FTTH - GPON

- Feb 21, 2020-

FTTH - GPON

GPON (Gigabit Pasif Optik Ağlar), ITU-T teknik özellikleri G.984 serisine dayanan Erişim Ağları için bir Optik Sistemdir. 1:32 bölünme oranına sahip B + optik sınıfı kullanılarak 28dB optik bütçeyle (aşağıdaki resimde gösterildiği gibi) 20 km erişim sağlayabilir.

Gigabit Pasif Optik Ağlar

GPON sistemi aşağıdaki oranları destekler -

  • 155 Mbps akış yukarı, 1.24416 Gbps akış aşağı

  • 622 Mbps yukarı akış, 1.24416 Gbps aşağı akış

  • 1.24416 Gbps yukarı akış, 1.24416 Gbps aşağı akış

  • 155 Mb / sn, 2,48832 Gb / sn akış aşağı

  • 622 Mbps yukarı, 2.48832 Gbps aşağı akış

  • 1.24416 Gbps yukarı, 2.48832 Gbps aşağı akış

  • 2.48832 Gbps yukarı, 2.48832 Gbps aşağı akış

GPON, hem ATM hem de GEM kapsüllemesini destekler. GEM (GPON Kapsülleme Yöntemi) hem yerel TDM'yi hem de Verileri destekler.

GPON Özellikleri

Bu evrimsel teknoloji BPON GEM'e dayanmaktadır. Özellikleri şunlardır -

Akış aşağı iletim

  • 2,4 Gb / sn

  • Bir ONT için BW, birden fazla HDTV sinyali sağlamak için yeterlidir

  • QOS, gecikmeli hassas trafiğe izin verir (ses)

Yukarı akış aktarımı

  • 1,24 Gb / sn

  • Minimum BW garanti edilebilir

  • Kullanılmayan zaman aralıkları ağır kullanıcılara atanabilir

  • QoS, hassas trafiği (ses) geciktirmeye izin verir

Neden GPON?

GPON aşağıdakiler gibi entegre hizmetler çözümü sunar -

  • Triple Play serileri destekler.

  • Bükülmüş çift kablolar üzerindeki erişimin bant genişliği engelini kırmak için yüksek bant genişliği iletimini destekler.

  • Ağ düğümlerini azaltır.

  • 20 km'ye kadar servis kapsamını destekler.

GPON Standartları

GPON standartları önceki BPON spesifikasyonlarına dayanmaktadır. Özellikler -

  • G.984.1 - Bu belgede Gigabit Uyumlu Pasif Optik Ağ genel özellikleri açıklanmaktadır.

  • G.984.2 - Bu belgede Gigabit Özellikli Pasif Optik Ağ Fiziksel ortama bağımlı katman spesifikasyonu açıklanmaktadır.

  • GPON Standartları
    • G.984.3 - Bu belgede Gigabit Uyumlu Pasif Optik Ağ İletim Yakınsama Katmanı Spesifikasyonu açıklanmaktadır.

    • G.984.4 - Bu belgede Gigabit Uyumlu Pasif Optik Ağ ONT Yönetimi ve Kontrol Arabirimi Spesifikasyonu (OMCI) açıklanmaktadır.

      GPON Mimarisi

    GPON OLT, PON bağlantı noktası üzerinden birden fazla ONT sunar. Aşağı akış iletimi, yani OLT'den ONT'a genellikle TDM'dir; oysa yukarı akım trafiği, yani ONT'den OLT'ye olan trafik genellikle TDMA'dır.

    GPON Mimarisi

    PON sistemi simetrik veya asimetrik olabilir. PON ve fiber altyapısı, herhangi bir tek yönlü dağıtım hizmetini desteklemek için de kullanılabilir. Örneğin - Farklı bir dalga boyunda video.

    GPON Fiziksel-Medyaya Bağlı Katman

    G.984.2, GPON sisteminin fiziksel katmanının teknik özelliğidir. Fiziksel katman -

    • Veri hızı açısından optik performans.

    • Fiber optik bileşenlerin sınıfı.

    • Optik gücün zamanlaması ve kontrolü.

    • İleri hata düzeltmesi.

