâmico em relação ao uso da banda.
De qualquer forma, existem algumas situações em que as redes GPONs são imprescindíveis e até recomendadas. Por isso, é preciso especificar com rigor e detalhes os objetivos da rede, a fim de fazer a melhor escolha para cada caso específico. Dados como quem serão os usuários ou que serviços serão prestados por meio da rede são fundamentais para definir que tipo de padrão adotar. Assim, é possível elaborar um projeto para atender a necessidade de cada provedor. É quase que uma consultoria, a fim de estabelecer e indicar o melhor produto para o melhor serviço.
Veja alguns exemplos: existem ISPs que têm uma variedade maior de serviços enquanto outros podem, no futuro, agregar serviços diferenciados. Já alguns possuem assinantes com nível de SLA um pouco mais restrito e aí é preciso algo específico para essa realidade. Do mesmo jeito que algumas exigências de QoS e controle mais avançados. Viu como existem diferenças de caso para caso?
Um dos maiores problemas desconhecidos pelos que operam redes GPON é o fato de que, caso não seja definida a banda reservada ao cliente, o sistema considera a capacidade da porta PON da ONU: 1 Gbps. Como a capacidade de tráfego de uplink em redes GPON é 1,25 Gbps, é fácil de verificar que a probabilidade de existir um congestionamento da banda alocada às ONUs é alta. Em uma porta PON que tenha 100 ONUs ativas, por exemplo, o sistema tentará alocar 1 Gbps para cada uma. Isto pode ocasionar problemas no desempenho da rede, não muito fácil de ser encontrado.
Portanto, é importante que o administrador da rede conheça este recurso disponibilizado por qualquer fabricante das OLT uma vez que é inerente ao padrão GPON. Na maioria das vezes, retirar o controle de banda dos concentradores PPPoE resulta em um aumento significativo do desempenho destes equipamentos e, ao mesmo tempo, aproveita-se melhor os recursos da rede de acesso FTTx.
Vinicius Ochiro, Professor de redes de acesso FTTx xPON e consultor para Provedores de Internet na VLSM, com experiência em redes IP/MPLS, L2/L3VPN, BGP e acesso FTTx xPON.
