FTTH - GPON
GPON (Gigabit Pasivne optičke mreže) je optički sustav za pristupne mreže temeljen na ITU-T specifikacijama serije G.984. Omogućuje 20 km doseg s optičkim proračunom od 28 dB (prikazano na sljedećoj slici) koristeći optiku klase B + s razdjelnim omjerom 1:32.
GPON sustav podržava sljedeće cijene -
155 Mbps uzvodno, 1.24416 Gbps nizvodno
Uzlazno 622 Mbps, nizvodno 1.24416 Gbps
1.24416 Gbps uzvodno, 1.24416 Gbps nizvodno
155Mbps gore, 2.48832 Gbps nizvodno
622 Mbps gore, 2.48832 Gbps nizvodno
1.24416 Gbps gore, 2.48832 Gbps nizvodno
2.48832 Gbps gore, 2.48832 Gbps nizvodno
GPON podržava i ATM i GEM enkapsulaciju. GEM (metoda enkapsulacije GPON) podržava i izvorni TDM i Data.
GPON mogućnosti
Ova se evolucijska tehnologija temelji na BPON GEM-u. Slijede njegove značajke -
Nizvodni prijenos
2,4 Gbps
BW za jedan ONT dovoljan je za opskrbu više HDTV signala
QOS omogućava odgodu prometa osjetljivog na kašnjenje (glas)
Prijenos uzvodno
1,24 Gbps
Minimalna BW može biti zagarantovana
Neiskorišteni termini mogu se dodijeliti teškim korisnicima
QoS omogućava odgađanje osjetljivog prometa (glas)
Zašto GPON?
GPON nudi rješenje za integrirane usluge poput -
Podržava usluge Triple Play.
Da bi se razuzdala prepreka propusnosti pristupa preko kabela upletenih para, podržava prijenos velike propusnosti.
Smanjuje mrežne čvorove.
Podržava uslugu pokrivenosti do 20 km.
GPON standardi
GPON standardi izgrađeni su na prethodnim BPON specifikacijama. Specifikacije su -
G.984.1 - Ovaj dokument opisuje opće karakteristike Gigabitno sposobne pasivne optičke mreže.
G.984.2 - Ovaj dokument opisuje specifikaciju sloja ovisnog o fizičkom mediju koji ovisi o gigabitnim optičkim mrežama.
G.984.3 - Ovaj dokument opisuje specifikaciju razine konvergencijskog sloja prijenosne optičke mreže s mogućnošću gigabita.
G.984.4 - Ovaj dokument opisuje specifikaciju ONT upravljačkog i upravljačkog sučelja za upravljanje i upravljačku mrežu (OMCI) gigabitne sposobnosti.
GPON Arhitektura
GPON OLT služi više ONT-ova kroz PON port. Nizvodni prijenos, tj. S OLT-a na ONT, obično je TDM; budući da je uzvodni promet, tj. od ONT-a do OLT-a, obično TDMA.
PON sustav može biti simetričan ili asimetričan. PON i vlaknasta infrastruktura također se mogu koristiti za podršku bilo koje jednosmjerne distribucijske usluge. Na primjer - Video s različitom valnom duljinom.
GPON fizički-medijski ovisni sloj
G.984.2 je specifikacija fizičkog sloja GPON sustava. Fizički sloj adresira područja kao što su -
Optičke performanse u pogledu brzine prijenosa podataka.
Klasa komponenti optičkih vlakana.
Vremenski raspored i kontrola optičke snage.
Ispravljanje ispravke pogreške
Jedan od osnovnih zahtjeva optičkog sustava jest osigurati komponentama dovoljno kapaciteta za proširenje optičkog signala do očekivanog raspona. Postoje tri kategorije ili klase komponenti koje se temelje na snazi i osjetljivosti. Klase komponenti su -
Optika Klase A: 5 do 20dB
Optika klase B: 10 do 25dB
Optika Klase C: 15 do 30dB
Optički linijski terminal (OLT)
OLT pruža sučelje uslužnog čvora (SNI) (obično 1 Gbps i / ili 10 Gbps Ethernet LAN sučelja) prema osnovnoj mreži i kontrolira GPON. OLT se sastoji od tri glavna dijela -
Funkcija sučelja pristaničkog servisa
Funkcija križnog spajanja
Sučelje optičke distribucijske mreže (ODN)
Sljedeća ilustracija prikazuje tipični blok dijagram funkcionalnog OLT-a.