    Optik sistemin temel gereksinimlerinden biri, optik sinyali beklenen aralığa genişletmek için yeterli kapasiteye sahip bileşenler sağlamaktır. Güç ve hassasiyete dayanan üç kategori veya bileşen sınıfı vardır. Bileşen sınıfları -

    • A sınıfı optikler: 5 - 20dB

    • B sınıfı optikler: 10 ila 25dB

    • C Sınıfı optikler: 15 - 30dB

    Optik Hat Terminali (OLT)

    OLT, çekirdek ağa doğru hizmet düğümü arabirimini (SNI) (genellikle 1 Gbps ve / veya 10 Gbps Ethernet LAN arabirimleri) sağlar ve GPON'u kontrol eder. OLT üç ana bölümden oluşur -

    • Servis portu arayüz fonksiyonu

    • Çapraz bağlantı fonksiyonu

    • Optik dağıtım ağı (ODN) arayüzü

Aşağıdaki şekilde tipik OLT fonksiyonel blok şeması gösterilmektedir.

OLT Fonksiyonel Blok Diyagramı

PON Çekirdek Kabuğu

PON Çekirdek kabuğu iki kısımdan oluşur. İlk kısım ODN arayüz fonksiyonudur ve kısım PON TC fonksiyonudur. PON TC fonksiyonu OAM, medya erişim kontrolü, çerçeveleme, DBA, çapraz bağlantı fonksiyonu ve ONU yönetimi için protokol veri ünitesinin (PDU) tanımlanmasını içerir.

  • Çapraz bağlanan kabuk - Bu kabuk, PON çekirdek kabuğu ile servis kabuğu arasında bir iletişim yolu sağlar.

  • Servis kabuğu - Bu kabuk, servis arabirimleri ile PON bölümünün TC çerçeve arabirimi arasındaki çeviri içindir.

ONU / ONT

Optik Ağ Birimi (ONU), bağlantı koruma amacıyla tek bir PON arabirimi veya maksimum iki arabirim ile çalışır. Bu iki fiberden herhangi bir lifin kesilmesi durumunda, ONU'ya diğer fiberden erişilebilir. Buna PON koruması veya Bağlantı Koruması denir. Bağlantı koruması, bağlantıyı koruyabilen ve aynı zamanda trafiği de toplayabilen bağlantı toplama olarak da bilinir.

MUX ve DEMUX işlevi, Müşteri cihazlarını PON tarafına bağlar. Optik Ağ Terminali (ONT) tek abone kullanımı için tasarlanmışken, ONU (Optik Ağ Birimi) çoklu abone kullanımı için tasarlanmıştır. Bölücüler, PON'un 128'e kadar ONT veya ONU ile paylaşılmasını sağlar.

Optik Ağ Birimi

ONT / ONU Arayüzleri

Servis ağı arabirimi için yukarı bağlantı tarafında OLT'ye bağlanan optik ağ terminalinde (ONT) birçok kullanıcı-ağ arabirimi bağlantı noktası vardır. Tipik olarak, UNI'ye doğru dört FE / GE portu olacaktır.

  • Konut ONT için UNI Bağlantı Noktaları - Tipik olarak, 10 / 100Base-T Yüksek Hızlı İnternet (HSI) ve IP üzerinden video, RF video yer paylaşımı sistemleri için RF koaksiyel ve VoIP PSTN ses için analog FXS telefon arayüzleri gibi abone servis arayüzleri.

  • Bir işletme için UNI bağlantı noktaları ONT - Yukarıdakilere ek olarak, 10/100 / 100Base-T yönlendiricileri ve L2 / L3 anahtar arabirimleri ve anahtar sistemler için DS1 / E1 PBX de içerebilir.

Optik ağ birimi (ONU) GPON fiber'i sonlandırır ve birden fazla aboneye çok daha fazla kullanıcı ağı arabirimine (UNI) sahiptir. UNI arayüzü ADSL2 +, VDSL2, Güç Hattı, MoCA veya HPNA ve aboneye olan mesafe olabilir (10/100 Base-T, 100 m ile sınırlıdır, 330 ft.).

Arabirim bağlantı noktalarının türüne göre, UN UNI bir abone CPE ekipmanına doğrudan bağlanamayabilir. Bu durumda, BM UNI, abonenin son yerine yerleştirilen bir ağ sonlandırmasına (NT) bağlanır. NT, PC, Kablosuz Yönlendirici, Telefon, IP Video Set Üstü Kutusu veya Set Üstü Kutusu, RF Video vb. Gibi abonenin CPE ekipmanını sonlandırır.

