GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) è una tecnologia comunemente utilizzata per realizzare reti FTTH (Fiber To The Home), in cui la connessione a Internet di una abitazione avviene portando la fibra ottica fino a dentro casa.

GPON fa parte di un insieme di standard PON, i quali si differenziano in base alla velocità massima raggiungibile per ciascun albero ottico. Una struttura spesso condivisa anche con 64 utenze (il significato di albero ottico è spiegato in dettaglio sotto).

Nel caso di GPON, la velocità massima è di circa 2,5 Gbps in download e 1,25 Gbps in upload, condivisa però con un numero fisso di utenze, che può arrivare fino a 128. Ciascuna delle linee collegate avrà poi una velocità massima nominale fissata dall’operatore, ad esempio 1 Gbps in download.

La caratteristica fondamentale che rende GPON la soluzione più frequentemente adottata per la FTTH è il fatto che la rete ottica è passiva. Cioè che tra i due estremi della rete (centrale e abitazioni) non sono presenti punti alimentati. Questo è un importante vantaggio della tecnologia, perché riduce i costi e la possibilità di guasti. Se in una città di grandi dimensioni coperta in FTTC sono presenti centinaia di apparati attivi (ONU) sparsi sulle strade, in FTTH-GPON gli unici elementi che l’operatore si deve preoccupare di alimentare sono le centrali/POP.

GPON è la tecnologia attualmente utilizzata in Italia per realizzare reti FTTH

Gli elementi di una rete ottica passiva

Una rete ottica passiva (come la GPON) è di tipo punto-multipunto. Il “punto” è un apparato dell’operatore (OLTOptical Line Terminal), che spesso si trova nella centrale locale, mentre i “multipunto” sono dei dispositivi installati all’interno delle abitazioni dei clienti. (ONT oppure ONU, rispettivamente Optical Network Terminal e Optical Network Unit).

Nel caso di GPON, un singolo OLT è in grado di collegare per ciascun cavo in fibra ottica in uscita un numero di utenze che può arrivare al massimo a 128. Questo numero determina il fattore di splitting (o fattore di diramazione, in italiano).

Un OLT può avere anche centinaia di porte, e ciascuna di queste realizza un albero ottico alla cui estremità è collegato un numero di utenze pari al fattore di splitting. La velocità di 2,5 / 1,25 Gbps prevista da GPON è condivisa tra tutte le utenze che fanno capo allo stesso albero.

Per questo motivo, nella pratica il fattore di splitting non è quasi mai 128 ma 64 o anche meno.

Vedi la sezione GPON in Italia più in basso per i dettagli sui fattori di splitting usati in Italia.

Nelle reti PON lo splitting della fibra ottica avviene in modo passivo, e cioè a livello fisico senza bisogno di apparati alimentati. I dispositivi che si occupano di effettuare lo splitting si chiamano splitter ottici (o diramatori ottici, in italiano).

Come funziona uno splitter ottico?

Uno splitter ottico riceve in ingresso (lato OLT) una singola fibra ottica e produce in uscita N segnali su N fibre ottiche (fattore di splitting 1:N).

In direzione downstream (OLT -> ONT) lo splitter “copia” la luce in ingresso sulle fibre ottiche in uscita, dividendo però così la potenza della luce per N. Per questo motivo una rete GPON ha un limite massimo di estensione, che è di 20 km (tra OLT e ONT più lontano).

Da questo comportamento segue anche il fatto che ciascun ONT riceve anche il traffico destinato agli altri ONT. Si rende quindi necessario l’uso di tecniche di crittografia per proteggere le informazioni, che vengono scartate a livello di ONT se destinate a un altro ONT.

In direzione upstream (ONT -> OLT) lo splitter si occupa di sommare i contributi di luce portati dalle N fibre ottiche. Considerato che più ONT possono trasmettere in contemporanea, gli OLT prevedono dei meccanismi di sincronizzazione per fare in modo che la trasmissione sia coordinata e non sovrapposta.

L’elemento GPON di interesse principale per le utenze finali è però il ROE (Ripartitore Ottico di Edificio), o in alternativa il PTE (Punto di Terminazione di Edificio). Il ROE/PTE viene solitamente installato a pochi metri dalle abitazioni. Molto spesso si trova nel locale contatori dell’edificio, ma può anche essere montato su una parete esterna, oppure interrato o inserito in una chiostrina.

ROE e PTE si distinguono principalmente in base alla presenza o meno di uno splitter al loro interno. Infatti, mentre il ROE si occupa anche di fare lo splitting della fibra ottica, il PTE serve solo a dare flessibilità alla rete. All’interno di un PTE entra un numero prefissato di fibre ottiche (es. 16, provenienti da uno splitter ottico a monte), e ne escono altrettante, che andranno direttamente alle unità immobiliari (UI) dei clienti finali (tratta verticale).

Infine, all’interno delle abitazioni sono presenti una borchia ottica e un ONT. Un ONT è un dispositivo alimentato, concettualmente analogo ad un modem DSL, che riceve e decifra (e viceversa) il segnale ottico, e lo converte in un segnale elettrico (tramite un’uscita Ethernet), adatto per il collegamento a un router.

Non sempre l’ONT è un dispositivo a sé stante: può anche essere incorporato all’interno di un router, oppure essere fornito come modulo SPF, una cartuccia metallica che va inserita in un router o in un convertitore.