PON Core Shell
PON Core shell se sastoji od dva dijela. Prvi dio je funkcija sučelja ODN, a dio PON TC funkcija. PON TC funkcija uključuje OAM, kontrolu pristupa mediju, uokvirivanje, DBA, razgraničenje jedinice protokola podataka (PDU) za funkciju cross-connect i za upravljanje ONU.
Cross-connect ljuska - Ova ljuska pruža komunikacijski put između jezgre PON-ove i uslužne ljuske.
Service shell - Ova ljuska služi za prijevod između servisnih sučelja i TC okvira sučelja odjeljka PON.
ONU / ONT
Jedinica optičke mreže (ONU) radi s jednim PON sučeljem ili s najviše dva sučelja za zaštitu veze. U slučaju da bilo koje jedno vlakno iz ta dva vlakna iseče, ONU se može pristupiti preko drugog vlakana. To se naziva PON zaštita ili zaštita od veze. Zaštita veze poznata je i kao združivanje veza, koja može zaštititi vezu, a istovremeno može i sakupiti promet.
Usluga MUX i DEMUX funkcija povezuje kupčeve uređaje s PON stranicom. Optički mrežni terminal (ONT) dizajniran je za uporabu pojedinačnih pretplatnika, dok je ONU (jedinica optičke mreže) dizajnirana za višestruku upotrebu pretplatnika. Razdjelnici omogućuju dijeljenje PON-a do 128 ONT-ova ili ONU-ova.
ONT / ONU sučelja
Optički mrežni terminal (ONT), koji je povezan s OLT-om na uzlaznoj strani radi uslužnog mrežnog sučelja, ima mnogo priključaka korisničkog mrežnog sučelja. Obično će biti četiri luke FE / GE prema UNI.
UNI priključci za rezidencijalni ONT - uobičajeno sučelje usluga pretplatnika poput internetskog brzih brzina 10 / 100Base-T (HSI) i video preko IP-a, koaksijalni RF za RF video sustave i FXS analogna telefonska sučelja za VoIP PSTN glas.
UNI portovi za poslovni ONT - Uz gore navedeno, mogu uključivati i 10/100 / 100Base-T usmjerivače i L2 / L3 sučelje i DS1 / E1 PBX za ključne sustave.
Optička mrežna jedinica (ONU) prekida GPON vlakno i ima mnogo više korisničkog mrežnog sučelja (UNI) za više pretplatnika. UNI sučelje može biti ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA ili HPNA, a udaljenost do pretplatnika (10/100 Base-T je ograničeno na 100 m, što iznosi 330 stopa).
Prema vrsti priključaka za sučelje, UNI se možda neće moći izravno povezati s pretplatničkom CPE opremom. U ovom se slučaju UN UNI povezuje na mrežni prekid (NT), koji se postavlja na krajnju lokaciju pretplatnika. NT ukida CPE opremu pretplatnika, poput računala, bežičnog usmjerivača, telefona, IP video seta ili set-top boxa, RF video itd.
U osnovi, ONT kombinira funkciju ONU i NT u jednom uređaju. Ova kombinacija to dvoje; zajedno čini ONT najisplativijim rješenjem za pružanje GPON usluga lokalnim i obiteljima, malim i srednjim poduzećima. Međutim, ako klijent u kampusu bude student, hosteli, škole, fakulteti, bolnice ili korporativni uredi, gdje već postoji bakarni kabel CAT-5, ONU može poslužiti kao prikladnije rješenje.
Optička distribucijska mreža
GPON ODN, koji se sastoji od jednočlanog optičkog vlakna i kabela; kabeli, spojnice, optički konektori, pasivni optički razdjelnici i komponente pasivnog grananja su vrlo pasivni.
ODN optički razdjelnici dijele pojedinačno vlakno na više vlakana koji idu u različite zgrade i pojedine domove. Razdjelnici se mogu postaviti na bilo koje mjesto u ODN-u, od središnjeg ureda (CO) / lokalne razmjene (LE) do korisničkih prostora i mogu biti bilo koje veličine. Razdjelnici su označeni kao [n: m], gdje je 'n' broj ulaza (prema OLT-u) = 1 ili 2, a 'm' je broj izlaza (prema ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON Multiplexing / Uokvirivanje
GPON multipleksiranje ili uokvirivanje objašnjava se sljedećim čimbenicima.
GPON enkapsulacijska metoda (GEM)
To je shema prijenosa podataka u specificiranom sloju konvergencije prijenosa GPON-a. GEM pruža mehanizam za uokvirivanje veze, promjenjive duljine za prijenos podataka podataka putem pasivne optičke mreže (PON). GEM je dizajniran tako da ne ovisi o vrsti sučelja servisnog čvora na OLT-u kao i vrstama UNI sučelja na ONU-ima.
