FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) és un sistema òptic per a les xarxes d'accés basat en les especificacions UIT-T de la sèrie G.984. Pot oferir un abast de 20 km amb un pressupost òptic de 28dB (que es mostra a la il·lustració següent) mitjançant l'ús de l'òptica de classe B + amb una proporció de 1:32.
El sistema GPON admet les tarifes següents:
155 Mbps aigües amunt, 1.24416 Gbps aigües avall
622 Mbps aigües amunt, 1.24416 Gbps aigües avall
1.24416 Gbps aigües amunt, 1.24416 Gbps aigües avall
155Mbps amunt, 2.48832 Gbps aigües avall
622 Mbps amunt, 2.48832 Gbps aigües avall
1.24416 Gbps amunt, 2.48832 Gbps aigües avall
2.48832 Gbps amunt, 2.48832 Gbps aigües avall
GPON suporta l'encapsulació ATM i GEM. GEM (GPON Encapsulation Method) admet tant TDM natiu com Data.
Característiques GPON
Aquesta tecnologia evolutiva es basa en BPON GEM. Les següents són les seves característiques:
Transmissió aigües avall
2,4 Gbps
El BW per a un ONT és suficient per subministrar diversos senyals HDTV
QOS permet trànsit sensible al retard (veu)
Transmissió aigües amunt
1,24 Gbps
Es pot garantir un mínim de BW
Els intervals de temps no utilitzats es poden assignar a usuaris pesats
QoS permet retardar el trànsit sensible (veu)
Per què GPON?
GPON ofereix una solució de serveis integrats com ara -
És compatible amb els serveis de Triple Play.
Per descompondre l’obstacle de l’ample de banda de l’accés sobre cables de parells torçats, és compatible amb la transmissió d’amplada de banda.
Redueix els nodes de xarxa.
És compatible amb una cobertura de servei de fins a 20 km.
Normes GPON
Els estàndards GPON es basen en les especificacions BPON anteriors. Les especificacions són -
G.984.1 - Aquest document descriu les característiques generals de la xarxa òptica passiva Gigabit-Capable.
G.984.2 - Aquest document descriu l'especificació de capa de dependència de la xarxa òptica passiva de Gigabit-Capable Gigabit.
G.984.3 - Aquest document descriu l'especificació de la capa de convergència de transmissió de xarxa òptica passiva capaç de gigabit.
G.984.4 - Aquest document descriu l'especificació de la interfície de gestió i control de la ONT (OMCI) de Gigabit-Capable Optical Network.
GPON Architecture
Rendiment òptic en termes de taxa de dades.
La classe de components de fibra òptica.
El temps i el control de la potència òptica.
Correcció d'errors endavant
Optptica de classe A: de 5 a 20dB
Optptica de classe B: 10 a 25dB
Optptica de classe C: 15 a 30dB
Funció de la interfície del port de servei
Funció de connexió creuada
Interfície de xarxa òptica de distribució (ODN)
GPON OLT serveix múltiples ONT a través del port PON. La transmissió descendent, és a dir, d’OLT a ONT sol ser TDM; mentre que el tràfic aigües amunt, és a dir, de l’ONT a l’OLT sol ser TDMA.
El sistema PON pot ser simètric o asimètric. La infraestructura PON i de fibra també es poden utilitzar per donar servei a qualsevol servei de distribució unidireccional. Per exemple: vídeo a una longitud d’ona diferent.
Capa dependent de la físic-medi GPON
G.984.2 és l’especificació de la capa física del sistema GPON. La capa física aborda àrees com ara -
Un dels requisits bàsics d’un sistema òptic és proporcionar components amb capacitat suficient per estendre el senyal òptic a l’interval previst. Hi ha tres categories o classes de components, que es basen en la potència i la sensibilitat. Les classes de components són -
Terminal de línia òptica (OLT)
L’OLT proporciona la interfície del node de servei (SNI) (normalment interfícies LAN 1 Gbps i / o 10 Gbps Ethernet) cap a la xarxa principal i controla la GPON. L’OLT consta de tres grans parts -
La il·lustració següent mostra el diagrama de blocs funcionals OLT típic.
PON Core Shell
El cargol PON Core consta de dues parts. La primera part és funció d’interfície ODN i la part és funció PON TC. La funció PON TC inclou OAM, control d'accés de suports, enquadrament, DBA, delimitació de la unitat de dades de protocol (PDU) per a la funció de connexió creuada i per a la gestió de la ONU.
