FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) je optický systém pro přístupové sítě založený na specifikacích ITU-T řady G.984. Poskytuje dosah 20 km s optickým rozpočtem 28 dB (ukázáno na následujícím obrázku) pomocí optiky třídy B + s děleným poměrem 1:32.
Systém GPON podporuje následující sazby -
Upstream 155 Mbps, downstream 1,24416 Gbps
Upstream 622 Mbps, downstream 1,24416 Gbps
1.24416 Gbps proti proudu, 1.24416 Gbps po proudu
155 Mb / s nahoru, 2,48832 Gbps po proudu
O 622 Mb / s, o 2,48832 Gb / s
1,24416 Gbps nahoru, 2.48832 Gbps po proudu
2,48832 Gbps nahoru, 2.48832 Gbps downstream
GPON podporuje zapouzdření ATM i GEM. GEM (GPON Encapsulation Method) podporuje nativní TDM i Data.
Funkce GPON
Tato vývojová technologie je založena na BPON GEM. Níže jsou uvedeny jeho vlastnosti -
Následný přenos
2,4 Gbps
BW pro jeden ONT je dostatečný pro napájení více signálů HDTV
QOS umožňuje přenos citlivý na zpoždění (hlas)
Upstream přenos
1,24 Gbps
Lze zaručit minimální BW
Nevyužité časové sloty lze přiřadit těžkým uživatelům
QoS umožňuje zpoždění citlivého provozu (hlas)
Proč GPON?
Společnost GPON poskytuje řešení integrovaných služeb, jako například -
Podporuje služby Triple Play.
Aby bylo možné překonat překážku v přístupu k kabelům s kroucenými páry, podporuje přenos s velkou šířkou pásma.
Snižuje uzly sítě.
Podporuje pokrytí až 20 km služeb.
Standardy GPON
Standardy GPON jsou založeny na předchozích specifikacích BPON. Specifikace jsou -
G.984.1 - Tento dokument popisuje obecné vlastnosti pasivní optické sítě s možností gigabitového připojení.
G.984.2 - Tento dokument popisuje specifikaci vrstvy Gigabit-Passive Optical Network Physical Media-Dependent Layer.
G.984.3 - Tento dokument popisuje specifikaci pasivní optické přenosové optické přenosové konvergenční vrstvy.
G.984.4 - Tento dokument popisuje Gigabit-Capable Passive Optical Network ONT řízení a specifikace řídicího rozhraní (OMCI).
Architektura GPON
GPON OLT obsluhuje více ONT prostřednictvím portu PON. Následný přenos, tj. Od OLT do ONT je obvykle TDM; zatímco předcházející provoz, tj. od ONT k OLT, je obvykle TDMA.
Systém PON může být symetrický nebo asymetrický. Infrastruktura PON a optická vlákna lze také použít pro podporu jakékoli jednosměrné distribuční služby. Například - Video s jinou vlnovou délkou.
Vrstva závislá na fyzických médiích GPON
G.984.2 je specifikace fyzické vrstvy systému GPON. Fyzická vrstva řeší oblasti jako -
Optický výkon z hlediska rychlosti přenosu dat.
Třída optických vláken.
Načasování a řízení optické energie.
Oprava chyby vpřed.
Jedním ze základních požadavků optického systému je poskytnout komponenty s dostatečnou kapacitou pro rozšíření optického signálu do očekávaného rozsahu. Existují tři kategorie nebo třídy součástí, které jsou založeny na výkonu a citlivosti. Třídy komponent jsou -
Optika třídy A: 5 až 20 dB
Optika třídy B: 10 až 25 dB
Optika třídy C: 15 až 30 dB
Konektor optické linky (OLT)
OLT poskytuje rozhraní servisního uzlu (SNI) (obvykle 1 Gbps a / nebo 10 Gbps Ethernet LAN rozhraní) směrem k základní síti a řídí GPON. OLT se skládá ze tří hlavních částí -
Funkce rozhraní servisního portu
Funkce křížového připojení
Rozhraní optické distribuční sítě (ODN)
Následující obrázek ukazuje typické funkční blokové schéma OLT.
PON Core Shell
PON Core shell se skládá ze dvou částí. První část je funkce rozhraní ODN a část je funkce PON TC. Funkce PON TC zahrnuje OAM, řízení přístupu k médiím, rámování, DBA, vymezení datové jednotky protokolu (PDU) pro funkci křížového připojení a pro správu ONU.