Nizvodni promet (OLT prema ONU / ONT)
Za nizvodni promet funkcije multipleksiranja prometa centralizirane su u OLT-u. GEM Port-ID, u obliku 12-bitnog broja koji je OLT dodijelio pojedinačnim logičkim vezama, identificira GEM okvire koji pripadaju različitim nizvodnim logičkim vezama. Svaki ONU filtrira nizvodne GEM okvire na temelju svojih GEM Port-ID-ova i obrađuje samo GEM okvire koji pripadaju ONU.
Uzvodni promet (ONU / ONT prema OLT-u)
Entiteti koji nose promet unutar ONU-a pružaju mogućnost prenosa (ili raspodjelu propusnosti) od strane OLT-a. Ovi subjekti koji nose promet identificiraju se dodjeli ID-a (Alloc-ID-ovi). Identifikator raspodjele (Alloc-ID) je 12-bitni broj koji OLT dodjeljuje ONU-u radi identifikacije subjekta koji nosi promet. To je primatelj raspodjele propusne širine uzvodno unutar ONU.
Dodjela propusne širine za različite Alloc-ID-ove množi se u vremenu kako je to OLT odredio u mapama propusnosti koje se prenose nizvodno. Unutar svake raspodjele propusnosti ONU koristi GEM Port-ID kao multiplexing tipku za identificiranje GEM okvira koji pripadaju različitim uzlaznim logičkim vezama.
Spremnik za prijenos (T-CONT) je ONU objekt koji predstavlja grupu logičkih veza. Pojavljuje se kao jedinstveni entitet za potrebe dodjele propusne širine uzvodno na PON-u. Na temelju sheme mapiranja, uslužni se promet prenosi u različite GEM portove, a zatim u različite T-CONT-ove.
Mapiranje između GEM priključka i T-CONT je fleksibilno. GEM port može odgovarati T-CONT-u; ili više GEM portova može odgovarati istom T-CONT-u.
G-PON prijenosni konvergencijski sloj (GTC)
Sloj protokola u paketu protokola G-PON smješten je između sloja ovisnog o fizičkom mediju (PMD) i G-PON klijenta. GTC sloj sastoji se od GTC sloja uokvirivanja i GTC adaptacijskog sloja.
U smjeru nizvodno, GEM okviri se nose u ukupnom korisnom opterećenju GTC-a, koji stižu u sve ONU jedinice. Pod-sloj za uokvirivanje sloja ekstrahira okvire, a GEM TC adapter filtrira okvire na temelju njihovog 12-bitnog Port-ID-a. Do funkcije klijenta GEM omogućeni su samo okviri s odgovarajućim ID-ima porta.
U smjeru uzvodno se GEM promet prenosi preko jednog ili više T-CONT-ova. OLT prima prijenos povezan s T-CONT i okviri se prosljeđuju u GEM TC adapter, a zatim u GEM klijent.
GTC uokvirivanje sloja
Nizvodni okvir ima trajanje od 125 mikrosekundi i duga je 38880 bajta, što odgovara brzini prijenosa podataka od 2.48832 Gbit / s. Donji okvir GTC-a sastoji se od fizičkog kontrolnog bloka nizvodno (PCBd) i odjeljka korisnog opterećenja GTC-a.
Okviri konvergencije prijenosa GPON-a uvijek su dugački od 125 Msec -
19440 bajtova / okvir za 1244,16 stopa
38880 bajtova / okvir za brzinu 2488,32
Svaki se okvir GTC sastoji od fizičkog kontrolnog bloka nizvodno + opterećenje
PCBd sadrži sync, OAM, DBA informacije itd.
Korisni teret može imati ATM i GEM particije (bilo jednu ili obje)
Trajanje okvira GTC-a uzvodno je 125 μs. U G-PON sustavima s ulaznom linijom od 1.24416 Gbit / s, veličina okvira GTC uzvodno iznosi 19.440 bajtova. Svaki uzvodni okvir sadrži određeni broj prijenosa prijenosa koji dolaze iz jednog ili više ONU-ova.
Svako praćenje uzlaznog prijenosa sadrži odjeljak nadzemne fizičke razine iznad (PLOu) i jedan ili više intervala raspodjele propusne širine povezane s pojedinačnim Alloc-ID-ovima. NTCstream nizvodno pruža zajedničku referentnu vrijednost za PON i zajedničku upravljačku signalizaciju za uzvodno.
GPON opterećenja
BTC korisnog opterećenja potencijalno ima dva odjeljka -
ATM particija (dužina Alen * 53 bajta)
GEM particija (sada preferirana metoda)
ATM particija
ATM particija ima sljedeće karakteristike.
