Invloed van stadsnetwerken op de breedbandmarkt gemodelleerd met behulp van speltheorie

Transcriptie

1 Universiteit Gent Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep: Informatietechnologie (INTEC) Voorzitter: prof. dr. ir. P. Lagasse Onderzoeksgroep: Broadband Communication Networks (IBCN) Voorzitter: prof. dr. ir. P. Demeester Invloed van stadsnetwerken op de breedbandmarkt gemodelleerd met behulp van speltheorie door Bart Wouters Promotoren: prof. dr. ir. M. Pickavet en dr. ir. D. Colle Scriptiebegeleiders: ir. K. Casier, lic. J. Van Ooteghem, ir. B. Lannoo, dr. ir. Sofie Verbrugge Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van burgerlijk elektrotechnisch ingenieur Academiejaar

2 Voorwoord Dit eindwerk is er gekomen met de hulp van vele mensen. Graag had ik de volgende mensen speciaal willen bedanken voor hun hulp bij de realisatie van dit eindwerk: o mijn promotoren, voor het aanbieden en begeleiden van deze thesis. o mijn begeleiders, voor het beantwoorden van mijn vele vragen, de constante feedback op mijn werk en het nalezen van dit eindwerk, vaak ten koste van hun vrije tijd. Ik apprecieer dit enorm. o mijn ouders, voor het nalezen van dit eindwerk en voor de mogelijkheden die ze mij op alle vlakken van het leven geboden hebben en hun onvoorwaardelijke steun tijdens mijn universitaire studies. o mijn broer Tom, die tijdens de ganse thesis mijn klankbord was en die constant opbouwende kritiek had. Zonder zijn constante feedback en hulp was dit eindwerk nooit geworden wat het nu is. Ik hoop dat ik in de toekomst hetzelfde voor hem zal kunnen doen. o Andrew Fecheyr, voor de nuttige tips bij het programmeren. Daarnaast wil ik iedereen bedanken, die mij tijdens mijn universitaire studies gesteund heeft. Dankzij jullie waren deze 5 jaren een schitterende tijd. De auteur geeft de toelating dit afstudeerwerk voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van het afstudeerwerk te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit dit afstudeerwerk. Bart Wouters, juni 2007 II

3 Overzicht Invloed van stadsnetwerken op de breedbandmarkt gemodelleerd met behulp van speltheorie door Bart Wouters Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van BURGERLIJK INGENIEUR IN DE ELEKTROTECHNIEK: OPTIE: ELEKTRONISCHE CIRCUITS EN SYSTEMEN Academiejaar Promotoren: prof. dr. ir. M. Pickavet en dr. ir. D. Colle Scriptiebegeleiders: ir. K. Casier, Lic. J. Van Ooteghem, ir. B. Lannoo, dr. ir. Sofie Verbrugge Faculteit Ingenieurswetenschappen Universiteit Gent Vakgroep: Informatietechnologie (INTEC) Voorzitter: prof. dr. ir. P. Lagasse Samenvatting België is altijd één van de voorlopers geweest op het gebied van breedband, met een goed uitgebouwd DSL en HFC toegangsnetwerk tot gevolg. Op lange termijn kan dit echter remmend werken voor de verdere ontwikkeling van breedband, omdat uitbaters eerst rendement uit hun huidige investeringen willen halen. Nieuwe ontwikkelingen zoals een volledig optisch toegangsnetwerk, Fiber to the Home (FttH), dreigen hierdoor aan België voorbij te gaan. In deze thesis gaan we na of een stadsnetwerk een oplossing kan bieden en wat het speltheoretische resultaat zal zijn wanneer dit stadsnetwerk in competitie treedt met een bestaande breedbandaanbieder. Dit wordt geconcretiseerd door het analyseren van de uitrol van een FttH stadsnetwerk in Gent. In deel I wordt een technologisch overzicht gegeven van de bestaande toegangsnetwerken en van FttH. In deel II bespreken we de motivatie en voordelen van een stadsnetwerk en trachten we een optimale netwerkarchitectuur voor de Stad Gent te bepalen. In deel III stellen we een economisch model op dat de interactie modelleert tussen een stadsnetwerk en een bestaande breedbandaanbieder. Het model is in staat de speltheoretisch optimale strategie te bepalen voor beide spelers uit een set van strategieën. Uit de analyses blijkt dat het voor de Stad Gent economisch haalbaar is een FttH stadsnetwerk uit te rollen. Trefwoorden: Fiber to the Home, stadsnetwerken, techno-economische analyse, speltheorie III