Temel olarak, bir ONT, bir ONU ve NT'nin işlevini tek bir cihazda birleştirir. İkisinin bu kombinasyonu; birlikte ONT'yi yerel ve tek aileli, küçük ve orta ölçekli işletmelere GPON hizmetleri sağlamak için en uygun maliyetli çözüm haline getirir. Bununla birlikte, kampüste bir öğrenci, pansiyonlar, okullar, kolejler, hastaneler veya CAT-5 bakır kablosunun bulunduğu şirket ofisleri olarak bir müşteri döşenirse, ONU daha uygun bir çözüm olarak hizmet edebilir.

Optik Dağıtım Ağı

Tek modlu optik fiber ve kablodan oluşan GPON ODN; fiber optik şerit kablolar, ekler, optik konektörler, pasif optik ayırıcılar ve pasif dallanma bileşenleri çok pasiftir.

Optik Dağıtım Ağı

ODN optik ayırıcılar, tekli fiberi farklı binalara ve bireysel evlere giden çoklu fiberlere böler. Ayırıcılar ODN'deki herhangi bir yere, Merkez Ofis (CO) / Yerel Borsadan (LE) müşteri tesislerine yerleştirilebilir ve herhangi bir boyutta olabilir. Ayırıcılar [n: m] olarak belirtilir; burada 'n' girdi sayısı (OLT'a doğru) = 1 veya 2'dir ve 'm' çıkış sayısıdır (ONT'a doğru) = 2,4,8,16 , 32,64.

GPON Çoklama / Çerçeveleme

GPON çoğullama veya çerçeveleme aşağıdaki faktörlerle açıklanmaktadır.

GPON Kapsülleme Yöntemi (GEM)

Belirtilen GPON iletim yakınsama katmanındaki veri taşıma şemasıdır. GEM, veri hizmetlerinin pasif optik ağ (PON) üzerinden taşınması için bağlantıya yönelik, değişken uzunlukta bir çerçeveleme mekanizması sağlar. GEM, OLT'deki hizmet düğümü arabirimi türünden ve ONU'lardaki UNI arabirimi türlerinden bağımsız olacak şekilde tasarlanmıştır.

Akışaşağı Trafik (ONU / ONT'a doğru OLT)

Aşağı akım trafiği için, trafik çoğullama fonksiyonları OLT'de merkezileştirilir. OLT tarafından ayrı ayrı mantıksal bağlantılara atanan 12 bitlik bir sayı biçimindeki bir GEM Bağlantı Noktası Kimliği, farklı aşağı akış mantıksal bağlantılarına ait GEM çerçevelerini tanımlar. Her ONU, aşağı akış GEM çerçevelerini GEM Bağlantı Noktası Kimliklerine göre filtreler ve yalnızca ONU'ya ait GEM çerçevelerini işler.

Akış Sonrası Trafik

Yukarı Akım Trafiği (OLT yönünde ONU / ONT)

ONU içindeki trafik taşıyan varlıklara OLT tarafından yukarı akış iletim fırsatı (veya bant genişliği tahsisi) verilir. Bu trafik taşıyan varlıklar, tahsis kimlikleri (Alloc-IDs) ile tanımlanır. Tahsis tanımlayıcısı (Alloc-ID), OLT'nin trafik taşıyan bir varlığı tanımlamak için bir ONU'ya atadığı 12 bitlik bir sayıdır. ONU içinde yukarı akış bant genişliği tahsislerinin alıcısıdır.

Farklı Alloc-ID'lere bant genişliği tahsisleri, aşağı akışta iletilen bant genişliği haritalarında OLT tarafından belirtildiği gibi zamanla çoğullanır. Her bant genişliği tahsisinde, ONU, farklı yukarı akış mantıksal bağlantılarına ait GEM çerçevelerini tanımlamak için GEM Bağlantı Noktası Kimliğini bir çoğullama anahtarı olarak kullanır.

Bir İletim kabı (T-CONT), bir grup mantıksal bağlantıyı temsil eden bir ONU nesnesidir. PON'da yukarı akış bant genişliği ataması amacıyla tek bir varlık olarak görünür. Haritalama şemasına bağlı olarak, servis trafiği farklı GEM portlarına ve ardından farklı T-CONT'lara taşınır.

GEM bağlantı noktası ile T-CONT arasındaki eşleme esnektir. Bir GEM Portu bir T-CONT'a karşılık gelebilir; veya birden fazla GEM Portu aynı T-CONT'a karşılık gelebilir.