Cross-connect shell - Tento shell poskytuje komunikační cestu mezi jádrem jádra PON a shellem služeb.
Servisní shell - Tento shell slouží k překladu mezi obslužnými rozhraními a rozhraním rámce TC v sekci PON.
ONU / ONT
Optická síťová jednotka (ONU) pracuje s jediným rozhraním PON nebo maximálně dvěma rozhraními pro účely ochrany spojení. V případě, že je kterékoli z těchto dvou vláken vyříznuto, může být ONU přístupná prostřednictvím jiného vlákna. Tomu se říká ochrana PON nebo ochrana odkazu. Ochrana odkazu je také známá jako agregace spojení, která může odkaz chránit a současně může také agregovat provoz.
Funkce MUX a DEMUX spojuje zákaznická zařízení na stranu PON. Optický síťový terminál (ONT) je navržen pro použití jedním účastníkem, zatímco ONU (optická síťová jednotka) je navržen pro použití více účastníky. Rozbočovače umožňují sdílení PON až 128 ONT nebo ONU.
Rozhraní ONT / ONU
Optický síťový terminál (ONT), který je připojen k OLT na straně uplinku pro servisní síťové rozhraní, má mnoho portů rozhraní uživatelských sítí. Obvykle budou existovat čtyři porty FE / GE směrem k UNI.
UNI porty pro rezidenční ONT - Obvykle rozhraní předplatitelských služeb, jako je vysokorychlostní internet 10/100 Base-T (HSI) a video přes IP, RF koaxiální pro RF video systémy s překryvem a telefonní rozhraní FXS analogové pro VoIP PSTN hlas.
UNI porty pro obchodní ONT - Kromě výše uvedeného mohou také zahrnovat rozhraní 10/100 / 100Base-T a rozhraní L2 / L3 přepínačů a ústřednu DS1 / E1 pro klíčové systémy.
Optická síťová jednotka (ONU) ukončí vlákno GPON a má mnohem více uživatelského síťového rozhraní (UNI) pro více účastníků. Rozhraní UNI může být ADSL2 +, VDSL2, elektrické vedení, MoCA nebo HPNA a vzdálenost k účastníkovi (10/100 Base-T je omezena na 100 m, což je 330 ft).
Podle typu portů rozhraní nemusí být UN UNI schopen připojit se přímo k zařízení CPE účastníka. V tomto případě se UN UNI připojí k síťovému zakončení (NT), které je umístěno na konečném místě předplatitele. NT ukončí zařízení CPE předplatitele, jako je počítač, bezdrátový směrovač, telefon, IP video set-top box nebo set-top box, RF video atd.
ONT v podstatě kombinuje funkci ONU a NT v jednom zařízení. Tato kombinace těchto dvou; Společně je ONT nákladově nejefektivnějším řešením pro poskytování služeb GPON místním a rodinným, malým a středním podnikům. Pokud je však klientem v kampusu jako studenti, ubytovny, školy, vysoké školy, nemocnice nebo firemní kanceláře, kde je již položen měděný kabel CAT-5, může ONU sloužit jako vhodnější řešení.
Optická distribuční síť
GPON ODN, sestávající z optického vlákna a kabelu v jednom režimu; kabely z optických vláken, spojky, optické konektory, pasivní optické rozbočovače a součásti pasivního větvení jsou velmi pasivní.
Optické rozbočovače ODN dělí jedno vlákno na více vláken, která jdou do různých budov a jednotlivých domácností. Rozbočovače mohou být umístěny na jakémkoli místě v ODN, od centrální kanceláře (CO) / místní směny (LE) do zákaznických prostor a mohou mít jakoukoli velikost. Rozbočovače jsou označeny jako [n: m], kde 'n' je počet vstupů (směrem k OLT) = 1 nebo 2 a 'm' je počet výstupů (směrem k ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON Multiplexing / Framing
Multiplexování nebo rámování GPON je vysvětleno pomocí následujících faktorů.
Metoda zapouzdření GPON (GEM)
Je to schéma přenosu dat ve specifikované přenosové konvergenční vrstvě GPON. GEM poskytuje spojovací a variabilní délku rámovacího mechanismu pro přenos datových služeb přes pasivní optickou síť (PON). GEM je navržen tak, aby byl nezávislý na typu rozhraní servisních uzlů na OLT, jakož i na typech rozhraní UNI na ONU.