4 Extended abstract Influence of community networks on the broadband market modeled with game theory Bart Wouters Supervisor(s): Mario Pickavet, Didier Colle, Koen Casier, Bart Lannoo, Jan Van Ooteghem, Sofie Verbrugge Abstract - Belgium has always been on the forefront of broadband development, but now traditional providers are hesitating on pursuing the next step, an all optical access network, also called Fiber to the Home (FttH). In other countries more and more communities are developing their own FttH network, as they consider broadband a basic need and vital to the future prosperity of the community. This paper investigates the possible roll out of an FttH network in the city of Ghent, making use of game theory within an economic feasibility study. Keywords - Fiber to the Home, Community Networks, Techno- Economics, Game Theory I. INTRODUCTION In 2006 the broadband coverage in Belgium was 100%. Belgium is 10 th worldwide on the number of broadband connections per 100 inhabitants [1][2]. There are two players in Belgium: Belgacom uses a DSL (Digital Subscriber Line) network while Telenet owns a HFC (Hybrid Fiber Coax) network. These networks have evolved from the old telephone and CATV networks and use copper or coaxial cable as transport medium. Both suffer from increasing attenuation when the loop length to the subscriber increases. This either limits the bandwidth or distance to a user. As the bandwidth demand increases by the development of new applications such as HDTV and real time video applications, the existing broadband networks have to upgrade their bandwidth per user. This is mostly done by shortening the copper or coax length to the user and replacing it with fiber. Fiber suffers little attenuation over long distances. The approach currently taken by providers gradually increases the bandwidth, but is unable to follow the increasing demand. This growing bottleneck could be solved by rolling out an all fiber infrastructure (FttH). Traditional providers are hesitating to invest heavily in infrastructure as they first want their previous broadband investments to pay off and are uncertain about new local loop unbundling regulation for fiber networks. Communities all over the world are not waiting for broadband providers to take initiative and have decided to roll out their own FttH networks. This paper will try to select an optimal community network architecture for the City of Ghent and evaluate its economic feasibility using game theory. II. COMMUNITY NETWORKS A. Motivation and advantages The main motivation for communities to roll out FttH networks is the lack of initiative by traditional providers. A community will also have a long term vision and will focus less on immediate returns and more on the prosperity of its citizens: a well-considered FttH roll out can have a positive impact on employment, education, public services, etc. Community owned networks also have economic advantages. They can usually borrow money at the lowest rates available and a major cost component, the digging, can be partially done together with ongoing city works. B. Choosing the architecture and business model There are two main FttH architectures. Active architectures offer a dedicated fiber from each user to the Central Office (CO) or a street cabinet, and are Point-to-Point networks. Passive Optical Networks (PON) on the other hand are Pointto-Multipoint networks, where the access fiber is shared by typically 16 to 64 users. Both architectures are compared on 4 points in Table 1. Based on this comparison we have chosen an active fiber architecture as the optimal structure for the Ghent community network. Table 1: Comparing FttH architectures Active architecture PON Bandwidth per user >1Gbps <100Mbps Suited for Business users Yes Limited Competition possibilities High Limited Investment and operational costs Highest High We opt for a co-operation between the city of Ghent and DSL provider Belgacom. Belgacom has the broadband expertise that the city is lacking and can learn a lot from this experience. This also eliminates one competitor. For the duration of the case ( ) we assume that no other provider will be able to roll out or use a fiber architecture. In 2022 the fiber infrastructure and network operations should be handed over to independent companies and other providers can use the fiber architecture to deliver broadband. This model enables competition and innovation on the long term while also making FttH economically viable during start-up. III. ECONOMIC MODEL C. Model In Figure 1 the developed model is shown. Part 1 is an Excel model which, based on costs, revenues, adoption, etc, calculates the Net Present Value (NPV) for both players. By varying the roll out parameters we obtain different scenarios and an NPV matrix. In part 2 we have developed a tool, based on the Gambit game theory tool that calculates the Nash equilibria using the NPV matrix [3]. A Nash equilibrium (NE) is a set of strategies, one for each player, where no player will gain anything by unilaterally changing his strategy. IV

5 Figure 1: Economic model structure D. Scenario We have used this economic model to evaluate the roll out of a community network in the city of Ghent for the period The city is divided in 8 areas, each given a priority rating (1-8). This rating is based on the non-economic benefits 1 of FttH in this area (based on public services, schools, etc) and is used to determine the roll out sequence. The community network will start immediately with the roll out of an active fiber to the home architecture. The competitor, Telenet, will upgrade its existing HFC infrastructure by shortening the coax length and implementing a new HFC protocol, DOCSIS 3.0. Both players will vary the roll out speed of their technologies (5 speeds). IV. RESULTS A. General Table 2 shows the resulting NPV matrix after 15 years. Table 2: NPV matrix (Dominant strategies in gray, NE in bold) Playere Telenet NPV (M$) Very Very (Ghent / Passive Normal Active passive active Telenet) Very G passive h Passive e Normal n Active t Very active We see that all scenarios generate a positive NPV for the community network. In Figure 2 we compare the NPV evolution of a passive, normal and active strategy for the community network 2 : the more active the strategy, the more negative the NPV becomes during the scenario. The reason is that in more active strategies, the physical roll out (outside plant), which account for 68% of the total CapEx, are concentrated in the beginning of the roll out. If Ghent has limited borrowing capacity, this might make active roll outs impossible, due to the huge initial investments required. We also note that the difference in NPV in 2022 for the community network between the three most active scenarios is very small, while the required investment capital differs substantially. 1 The non-economic benefits are also included in the NPV of the community network 2 The very active strategy follows the same evolution. For telenet we have chosen the active strategy, but the results stay the same if we change Telenet s strategy B. Game theoretic analysis The Nash equilibrium indicates the very active strategy for both players (Table 2, bold). For Telenet the very active strategy is always the dominant strategy, independent of the actions of the community network. For the community network the two active scenarios are dominant. Because of the huge initial investments and the little gain in NPV for the optimal, very active strategy, it might be better for the community network to opt for a less active scenario, with less investments needed but a lower NPV. Cumulative NPV (M$) Passive: Community network Passive: Telenet Normal: Community network Normal: Telenet Active: community network Active: Telenet Year Figure 2: Cumulative NPV of the different secnarios C. Extending the scenario An extension to the above scenario is to vary the roll out sequence. We have investigated the impact on the NPV when varying this sequence and have concluded that Telenet should focus its roll out on the densely populated areas. Although this will also generate additional income for the community network, the impact on the non-economic effects will be negative. As those benefits are equally important for the City of Ghent, we have concluded that Ghent should roll out by priority to maximize the prosperity of its citizens. D. Sensitivity analysis Using the Crystal Ball tool [4], we have done a sensitivity analysis on the resulting NE. The variation of the most important parameters (adoption and digging costs) resulted in a negative NPV less than 6% of the time. This clearly shows that the roll out of a community network is almost always economically feasible. V. CONCLUSION An FttH community network in the City of Ghent is economically viable and the City should opt for FttH architecture in co-operation with a traditional provider. By 2022 the NPV of the roll out will almost certainly be positive. The game theoretical optimal roll out strategy, a very active deployment, will come at the cost of huge initial investments. Considering this, it might be better to opt for a sub-optimal roll out with less initial investments and a lower NPV. REFERENCES [1] European Commission Information Society and Media, i2010 Annual Report 2007, Belgium, [2] Organisation for Economic and Co-operation and Development, Broadband Statistics, [3] McKelvey, Richard D., McLennan, Andrew M., and Turocy, Theodore L., Gambit: Software Tools for Game Theory, 2007 [4] Crystal Ball, V

6 Inhoudstafel VOORWOORD... II OVERZICHT... III EXTENDED ABSTRACT... IV INHOUDSTAFEL... VI LIJST VAN AFKORTINGEN... IX INLEIDING DEEL I: TECHNOLOGISCH OVERZICHT VAN BREEDBAND NETWERKEN HOOFDSTUK 1. INLEIDEND OVERZICHT Digital Subscriber Line (DSL) Werking DSL types Upgraden van DSL netwerk HFC-netwerken Werking HFC-types: DOCSIS Upgraden van HFC netwerk Fibernetwerken Draadloze communicatie Breedband in België HOOFDSTUK 2. FIBER TO THE HOME Inleiding Actieve versus passieve netwerken Actieve netwerken Passieve netwerken Vergelijking van actieve en passieve netwerken ATM versus Ethernet [21] FttH apparatuur Optische vezel Optical Network Unit (ONU) Optical Line Terminator (OLT) Splitter DEEL II: STADSNETWERKEN: OVERWEGINGEN EN EVALUATIE HOOFDSTUK 3. FTTH STADSNETWERKEN Motivatie stadsnetwerken Overwegingen bij de keuze van het stadsnetwerk Bandbreedte Competitie Business gebruikers Investeringskosten en operationele kosten Business modellen [33] Gekozen stadsnetwerk model voor thesis HOOFDSTUK 4. ANALYSE VAN INVESTERINGSPROJECTEN Algemene tools bij een investeringsanalyse Payback time Net Present Value (NPV) Real Options Sensitiviteitsanalyse VI

