FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) to układ optyczny dla sieci dostępowych, oparty na specyfikacji ITU-T serii G.984. Może zapewnić zasięg 20 km przy budżecie optycznym 28dB (pokazanym na poniższej ilustracji) dzięki zastosowaniu optyki klasy B + ze współczynnikiem podziału 1:32.
System GPON obsługuje następujące stawki -
155 Mbps w górę, 1,24416 Gbps w górę
622 Mbps w górę, 1,24416 Gbps w górę
1,24416 Gb / s w górę, 1,24416 Gb / s w górę
155 Mbps w górę, 2,48832 Gbps w dół
622 Mbps w górę, 2,48832 Gbps w dół
1,24416 Gbps w górę, 2,48832 Gbps w dół
2,48832 Gbps w górę, 2,48832 Gbps w górę
GPON obsługuje zarówno enkapsulację ATM, jak i GEM. GEM (GPON Encapsulation Method) obsługuje zarówno rodzimy TDM, jak i dane.
Funkcje GPON
Ta ewolucyjna technologia oparta jest na BPON GEM. Oto jego funkcje -
Transmisja niższa
2,4 Gb / s
BW dla jednego ONT wystarcza do dostarczenia wielu sygnałów HDTV
QOS pozwala na ruch wrażliwy na opóźnienia (głos)
Transmisja w górę
1,24 Gbps
Minimalne BW może być zagwarantowane
Niewykorzystane przedziały czasowe można przypisać dużym użytkownikom
QoS pozwala opóźnić wrażliwy ruch (głos)
Dlaczego GPON?
GPON zapewnia zintegrowane rozwiązanie usług, takie jak -
Obsługuje usługi Triple Play.
Aby przełamać przeszkodę w dostępie przez skrętkę, obsługuje transmisję o wysokiej przepustowości.
Zmniejsza węzły sieciowe.
Obsługuje zasięg do 20 km.
Standardy GPON
Standardy GPON są oparte na poprzednich specyfikacjach BPON. Dane techniczne są -
G.984.1 - W tym dokumencie opisano ogólne cechy pasywnej sieci optycznej Gigabit-Capable.
G.984.2 - W tym dokumencie opisano specyfikację pasywnej sieci optycznej Gigabit-Capable Optical Network zależnej od nośnika fizycznego.
G.984.3 - W tym dokumencie opisano specyfikację warstwy konwergencji pasywnej optycznej sieci transmisyjnej Gigabit-Capable.
G.984.4 - W tym dokumencie opisano specyfikację interfejsu zarządzania i kontroli ONT Gigabit-Capable Optical Network (OMCI).
Architektura GPON
Wydajność optyczna pod względem szybkości przesyłania danych.
Klasa komponentów światłowodowych.
Czas i kontrola mocy optycznej.
Przekaż korekcję błędów.
Optyka klasy A: od 5 do 20dB
Optyka klasy B: od 10 do 25dB
Optyka klasy C: od 15 do 30dB
Funkcja interfejsu portu serwisowego
Funkcja połączenia krzyżowego
Interfejs optycznej sieci dystrybucyjnej (ODN)
GPON OLT obsługuje wiele ONT przez port PON. Transmisja w dół, tj. Z OLT do ONT, jest zwykle TDM; podczas gdy ruch w górę, tj. z ONT do OLT, jest zwykle TDMA.
System PON może być symetryczny lub asymetryczny. Infrastrukturę PON i infrastrukturę światłowodową można również wykorzystać do obsługi dowolnej usługi dystrybucji jednokierunkowej. Na przykład - wideo o innej długości fali.
GPON Physical-Media Layer Layer
G.984.2 to specyfikacja fizycznej warstwy systemu GPON. Warstwa fizyczna dotyczy obszarów takich jak -
Jednym z podstawowych wymagań układu optycznego jest zapewnienie komponentów o wystarczającej pojemności, aby rozszerzyć sygnał optyczny do oczekiwanego zakresu. Istnieją trzy kategorie lub klasy komponentów, które są oparte na mocy i czułości. Klasy komponentów to:
Optyczny terminal liniowy (OLT)
OLT zapewnia interfejs węzła serwisowego (SNI) (zwykle interfejsy Ethernet LAN 1 Gbps i / lub 10 Gbps) w kierunku sieci rdzeniowej i steruje GPON. OLT składa się z trzech głównych części -
Poniższa ilustracja pokazuje typowy schemat blokowy funkcjonalny OLT.
PON Core Shell
Powłoka PON Core składa się z dwóch części. Pierwsza część to funkcja interfejsu ODN, a część to funkcja PON TC. Funkcja PON TC obejmuje OAM, kontrolę dostępu do mediów, ramkowanie, DBA, wyznaczenie jednostki danych protokołu (PDU) dla funkcji połączenia krzyżowego i zarządzania ONU.