Po proudu (OLT směrem k ONU / ONT)
Pro provoz po proudu jsou funkce multiplexování provozu centralizovány v OLT. GEM Port-ID ve formě 12bitového čísla přiřazeného OLT jednotlivým logickým spojením identifikuje GEM rámce, které patří k různým downstream logickým spojením. Každá ONU filtruje následné GEM rámce na základě jejich GEM Port-ID a zpracovává pouze GEM rámce, které patří do ONU.
Upstream provoz (ONU / ONT směrem k OLT)
Subjekty provozující přenos v rámci ONU poskytuje OLT přednostní přenosovou příležitost (nebo přidělování šířky pásma). Tyto entity přenášející provoz jsou identifikovány ID přidělení (Alloc-ID). Identifikátor přidělení (Alloc-ID) je 12bitové číslo, které OLT přiřadí ONU k identifikaci entity nesoucí provoz. Je příjemcem upstream přidělování šířky pásma v rámci ONU.
Přidělení šířky pásma různým Alloc-ID jsou multiplexována v čase, jak je specifikováno OLT v mapách šířky pásma vysílaných po proudu. V rámci každého přidělení šířky pásma používá ONU GEM Port-ID jako multiplexní klíč k identifikaci GEM rámců, které patří k různým upstream logickým spojením.
Přepravní kontejner (T-CONT) je objekt ONU představující skupinu logických spojení. To se jeví jako jediná entita za účelem přiřazení šířky pásma proti proudu na PON. Na základě schématu mapování se provoz služeb přenáší na různé porty GEM a poté na různé T-CONT.
Mapování mezi portem GEM a T-CONT je flexibilní. Port GEM může odpovídat T-CONT; nebo více GEM portů může odpovídat stejnému T-CONT.
Transmisní vrstva G-PON (GTC)
Protokolová vrstva sady protokolů G-PON, která je umístěna mezi vrstvou závislou na fyzickém médiu (PMD) a klienty G-PON. GTC vrstva se skládá z GTC rámovací podvrstvy a GTC adaptační podvrstvy.
Ve směru po proudu jsou GEM rámce přenášeny v užitečném zatížení GTC, které dorazí na všechny ONU. Rámcová podpůrná vrstva ONU extrahuje rámce a adaptér GEM TC filtruje rámce na základě jejich 12bitového portu ID. Do klientské funkce GEM jsou povoleny pouze snímky s příslušnými ID portů.
Ve směru proti proudu je přenos GEM přenášen přes jeden nebo více T-CONT. OLT přijímá přenos spojený s T-CONT a rámce jsou předávány do adaptéru GEM TC a poté klienta GEM.
Rámování vrstev GTC
Rámec po proudu má trvání 125 mikrosekund a je dlouhý 38880 bytů, což odpovídá datové rychlosti po proudu 2,48832 Gbit / s. Rámec downstream GTC se skládá z fyzického řídicího bloku downstream (PCBd) a části užitečného zatížení GTC.
Konvergenční rámce GPON Transmission jsou vždy 125 ms -
19440 bajtů / rámec pro rychlost 1244,16
38880 bytů / rámec pro rychlost 2488,32
Každý rámec GTC se skládá z fyzického řídicího bloku po proudu + užitečného zatížení
PCBd obsahuje informace o synchronizaci, OAM, DBA atd.
Užitečné zatížení může mít oddíly ATM a GEM (jeden nebo oba)
Doba trvání předcházejícího GTC rámce je 125 μs. V systémech G-PON s uplinkem 1,24416 Gbit / s je velikost rámce GTC proti proudu 19,440 bajtů. Každý upstream rámec obsahuje množství přenosových dávek pocházejících z jedné nebo více ONU.
Každý vzestupný přenosový shluk obsahuje sekci režijní fyzické vrstvy nahoře (PLOu) a jeden nebo více intervalů přidělování šířky pásma spojených s jednotlivými Alloc-ID. Downstream GTC rámec poskytuje společnou časovou referenci pro PON a společnou řídicí signalizaci pro upstream.
Užitečná zatížení GPON
Užitečné zatížení GTC má potenciálně dvě sekce -
Oddíl ATM (délka Alen * 53 bajtů)
Oddíl GEM (nyní preferovaná metoda)
Oddíl ATM
Oddíl ATM má následující vlastnosti.