7 4.2. Speltheorie Concept Geschiedenis Prisoner s dilemma Soorten spellen Speltheoretische tool Overzicht van beschikbare tools Ontwikkelde tool DEEL III: ONTWERP EN ANALYSE VAN HET THESISMODEL HOOFDSTUK 5. MODEL VOOR DE CASE Doel Case beschrijving Opbouw en beschrijving HOOFDSTUK 6. MODELDETAILLERING Inputs Uitrol parameters Algemene case inputs Adoptiecurve Bass model voor opeenvolgende technologieën Bepalen waarden parameters Bass model Uitbreiding op model: introductiejaar Uitbreiding op model: interactie tussen het stadsnetwerk en Telenet Uitbreiding op model: Gompertz modellering van intekenaars Gebruikers Learning curve Kosten stadsnetwerk Plaatsings- en fiberkosten Aansluitingskosten Central Office kosten Operationele kosten Kosten Telenet netwerk Graafkosten Componentkosten Inkomsten Geldelijke inkomsten Niet-geldelijke inkomsten HOOFDSTUK 7. ANALYSE Strategieën Analyse 1: Variatie uitrolsnelheid Analyse 2: Variatie uitrolvolgorde Resultaten model Speltheoretische analyse Analyse 1: Variatie uitrolsnelheid Analyse 2: Variatie uitrolvolgorde Sensitiviteitsanalyse Simulatie 1: Globale variatie paramaters Simulatie 2: Variatie kosten parameters Simulatie 3: Variatie graafkosten en operationele kosten Besluit HOOFDSTUK 8. BESLUIT VII

8 BIJLAGEN HANDLEIDING SPELTHEORETISCH PROGRAMMA BREEDBANDCIJFERS BELGIË REFERENTIES LIJST VAN FIGUREN LIJST VAN TABELLEN LIJST VAN VERGELIJKINGEN VIII

9 Lijst van Afkortingen ADSL ANSI APON ATM BPON BRAS CAPEX CATV CMTS CO CPE DOCSIS DSLAM DSL DTV EFMA EPON ETSI FttH GEM GEPON GPON HC HDSL HDTV HFC HP IEEE IP IRR ISDN ISP ITU NE NPV OLT ONU ONT OPEX P2P PON POTS PSTN QoS SA SDSL SHDSL TDMA TP Asymmetric Digital Subscriber Line American National Standards Institute Asyncronous transfer mode Passive Optical Network Asynchronous Transfer Mode Broadband Passive Optical Network Broadband Remote Access Server Capital Expenditures 1. Community Antenna TeleVision 2. CAble TeleVision Cable Modem Termination System Central Office Customer Premise Equipment Data Over Cable Service Interface Specification DSL Acces Multiplexer Digital Subscriber Line Digital TeleVision Ethernet First Mile Alliance Ethernet Passive Optical Network European Telecommunications Standards Institute Fiber to the Home GPON Encapsulation Method Gigabit Ethernet PON Gigabit Passive Optical Network Homes Connected High bit-rate DSL High Definition TeleVision Hybrid Fibre Coaxial Homes Passed Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Protocol Internal Rate of Return Integrated Services Digital Network Internet Service Provider International Telecommunications Union 1. Nash evenwicht 2. Nash equilibrium Net Present Value Optical Line Terminator Optical Network Unit Optical Network Terminator Operational Expenditures Point to Point Passive Optical Network Plain Old Telephone System Public Switched Telephone Network Quality of Service Service Area Symmetric Digital Subscriber Line Single Pair High Speed DSL Time Division Multiple Access Twisted Pair IX

10 UMTS VDSL WIFI WiMAX Universal Mobile Telephone System Very High Speed Digital Subscriber Lin Wireless Fidelity Worldwide Interoperability for Microwave Access X

11 Inleiding België is in het verleden altijd al een voorloper geweest op het gebied van breedband. Aanzienlijke investeringen in het DSL en HFC netwerk hebben geleid tot een goed uitgebouwd breedbandnetwerk. Deze investeringen kunnen op lange termijn een remmend effect hebben op de verdere ontwikkeling van breedband in België. De DSL en HFC netwerkuitbaters willen immers rendement uit hun investering halen en zijn dus niet geneigd te investeren in nieuwe breedbandontwikkelingen zoals een volledig optisch toegangsnetwerk, Fiber to the Home (FttH). Deze investeringen zullen nodig zijn om te voldoen aan de toenemende vraag naar bandbreedte. Stadsnetwerken kunnen hier een oplossing bieden. Meer en meer steden, zoals o.a. Stockholm, Amsterdam, Wenen, Pau en San Francisco, beginnen breedbandinfrastructuur immers als een basisvoorziening voor de burger te zien, net zoals water en elektriciteit. Het doel van deze thesis bestaat uit het evalueren van stadsnetwerken voor het oplossen van de breedbandproblematiek en behandelt volgende drie vragen: o o o Zijn stadsnetwerken een oplossing om de breedbandmarkt verder te ontwikkelen en heeft een Stad hier belang bij? Welke FttH architectuur moet door deze stadsnetwerken geïmplementeerd worden? Wat is het resultaat als een stadsnetwerk in competitie treedt met een bestaand breedbandnetwerk? Ga dit na voor de Stad Gent met Telenet als concurrerende breedbandaanbieder gebruik makend van speltheorie. In deel I van deze thesis wordt er een overzicht gegeven van de bestaande breedbandnetwerken en de ontwikkelingen op het gebied van FttH. In deel II wordt stilgestaan bij de motivatie voor een stadsnetwerk en de keuzes die bij implementatie moeten gemaakt worden. Tevens wordt de beoordeling van investeringsprojecten besproken en wordt dieper ingegaan op speltheorie als beslissingsmethode. In deel III wordt het thesis model beschreven dat de speltheoretische interactie modelleert tussen twee breedbandaanbieders. Ook worden de resultaten van het uitrollen van een stadsnetwerk in Gent geanalyseerd

