FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) je optický systém pre prístupové siete založený na špecifikáciách ITU-T série G.984. Poskytuje dosah 20 km s optickým rozpočtom 28 dB (zobrazené na nasledujúcom obrázku) pomocou optiky triedy B + s deliacim pomerom 1:32.
Systém GPON podporuje nasledujúce sadzby -
Proti prúdu 155 Mbps, po prúde 1,24416 Gbps
Upstream 622 Mbps, downstream 1,24416 Gbps
1.24416 Gbps proti prúdu, 1.24416 Gbps po prúde
155 Mbit / s vyššie, 2,48832 Gb / s po prúde
O 622 Mb / s vyššie, o 2,48832 Gb / s
1,24416 Gbps hore, 2,48832 Gbps po prúde
2,48832 Gbps hore, 2.48832 Gbps downstream
GPON podporuje zapuzdrenie ATM aj GEM. GEM (GPON Encapsulation Method) podporuje natívny TDM aj Data.
Funkcie GPON
Táto vývojová technológia je založená na BPON GEM. Nasledujú jeho vlastnosti -
Prenos po prúde
2,4 Gbps
BW na jeden ONT stačí na napájanie viacerých signálov HDTV
QOS umožňuje prenos citlivý na oneskorenie (hlas)
Prúdový prenos
1,24 Gbps
Môže byť zaručená minimálna BW
Nepoužité časové úseky môžu byť priradené ťažkým používateľom
QoS umožňuje oneskoriť citlivú komunikáciu (hlas)
Prečo GPON?
Spoločnosť GPON poskytuje riešenia integrovaných služieb, ako napríklad -
Podporuje služby Triple Play.
Aby sa prerušila prekážka v prístupe cez skrútené dvojlinky, podporuje prenos s veľkou šírkou pásma.
Znižuje počet sieťových uzlov.
Podporuje pokrytie služieb až do 20 km.
Štandardy GPON
Normy GPON sú postavené na predchádzajúcich špecifikáciách BPON. Špecifikácie sú -
G.984.1 - Tento dokument popisuje všeobecné charakteristiky pasívnej optickej siete schopnej gigabitovej siete.
G.984.2 - Tento dokument popisuje špecifikáciu vrstvy závislej na pasívnej optickej sieti s pasívnou optickou sieťou.
G.984.3 - Tento dokument popisuje špecifikáciu pasívnej optickej sieťovej prenosovej prenosovej konvergenčnej vrstvy.
G.984.4 - Tento dokument opisuje správu ONT a špecifikáciu ovládacieho rozhrania ONT (OMCI) pasívnej optickej siete schopnej gigabitovej siete.
Architektúra GPON
GPON OLT obsluhuje cez port PON viacero ONT. Následný prenos, tj z OLT na ONT je obvykle TDM; zatiaľ čo predradená prevádzka, tj z ONT na OLT, je zvyčajne TDMA.
Systém PON môže byť symetrický alebo asymetrický. Infraštruktúra PON a optická vlákna sa môžu tiež použiť na podporu akejkoľvek jednosmernej distribučnej služby. Napríklad - Video s inou vlnovou dĺžkou.
Vrstva závislá od fyzických médií GPON
G.984.2 je špecifikácia fyzickej vrstvy systému GPON. Fyzická vrstva sa zameriava na oblasti, ako napríklad -
Optický výkon z hľadiska rýchlosti prenosu dát.
Trieda komponentov z optických vlákien.
Načasovanie a riadenie optického výkonu.
Oprava chýb vpred.
Jednou zo základných požiadaviek optického systému je poskytnúť komponenty s dostatočnou kapacitou na rozšírenie optického signálu na očakávaný rozsah. Existujú tri kategórie alebo triedy komponentov, ktoré sú založené na výkone a citlivosti. Triedy komponentov sú -
Optika triedy A: 5 až 20 dB
Optika triedy B: 10 až 25 dB
Optika triedy C: 15 až 30 dB
Konektor optickej linky (OLT)
OLT poskytuje rozhranie servisného uzla (SNI) (typicky 1 Gbps a / alebo 10 Gbps Ethernet LAN rozhrania) smerom k základnej sieti a riadi GPON. OLT pozostáva z troch hlavných častí -
Funkcia rozhrania servisného portu
Funkcia krížového pripojenia
Rozhranie optickej distribučnej siete (ODN)
Nasledujúci obrázok ukazuje typický OLT funkčný blokový diagram.
PON Core Shell
PON Core shell sa skladá z dvoch častí. Prvá časť je funkciou rozhrania ODN a časť je funkciou PON TC. Funkcia PON TC zahŕňa OAM, riadenie prístupu k médiám, rámovanie, DBA, vymedzenie dátovej jednotky protokolu (PDU) pre funkciu krížového pripojenia a pre správu ONU.
