FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) este un sistem optic pentru rețelele de acces, bazat pe specificațiile ITU-T din seria G.984. Poate oferi o distanță de 20 km cu un buget optic de 28dB (prezentat în ilustrația următoare) folosind optica clasei B + cu raport de împărțire 1:32.
Sistemul GPON acceptă următoarele rate -
155 Mbps în amonte, 1.24416 Gbps în aval
622 Mbps în amonte, 1.24416 Gbps în aval
1.24416 Gbps în amonte, 1.24416 Gbps în aval
155Mbps în sus, 2.48832 Gbps în aval
622 Mbps în sus, 2.48832 Gbps în aval
1.24416 Gbps în sus, 2.48832 Gbps în aval
2.48832 Gbps în sus, 2.48832 Gbps în aval
GPON acceptă atât încapsularea ATM cât și GEM. GEM (GPON Encapsulation Method) acceptă atât TDM-ul autohton, cât și Datele.
Caracteristici GPON
Această tehnologie evolutivă se bazează pe BPON GEM. Următoarele sunt caracteristicile sale -
Transmisie în aval
2,4 Gbps
BW pentru un ONT este suficient pentru a furniza mai multe semnale HDTV
QOS permite trafic sensibil la întârziere (voce)
Transmisie în amonte
1,24 Gbps
BW minim pot fi garantate
Intervalele de timp nefolosite pot fi atribuite utilizatorilor grei
QoS permite întârzierea traficului sensibil (voce)
De ce GPON?
GPON oferă soluție de servicii integrate, cum ar fi -
Acceptă serviciile de serviciu Triple Play.
Pentru a descompune obstacolul lățimii de bandă a accesului peste cablurile perechi răsucite, acceptă transmisie de lățime mare de bandă.
Acesta reduce nodurile de rețea.
Suporta o acoperire de servicii de până la 20 km.
Standarde GPON
Standardele GPON sunt construite pe baza specificațiilor BPON anterioare. Specificațiile sunt -
G.984.1 - Acest document descrie caracteristicile generale ale rețelei optice pasive pasibile Gigabit.
G.984.2 - Acest document descrie rețeaua optică pasivă capabilă Gigabit Specificarea stratului dependent de medii fizice.
G.984.3 - Acest document descrie specificația Stratului de convergență a transmisiei rețelei optice pasive capabil Gigabit.
G.984.4 - Acest document descrie rețeaua optică pasivă capabilă Gigabit Specificația interfeței de gestionare și control a ONT (OMCI).
GPON Architecture
Performanță optică în ceea ce privește rata datelor.
Clasa componentelor din fibre optice.
Momentul și controlul puterii optice.
Corectarea erorilor transmise
Optică clasa A: 5 până la 20dB
Optica clasei B: 10 - 25dB
Optică clasa C: 15 până la 30 dB
Funcția de interfață a portului de serviciu
Funcție de conectare încrucișată
Interfață rețea de distribuție optică (ODN)
GPON OLT servește mai multe ONT-uri prin portul PON. Transmiterea în aval, adică, de la OLT la ONT este de obicei TDM; în timp ce traficul în amonte, adică, de la ONT la OLT este de obicei TDMA.
Sistemul PON poate fi simetric sau asimetric. Infrastructura PON și fibra pot fi de asemenea utilizate pentru a sprijini orice serviciu de distribuție unidirecțional. De exemplu - video la o lungime de undă diferită.
Strat dependent de fizic-media GPON
G.984.2 este specificația stratului fizic al sistemului GPON. Stratul fizic se adresează domeniilor precum -
Una dintre cerințele de bază ale unui sistem optic este de a oferi componentelor o capacitate suficientă pentru a extinde semnalul optic la domeniul scontat. Există trei categorii sau clase de componente, care se bazează pe putere și sensibilitate. Clasele de componente sunt -
Terminal de linie optică (OLT)
OLT oferă interfața nodului de serviciu (SNI) (de obicei 1 Gbps și / sau interfețe Ethernet LAN 10 Gbps) către rețeaua principală și controlează GPON. OLT este format din trei părți majore -
Următoarea ilustrație arată diagrama blocului funcțional OLT tipic.
PON Core Shell
PON Core shell este format din două părți. Prima parte este funcția de interfață ODN, iar partea este funcția PON TC. Funcția PON TC include OAM, control acces media, încadrare, DBA, delimitarea unității de date de protocol (PDU) pentru funcția de conectare încrucișată și pentru managementul ONU.