12 DEEL I: TECHNOLOGISCH OVERZICHT VAN BREEDBAND NETWERKEN HOOFDSTUK 1. Inleidend Overzicht De laatste jaren is het aantal manieren om data in digitale vorm uit te wisselen sterk gestegen. We kunnen twee grote types onderscheiden: vaste toegangsnetwerken en draadloze toegangsnetwerken. Beide technologieën hebben hun voor- en nadelen. In dit hoofdstuk worden de bestaande toegangsnetwerken besproken, met nadruk op de vaste toegangsnetwerken. Ook wordt kort de situatie in België besproken Digital Subscriber Line (DSL) Werking Toen in de jaren 90 internet beschikbaar werd voor het grote publiek, was de enige connectiemogelijkheid een analoge modem die aangesloten werd op het telefoonnetwerk (kopernetwerk, Twisted Pair of TP). Deze eerste modems waren zeer traag en er werd dus naar allerlei manieren gezocht om de snelheid op te drijven. De voornaamste verbeteringen sindsdien zijn het gebruik van digitale signalen om data te verzenden en het gebruiken van hogere frequenties. Dit heeft geleid tot de huidige generatie van Digital Subscriber Line (DSL) netwerken. In België wordt het DSL netwerk uitgebaat door Belgacom. Een schematisch overzicht van een DSL netwerk is weergegeven in Figuur 1-1. Figuur 1-1: DSL Schema

13 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht Alle verschillende DSL netwerken werken min of meer volgens het bovenstaande schema. In het Central Office (CO) komt vanuit de backbone zowel het analoge telefoonverkeer (Public Switched Telephone Network of PSTN) als de digitale data van de ISPs toe. Het analoge telefoonverkeer zit bij de lage frequenties (<4kHz) en de digitale data bij de hogere frequenties (>25kHz). Beide signalen worden over éénzelfde koper TP van de Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM) naar de gebruiker gestuurd. Elke gebruiker beschikt over een eigen verbinding met de DSLAM. We hebben hier dus te maken met een point to point verbinding. Bij de gebruiker wordt het signaal opnieuw gesplitst in zijn digitale en analoge component. De DSLAM doet de aggregatie van de verschillende DSL signalen en scheidt de analoge telefoonsignalen van de digitale data. Een DSLAM maakt meestal gebruik van Asynchronous Transfer Mode (ATM) alhoewel Ethernet de laatste jaren aan populariteit heeft gewonnen. Vanuit de DSLAM vertrekken de analoge signalen naar het PSTN en de digitale signalen gaan via een Broadband Remote Access Server (BRAS) naar de verschillende Internet Service Providers (ISPs). Bij de nieuwere DSL technologieën worden steeds hogere frequenties gebruikt. Bij hogere frequenties bekomt men immers hogere datadebieten. Hogere frequenties zorgen jammer genoeg ook voor grotere attenuatie, waardoor de maximale afstand tot de gebruiker steeds kleiner moet worden. Indien de verbinding tussen het CO en de gebruiker te lang wordt, zal men een Optical Network Unit (ONU) tussen het CO en de gebruiker plaatsen. De verbinding tussen het CO en de ONU is niet langer in koper, maar in fiber. Dit laatste noemt men de verglazing van het toegangsnetwerk DSL types In Tabel 1-1 wordt een overzicht gegeven van de verschillende netwerktechnologieën en hun belangrijkste eigenschappen. Zoals in vorige paragraaf is uitgelegd zullen hogere datadebieten gepaard gaan met dalende maximale koperlengte. Dit wordt ook weergegeven in Figuur 1-3. Netwerk Type Download Snelheid Upload Snelheid Maximale (Mbps) (Mbps) koperlengte(m) Analoge lijn n/a ISDN n/a HDSL ADSL ADSL ADSL VDSL VDSL <300 Tabel 1-1: Overzichtstabel kopernetwerken [1][2] Analoge lijn Dit was de eerste manier waarop het brede publiek begin de jaren 90 kennis maakte met internet. De analoge lijn was meestal de bestaande telefoonlijn en de snelheden waren zeer beperkt. Er werd gebruik gemaakt van een 56k modem

14 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht Integrated Services Digital Network (ISDN) Een eerste verbetering kwam er onder de vorm van Integrated Services Digital Network (ISDN). ISDN onderscheidt zich van de analoge modem door het gebruik van digitale signalen van de centrale tot aan de modem. Hierdoor was het mogelijk om tegelijkertijd te surfen en telefoneren 1. Daarnaast zijn digitale signalen ook kwalitatief beter dan analoge signalen en vereisen ze geen extra omzetting meer in de centrale van digitaal naar analoog, waardoor snellere verbindingen mogelijk waren. High Data Rate Digital Subscriber Line (HDSL) HDSL was een volgende verbetering en werd in de Verenigde Staten ontwikkeld als een betere technologie voor verbindingen tussen Local Exchange Centers en voor het leveren van snelle symmetrische verbindingen aan bedrijven. Opvolgers van HDSL zijn onder andere HDSL2 en SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line). Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) ADSL was voor de gewone gebruiker de opvolger van ISDN. ADSL is een asymmetrische service, waarbij de download snelheden tot 10 maal groter zijn dan de upload snelheden. Dit was een bewuste keuze van de netwerkontwikkelaars. Gebruikers waren bij de introductie van ADSL immers vooral passief op het internet aanwezig en deelden zelf weinig data met de buitenwereld. ADSL haalt zijn snelheidswinst uit het gebruik van frequentiebanden die buiten deze van de traditionele telefonie vallen. Daardoor is het met ADSL ook mogelijk te surfen en te bellen tegelijkertijd. Het frequentie schema van ADSL is weergegeven in Figuur 1-2. PSTN Upstream Downstream Frequency (khz) Figuur 1-2: Frequentieschema ADSL [3] De meest gebruikte standaard voor ADSL zijn ITU G en G De opvolgers van ADSL zijn ADSL2 en ADSL 2+. ADSL2 zorgt voor een hogere snelheid door het gebruik van betere signaalverwerking en modulatietechnieken. Bij ADSL 2+ vergroot de downstreamband tot 2200kHz. De snelheidswinst is vooral te merken bij korte afstanden tot de centrale. Bij afstanden groter dan 2500 m is de winst te verwaarlozen. Dit wordt geïllustreerd in Figuur Doordat op één telefoonlijn meerdere aansluitingen konden gemaakt worden - 4 -