Intèrpret de connexió creuada: aquest shell proporciona una ruta de comunicació entre el nucli PON i el shell de servei.
Service shell: aquest shell és per a la traducció entre interfícies de servei i la interfície de fotograma TC de la secció PON.
ONU / ONT
La unitat de xarxa òptica (ONU) funciona amb una única interfície PON o amb dues interfícies màxim per a la protecció dels enllaços. En cas que es talli qualsevol fibra d’aquestes dues fibres, es pot accedir a l’ONU mitjançant una altra fibra. Això s’anomena protecció PON o Protecció d’enllaços. La protecció d'enllaç també es coneix com a agregació d'enllaços, que pot protegir l'enllaç i, alhora, pot agregar el trànsit també.
La funció de servei MUX i DEMUX connecta els dispositius del client al costat PON. El terminal de xarxa òptica (ONT) està dissenyat per a l'ús d'un abonat únic, mentre que l'ONU (unitat de xarxa òptica) està dissenyat per a diversos usuaris. Els separadors permeten compartir PON fins a 128 ONT o ONU.
Interfícies ONT / ONU
El terminal de xarxa òptica (ONT), connectat a l’OLT del costat enllaç per a la interfície de xarxa de serveis, té molts ports d’interfície d’usuari-xarxa. Normalment, hi haurà quatre ports FE / GE cap a UNI.
Ports UNI per a residencial ONT - Normalment, les interfícies del servei de subscriptors com Internet d'alta velocitat (HSI) 10 / 100Base-T i vídeo per IP, coaxial RF per a sistemes de superposició de vídeo RF i interfícies telefòniques FXS analògiques per a veu de VoIP PSTN.
Ports UNI per a un negoci ONT - A més de l'anterior, també poden incloure encaminadors 10/100 / 100Base-T i interfícies de commutadors L2 / L3 i DS1 / E1 PBX per a sistemes clau.
La unitat de xarxa òptica (ONU) acaba la fibra GPON i té molta més interfície de xarxa d’usuari (UNI) per a diversos subscriptors. La interfície UNI pot ser ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA o HPNA, i la distància a l’abonat (10/100 Base-T està limitada a 100m, que és de 330 peus).
Segons el tipus de ports d’interfície, és possible que l’UNI UNI no pugui connectar-se directament a un equip CPE subscriptor. En aquest cas, la UNI UNI es connecta a una terminació de xarxa (NT), que es col·loca a la ubicació final del subscriptor. NT rescindeix l’equip CPE de l’abonat, com ara un PC, un encaminador sense fils, un telèfon, un quadre de càmera de vídeo IP o Set-Top Box, un vídeo RF, etc.
Essencialment, una ONT combina la funció d’una ONU i una NT en un sol dispositiu. Aquesta combinació dels dos; Junts constitueix l’ONT la solució més rendible per proporcionar serveis GPON a les empreses locals i unifamiliars, petites i mitjanes empreses. Tanmateix, si un client al campus com a estudiants, hostals, escoles, col·legis, hospitals o oficines corporatives, on ja hi ha un cable de coure CAT-5, l’ONU pot servir de solució més adequada.
Xarxa de distribució òptica
L’ODN GPON, que consisteix en una fibra i cable òptics d’un sol mode; són molt passius els cables de cinta de fibra òptica, les empalmes, els connectors òptics, els divisors òptics passius i els components ramificats passius.
Els escindidors òptics ODN divideixen la fibra única en múltiples fibres dirigint-se a diferents edificis i cases particulars. Els separadors es poden col·locar en qualsevol ubicació de l’ODN, des de l’Oficina Central (CO) / Local Exchange (LE) fins a les instal·lacions del client i poden ser de qualsevol mida. Els fraccionadors es designen com a [n: m], on 'n' és el nombre d'entrada (cap a OLT) = 1 o 2, i 'm' és el nombre de sortides (cap a ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
Multiplexació / Enquadrament GPON
La multiplexació o enquadrament GPON s’explica amb els següents factors.
Mètode d'encapsulació GPON (GEM)
És l'esquema de transport de dades a la capa de convergència de transmissió GPON especificada. GEM proporciona un mecanisme d’enquadrament de longitud variable orientat a la connexió per al transport de serveis de dades a través de la xarxa òptica passiva (PON). GEM està dissenyat per ser independent del tipus d’interfície del node de servei a l’OLT i dels tipus d’interfícies UNI a les ONU.