Kríž krížového spojenia - tento shell poskytuje komunikačnú cestu medzi jadrom jadra PON a plášťom služieb.
Servisná schránka - táto schránka slúži na preklad medzi servisnými rozhraniami a rozhraním rámca TC v časti PON.
ONU / ONT
Jednotka optickej siete (ONU) pracuje s jediným rozhraním PON alebo s maximálne dvoma rozhraniami na účely ochrany spojenia. V prípade, že dôjde k odrezaniu ktoréhokoľvek vlákna z týchto dvoch vlákien, k ONU sa dá pristupovať prostredníctvom iného vlákna. Nazýva sa to ochrana PON alebo ochrana odkazov. Ochrana odkazov je známa aj ako agregácia odkazov, ktorá môže odkaz chrániť a súčasne môže agregovať aj prenos.
Služba MUX a DEMUX spája zariadenia zákazníka so stranou PON. Optický sieťový terminál (ONT) je určený na použitie jedným účastníkom, zatiaľ čo ONU (optická sieťová jednotka) je určený na použitie viacerými účastníkmi. Rozbočovače umožňujú zdieľanie PON až 128 ONT alebo ONU.
Rozhrania ONT / ONU
Terminál optickej siete (ONT), ktorý je pripojený k OLT na strane uplink pre rozhranie servisnej siete, má veľa portov rozhrania užívateľskej siete. Zvyčajne budú existovať štyri porty FE / GE smerom k UNI.
Porty UNI pre rezidenčné ONT - Rozhrania predplatiteľov služieb, ako sú vysokorýchlostný internet 10 / 100Base-T vysokorýchlostný internet (HSI) a video cez IP, vysokofrekvenčný koaxiálny systém pre vysokofrekvenčné obrazové systémy a telefónne rozhrania FXS analógové pre hlas VoIP PSTN.
UNI porty pre podnikové ONT - Okrem vyššie uvedeného môžu tiež obsahovať rozhrania prepínačov 10/100 / 100Base-T a prepínače L2 / L3 a PB1 pre ústredne DS1 / E1.
Jednotka optickej siete (ONU) ukončí vlákno GPON a má oveľa viac používateľského sieťového rozhrania (UNI) pre viacerých účastníkov. Rozhranie UNI môže byť ADSL2 +, VDSL2, elektrické vedenie, MoCA alebo HPNA a vzdialenosť k účastníkovi (10/100 Base-T je obmedzená na 100 m, čo je 330 stôp).
Podľa typu portov rozhrania sa UN UNI nemusí dať pripojiť priamo k predplatiteľskému zariadeniu CPE. V tomto prípade sa UNI pripojí na sieťové zakončenie (NT), ktoré je umiestnené na konečnom mieste účastníka. NT ukončí zariadenie CPE predplatiteľa, ako napríklad počítač, bezdrôtový smerovač, telefón, IP video set-top box alebo set-top box, RF video atď.
ONT v podstate kombinuje funkciu ONU a NT v jednom zariadení. Táto kombinácia týchto dvoch; Spoločne ONT predstavuje nákladovo najefektívnejšie riešenie na poskytovanie služieb GPON miestnym a rodinným, malým a stredným podnikom. Ak je však klient v kampuse ako študenti, hostely, školy, vysoké školy, nemocnice alebo podnikové kancelárie, kde je už položený medený kábel CAT-5, ONU môže slúžiť ako vhodnejšie riešenie.
Optická distribučná sieť
GPON ODN pozostávajúci z optického vlákna a kábla v jednom režime; káble, spoje, optické konektory, pasívne optické rozbočovače a komponenty pasívneho vetvenia sú veľmi pasívne.
Optické rozbočovače ODN rozdeľujú jednotlivé vlákna do viacerých vlákien smerujúcich do rôznych budov a jednotlivých domácností. Rozbočovače môžu byť umiestnené na ľubovoľnom mieste v ODN, od centrálnej kancelárie (CO) / miestnej výmeny (LE) do priestorov zákazníka a môžu mať akúkoľvek veľkosť. Rozbočovače sú označené ako [n: m], kde 'n' je počet vstupov (smerom k OLT) = 1 alebo 2 a 'm' je počet výstupov (smerom k ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
Multiplexovanie / rámovanie GPON
Multiplexovanie alebo rámovanie GPON je vysvetlené s nasledujúcimi faktormi.
Metóda zapuzdrenia GPON (GEM)
Je to schéma prenosu údajov v špecifikovanej prenosovej konvergenčnej vrstve GPON. GEM poskytuje spojovací, variabilný dĺžkový rámovací mechanizmus na prenos dátových služieb cez pasívnu optickú sieť (PON). GEM je navrhnutý tak, aby bol nezávislý od typu rozhrania servisného uzla na OLT, ako aj od typov rozhraní UNI na ONU.