15 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht Very High Speed Digital Subscriber Line (VDSL) VDSL is de opvolger van ADSL en heeft als voornaamste troef zijn veel hogere upload snelheden. Zowel voor upstream als downstream worden extra frequentiebanden voorzien (tot 12MHz). Een nadeel is dat, door het gebruik van hogere frequenties, de verzwakking van het signaal veel groter zal zijn. Dit zorgt ervoor dat bij VDSL de maximale koperlengtes nog korter zullen zijn dan bij ADSL. De snelheidswinst van VDSL ten opzichte van ADSL is opnieuw te verwaarlozen bij afstanden groter dan 2500 m. De VDSL standaard ITU G implementeert zowel asymmetrische als symmetrische verbindingen. De opvolger van VDSL is VDSL2 en is gedefinieerd in ITU G VDSL2 zal in staat zijn symmetrische snelheden te leveren tot 100 Mbps, maar dit enkel wanneer de afstand tot de gebruiker kleiner is dan 150 m. In Figuur 1-3 worden de verschillende DSL types met elkaar vergeleken op het gebied van bandbreedte in functie van de afstand tot het CO. Figuur 1-3: Bitrate i.f.v afstand (downstream) [4] Upgraden van DSL netwerk Het upgraden van een DSL netwerk bestaat voornamelijk uit het verkorten van de koperlengte tot de gebruiker. De ONUs zullen dus steeds dichter bij de gebruiker komen te staan. Elke upgrade zal dus zorgen voor meer fiber en elektronica in het toegangsnetwerk. Door de achterwaartse compatibiliteit kunnen gebruikers oudere DSL elektronica nog steeds gebruiken na een upgrade. Wanneer een klant gebruik wilt maken van de nieuwe technologie zal hij zich een nieuwe modem moeten aanschaffen

16 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht 1.2. HFC-netwerken Kabeltelevisie werd in 1948 ontwikkeld in de Verenigde Staten [5]. Het werd oorspronkelijk gebruikt in bergachtige gebieden, waar (televisie-) antenne ontvangst voor individuele gezinnen moeilijk was. Daarom werden grote gemeenschapsantennes gebouwd. De individuele huizen werden vervolgens verbonden via coax kabel. In het Engels spreekt men van Community Antenna Television (CATV). De naam CATV evolueerde later naar Cable TV. CATV bleef echter niet beperkt tot bergachtige gebieden en heeft ondertussen wereldwijd een belangrijk aandeel van de televisie en internetmarkt veroverd. Per centraal antennestation (headend) kunnen tot gezinnen gebruik maken van kabel TV. Sinds de jaren 90 werden de kabelnetwerken omgebouwd om het aanbieden van internet en triple play services mogelijk te maken. Het traditionele analoge kabelnetwerk had immers onvoldoende bandbreedte en liet geen bidirectioneel verkeer toe. Deze nieuwe netwerken worden Hybrid Fibre Coaxial (HFC) netwerken genoemd. Ook in Vlaanderen bouwde Telenet zijn netwerk om tot een HFC netwerk en begon met het aanbieden van internetdiensten Werking Figuur 1-4: HFC netwerk schema [6] Een typische structuur van een HFC netwerk is weergegeven in Figuur 1-4. Indien we dezelfde terminologie wensen te gebruiken als bij DSL netwerken dan komt de headend overeen met het Central Office. Hier bevindt zich ook het Cable Modem Termination System (CMTS). De CMTS is te vergelijken met de DSLAM bij DSL netwerken. De CMTS is langs de ene kant verbonden met het internet en langs de andere kant met de gebruikers. Typisch bevinden zich in een headend enkele CMTS en

17 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht Vanuit de CMTS gaan de data over fiber via de distribution hubs naar de verschillende optische nodes. Elke node bedient typisch tussen de 500 en 2000 huizen 2 (Telenet nodes 2006: 1100 huizen), deze worden Service Areas (SAs) genoemd. Vanaf de optische node bestaat het netwerk uit coax kabel. In het coax netwerk zitten nog verschillende versterkers. De gebruiker kan via een modem toegang krijgen tot het coax netwerk. Het is duidelijk (zie Figuur 1-4) dat alle gebruikers van één optische node dezelfde coax kabel delen. In tegenstelling tot een DSL netwerk, is een HFC netwerk dus een gedeeld netwerk (Point to Multipoint) HFC-types: DOCSIS De huidige internationale standaard voor HFC netwerken is Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) en werd ontwikkeld door Multimedia Cable Network System Partners (MCNS, met onder andere Cisco, Intel, Motorola, Texas Instruments; nu CableLabs) met als doel een productstandaard te creëren die in staat was snelle tweewegs-communicatie toe te laten over kabel netwerken. De DOCSIS standaard is licht verschillend in Europa, doordat de frequentietoewijzing anders is. Het belangrijkste verschil is dat TV kanalen in Europa volgens de PAL standaard gedefinieerd worden en 8MHz breed zijn. In Noord-Amerika wordt de NTSC standaard gebruikt, met een kanaalbreedte van 6MHz. De licht gewijzigde Europese DOCSIS standaard wordt EuroDOCSIS genoemd. Ondertussen zijn er reeds verscheidene DOCSIS standaarden uitgebracht. In Tabel 1-2 zijn enkele eigenschappen van de verschillende standaarden weergegeven. Download Snelheid (Mbps) Upload Snelheid (Mbps) Quality of Service (QoS) DOCSIS Best effort DOCSIS Gegarandeerd DOCSIS Gegarandeerd DOCSIS Gegarandeerd Tabel 1-2: DOCSIS vergelijking Alle DOCSIS standaarden zijn ook achterwaarts compatibel. Dat wil zeggen dat de modem van de gebruiker en de CMTS op verschillende standaarden kunnen werken. Steeds zal er gewerkt worden volgens een DOCSIS versie die zowel de CMTS als de gebruikersmodem ondersteunen. DOCSIS 1.0 DOCSIS 1.0 werd ontwikkeld in maart 1997 en laat downstream snelheden toe tussen Mbps in het frequentiegebied MHz. De upstream snelheid ligt tussen 320 Kbps en 10 Mbps in het frequentiegebied 5-42 MHz. DOCSIS 1.0 werkt volgens het best effort principe. 2 Het betreft hier Homes Passed (HP): Dit zijn huizen die fysiek op het netwerk aangesloten zijn, maar niet noodzakelijk een abonnement