Trànsit aigües avall (OLT cap a ONU / ONT)
Per al trànsit aigües avall, les funcions de multiplexació de trànsit estan centralitzades en OLT. Un identificador de port GEM, en forma d'un número de 12 bits assignat per l'OLT a les connexions lògiques individuals, identifica els fotogrames GEM que pertanyen a diferents connexions lògiques aigües avall. Cada ONU filtra els fotogrames GEM aigües basades en els seus ID de port GEM i processa només els fotogrames GEM que pertanyen a la ONU.
Trànsit a l'amunt (ONU / ONT cap a OLT)
L’OLT concedeix a les entitats portadores de trànsit dins de l’ONU una oportunitat de transmissió amunt (o assignació d’amplada de banda). Aquestes entitats portadores de trànsit s’identifiquen mitjançant els identificadors d’assignació (Alloc-IDs). L'identificador d'assignació (Alloc-ID) és un número de 12 bits que l'OLT assigna a una ONU per identificar una entitat portadora de trànsit. És destinatari d’assignacions d’amplada de banda a l’interior de l’ONU.
Les assignacions d'amplada de banda a diferents Alloc-ID es multipliquen en el temps tal i com especifica l'OLT en els mapes d'ample de banda transmesos aigües avall. Dins de cada assignació d'ample de banda, l'ONU utilitza l'ID de port GEM com a clau de multiplexació per identificar els fotogrames GEM que pertanyen a diferents connexions lògiques a l'amunt.
Un contenidor de transmissió (T-CONT) és un objecte ONU que representa un grup de connexions lògiques. Es presenta com una única entitat amb l’assignació d’amplada de banda amunt al PON. Segons el règim de mapeig, el trànsit de serveis es porta a diferents ports GEM i després a diferents T-CONTs.
El mapatge entre el port GEM i el T-CONT és flexible. Un port GEM pot correspondre a un T-CONT; o diversos ports GEM poden correspondre al mateix T-CONT.
Capa de convergència de transmissió G-PON (GTC)
Una capa de protocol de la suite de protocols G-PON que es posiciona entre la capa PMD (dependent de suports físics) i els clients de G-PON. La capa GTC està composta per subcapa d’emmarcament GTC i subcapa d’adaptació GTC.
En sentit descendent, els fotogrames GEM es porten en la càrrega útil de GTC, que arriben a totes les ONU. La subcapa d'emmarcament ONU extreu els fotogrames i l'adaptador GEM TC filtra els fotogrames basats en el seu ID de port de 12 bits. Només s’admeten trames amb els identificadors de port adequats a la funció de client GEM.
En sentit amunt, el trànsit de GEM es transporta en un o més T-CONTs. L’OLT rep la transmissió associada al T-CONT i els fotogrames són reenviats a l’adaptador GEM TC i després al client GEM.
Enquadrament de la capa GTC
El marc descendent té una durada de 125 microsegons i té una longitud de 38880 bytes, la qual cosa correspon a la velocitat de dades a l’alçada de 2.48832 Gbit / s. El marc GTC de baix consisteix en el bloc de control físic a baix (PCBd) i la secció de càrrega útil de GTC.
Els fotogrames de convergència de transmissió GPON sempre tenen una durada de 125 Msec -
19440 bytes / frame per una velocitat de 1244,16
38880 bytes / frame per a una tarifa de 2488,32
Cada marc GTC consisteix en bloc de control físic aigües avall + càrrega útil
El PCBd conté informació de sincronització, OAM, DBA, etc.
La càrrega útil pot tenir particions ATM i GEM (una o les dues)
La durada del marc amunt GTC és de 125 μs. En sistemes G-PON amb la connexió enllaç de 1.24416 Gbit / s, la mida del marc GTC amunt és de 19.440 bytes. Cada marc amunt conté una sèrie de ràfegues de transmissió procedents d'una o més ONU.
Cada ràfega de transmissió amunt conté una secció de sobrecàrrega (PLOu) de capa física amunt i un o més intervals d'assignació de l'amplada de banda associats a les identificacions d'allocacions individuals. El marc GTC de baix proporciona la referència de temps comuna per al PON i la senyalització de control comuna per a l'amunt.
Càrregues de pagament GPON
La càrrega útil de GTC té dues seccions:
Partició de caixers (Alen * 53 bytes de longitud)
Partició GEM (ara mètode preferit)
Partició de caixers
La partició ATM té les següents característiques.