Prúd po prúde (OLT smerom k ONU / ONT)
Pre následný prenos sú funkcie multiplexovania prenosu centralizované v OLT. GEM Port-ID vo forme 12-bitového čísla priradeného OLT jednotlivým logickým pripojeniam identifikuje GEM rámce, ktoré patria k rôznym downstream logickým pripojeniam. Každá ONU filtruje následné GEM rámce na základe ich GEM Port-ID a spracováva iba GEM rámce, ktoré patria do ONU.
Prúdová komunikácia (ONU / ONT smerom na OLT)
Subjekty prevádzkujúce prenos v rámci ONU poskytuje OLT predradenú prenosovú príležitosť (alebo pridelenie šírky pásma). Tieto subjekty nesúvisiace s prevádzkou sú identifikované ID pridelenia (Alloc-ID). Identifikátor pridelenia (Alloc-ID) je 12-bitové číslo, ktoré OLT priradí ONU na identifikáciu dopravnej jednotky. Je príjemcom upstream pridelenia šírky pásma v rámci ONU.
Priradenia šírky pásma k rôznym Alloc-ID sú multiplexované v čase, ako je stanovené OLT v mapách šírky pásma vysielaných po prúde. V rámci každého pridelenia šírky pásma ONU používa GEM Port-ID ako multiplexný kľúč na identifikáciu GEM rámcov, ktoré patria k rôznym upstream logickým pripojeniam.
Prepravný kontajner (T-CONT) je objekt ONU predstavujúci skupinu logických spojení. Zdá sa, že ide o jedinú entitu na účely priradenia šírky pásma v smere toku na PON. Na základe mapovacej schémy sa prevádzka služieb prenáša do rôznych portov GEM a potom do rôznych T-CONT.
Mapovanie medzi portom GEM a T-CONT je flexibilné. Port GEM môže zodpovedať T-CONT; alebo viac portov GEM môže zodpovedať rovnakému T-CONT.
Transmisná vrstva G-PON (GTC)
Protokolová vrstva súpravy protokolov G-PON, ktorá je umiestnená medzi vrstvou závislou na fyzických médiách (PMD) a klientmi G-PON. GTC vrstva sa skladá z GTC rámcovej podvrstvy a GTC podvrstvy na prispôsobenie.
V smere po prúde sú rámce GEM prenášané v užitočnom zaťažení GTC, ktoré dospeje k všetkým ONU. Rámcová podvrstva ONU extrahuje snímky a adaptér GEM TC filtruje snímky na základe ich 12-bitového ID portu. Do funkcie klienta GEM sú povolené iba snímky s príslušnými identifikátormi portov.
V smere proti prúdu sa prevádzka GEM prenáša cez jeden alebo viac T-CONT. OLT prijíma prenos spojený s T-CONT a rámce sa posielajú do adaptéra GEM TC a potom do klienta GEM.
Rámovanie GTC vrstiev
Rámec po prúde má trvanie 125 mikrosekúnd a je 38880 bajtov dlhý, čo zodpovedá dátovej rýchlosti po prúde 2,48832 Gbit / s. Rámec GTC po prúde sa skladá z fyzického riadiaceho bloku po prúde (PCBd) a sekcie užitočného zaťaženia GTC.
Konvergenčné rámce prenosu GPON sú vždy dlhé 125 ms -
19440 bajtov / rámec pre rýchlosť 1244,16
38880 bajtov / rámec pre rýchlosť 2488,32
Každý rámec GTC sa skladá z fyzického kontrolného bloku po prúde + užitočné zaťaženie
PCBd obsahuje informácie o synchronizácii, OAM, DBA atď.
Užitočné zaťaženie môže mať oddiely ATM a GEM (jeden alebo oba)
Trvanie rámca GTC proti smeru toku je 125 μs. V systémoch G-PON s uplinkom 1,24416 Gbit / s je veľkosť rámca GTC proti smeru toku 19,440 bajtov. Každý horný rámec obsahuje určitý počet prenosových impulzov pochádzajúcich z jednej alebo viacerých ONU.
Každý prenosový zhluk proti smeru toku obsahuje sekciu fyzickej vrstvy nad hlavou (PLOu) proti smeru toku a jeden alebo viac intervalov prideľovania šírky pásma spojených s jednotlivými Alloc-ID. Rámec GTC po prúde poskytuje spoločnú časovú referenciu pre PON a spoločnú riadiacu signalizáciu pre proti prúdu.
Užitočné zaťaženie GPON
Užitočné zaťaženie VOP má potenciálne dve sekcie -
Oblasť ATM (dĺžka Alen * 53 bajtov)
Oblasť GEM (teraz preferovaná metóda)
Oddiel ATM
Oddiel ATM má nasledujúce charakteristiky.