Yukarı Akım Trafiği

G-PON Şanzıman Yakınsama Katmanı (GTC)

G-PON protokol paketinin fiziksel ortama bağımlı (PMD) katman ile G-PON istemcileri arasında konumlandırılmış bir protokol katmanı. GTC katmanı, GTC çerçeveleme alt katmanı ve GTC adaptasyon alt katmanından oluşur.

Aşağı yönde GEM çerçeveleri, tüm ONU'lara gelen GTC yükünde taşınır. ONU çerçeveleme alt katmanı çerçeveleri çıkarır ve GEM TC bağdaştırıcısı, çerçeveleri 12 bitlik Bağlantı Noktası Kimliğine göre filtreler. GEM istemcisi işlevine yalnızca uygun Bağlantı Noktası Kimlikleri olan çerçevelere izin verilir.

Giriş yönünde GEM trafiği bir veya daha fazla T-CONT üzerinden taşınır. OLT, T-CONT ile ilişkili iletimi alır ve çerçeveler GEM TC adaptörüne ve ardından GEM istemcisine iletilir.

GTC Katman Çerçeveleme

Aşağı akış çerçevesi 125 mikrosaniye süreye sahiptir ve 38880 bayt uzunluğundadır, bu da aşağı akış veri hızına 2.48832 Gbit / sn karşılık gelir. Akış yönündeki GTC çerçevesi, akış yönündeki fiziksel kontrol bloğundan (PCBd) ve GTC yük bölümünden oluşur.

GPON İletim Yakınsama çerçeveleri her zaman 125 Msn uzunluğundadır -

  • 1244,16 oranı için 19440 bayt / çerçeve

  • 2488,32 oranı için 38880 bayt / çerçeve

Her GTC çerçevesi, aşağı akış + yük yükünden oluşan Fiziksel Kontrol Bloğundan oluşur

  • PCBd, senkronizasyon, OAM, DBA bilgisi vb. İçerir.

Yükün ATM ve GEM bölümleri olabilir (bir veya her ikisi)

GTC Katman Çerçeveleme

Giriş yönü GTC çerçeve süresi 125 μs'dir. 1.24416 Gbit / s yukarı bağlantısına sahip G-PON sistemlerinde, yukarı akış GTC çerçeve boyutu 19.440 bayttır. Her yukarı akış çerçevesi, bir veya daha fazla ONU'dan gelen bir dizi iletim patlaması içerir.

Her bir yukarı akış iletim patlaması, bir yukarı akış fiziksel katman tepegöz (PLOu) bölümü ve ayrı ayrı Alloc-ID'lerle ilişkili bir veya daha fazla bant genişliği tahsis aralığı içerir. Aşağı akım GTC çerçevesi, PON için ortak zaman referansını ve yukarı akış için ortak kontrol sinyalini sağlar.

GPON Yükleri

GTC yükünün potansiyel olarak iki bölümü vardır -

  • ATM bölümü (Alen * 53 bayt uzunluğunda)

  • GEM bölümü (şimdi tercih edilen yöntem)

GPON Yükleri

ATM Bölümü

ATM bölümü aşağıdaki özelliklere sahiptir.

  • Alen (12 bit) PCBd'de belirtilmiştir.

  • Alen, ATM bölümündeki 53B hücre sayısını belirtir.

  • Alen = 0 ise ATM bölümü yoktur.

  • Alen = yük uzunluğu / 53 ise, GEM bölümü yoktur.

  • ATM hücreleri GTC çerçevesine hizalanır.

  • ONU'lar ATM başlığındaki VPI tabanlı ATM hücrelerini kabul eder.

GEM Bölümü

GEM bölümü aşağıdaki özelliklere sahiptir.

  • ATM hücrelerinin aksine, GEM ile tanımlanmış çerçevelerin herhangi bir uzunluğu olabilir.

  • GEM bölümünde herhangi bir sayıda GEM çerçevesi bulunabilir.

  • ONU'lar GEM başlığındaki 12b Port-ID'ye dayalı GEM çerçevelerini kabul eder.

GPON Kapsülleme Modu

BPON'a karşı yaygın bir şikayet, ATM hücre vergisi nedeniyle verimsizlikti. GEM, ATM'ye benzer. Sabit boyutlu HEC korumalı başlığa sahiptir. Ancak, değişken uzunluklu karelere izin vererek büyük ek yükü önler. GEM geneldir - herhangi bir paket türü (ve hatta TDM) desteklenir. GEM parçalanma ve yeniden montajı destekler.