Coajă de conectare încrucișată - Acest shell furnizează o cale de comunicare între shell-ul PON și shell-ul de servicii.
Service shell - Acest shell este destinat traducerii între interfețele de serviciu și interfața cadru TC din secțiunea PON.
ONU / ONT
Unitatea de rețea optică (ONU) funcționează cu o singură interfață PON sau maxim două interfețe în scopul protecției legăturilor. În cazul în care orice fibră din aceste două fibre este tăiată, ONU poate fi accesat prin intermediul altei fibre. Aceasta se numește protecție PON sau Link Protection. Protecția legăturii este cunoscută și sub denumirea de agregare a legăturilor, care poate proteja legătura și, în același timp, poate agrega și traficul.
Funcțiile MUX și DEMUX de serviciu conectează dispozitivele client la partea PON. Terminalul de rețea optică (ONT) este proiectat pentru utilizarea unui abonat unic, în timp ce ONU (unitatea de rețea optică) este proiectat pentru utilizarea mai multor abonați. Divizorii permit PON-ului să fie partajat cu până la 128 ONT sau ONU.
Interfețe ONT / ONU
Terminalul de rețea optică (ONT), care este conectat la OLT la partea de legătură în sus pentru interfața de rețea de serviciu, are multe porturi de interfață utilizator-rețea. De obicei, vor exista patru porturi FE / GE către UNI.
Porturi UNI pentru rezidențial ONT - De obicei, serviciile de abonat interfețe, cum ar fi Internet de mare viteză (HSI) 10 / 100Base-T și video prin IP, coaxial RF pentru sisteme de suprapunere video RF și interfețe telefonice FXS analog pentru voce PSTN VoIP.
Porturi UNI pentru un business ONT - În plus față de cele de mai sus, pot include, de asemenea, routere 10/100 / 100Base-T și interfețe de comutare L2 / L3 și DS1 / E1 PBX pentru sisteme cheie.
Unitatea de rețea optică (ONU) încheie fibra GPON și are mult mai multă interfață de rețea de utilizator (UNI) pentru mai mulți abonați. Interfața UNI poate fi ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA sau HPNA, iar distanța până la abonat (10/100 Base-T este limitată la 100m, adică 330 ft.).
În funcție de tipul de porturi de interfață, UNI UN poate să nu se poată conecta direct la un echipament CPE abonat. În acest caz, UNI UNU se conectează la o terminare a rețelei (NT), care este plasată la locația finală a abonatului. NT încheie echipamentul CPE al abonatului, cum ar fi un computer, un router fără fir, un telefon, o casetă de setări video IP sau Set-Top Box, RF Video etc.
În esență, un ONT combină funcția unui ONU și un NT într-un singur dispozitiv. Această combinație dintre cele două; împreună face ONT cea mai eficientă soluție din punct de vedere al costurilor de a furniza servicii GPON întreprinderilor locale și unifamiliale, mici și mijlocii. Cu toate acestea, dacă un client aflat în campus ca studenți, pensiuni, școli, colegii, spitale sau birouri corporative, unde există deja un cablu de cupru CAT-5, ONU poate servi ca o soluție mai potrivită.
Rețea de distribuție optică
GPON ODN, format dintr-un singur mod de fibre optice și cablu; cablurile din fibre optice, despicături, conectori optici, divizori optici pasivi și componente ramificate pasive sunt foarte pasive.
Divizoarele optice ODN împart fibra singură în mai multe fibre, mergând în clădiri diferite și case individuale. Divizorii pot fi amplasați în orice locație din ODN, de la Central Office (CO) / Local Exchange (LE) la sediul clientului și pot fi de orice dimensiune. Divizorii sunt desemnați ca [n: m], unde 'n' este numărul de intrare (spre OLT) = 1 sau 2, iar 'm' este numărul de ieșiri (către ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON Multiplexare / încadrare
Multiplexarea sau încadrarea GPON este explicată cu următorii factori.
Metoda de încapsulare GPON (GEM)
Este schema de transport de date în stratul de convergență de transmisie GPON specificat. GEM oferă un mecanism de încadrare cu lungime variabilă, orientat către conexiune, pentru transportul serviciilor de date prin rețea optică pasivă (PON). GEM este proiectat să fie independent de tipul interfeței nodului de serviciu la OLT, precum și de tipurile de interfețe UNI la ONU.