Powłoka połączenia krzyżowego - ta powłoka zapewnia ścieżkę komunikacji między powłoką rdzenia PON a powłoką usługi.
Powłoka serwisowa - ta powłoka służy do tłumaczenia między interfejsami serwisowymi a interfejsem ramki TC sekcji PON.
ONU / ONT
Jednostka sieci optycznej (ONU) działa z pojedynczym interfejsem PON lub maksymalnie dwoma interfejsami do celów ochrony łącza. W przypadku przecięcia dowolnego włókna z tych dwóch włókien do ONU można uzyskać dostęp za pośrednictwem innego włókna. Nazywa się to ochroną PON lub ochroną łącza. Ochrona łączy jest również znana jako agregacja łączy, która może chronić łącze, a jednocześnie może również agregować ruch.
Usługa MUX i funkcja DEMUX łączy urządzenia klienta po stronie PON. Terminal sieci optycznej (ONT) jest przeznaczony do użytku przez jednego abonenta, natomiast ONU (moduł sieci optycznej) jest przeznaczony do użytku przez wielu abonentów. Rozdzielacze umożliwiają współdzielenie PON przez maksymalnie 128 ONT lub ONU.
Interfejsy ONT / ONU
Optyczny terminal sieciowy (ONT), który jest podłączony do OLT po stronie łącza w górę dla interfejsu sieci serwisowej, ma wiele portów interfejsu sieci użytkownika. Zazwyczaj będą cztery porty FE / GE w kierunku UNI.
Porty UNI dla Residential ONT - Zwykle interfejsy usług abonenckich, takie jak 10 / 100Base-T High Speed Internet (HSI) i wideo przez IP, koncentryczny RF dla systemów nakładek wideo RF oraz interfejsy telefoniczne FXS analogowe dla głosu VoIP PSTN.
Porty UNI dla biznesowych ONT - oprócz powyższych mogą również zawierać routery 10/100 / 100Base-T i interfejsy przełączników L2 / L3 oraz PBX DS1 / E1 dla kluczowych systemów.
Optyczna jednostka sieci (ONU) kończy światłowód GPON i ma znacznie więcej interfejsów użytkownika (UNI) dla wielu abonentów. Interfejsem UNI może być ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA lub HPNA, a odległość do abonenta (10/100 Base-T jest ograniczona do 100 m, czyli 330 stóp).
W zależności od rodzaju portów interfejsu UNI może nie być w stanie połączyć się bezpośrednio ze sprzętem CPE abonenta. W takim przypadku UNI UNI łączy się z zakończeniem sieci (NT), który jest umieszczony w końcowej lokalizacji subskrybenta. NT kończy działanie urządzenia CPE abonenta, takiego jak komputer, router bezprzewodowy, telefon, dekoder wideo IP lub dekoder, wideo RF itp.
Zasadniczo ONT łączy funkcję ONU i NT w jednym urządzeniu. Ta kombinacja tych dwóch; razem sprawia, że ONT jest najbardziej opłacalnym rozwiązaniem do świadczenia usług GPON dla lokalnych i jednorodzinnych, małych i średnich przedsiębiorstw. Jednak jeśli klient w kampusie jako studenci, schroniska, szkoły, uczelnie, szpitale lub biura korporacyjne, w których jest już ułożony kabel miedziany CAT-5, ONU może służyć jako bardziej odpowiednie rozwiązanie.
Sieć dystrybucji optycznej
GPON ODN, składający się z światłowodu jednomodowego i kabla; kable taśmowe światłowodów, sploty, złącza optyczne, pasywne rozdzielacze optyczne i pasywne rozgałęzienia są bardzo pasywne.
Rozdzielacze optyczne ODN dzielą pojedyncze włókno na wiele włókien w różnych budynkach i indywidualnych domach. Rozdzielacze mogą być umieszczone w dowolnym miejscu w sieci ODN, od centrali (CO) / lokalnej wymiany (LE) do siedziby klienta i mogą być dowolnej wielkości. Rozdzielacze są oznaczone jako [n: m], gdzie „n” oznacza liczbę wejść (w kierunku OLT) = 1 lub 2, a „m” oznacza liczbę wyjść (w kierunku ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON Multiplexing / Framing
Multipleksowanie lub ramkowanie GPON wyjaśniono następującymi czynnikami.
GPON Encapsulation Method (GEM)
Jest to schemat transportu danych w określonej warstwie konwergencji transmisji GPON. GEM zapewnia zorientowany na połączenie mechanizm ramkowania o zmiennej długości do transportu usług danych przez pasywną sieć optyczną (PON). GEM został zaprojektowany w taki sposób, aby był niezależny od typu interfejsu węzła serwisowego w OLT, a także od rodzajów interfejsów UNI w jednostkach ONU.