18 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht DOCSIS 1.1 DOCSIS 1.1 bood voornamelijk verbeteringen aan op het gebied van real-time toepassingen zoals streaming en internettelefonie. Het gebruikte model had nu een gegarandeerd Quality of Service (QoS). Daarnaast werd ook de beveiliging verbeterd. DOCSIS 1.1 werd door ITU als eerste DOCSIS standaard geratificeerd in ITU-T J.112. DOCSIS 2.0 De verbeteringen bij DOCSIS 2.0 liggen vooral in het verhogen van de upstream snelheid. Hiervoor worden nieuwe modulatietechnieken geïntroduceerd en wordt de kanaalbreedte verdubbeld tot 6.4 MHz. Hierdoor wordt de upstream capaciteit uitgebreid tot 30 Mbps. DOCSIS 2.0 werd door ITU geratificeerd in ITU-T J.122. DOCSIS 3.0 Midden 2006 heeft CableLabs de nieuwste DOCSIS standaard aangekondigd [7]. Deze standaard zal downstream snelheden tot 160 Mbps en upstream snelheden tot 120 Mbps toelaten. Hiervoor maakt DOCSIS 3.0 gebruik van kanaalbundeling. Daarnaast zal DOCSIS 3.0 ook het Internet Protocol versie 6 (IPv6) ondersteunen Upgraden van HFC netwerk Op het eerste zicht lijkt het upgraden van een HFC netwerk vrij eenvoudig. Eerst vervangt met de CMTS door een CMTS die werkt met de nieuwe standaard. Door de achterwaartse compatibiliteit ondervinden de gebruikers hier geen last van. De gebruikers die wensen over te schakelen moeten dan enkel een nieuwe kabelmodem aanschaffen en hun abonnement aanpassen. De verschillende netwerkupgrades zorgen voor een grote verhoging van de globale download- en uploadsnelheid, maar deze snelheidswinst moet gedeeld worden door vele gebruikers (Telenet 2006: 1100 mensen per SA). Om dus toch voldoende snelheidswinst te bekomen, zal het aantal gebruikers per SA ook moeten afnemen. Dit betekent een verhoging van het aantal SAs en het leggen van bijkomende glasvezelkabel. Het upgraden van een HFC netwerk brengt dus ook extra graaf- en elektronicakosten met zich mee Fibernetwerken DSL en HFC netwerken zijn gebouwd op bestaande systemen, het telefoonnetwerk en het kabeltelevisienetwerk. Alhoewel de capaciteit van beide netwerken de laatste jaren sterk gestegen is, zullen deze in de toekomst niet meer volstaan om te beantwoorden aan de toenemende vraag naar bandbreedte. Fibernetwerken kunnen hier een oplossing bieden. Bij fibernetwerken hebben we een volledig optisch toegangsnetwerk. De fiber loopt dus van in het CO tot bij de gebruiker, vandaar de 3 IPv6 is de volgende versie van het Internet Protocol en zal het aantal internetadressen dat gebruikt mag worden sterk uitbreiden

19 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht naam Fiber to the Home (FttH). De reden dat fibernetwerken slechts de laatste jaren als alternatief beschouwd worden, is de sterke prijsdaling van de fiber en de optische componenten. Een fibernetwerk moet immers nog volledig uitgerold worden, waardoor de kosten aanzienlijk zijn. In HOOFDSTUK 2 worden de fibernetwerken meer in detail besproken Draadloze communicatie De vaste toegangsnetwerken, die we zojuist besproken hebben, bieden hoge datadebieten aan, maar geven weinig mobiliteit aan de gebruiker. Draadloze toegangsnetwerken laten de gebruiker toe zich te verplaatsen, maar meestal zal de bandbreedte beperkter zijn. Binnen de draadloze netwerken zijn er heel wat verschillende technologieën. Deze verschillen meestal op een drietal punten: bandbreedte, mobiliteit en bereik. Dit wordt voor UMTS, WiFi en WiMAX geïllustreerd in Figuur 1-5. UMTS / HSDPA Cellular network technology Relies on GSM infrastructure Capacity WiFi (IEEE ) Local-area wireless technology (WLAN) Suited for home networks WiMAX (IEEE ) Metro-area wireless technology (WMAN) Alternative for (wired) broadband access Mobility Range Figuur 1-5: Vergelijking van UMTS - WiFi - WiMAX UMTS is een mobiele netwerktechnologie die werd ontwikkeld om mobiele apparaten (GSM, PDA) aan hogere datadebieten te laten functioneren en wordt vaak ook 3G 4 genoemd. Voor UMTS zijn hoge mobiliteit en beschikbaarheid essentieel. WiFi echter is bedoeld om hoge datadebieten aan te bieden, waarbij mobiliteit en afstand veel minder belangrijk zijn (thuisnetwerken). WiMAX tot slot werd ontwikkeld voor metro-area netwerken en moet dus werken over grote afstanden (7.5 tot 13 km). De capaciteit is lager dan WiFi maar beduidend hoger dan UMTS. Het is dus duidelijk dat er binnen de draadloze netwerken een groot scala technologieën bestaat 5 Alhoewel de draadloze netwerken op termijn in staat zullen zijn grote datadebieten aan te bieden, zullen deze waarschijnlijk steeds trager blijven dan vaste toegangsnetwerken. Het doel van deze thesis is het oplossen van het toenemende tekort aan bandbreedte dat momenteel optreedt bij de vaste toegangsnetwerken door gebruik te maken van stadsnetwerken. Hiervoor zullen we enkel vaste toegangsnetwerken onderzoeken, aangezien momenteel draadloze netwerken onvoldoende bandbreedte kunnen voorzien. 4 3G: Derde generatie mobiele technologie 5 naast de drie die we zojuist besproken hebben is er ook nog 2G, satelliet, WiMAX mobile, - 9 -