GPON in Italia

In Italia le infrastrutture FTTH a livello nazionale sono quelle di Open FiberFlash Fiber (TIM+Fastweb) e TIM, tutte realizzate con tecnologia GPON.

Open Fiber

Nel caso di Open Fiber, le infrastrutture hanno caratteristiche diverse a seconda che siano state realizzate con fondi privati o pubblici. Nel primo caso si tratta delle circa 270 grandi città che Open Fiber ha intenzione di cablare entro il 2023, mentre nel secondo si tratta delle aree bianche cablate tramite il piano BUL.

Nelle aree a investimento privato l’infrastruttura prevede dei POP (Point Of Presence) posizionati sul territorio, nei quali sono presenti gli OLT.

Il fattore di splitting utilizzato è 1:64, e lo splitting avviene in due diversi livelli, tramite i PFP (Punto di Flessibilità Primario) e i PFS (Punto di Flessibilità Secondario). Questi punti possono contenere fino a 20 splitter e non devono necessariamente trovarsi in prossimità degli armadi di TIM.

Infine, nei pressi delle abitazioni Open Fiber installa dei PTE, chiamati anche PTA (Punto di Terminazione Arretrato) se sono interrati.

La rete Metroweb

Quando Open Fiber è nata, nel 2016, ha incorporato la rete Metroweb realizzata nel decennio precedente a Milano, Torino, Bologna e Genova. Anche la rete Metroweb prevede due livelli di splitting, ma uno dei due avviene direttamente all’edificio (nei ROE), come nel caso di Flash Fiber.

Nelle aree a investimento pubblico (cluster C e D), la differenza fondamentale è che il fattore di splitting è 1:16, anziché 1:64. Ciò significa che ad ogni albero possono essere collegati al massimo 16 ONT, che condivideranno la banda 2,5 / 1,25 Gbps prevista da GPON. La scelta è dovuta al fatto che i bandi pubblici del piano BUL richiedono di garantire almeno 100 Mbps in download e 50 in upload per utenza, anche in caso di collegamenti contemporanei.

Come conseguenza, il livello di splitting è soltanto uno ed è effettuato nel CNO (Centro Nodale Ottico), collegato a un PCN (Punto di Consegna Neutro), che è l’equivalente del POP ma è quasi sempre condiviso tra più comuni.

La scelta di un fattore di splitting inferiore consente inoltre di avere delle tratte OLT-ONT più lunghe, in considerazione del fatto che ogni splitting ripartisce la potenza del segnale luminoso tra i rami dell’albero.

Nelle aree a investimento pubblico viene inoltre fatto ampio uso dei PTA interrati, in aggiunta ai PTE, soprattutto per le aree a bassa densità.

Gli operatori che vogliono utilizzare la rete di accesso di Open Fiber possono scegliere principalmente tre modalità:

  • l’operatore può installare i propri OLT nel POP e fornire anche gli ONT ai propri clienti. In questo caso Open Fiber offre solo la “fibra spenta” in uscita dal POP verso gli ONT. Per confronto, è l’equivalente dell’ULL di TIM;
  • Open Fiber offre sia OLT che ONT, e si tratta in questo caso del servizio Open Stream. La consegna del traffico all’operatore può avvenire tramite un apposito kit Ethernet presente nel POP, oppure in un qualsiasi altro POP di Open Fiber o dell’operatore, anche geograficamente distante. Nel primo caso è l’equivalente del VULA di TIM, nel secondo caso del Bitstream NGA;
  • infine, Open Fiber può offrire anche l’interconnessione con la rete Internet. Questo servizio si chiama Open Internet e permette a un operatore di offrire connessioni a Internet senza nessun investimento in infrastrutture di rete. L’operatore (che è in un certo senso un operatore “virtuale”) si affida quindi completamente a Open Fiber, che fornisce anche il router ai clienti. È simile al servizio Easy IP NGA di TIM.

Flash Fiber

L’infrastruttura Flash Fiber è particolare, perché comprende in realtà due infrastrutture parzialmente distinte, quella di TIM e quella di Fastweb.

In questo caso, gli OLT di TIM e Fastweb si trovano nelle centrali TIM, e il fattore di splitting è 1:64. I livelli di splitting sono due e avvengono rispettivamente in un CNO (Centro Nodale Ottico), posizionato indicativamente in prossimità degli armadi ripartilinea, e nei ROE. Per ciascuno dei due livelli di splitting si applica generalmente un fattore di 1:8 (8 x 8 = 64).

Nell’infrastruttura Flash Fiber i ROE sono condivisi tra TIM e Fastweb, ma al loro interno vengono effettuati separatamente gli splitting per TIM e per Fastweb. Solitamente quindi un ROE Flash Fiber ha una capacità di 8 linee per TIM e 8 linee per Fastweb.

Un’altra differenza importante rispetto a Open Fiber è che gli OLT Flash Fiber sono sempre o di TIM o di Fastweb. Ciò significa che se un operatore terzo vuole accedere alla rete Flash Fiber non può installare i propri OLT e ONT ma deve condividere la rete con TIM o Fastweb, ad esempio con la modalità VULA di TIM o l’analoga di Fastweb.

Inoltre, mentre Open Fiber in Open Stream consente ad ogni operatore di collegarsi ad una porta dedicata da 10 Gbps per la consegna del traffico, TIM in VULA prevede solo 10 Gbps totali da condividere tra tutti gli operatori presenti in centrale.