Alen (12 bits) està especificat al PCBd.
Alen especifica el nombre de cel·les 53B a la partició ATM.
Si Alen = 0, no hi ha partició de caixers.
Si Alen = longitud de càrrega útil / 53, no hi ha partició GEM.
Les cèl·lules ATM estan alineades al marc GTC.
Les ONU accepten cèl·lules ATM basades en VPI a l’encapçalament de l’ATM.
Partició GEM
La partició GEM presenta les següents característiques.
A diferència de les cèl·lules ATM, els marcs delimitats per GEM poden tenir qualsevol longitud.
Qualsevol nombre de marcs GEM poden estar continguts a la partició GEM.
Les ONU accepten marcs GEM basats en un identificador de port 12b a la capçalera de GEM.
Mode Encapsulament GPON
Una queixa comuna contra BPON era la ineficiència a causa de l’impost de cèl·lules ATM. El GEM és similar al caixer automàtic. Té una capçalera de mida constant protegida amb HEC. Tanmateix, evita les despeses grans permetent marcs de longitud variable. GEM és genèric: qualsevol tipus de paquet (i fins i tot TDM) és compatible. GEM suporta la fragmentació i el muntatge.
GEM es basa en GFP i l’encapçalament conté els camps següents:
Indicador de longitud de càrrega útil: longitud de càrrega útil en bytes.
Port ID: identifica la ONU de destinació.
Indicador del tipus de càrrega útil (OEM GEM, indicació de congestió / fragmentació).
Camp de correcció d’error de capçalera (codi BCH (39,12,2) + 1b paritat uniforme)
La capçalera de GEM està XOR'ed amb B6AB31E055 abans de la transmissió.
Ethernet / TDM a través de GEM
Quan transporteu trànsit Ethernet per GEM
Només el marc MAC està encapsulat (sense preàmbul, SFD, EFD)
El marc MAC pot estar fragmentat (vegeu la diapositiva següent).
Ethernet a través de GEM
Quan transporteu trànsit TDM per GEM -
El buffer d’entrada TDM es realitzava cada 125 Msec.
Els bytes PLI de TDM s’insereixen al camp de càrrega útil.
La longitud del fragment TDM pot variar en ± 1 Byte a causa de la compensació de freqüència.
Latència d’anada i tornada delimitada per 3 msec.
TDM sobre GEM
GEM pot fragmentar la seva càrrega útil. Per exemple, marc Ethernet sense fragmentar com es mostra a la il·lustració següent.
La il·lustració següent representa un marc Ethernet fragmentat.
Fragments de càrrega útil de fragments GEM per qualsevol de les dues raons següents:
Raó 1: el marc GEM pot no deixar el marc GTC.
Raó 2: es pot omplir el marc GEM per obtenir dades sensibles al retard.
Xifrat GPON
OLT xifra amb AES-128 en mode de comptador. Només es xifra la càrrega útil (no les capçaleres ATM o GEM). Els blocs de xifratge s'alineen amb el fotograma GTC. L’OLT i totes les ONU es comparteixen el comptador de la manera següent:
46b = 16b intra-trama + 30 bits inter-trama.
El comptador intra-frame augmenta cada 4 bytes de dades.
Restabliu-lo a zero al començament del marc DS GTC.
L’OLT i cada ONU han d’acordar una clau simètrica única. L’OLT demana una contrasenya a l’ONU (a PLOAMd). L’ONU envia la contrasenya als Estats Units (en PLOAMu) -
Tecla enviada 3 vegades per a la seva robustesa
L’OLT informa l’ONU del temps precís per començar a utilitzar la nova clau.
QoS - GPON
GPON tracta QoS de manera explícita. Els fotogrames de longitud constant faciliten QoS per a aplicacions sensibles al temps. Hi ha 5 tipus de contenidors de transmissió -
Tipus 1: BW fix.
BW assegurat de tipus 2
Tipus 3: BW assignat + BW no assegurat.
Tipus 4: el millor esforç.
Tipus 5: reemplaçament de totes les anteriors.
GEM afegeix diverses funcions QoS de capa PON -
La fragmentació permet la preempció de grans marcs de prioritat baixa.
PLI: la longitud de paquets explícita es pot utilitzar mitjançant algorismes de cua.
Els bits PTI porten indicacions de congestió.
Al capítol següent, entendrem què és la xarxa òptica passiva Ethernet.