Downstream Traffic (OLT w kierunku ONU / ONT)
W przypadku dalszego ruchu funkcje multipleksowania ruchu są scentralizowane w OLT. Identyfikator portu GEM, w postaci 12-bitowej liczby przypisanej przez OLT do poszczególnych połączeń logicznych, identyfikuje ramki GEM, które należą do różnych dalszych połączeń logicznych. Każda jednostka ONU filtruje kolejne ramki GEM na podstawie ich identyfikatorów portów GEM i przetwarza tylko ramki GEM należące do jednostki ONU.
Ruch upstream (ONU / ONT w kierunku OLT)
Jednostkom niosącym ruch w ramach ONU przyznana jest możliwość transmisji w górę (lub alokacja przepustowości) przez OLT. Te jednostki niosące ruch są identyfikowane za pomocą identyfikatorów alokacji (Alloc-ID). Identyfikator alokacji (Alloc-ID) jest 12-bitową liczbą, którą OLT przypisuje do ONU w celu identyfikacji jednostki niosącej ruch. Jest odbiorcą przydziałów przepustowości w górę w ramach ONU.
Alokacje przepustowości dla różnych identyfikatorów Alloc-ID są multipleksowane w czasie, jak określono przez OLT w mapach przepustowości przesyłanych dalej. W ramach każdej alokacji przepustowości ONU używa GEM Port-ID jako klucza multipleksującego do identyfikacji ramek GEM, które należą do różnych logicznych połączeń w górę.
Kontener transmisji (T-CONT) to obiekt ONU reprezentujący grupę połączeń logicznych. Pojawia się jako pojedyncza jednostka w celu przypisania przepustowości w górę na PON. W oparciu o schemat mapowania ruch usługi jest przenoszony do różnych portów GEM, a następnie do różnych T-CONT.
Odwzorowanie między portem GEM a T-CONT jest elastyczne. Port GEM może odpowiadać T-CONT; lub wiele portów GEM może odpowiadać temu samemu T-CONT.
Warstwa konwergencji transmisji G-PON (GTC)
Warstwa protokołu pakietu protokołów G-PON, która jest umieszczona między warstwą zależną od nośników fizycznych (PMD) a klientami G-PON. Warstwa GTC składa się z pod-warstwy kadrowania GTC i pod-warstwy adaptacyjnej GTC.
W dalszym kierunku ramki GEM są przenoszone w ładunku GTC, który dociera do wszystkich jednostek ONU. Podwarstwa ramkowa ONU wyodrębnia ramki, a adapter GEM TC filtruje ramki na podstawie ich 12-bitowego Port-ID. Do funkcji klienta GEM dozwolone są tylko ramki z odpowiednimi identyfikatorami portów.
W kierunku do góry ruch GEM jest przenoszony przez jeden lub więcej T-CONT. OLT odbiera transmisję związaną z T-CONT, a ramki są przekazywane do adaptera GEM TC, a następnie do klienta GEM.
Ramowanie warstw GTC
Dalsza ramka ma czas trwania 125 mikrosekund i ma długość 38880 bajtów, co odpowiada szybkości przesyłania danych wynoszącej 2,48832 Gbit / s. Ramka GTC pobierania danych składa się z fizycznego bloku kontrolnego pobierania danych (PCBd) i sekcji danych GTC.
Ramki Konwergencji transmisji GPON mają zawsze długość 125 ms -
19440 bajtów / ramkę dla szybkości 1244,16
38880 bajtów / ramkę dla prędkości 2488,32
Każda ramka GTC składa się z fizycznego bloku kontrolnego poniżej + ładunku
PCBd zawiera informacje o synchronizacji, OAM, DBA itp.
Ładunek może mieć partycje ATM i GEM (jedną lub obie)
Czas trwania ramki GTC powyżej wynosi 125 μs. W systemach G-PON z łączem wstępującym 1,24416 Gbit / s rozmiar ramki GTC powyżej wynosi 19 440 bajtów. Każda ramka wyjściowa zawiera szereg impulsów transmisyjnych pochodzących z jednej lub więcej jednostek ONU.
Każda seria transmisji w górę zawiera sekcję narzutu warstwy fizycznej (PLOu) i co najmniej jeden przedział alokacji przepustowości związany z poszczególnymi identyfikatorami Alloc-ID. Ramka GTC pobierania danych zapewnia wspólne odniesienie czasowe dla PON i wspólną sygnalizację kontrolną dla pobierania danych.
Ładunki GPON
Ładunek GTC potencjalnie ma dwie sekcje -
Partycja ATM (Alen * 53 bajty długości)
Partycja GEM (obecnie preferowana metoda)
Partycja bankomatu
Partycja ATM ma następujące cechy.