Trafic aval (OLT către ONU / ONT)
Pentru traficul din aval, funcțiile de multiplexare a traficului sunt centralizate în OLT. Un port port GEM, sub forma unui număr de 12 biți atribuit de OLT la conexiunile logice individuale, identifică cadrele GEM care aparțin diferitelor conexiuni logice în aval. Fiecare ONU filtrează cadrele GEM în aval pe baza ID-urilor lor GEM și prelucrează numai cadrele GEM care aparțin ONU.
Trafic în amonte (ONU / ONT către OLT)
Entitățile purtătoare de trafic din cadrul ONU li se acordă posibilitatea de transmitere în amonte (sau alocarea lățimii de bandă) de către OLT. Aceste entități purtătoare de trafic sunt identificate prin ID-urile de alocare (Alloc-IDs). Identificatorul de alocare (Alloc-ID) este un număr de 12 biți pe care OLT îl atribuie unei ONU pentru a identifica o entitate purtătoare de trafic. Este beneficiar al alocărilor de lățime de bandă din amonte în cadrul ONU.
Alocările de lățime de bandă la diferite Alloc-ID-uri sunt multiplexate în timp, așa cum este specificat de OLT în hărțile de lățime de bandă transmise în aval. În cadrul fiecărei alocări de lățime de bandă, ONU utilizează GEM Port-ID ca cheie de multiplexare pentru a identifica cadrele GEM care aparțin diferitelor conexiuni logice în amonte.
Un container de transmisie (T-CONT) este un obiect ONU reprezentând un grup de conexiuni logice. Apare ca o entitate unică în scopul alocării lățimii de bandă în amonte pe PON. Pe baza schemei de mapare, traficul de servicii este transportat în diferite porturi GEM și apoi la diferite T-CONT.
Maparea între portul GEM și T-CONT este flexibilă. Un port GEM poate corespunde unui T-CONT; sau mai multe porturi GEM pot corespunde aceluiași T-CONT.
Stratul de convergență al transmisiei G-PON (GTC)
Un strat de protocol din suita de protocol G-PON care este poziționat între stratul PMD (media media dependent și clienții G-PON). Stratul GTC este compus din sub-strat de încadrare GTC și sub-strat de adaptare GTC.
În direcția în aval, cadrele GEM sunt transportate în sarcina utilă GTC, care ajung la toate ONU-urile. Sub-stratul de încadrare ONU extrage cadrele, iar adaptorul GEM TC filtrează cadrele pe baza ID-ului lor de 12 biți. Numai cadrele cu ID-urile de port adecvate sunt permise în funcția de client GEM.
În direcția amonte, traficul GEM este transportat pe unul sau mai multe T-CONT. OLT primește transmisia asociată cu T-CONT, iar cadrele sunt transmise adaptorului GEM TC și apoi clientului GEM.
Încadrarea stratului GTC
Cadrul în aval are o durată de 125 de microsecunde și are o lungime de 38880 de octeți, ceea ce corespunde ratei de date în aval de 2,48832 Gbit / s. Cadrul GTC în aval constă din blocul de control fizic în aval (PCBd) și secțiunea de sarcină utilă GTC.
Cadrele de convergență de transmisie GPON au întotdeauna 125 Msec -
19440 octeți / cadru pentru rata de 1244,16
38880 octeți / cadru pentru o rată de 2488,32
Fiecare cadru GTC constă din blocul de control fizic în aval + sarcină utilă
PCBd conține informații de sincronizare, OAM, DBA etc.
Sarcina utilă poate avea partiții ATM și GEM (una sau ambele)
Durata cadrului GTC în amonte este de 125 μs. În sistemele G-PON cu 1.24416 Gbit / s în legătură ascendentă, dimensiunea cadrului GTC din amonte este de 19.440 de octeți. Fiecare cadru din amonte conține un număr de explozii de transmisie provenind de la unul sau mai multe ONU-uri.
Fiecare explozie de transmisie din amonte conține o secțiune deasupra stratului fizic în amonte (PLOu) și unul sau mai multe intervale de alocare a lățimii de bandă asociate cu Alloc-ID-urile individuale. Cadrul GTC în aval furnizează referința de timp comună pentru PON și semnalizarea de control comun pentru amonte.
Descărcări GPON
Sarcina utilă GTC are două secțiuni -
Partiție bancomat (Alen * 53 bytes în lungime)
Partiție GEM (acum metodă preferată)
Partiție ATM
Partiția ATM are următoarele caracteristici.