Alen (12 bitů) je specifikován v PCBd.
Alen určuje počet 53B buněk v oddílu ATM.
Pokud Alen = 0, pak žádný oddíl ATM.
Pokud Alen = délka užitečného zatížení / 53, pak žádný oddíl GEM.
Buňky ATM jsou zarovnány s rámcem GTC.
ONU přijímají ATM buňky založené na VPI v hlavičce ATM.
Oddíl GEM
Oddíl GEM má následující vlastnosti.
Na rozdíl od buněk ATM mohou mít vymezené snímky GEM libovolnou délku.
V oddílu GEM může být obsažen libovolný počet rámců GEM.
ONU přijímají GEM rámce založené na 12b Port-ID v hlavičce GEM.
Režim zapouzdření GPON
Společnou stížností proti společnosti BPON byla neefektivnost v důsledku daně z ATM buněk. GEM je podobný ATM. Má záhlaví chráněné HEC s konstantní velikostí. Vyhýbá se však velké režii povolením rámců s proměnnou délkou. GEM je obecný - podporován je jakýkoli typ paketu (a dokonce TDM). GEM podporuje fragmentaci a opětovnou montáž.
GEM je založen na GFP a záhlaví obsahuje následující pole -
Indikátor délky užitečného zatížení - délka užitečného zatížení v bajtech.
ID portu - identifikuje cílovou ONU.
Indikátor typu užitečného zatížení (GEM OAM, indikace přetížení / fragmentace).
Pole korekce chyby záhlaví (BCH (39,12,2) kód + 1b sudá parita)
Hlavička GEM je před přenosem XOR'ed s B6AB31E055.
Ethernet / TDM přes GEM
Při přenosu po Ethernetu přes GEM
Zapouzdřen je pouze rámec MAC (bez preambule, SFD, EFD)
Rám MAC může být fragmentován (viz další snímek).
Ethernet přes GEM
Při přepravě TDM přes GEM -
Vstupní vyrovnávací paměť TDM byla dotazována každých 125 ms.
PLI bajty TDM jsou vloženy do pole užitečného zatížení.
Délka TDM fragmentu se může lišit o ± 1 bajt kvůli frekvenčnímu posunu.
Zpoždění zpoždění ohraničené 3 ms.
TDM nad GEM
GEM může fragmentovat své užitečné zatížení. Například rámeček Ethernet bez fragmentace, jak je znázorněno na následujícím obrázku.
Následující obrázek znázorňuje fragmentovaný ethernetový rámec.
GEM fragmentuje užitečná zatížení z některého z následujících dvou důvodů -
Důvod 1 - Rámec GEM nesmí překročit rámec GTC.
Důvod 2 - Rámec GEM může být pro data citlivá na zpoždění předřazen.
GPON Encryption
OLT šifruje pomocí AES-128 v režimu čítače. Šifrované je pouze užitečné zatížení (nikoli záhlaví ATM nebo GEM). Šifrovací bloky jsou zarovnány s rámcem GTC. Čítač je sdílen OLT a všemi ONU takto:
46b = 16b uvnitř snímku + 30 bitů mezi snímky.
Čítač uvnitř snímku zvyšuje každé 4 datové bajty.
Reset na nulu na začátku rámce DS GTC.
OLT a každá ONU se musí dohodnout na jedinečném symetrickém klíči. OLT požádá ONU o heslo (v PLOAMd). ONU odešle heslo USA v jasné (v PLOAMu) -
Klíč byl poslán 3krát pro robustnost
OLT informuje ONU o přesném čase zahájení používání nového klíče.
QoS - GPON
GPON zachází s QoS explicitně. Rámy s konstantní délkou usnadňují QoS pro aplikace citlivé na čas. Existuje 5 typů přepravních kontejnerů -
Typ 1 - pevná BW.
Typ 2 - zajištěná BW.
Typ 3 - přidělené BW + nezajištěné BW.
Typ 4 - nejlepší úsilí.
Typ 5 - superset všech výše uvedených.
GEM přidává několik funkcí QoS vrstvy PON -
Fragmentace umožňuje předřazení velkých rámců s nízkou prioritou.
PLI - explicitní délku paketu lze použít pomocí frontových algoritmů.
Bity PTI nesou indikace přetížení.