GEM, GFP'yi temel alır ve başlık aşağıdaki alanları içerir -

  • Yük Uzunluğu Göstergesi - Bayt cinsinden yük uzunluğu.

  • Bağlantı Noktası Kimliği - hedef ONU'yu tanımlar.

  • Yük Tipi Göstergesi (GEM OAM, tıkanıklık / parçalanma göstergesi).

  • Başlık Hatası Düzeltme alanı (BCH (39,12,2) kodu + 1b çift parite)

GEM başlığı iletimden önce B6AB31E055 ile XOR'lanmıştır.

GEM üzerinden Ethernet / TDM

Ethernet trafiğini GEM üzerinden taşırken

  • Yalnızca MAC çerçevesi kapsüllenir (başlangıç eki, SFD, EFD yok)

  • MAC çerçevesi parçalanmış olabilir (bir sonraki slayta bakın).

GEM üzerinden Ethernet

TDM trafiğini GEM üzerinden taşırken -

  • TDM giriş arabelleği her 125 Msn'de bir yoklanır.

  • Yük alanına PLI baytları TDM eklenir.

  • TDM fragmanının uzunluğu frekans ofseti nedeniyle ± 1 Byte kadar değişebilir.

  • Gidiş-dönüş gecikmesi 3 milisaniye ile sınırlandırılmıştır.

GEM Üzerinden Ethernet

GEM üzerinden TDM

GEM Üzerinden TDM

GEM yükünü parçalayabilir. Örneğin, aşağıdaki çizimde gösterildiği gibi Parçalanmamış Ethernet çerçevesi.

Parçalanmamış Ethernet Çerçevesi

Aşağıdaki şekilde Parçalanmış Ethernet çerçevesi gösterilmektedir.

Parçalanmış Ethernet çerçevesi.

GEM, aşağıdaki iki nedenden biriyle yükleri parçalara ayırır -

Sebep 1 - GEM çerçevesi GTC çerçevesinin üzerinde olmayabilir.

GEM parçaları yükleri Sebep 1

Sebep 2 - GEM çerçevesi gecikmeye duyarlı veriler için önceden harcanmış olabilir.

GEM parça yükleri Sebep 2

GPON Şifrelemesi

OLT, sayaç modunda AES-128 kullanarak şifreler. Yalnızca yük şifrelenir (ATM veya GEM başlıkları değil). Şifreleme blokları GTC çerçevesine hizalanır. Sayaç OLT ve tüm ONU'lar tarafından aşağıdaki gibi paylaşılır -

  • 46b = 16b çerçeve içi + 30 bit çerçeve içi.

  • Çerçeve içi sayaç her 4 veri baytını artırır.

  • DS GTC çerçevesinin başında sıfıra sıfırlayın.

OLT ve her ONU benzersiz bir simetrik anahtar üzerinde anlaşmalıdır. OLT, ONU'dan bir şifre ister (PLOAMd'da). ONU açık bir şekilde ABD şifresini gönderir (PLOAMu'da) -

  • Anahtar sağlamlık için 3 kez gönderildi

OLT, ONU'ya yeni anahtar kullanmaya başlamak için kesin zamanı bildirir.

QoS - GPON

GPON, QoS'ye açık davranır. Sabit uzunluklu çerçeveler, zamana duyarlı uygulamalar için QoS'yi kolaylaştırır. 5 tip İletim Konteyneri vardır -

  • Tip 1 - sabit BW.

  • Tip 2 - garantili BW.

  • Tip 3 - tahsis edilen BW + teminatsız BW.

  • Tip 4 - en iyi çaba.

  • Tip 5 - yukarıdakilerin hepsinin üst kümesi.

GEM birkaç PON katmanı QoS özelliği ekler -

  • Parçalanma, büyük düşük öncelikli karelerin önceden boşaltılmasını sağlar.

  • PLI - açık paket uzunluğu kuyruk algoritmaları tarafından kullanılabilir.

  • PTI bitleri tıkanıklık belirtileri taşır.

Bir sonraki bölümde Ethernet Pasif Optik Ağın ne olduğunu anlayacağız.

Bir çift:D38999 Tip Fiber Optik Konektörler Sonraki:EDFA