Alen (12 biți) este specificat în PCBd.
Alen specifică numărul de celule 53B din partiția ATM.
Dacă Alen = 0, atunci nu există o partiție ATM.
Dacă Alen = lungimea sarcinii utile / 53, atunci nu există o partiție GEM.
Celulele ATM sunt aliniate la cadrul GTC.
ONU-urile acceptă celule ATM bazate pe VPI în antetul ATM.
Partiție GEM
Partiția GEM are următoarele caracteristici.
Spre deosebire de celulele ATM, cadrele delimitate GEM pot avea orice lungime.
Orice număr de cadre GEM poate fi conținut în partiția GEM.
ONU acceptă cadre GEM bazate pe port-ID 12b în antetul GEM.
Modul de încapsulare GPON
O plângere comună împotriva BPON a fost ineficiența din cauza impozitului pe celule ATM. GEM este similar cu ATM. Are antet protejat HEC de dimensiuni constante. Cu toate acestea, evită supraîncărcarea mare, permițând cadre de lungime variabilă. GEM este generic - orice tip de pachet (și chiar TDM) este acceptat. GEM suportă fragmentarea și reasamblarea.
GEM se bazează pe GFP, iar antetul conține următoarele câmpuri -
Lungimea sarcinii utile Indicator - lungimea sarcinii utile în octeți.
Port ID - identifică ONU țintă.
Indicator de tip de sarcină utilă (OEM GEM, indicație de congestionare / fragmentare).
Câmpul de corectare a erorii antetului (cod BCH (39,12,2) + 1b paritate uniformă)
Antetul GEM este XOR'ed cu B6AB31E055 înainte de transmisie.
Ethernet / TDM prin GEM
Când transportați trafic Ethernet prin GEM
Doar cadrul MAC este încapsulat (fără preambul, SFD, EFD)
Cadrul MAC poate fi fragmentat (vezi diapozitivul următor).
Ethernet peste GEM
Când transportați trafic TDM prin GEM -
Tamponul de intrare TDM sondează la fiecare 125 Msec.
Bytes PLI de TDM sunt inserate în câmpul de sarcină utilă.
Lungimea fragmentului TDM poate varia cu ± 1 Byte datorită compensării frecvenței.
Latență dus-întors delimitată cu 3 msec.
TDM peste GEM
GEM își poate fragmenta sarcina utilă. De exemplu, cadru Ethernet Un-fragmentat, așa cum se arată în ilustrația următoare.
Următoarea ilustrare ilustrează un cadru Ethernet fragmentat.
Fragmente GEM sunt utile pentru oricare dintre următoarele două motive -
Motivul 1 - Cadrul GEM nu poate încadra cadrul GTC.
Motivul 2 - Cadrul GEM poate fi golit pentru date sensibile la întârziere.
Criptare GPON
OLT criptează folosind AES-128 în modul contor. Doar sarcina utilă este criptată (nu anteturile ATM sau GEM). Blocurile de criptare sunt aliniate la cadrul GTC. Contorul este distribuit de OLT și de toate ONU-urile după cum urmează -
46b = 16b intra-cadru + 30 biți inter-cadru.
Contorul intra-cadru crește la fiecare 4 octeți de date.
Resetați la zero la începutul cadrului DS GTC.
OLT și fiecare ONU trebuie să cadă de acord asupra unei chei simetrice unice. OLT solicită ONU o parolă (în PLOAMd). ONU trimite parola SUA în clar (în PLOAMu) -
Cheia trimisă de 3 ori pentru robustete
OLT informează ONU despre ora precisă pentru a începe să folosească cheia nouă.
QoS - GPON
GPON tratează QoS în mod explicit. Cadrele de lungime constantă facilitează QoS pentru aplicații sensibile la timp. Există 5 tipuri de containere de transmisie -
Tipul 1 - BW fix.
BW de tip 2 - asigurat
Tipul 3 - BW alocat + BW neasigurat.
Tipul 4 - cel mai bun efort.
Tipul 5 - suprapunerea tuturor celor de mai sus.
GEM adaugă câteva caracteristici QoS în strat PON -
Fragmentarea permite preempțiunea cadrelor mari cu prioritate redusă.
PLI - lungimea pachetului explicit poate fi utilizată prin algoritmi de coadă.
Biții PTI poartă indicații de congestie.
În capitolul următor, vom înțelege care este rețeaua optică pasivă Ethernet.