Alen (12 bitov) je uvedený v PCBd.
Alen určuje počet 53B buniek v oblasti ATM.
Ak Alen = 0, potom žiadny oddiel ATM.
Ak Alen = dĺžka užitočného zaťaženia / 53, potom žiadny oddiel GEM.
Bunky ATM sú zarovnané s rámcom GTC.
ONU akceptujú bunky ATM založené na VPI v hlavičke ATM.
Oddiel GEM
Oddiel GEM má nasledujúce charakteristiky.
Na rozdiel od buniek ATM môžu mať vymedzené snímky GEM ľubovoľnú dĺžku.
V oddiele GEM sa môže nachádzať ľubovoľný počet rámcov GEM.
ONU akceptujú snímky GEM založené na 12b Port-ID v hlavičke GEM.
Režim zapuzdrenia GPON
Bežnou sťažnosťou proti spoločnosti BPON bola neefektívnosť v dôsledku dane z buniek ATM. GEM je podobný bankomatu. Má záhlavie chránené HEC s konštantnou veľkosťou. Vyhýba sa však veľkým režijným nákladom tým, že povoľuje snímky s premenlivou dĺžkou. GEM je všeobecný - podporovaný je akýkoľvek typ paketu (a dokonca aj TDM). GEM podporuje fragmentáciu a opätovné zostavenie.
GEM je založený na GFP a hlavička obsahuje nasledujúce polia -
Indikátor dĺžky užitočného zaťaženia - dĺžka užitočného zaťaženia v bajtoch.
ID portu - identifikuje cieľovú ONU.
Indikátor typu užitočného zaťaženia (GEM OAM, indikácia preťaženia / fragmentácie).
Pole korekcie chýb hlavičky (kód BCH (39,12,2) + parita 1b)
Hlavička GEM je pred prenosom XOR'ed s B6AB31E055.
Ethernet / TDM cez GEM
Pri prenose Ethernetového prenosu cez GEM
Zapuzdrený je iba rámec MAC (bez preambuly, SFD, EFD)
Rám MAC môže byť fragmentovaný (pozri nasledujúci obrázok).
Ethernet cez GEM
Pri doprave TDM cez GEM -
Vstupná vyrovnávacia pamäť TDM bola vyzvaná každých 125 ms.
PLI bajty TDM sa vkladajú do poľa užitočného zaťaženia.
Dĺžka TDM fragmentu sa môže líšiť o ± 1 bajt kvôli frekvenčnému posunu.
Spätná väzba ohraničená 3 ms.
TDM nad GEM
GEM môže fragmentovať svoje užitočné zaťaženie. Napríklad, fragmentovaný Ethernetový rámec, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku.
Nasledujúci obrázok zobrazuje fragmentovaný ethernetový rámec.
GEM fragmentuje užitočné zaťaženie z jedného z týchto dvoch dôvodov -
Dôvod 1 - Rámec GEM nesmie rámik GTC obkročiť.
Dôvod 2 - Pre údaje citlivé na oneskorenie môže byť vyradený rámec GEM.
Šifrovanie GPON
OLT šifruje pomocou AES-128 v režime počítadla. Šifrované je iba užitočné zaťaženie (nie hlavičky ATM alebo GEM). Šifrovacie bloky sú zarovnané s rámcom GTC. Počítadlo je zdieľané OLT a všetkými ONU nasledovne -
46b = 16b v rámci snímky + 30 bitov v rámci snímky.
Počítadlo v rámci snímky zvyšuje každé 4 dátové bajty.
Reset na nulu na začiatku rámca DS GTC.
OLT a každá ONU sa musia dohodnúť na jedinečnom symetrickom kľúči. OLT žiada ONU o heslo (v PLOAMd). ONU pošle heslo USA jasne (v PLOAMu) -
Kľúč bol poslaný trikrát kvôli robustnosti
OLT informuje ONU o presnom čase začiatku používania nového kľúča.
QoS - GPON
Spoločnosť GPON explicitne zaobchádza s QoS. Rámčeky s konštantnou dĺžkou uľahčujú QoS pre aplikácie citlivé na čas. Existuje 5 typov prepravných kontajnerov -
Typ 1 - pevná BW.
Typ 2 - zaistená BW.
Typ 3 - pridelené BW + nezabezpečené BW.
Typ 4 - najlepšie úsilie.
Typ 5 - superset všetkých vyššie uvedených.
GEM pridáva niekoľko funkcií QoS vrstvy PON -
Fragmentácia umožňuje predísť veľkým rámcom s nízkou prioritou.
PLI - explicitná dĺžka paketu sa môže použiť pomocou algoritmov zaradenia do frontu.
Bity PTI nesú indikáciu preťaženia.