20 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht 1.5. Breedband in België Wereldwijd is België één van de leiders op het gebied van breedbandconnecties met 100% potentiële dekking voor breedband. Momenteel zijn er in België ongeveer 22.5 breedbandverbindingen per 100 inwoners. Dat is de 10 de plaats wereldwijd. In Figuur 1-6 is een overzicht gegeven van de 15 belangrijkste breedbandlanden. Het valt op dat het DSL netwerk overweegt. Wereldwijd heeft DSL een aandeel van 62%, Kabel 29% en Fiber 7%. Fiber is in het merendeel van de landen nog onbestaande. Enkel in Zuid-Korea en Japan is er al een belangrijke fibermarkt aantal verbindingen / 100 inwoners Other Fiber Cable DSL 0 Denemarken Nederland Ijsland Korea Zwitserland Noorwegen Finalnd Zweden Canada België Verenigd Koninkrijk Luxemburg Frankrijk Japan Verenigde Staten Figuur 1-6: Breedbandconnecties per 100 inwoners [8] De 2 belangrijkste spelers op de Belgische breedbandmarkt zijn Belgacom met een DSL netwerk en Telenet met een HFC netwerk. Telenet is bijna uitsluitend actief in Vlaanderen. In Wallonië zijn de breedbandaansluitingen grotendeels DSL. In Vlaanderen heeft kabel (Telenet) ongeveer 55-60% van de breedbandmarkt in handen. In België is momenteel reeds 100% bedekkingsgraad voor ADSL. Belgacom is momenteel al volop bezig met de uitrol van VDSL en had eind 2006 al een dekkingsgraad van 60%. Hiermee is Belgacom één van de wereldleiders. Bij de uitrol werd wel onmiddellijk gekozen voor het snellere VDSL2. VDSL2 is backwards compatible met ADSL waardoor gebruikers niet verplicht worden onmiddellijk over te schakelen. 6 Merk op dat de uitrol in deze landen grotendeels bovengronds is, wat de kosten serieus drukt

21 DEEL I HOOFDSTUK 1: Inleidend Overzicht Enkele interessante cijfers in verband met breedband en internetgebruik in België zijn weergegeven in Tabel 1-3. Ter vergelijking is ook het gemiddelde in EU25 weergegeven en de positie van België België (%) EU25 (%) Positie (op 25) Breedband DSL dekking Breedbandpenetratie Huishoudens met breedband/ Huishoudens met internet Bedrijven die toegang hebben tot breedband Algemeen internetgebruik % van de bevolking die reguliere internetgebruikers zijn: gebruiken s spelen spelletjes en downloaden luisteren radio en/of kijken web TV doen aan internet bankieren e-government Basis publieke diensten voor de bevolking die online te consulteren zijn Basis publieke diensten voor bedrijven die online te consulteren zijn % van de bevolking die gebruik maakt van e-government % bedrijven die gebruik maakt van e-government % van scholen met breedband e-business e-business in totale omzet van de bedrijven Bedrijven die online bestelling krijgen Tabel 1-3: Breedband in België vergeleken met EU25 (gemarkeerd: pijnpunten) [9] Het is duidelijk dat België de Europese leider is op het gebied van dekkingsgraad en penetratie van breedband. Op het gebied van internetgebruik en e-government zit België meestal in het midden van de EU25. Uit deze cijfers blijkt duidelijk dat er in België nog heel wat potentieel voor verbetering is. Bij het gebruik van sommige breedbandtoepassingen (downloaden, web TV) loopt België zelfs achter. Dit heeft waarschijnlijk te maken met het feit dat de abonnementen in België verhoudingsgewijs relatief duur zijn en een beperkte downloadlimiet hebben. Dit is in vele Europese landen niet het geval [10]

22 HOOFDSTUK 2. Fiber to the Home 2.1. Inleiding Het enorme succes van internet toepassingen heeft er toe geleid dat we op enkele jaren tijd een zeer snelle groei gehad hebben van de verbindingssnelheden. Midden jaren 90 had de gemiddelde internetgebruiker een verbinding aan 33.6 kbps, een tiental jaar later is dat reeds opgelopen tot 6 Mbps. Het scala aan diensten is in die tijd ook exponentieel toegenomen en dit zal in de toekomst niet anders zijn. De evolutie van de laatste tien jaren (zie HOOFDSTUK 1) is grotendeels het gevolg van het gradueel verkorten van de koper- of coaxlengte in het toegangsnetwerk. De koper- en coaxkabels werden gradueel vervangen door fiber. Een dergelijke oplossing zal echter in de toekomst niet meer volstaan om te voldoen aan de wensen van de gebruiker. De verklaring hiervoor zal worden gegeven in Fiber to the Home (FttH) is wel in staat om aan deze wensen te voldoen. Bij FttH zal de optische vezel tot in de huiskamer van de gebruiker komen. FttH wordt al getest sinds de jaren 80 en werd toen zeer geschikt bevonden voor snel dataverkeer. De kosten voor fiber en optische materialen waren toen nog veel te hoog om fiber als alternatief te overwegen voor koper of coax, temeer daar de snelheid van fiber vele malen groter was dan hetgeen nodig was. De laatste jaren is de kost van fiber en optische componenten sterk gedaald. FttH is dan ook een volwaardig alternatief geworden voor koper- en kabelnetwerken. In verschillende landen worden grote fiberprojecten opgestart. Een overzicht van de belangrijkste Europese projecten is terug te vinden in [11]. Momenteel is er echter nog geen overheersende architectuur en implementatie. Er zijn wel twee grote organisaties die werken aan ontwikkeling en standaardisatie van FttH. Full Service Access Network (FSAN) [12] FSAN werd in 1995 opgericht door een groep van 7 service providers (waaronder BT, KPN, Deutsche Telecom) met als doel het creëren van geschikte (optische) toegangsnetwerk component standaarden om zo de componentprijzen te doen dalen. Van in het begin werd gekozen voor de Passive Optical Network (PON) architectuur en de Asynchronous Transfer Mode (ATM) standaard. Alhoewel FSAN geen standaardisatie organisatie is, werkt het nauw samen met standaardisatiegroepen zoals ANSI, ETSI, ITU. Ethernet First Mile Alliance (EFMA) [13] EFMA werd opgericht in 2001 door 9 netwerkinfrastructuur bedrijven (waaronder Cisco, Ericsson, Intel, Texas Instruments). Het doel van de EFMA is het promoten van Ethernet technologie in het toegangsnetwerk en het helpen ontwikkelen van Ethernet standaarden voor het toegangsnetwerk. Samen met IEEE werd daarvoor de Ethernet in the First Mile (EFM) task force opgericht. Sinds 2004 is EFMA een onderdeel geworden van Metro Ethernet Forum (MEF). Dit forum zijn missie is het