Alen (12 bita) naveden je u PCBd.
Alen određuje broj 53B stanica u ATM particiji.
Ako je Alen = 0, onda nema ATM particije.
Ako je Alen = korisna dužina / 53, tada nema GEM particije.
ATM stanice su poravnate s GTC okvirom.
ONU-ovi prihvaćaju ATM ćelije na temelju VPI-ja u ATM zaglavlju.
GEM particija
GEM particija ima sljedeće karakteristike.
Za razliku od ATM stanica, okviri s oznakom GEM mogu imati bilo koju duljinu.
Bilo kakav broj GEM okvira može biti sadržan u GEM particiji.
ONU-ovi prihvaćaju GEM okvire na temelju 12b Port-ID-a u zaglavlju GEM-a.
GPON Encapsulacijski način
Česta pritužba protiv BPON-a bila je neučinkovitost zbog poreza na ATM ćelijama. GEM je sličan bankomatu. Ima zaglavlje HEC-a konstantne veličine. Međutim, izbjegava se velika nadglasavanje omogućavajući okvire promjenjive duljine. GEM je generički - podržava svaki tip paketa (pa čak i TDM). GEM podržava fragmentaciju i ponovno sastavljanje.
GEM se temelji na GFP-u, a zaglavlje sadrži sljedeća polja -
Indikator dužine korisnog opterećenja - duljina korisnog opterećenja u bajtovima.
ID porta - identificira ciljni ONU.
Pokazatelj vrste opterećenja (GEM OAM, indikacija zagušenja / fragmentacije).
Polje za ispravljanje pogreške u zaglavlju (BCH (39,12,2) kod + 1b paran paritet)
GEM zaglavlje je XOR'ed s B6AB31E055 prije prijenosa.
Ethernet / TDM preko GEM-a
Kod prijevoza Ethernet prometa preko GEM-a
Samo MAC okvir je inkapsuliran (bez preambule, SFD, EFD)
MAC okvir može biti fragmentiran (vidi sljedeći slajd).
Ethernet preko GEM-a
Kod prijevoza TDM prometa preko GEM -
TDM ulazni međuspremnik se ispituje svakih 125 Msec.
PLI bajtovi TDM-a umeću se u polje korisnog opterećenja.
Duljina TDM fragmenta može varirati za ± 1 byte zbog pomaka frekvencije.
Kašnjenje s kružnim putovanjem ograničeno na 3 msec.
TDM preko GEM-a
GEM može fragmentirati svoj korisni teret. Na primjer, ne-fragmentirani Ethernet okvir kao što je prikazano na sljedećoj slici.
Sljedeća ilustracija prikazuje fragmentirani Ethernet okvir.
GEM fragmenti opterećenja iz bilo kojeg od sljedeća dva razloga -
Razlog 1 - GEM okvir ne može provući GTC okvir.
Razlog 2 - GEM okvir može biti ispražnjen za podatke osjetljive na kašnjenje.
GPON enkripcija
OLT šifrira pomoću AES-128 u načinu rada brojača. Šifriran je samo korisni teret (ne zaglavlja bankomata ili GEM). Blokovi šifriranja poravnavaju se s okvirom GTC-a. Brojač OLT-a i svih ONU-a dijeli kako slijedi -
46b = 16b unutar okvira + 30 bita unutar okvira.
Korak brojila unutar okvira svaki 4 bajta podataka.
Ponovno postavite na nulu na početku okvira DS GTC.
OLT i svaki ONU moraju se složiti s jedinstvenim simetričnim ključem. OLT traži ONU lozinku (u PLOAMd). ONU šalje lozinku SAD-u u čistini (u PLOAMu) -
Ključ je poslan 3 puta zbog robusnosti
OLT obavještava ONU o točnom vremenu za početak korištenja novog ključa.
QoS - GPON
GPON tretira QoS izričito. Okviri stalne duljine omogućuju QoS za primjene osjetljive na vrijeme. Postoji 5 vrsta spremnika -
Tip 1 - fiksna BW.
Tip 2 - zajamčena BW.
Tip 3 - dodijeljen BW + nesiguran BW.
Tip 4 - najbolji napor.
Tip 5 - superset svih gore navedenih.
GEM dodaje nekoliko značajki QoS sloja PON-a -
Fragmentacija omogućuje sprečavanje velikih okvira s niskim prioritetom.
PLI - eksplicitna duljina paketa može se koristiti algoritmima čekanja.
PTI bitovi nose naznake zagušenja.