GPON: cos'è e come funziona lo standard FTTH più diffuso

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GPON (Gigabit Passive Optical Network) è lo standard su cui si basa la maggior parte delle reti FTTH oggi in esercizio in Italia e nel mondo: la tecnologia che per prima ha portato la fibra fino a casa su scala di massa.

Lo standard e le velocità

Downstream (2,5 Gbps)Upstream (1,25 Gbps)
GPON: velocità asimmetrica, download circa doppio rispetto all'upload

GPON è definito dalla Raccomandazione ITU-T G.984 e offre una velocità nominale asimmetrica di circa 2,5 Gbps in downstream e 1,25 Gbps in upstream. Questa capacità è condivisa tra tutte le utenze collegate allo stesso albero PON, cioè alla stessa porta OLT: nella pratica fino a 64 abitazioni, a seconda di come è progettata la rete. Lo standard prevede anche combinazioni di velocità inferiori, ma la configurazione a 2,5/1,25 Gbps è di gran lunga la più diffusa.

Due colori di luce sulla stessa fibra

Il GPON usa una sola fibra per entrambe le direzioni, separando i due versi con lunghezze d’onda diverse:

Direzione Lunghezza d’onda
Downstream (dalla centrale verso casa) 1490 nm
Upstream (da casa verso la centrale) 1310 nm

Lo standard riserva inoltre la lunghezza d’onda di 1550 nm a un eventuale segnale televisivo aggiuntivo, sovrapposto sulla stessa fibra. È questa separazione per lunghezza d’onda che permette, oggi, di aggiungere l’XGS-PON sulla stessa rete: usa altre lunghezze d’onda e convive con il GPON.

Come si condivide la banda

In downstream l’OLT invia lo stesso flusso a tutte le case dell’albero, e ogni ONT legge solo i dati destinati a sé. Per evitare che un utente possa leggere il traffico dei vicini, lo standard prevede la cifratura del flusso in downstream con l’algoritmo AES: ogni ONT ha la propria chiave.

In upstream le case non possono trasmettere insieme sulla stessa fibra, altrimenti i segnali si sovrapporrebbero. L’OLT assegna quindi a ogni ONT brevi turni di trasmissione, e li distribuisce in base al traffico richiesto con un meccanismo di allocazione dinamica della banda (DBA): chi in quel momento deve inviare di più riceve più spazio, chi è inattivo ne riceve meno. Il funzionamento passo per passo è descritto nell’articolo sull’architettura di una rete PON.

Il budget ottico: quanta attenuazione tollera

Una rete GPON deve garantire che il segnale arrivi con potenza sufficiente dalla centrale fino all’ONT, nonostante l’attenuazione introdotta da fibra, splitter, giunzioni e connettori lungo il percorso. Lo standard definisce diverse classi di attenuazione ammessa tra OLT e ONT:

ClasseAttenuazione ammessaNote
B+13-28 dBLa più diffusa nelle reti di accesso
C15-30 dBPer tratte più lunghe o più perdite
C+17-32 dBPer tratte lunghe o rapporti di divisione elevati

Per dare un ordine di grandezza: uno splitter 1:64 introduce da solo circa 20 dB di perdita, e ogni chilometro di fibra circa 0,35 dB a 1310 nm. Il conto di tutte le perdite lungo il percorso deve restare dentro la classe scelta. Come si esprimono queste potenze è spiegato nell’articolo sul dBm.

Curiosamente, in una rete GPON può presentarsi anche il problema opposto: se l’attenuazione della tratta è troppo bassa, il segnale arriva troppo forte e può saturare il ricevitore dell’ONT. In questi casi si inserisce un attenuatore o una bretella calibrata per riportare la potenza nell’intervallo corretto.

Distanze

Lo standard prevede distanze tipiche fino a 20 km tra OLT e ONT, con un limite logico del protocollo di 60 km. Nella pratica, nelle reti urbane le distanze reali sono quasi sempre di pochi chilometri.

Un limite meno intuitivo: nella configurazione standard, le utenze collegate alla stessa porta OLT non possono trovarsi a distanze troppo diverse tra loro, con uno scarto massimo di 20 km tra la più vicina e la più lontana. Oltre quella soglia il meccanismo che sincronizza i turni di trasmissione (il ranging) non riuscirebbe più a gestire correttamente le finestre temporali di ciascun ONT.

Domande frequenti

La velocità GPON è garantita o condivisa?

È condivisa tra tutte le utenze collegate alla stessa porta OLT: i 2,5/1,25 Gbps sono la capacità totale dell’albero PON, non quella dedicata a ogni cliente. Poiché non tutti usano la rete al massimo nello stesso istante, ogni utente può comunque raggiungere velocità vicine a quelle del proprio profilo.

Con il GPON posso avere 2,5 Gbps a casa?

Alcune offerte arrivano fino a 2,5 Gbps in download sul GPON, ma in quel caso un solo utente può occupare l’intera capacità dell’albero. Per profili superiori, e per upload elevati, si usa l’XGS-PON.

Il GPON è ancora la tecnologia più moderna disponibile?

No: lo standard successivo, XGS-PON, offre 10 Gbps simmetrici ed è in diffusione sulle reti degli operatori. Il GPON resta però la base della maggior parte delle connessioni FTTH attive.

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