23 DEEL I HOOFDSTUK 2: Fiber to the Home versnellen van de wereldwijde adoptie van carrier-class Ethernet netwerken & services. EFMA heeft mee de 802.3ah Ethernet standaard voor toegangsnetwerken ontwikkeld. Momenteel is de discussie over de verdere ontwikkeling van FttH netwerken voornamelijk gericht op volgende drie zaken: Actieve versus passieve netwerken Point-to-point versus Point-to-multipoint netwerken ATM versus Ethernet als protocol Omdat het apart bespreken van deze drie punten nogal onnatuurlijk is, zullen we de eerste twee punten samen bespreken. Dit zijn ook de discussiepunten die in de realiteit het meest gevoerd worden. Daarna zullen we kort het verschil uitleggen tussen het ATM en het Ethernet protocol Actieve versus passieve netwerken Een belangrijk discussiepunt in netwerkontwerp is dus de keuze tussen actieve en passieve netwerken. Bij actieve netwerken is er ofwel een rechtstreekse verbinding tussen de Central Office (CO) en de gebruiker ofwel bevinden er zich tussenin louter actieve componenten. Dit is te vergelijken met de structuur van een typisch DSL netwerk. Bij passieve netwerken bevinden er zich enkel passieve componenten (splitters) in het netwerk. Dit is gelijkaardig aan de structuur van een coaxnetwerk Actieve netwerken Actieve netwerken 1 verzorgen een point-to-point verbinding met de gebruiker. Bij de gebruiker bevindt zich een Optical Network Unit (ONU). Deze is dan via een glasvezelkabel rechtstreeks verbonden met een Optical Line Terminator (OLT) kaart. Deze OLT kan zich in de CO bevinden en dan spreken we van een Home Run Fiber (Figuur 2-1). Wanneer de OLT zich in een straatkabinet bevindt, spreken we van een Active Star Ethernet (Figuur 2-2). Vanuit het straatkabinet wordt dan een gemeenschappelijke feeder gebruikt voor de verbinding met de CO. 1 ook wel Active Ethernet genoemd omdat het onderliggende protocol Ethernet is

24 DEEL I HOOFDSTUK 2: Fiber to the Home Figuur 2-1: Home Run Fiber Architectuur [14] Figuur 2-2: Active Star Architectuur [14] De PSTN switch die in beide figuren aanwezig is, is in principe overbodig aangezien het telefoonverkeer volledig over fiber kan. Voor wettelijke redenen wordt deze vaak nog in het netwerk gelaten. In het geval van een Active Star architectuur zorgt de Ethernet Protection Switching voor redundantie door een ringstructuur waardoor er steeds twee paden zijn naar het CO. Hierdoor is het netwerk minder gevoelig aan breuken. De IEEE EFM 802.3ah standaard definieert voor actieve netwerken snelheden tussen Mbps voor afstanden vanaf 10 km voor single mode fiber en 550 m voor multimode fiber [15]. Op lange termijn zullen deze snelheden ongetwijfeld nog een stuk hoger worden. In onder andere Zweden en Japan wordt overwegend gebruik gemaakt van actieve netwerken

25 DEEL I HOOFDSTUK 2: Fiber to the Home Passieve netwerken Passieve netwerken (Passive Optical Networks of PONs) zijn uitsluitend point-to-multipoint netwerken waar verschillende gebruikers dezelfde bandbreedte delen. In tegenstelling tot bij actieve netwerken worden zowel de Ethernet als ATM standaard gebruikt. Alle actieve componenten bevinden zich bij de gebruiker (ONU) of in het CO (ONT, router, ). In het netwerk zelf bevinden zich enkele passieve splitters, vandaar ook de naam PON. Er zijn dus geen actieve componenten met extern elektrisch vermogen nodig, enkel splitters. De splitsingsratio ligt meestal tussen 16 en 64. PON netwerken zorgen voor een sterke vermindering van de hoeveelheid fiber in het netwerk, omdat de fiber door verschillende gebruikers wordt gedeeld. Het splitsen zorgt echter wel telkens voor attenuatie van het signaal. Figuur 2-3: Passive Optical Network (PON) architectuur [14] Downstream signalen worden uitgezonden via een broadcast mechanisme en komen dus bij alle gebruikers terecht. Codering moet aftappen van informatie tegen gaan. Upstream signalen worden verzonden gebruik makend van Time Division Multiple Access (TDMA). De OLT regelt het toekennen van de tijdssloten aan de verschillende ONUs. Downstream en upstream signalen worden in verschillende frequentiebanden doorgestuurd. Momenteel zijn er reeds een drietal standaarden en zijn er verscheidene andere in ontwikkeling. Een overzicht van de drie standaarden wordt gegeven in Tabel

26 DEEL I HOOFDSTUK 2: Fiber to the Home BPON GPON EPON Downstream (Mb/s) Upstream (Mb/s) Golflengte down (nm) Golflengte up (nm) Max. aantal fiber splits > 16 Maximale afstand (km) Layer 2 Standaard ITU-T G.983 ITU-T G.984 IEEE 802.3ah Ondersteunde Protocollen Forward Error Correction (FEC) BPON ATM ATM GEM 2 Ethernet Ethernet Nee Ja Ja Tabel 2-1: Overzicht PON standaarden [16] [17] De Broadband-PON (BPON) standaard werd gedefinieerd in 1995 en is de opvolger van ATM-PON (APON). Het is gebaseerd op de ATM standaard. GPON Gigabit PON (GPON) is ontwikkeld uit BPON. Het heeft niet alleen een beduidend hogere snelheid (zowel down- als upstream), maar ook een verbeterde veiligheid en ondersteunt drie transport laag protocollen. EPON Ethernet PON (EPON) is een IEEE/EFMA ontwikkelde standaard. Het wordt momenteel reeds op grote schaal geïmplementeerd in onder andere Zuid-Korea. In 2006 werd de opvolger van EPON, Next Generation EPON (NGEPON) aangekondigd. Deze zal snelheden tot 10 Gbps kunnen leveren. WDM-PON BPON, GPON en EPON worden reeds commercieel gebruikt. Daarnaast is men uiteraard nog onderzoek aan het doen naar nieuwe technologieën. Eén van de meest belovende is Wavelength Division Multiplexing-PON (WDM-PON). WDM-PON wordt gezien als de finale versie van de PON architectuur. Bij WDM-PON wordt een breed spectrum aan golflengtes gebruikt. De passieve optische splitters worden vervangen door golflengte multiplexers. Deze zijn in staat verschillende golflengtes te scheiden of terug samen te voegen. Hierdoor kan elke gebruiker gebruik maken van een andere golflengte. Dit zorgt niet alleen voor een grotere bandbreedte, maar ook voor ongedeelde kanalen voor de verschillende gebruikers. Een WDM-PON is dus een P2P architectuur. De architectuur van een WDM-PON wordt geïllustreerd in Figuur GEM = GPON Encapsulation methode: een speciaal voor GPON ontwikkeld frame