Alen (12 bitów) jest określony w PCBd.
Alen określa liczbę komórek 53B na partycji ATM.
Jeśli Alen = 0, to nie ma partycji ATM.
Jeśli Alen = długość ładunku / 53, to brak partycji GEM.
Komórki ATM są wyrównane do ramki GTC.
Jednostki ONU akceptują komórki ATM na podstawie VPI w nagłówku ATM.
Partycja GEM
Partycja GEM ma następujące cechy.
W przeciwieństwie do komórek ATM, ramki wyznaczone przez GEM mogą mieć dowolną długość.
Dowolna liczba ramek GEM może być zawarta w partycji GEM.
Jednostki ONU akceptują ramki GEM na podstawie identyfikatora portu 12b w nagłówku GEM.
Tryb enkapsulacji GPON
Powszechną skargą przeciwko BPON była nieefektywność z powodu podatku od komórek ATM. GEM jest podobny do ATM. Ma stały rozmiar nagłówka chronionego HEC. Jednak pozwala uniknąć dużego narzutu, umożliwiając ramki o zmiennej długości. GEM jest ogólny - obsługiwany jest dowolny typ pakietu (a nawet TDM). GEM obsługuje fragmentację i ponowny montaż.
GEM jest oparty na GFP, a nagłówek zawiera następujące pola -
Wskaźnik długości ładunku - długość ładunku w bajtach.
Port ID - identyfikuje docelową jednostkę ONU.
Wskaźnik typu ładunku (GEM OAM, wskazanie przeciążenia / fragmentacji).
Pole korekcji błędów nagłówka (kod BCH (39, 12,2) + parzystość 1b)
Nagłówek GEM jest XOR'owany przez B6AB31E055 przed transmisją.
Ethernet / TDM przez GEM
Podczas transportu ruchu Ethernet przez GEM
Tylko ramka MAC jest enkapsulowana (bez preambuły, SFD, EFD)
Ramka MAC może być pofragmentowana (patrz następny slajd).
Ethernet przez GEM
Podczas transportu ruchu TDM przez GEM -
Bufor wejściowy TDM odpytywany co 125 ms.
Bajty PLI TDM są wstawiane do pola danych.
Długość fragmentu TDM może różnić się o ± 1 bajt z powodu przesunięcia częstotliwości.
Opóźnienie w obie strony ograniczone 3 ms.
TDM przez GEM
GEM może rozdrobnić swój ładunek. Na przykład, Niefragmentowana ramka Ethernet, jak pokazano na poniższej ilustracji.
Poniższa ilustracja przedstawia fragmentowaną ramkę Ethernet.
Ładunki fragmentów GEM z jednego z dwóch następujących powodów -
Powód 1 - Rama GEM może nie leżeć na ramce ramy GTC.
Powód 2 - Ramka GEM może zostać wstępnie opróżniona dla danych wrażliwych na opóźnienia.
Szyfrowanie GPON
OLT szyfruje za pomocą AES-128 w trybie licznika. Tylko ładunek jest szyfrowany (nie nagłówki ATM ani GEM). Bloki szyfrowania są wyrównane do ramki GTC. Licznik jest współdzielony przez OLT i wszystkie jednostki ONU w następujący sposób -
46b = 16b wewnątrz ramki + 30 bitów między ramkami.
Licznik w ramce zwiększa się co 4 bajty danych.
Resetuj do zera na początku ramki DS GTC.
OLT i każda jednostka ONU muszą uzgodnić unikalny klucz symetryczny. OLT prosi ONU o hasło (w PLOAMd). ONU wysyła hasło US w sposób jawny (w PLOAMu) -
Klucz wysłany 3 razy za solidność
OLT informuje ONU o dokładnym czasie rozpoczęcia korzystania z nowego klucza.
QoS - GPON
GPON traktuje QoS wyraźnie. Ramki o stałej długości ułatwiają QoS dla aplikacji wrażliwych na czas. Istnieje 5 rodzajów kontenerów transmisyjnych -
Typ 1 - naprawiono BW.
Typ 2 - zapewniony BW.
Typ 3 - przydzielony BW + niepewny BW.
Typ 4 - najlepszy wysiłek.
Typ 5 - nadzbiór wszystkich powyższych.
GEM dodaje kilka funkcji QoS warstwy PON -
Fragmentacja umożliwia zapobieganie dużym ramkom o niskim priorytecie.
PLI - algorytmy kolejkowania mogą wykorzystywać jawną długość pakietu.
Bity PTI niosą wskazania przeciążenia.
W następnym rozdziale zrozumiemy, czym jest pasywna sieć optyczna Ethernet.