FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) je optični sistem za dostopna omrežja, ki temelji na specifikacijah ITU-T serije G.984. Z optičnim proračunom 28 dB (prikazanim na naslednji sliki) lahko dosežete 20 km dosega z uporabo optike razreda B + z razmerjem delitve 1:32.
GPON sistem podpira naslednje stopnje -
155 Mbps navzgor, 1.24416 Gbps navzdol
622 Mbps navzgor, 1.24416 Gbps navzdol
1.24416 Gbps navzgor, 1.24416 Gbps navzdol
155Mbps navzgor, 2.48832 Gbps navzdol
622 Mbps gor, 2.48832 Gbps navzdol
1.24416 Gbps navzgor, 2.48832 Gbps navzdol
2.48832 Gbps navzgor, 2.48832 Gbps navzdol
GPON podpira tako ATM kot GEM enkapsulacijo. GEM (metoda enkapsulacije GPON) podpira izvorne TDM in podatke.
Funkcije GPON
Ta evolucijska tehnologija temelji na BPON GEM. Sledijo njegove značilnosti -
Spodnji prenos
2,4 Gbps
BW za en ONT zadostuje za napajanje več HDTV signalov
QOS omogoča zakasnitev prometa (glasovno)
Prenos navzgor
1,24 Gbps
Zagotoviti je mogoče minimalno BW
Neizkoriščenim časovnim režam lahko dodelite težke uporabnike
QoS omogoča zakasnitev občutljivega prometa (glas)
Zakaj GPON?
GPON ponuja rešitev za integrirane storitve, kot so -
Podpira storitve Triple Play.
Če želite razbiti oviro pasovne širine dostopa po kablih zvitega para, podpira prenos visoke pasovne širine.
Zmanjša omrežja vozlišča.
Podpira pokritost storitev do 20 km.
GPON standardi
Standardi GPON temeljijo na prejšnjih specifikacijah BPON. Specifikacije so -
G.984.1 - Ta dokument opisuje splošne značilnosti Gigabitno sposobne pasivne optične mreže.
G.984.2 - Ta dokument opisuje specifikacijo plasti gigabitne pasivne optične mreže, ki je odvisna od fizičnega medija.
G.984.3 - Ta dokument opisuje specifikacijo konvergenčnega nivoja prenosnega optičnega omrežja s gigabitno zmogljivostjo.
G.984.4 - Ta dokument opisuje specifikacijo ONT upravljanja in nadzornega vmesnika za upravljanje in nadzor nad OMT Gigabit, ki je sposobna gigabit.
GPON Arhitektura
GPON OLT služi več ONT-jev skozi vrata PON. Prenos navzdol, tj. Iz OLT na ONT, je običajno TDM; ker je zgornji promet, tj. od ONT do OLT, običajno TDMA.
PON sistem je lahko simetričen ali asimetričen. PON in infrastruktura vlaken se lahko uporabljata tudi za podporo katere koli enosmerne distribucijske storitve. Na primer - Video z različno valovno dolžino.
GPON fizično-medijski odvisni sloj
G.984.2 je specifikacija fizične plasti sistema GPON. Fizični sloj obravnava področja, kot so -
Optična zmogljivost glede na hitrost prenosa podatkov.
Razred komponent optičnih vlaken.
Čas in nadzor optične moči.
Odpravljanje napak naprej.
Ena osnovnih zahtev optičnega sistema je zagotoviti komponente z zadostno zmogljivostjo za razširitev optičnega signala na pričakovano območje. Obstajajo tri kategorije ali razredi komponent, ki temeljijo na moči in občutljivosti. Razredi komponent so -
Optika razreda A: 5 do 20 dB
Optika razreda B: 10 do 25 dB
Optika razreda C: 15 do 30 dB
Optični linijski terminal (OLT)
OLT ponuja vmesnik storitvenih vozlišč (SNI) (običajno 1 Gbps in / ali 10 Gbps Ethernet LAN vmesniki) proti jedru in nadzoruje GPON. OLT je sestavljen iz treh glavnih delov -
Funkcija vmesnika storitvenih vrat
Funkcija navzkrižne povezave
Vmesnik optičnega distribucijskega omrežja (ODN)
Naslednja slika prikazuje tipični blok diagram OLT.
PON Core Shell
Lupina PON Core je sestavljena iz dveh delov. Prvi del je funkcija vmesnika ODN, del pa funkcija PON TC. Funkcija PON TC vključuje OAM, nadzor dostopa do medijev, okvirjanje, DBA, razmejitev podatkovne enote protokola (PDU) za funkcijo navzkrižne povezave in za upravljanje ONU.
Prekrivna povezava - Ta lupina zagotavlja komunikacijsko pot med jedro PON-ja in servisno lupino.
Storitvena lupina - Ta lupina je namenjena prevajanju med servisnimi vmesniki in vmesnikom TC-okvira v razdelku PON.
ONU / ONT
Optična omrežna enota (ONU) deluje z enim PON vmesnikom ali največ dvema vmesnikoma za zaščito povezav. V primeru, da se katero koli vlakno iz teh dveh vlaken razreže, lahko ONU dostopate prek drugih vlaken. To se imenuje PON zaščita ali zaščita pred povezavo. Zaščita povezav je znana tudi kot združevanje povezav, ki lahko zaščiti povezavo in istočasno lahko združi tudi promet.
Storitveni funkciji MUX in DEMUX povezujeta kupčeve naprave na PON stran. Optični omrežni terminal (ONT) je zasnovan za uporabo enega naročnika, ONU (Optical Networking Unit) pa je zasnovan za večkratno uporabo naročnikov. Cepilniki omogočajo, da se PON deli z do 128 ONT ali ONU.
Vmesniki ONT / ONU
Optični omrežni terminal (ONT), ki je povezan z OLT na gornji strani za vmesnik storitvenega omrežja, ima veliko vmesnikov uporabniškega omrežja. Običajno bodo štiri UN / GE pristanišča proti UNI.
Pristanišča UNI za stanovanjske ONT - Običajno so naročniški storitveni vmesniki, kot so hitri internet 10 / 100Base-T (HSI) in video prek IP, koaksialni RF za prekrivne video sisteme RF in analogni telefonski vmesniki FXS za glas VoST PSTN.
Vrata UNI za podjetja ONT - Poleg naštetega lahko vključujejo tudi 10/100 / 100Base-T usmerjevalnike in vmesnike za stikala L2 / L3 in DS1 / E1 PBX za ključne sisteme.
Optična omrežna enota (ONU) prekine vlakno GPON in ima veliko več uporabniškega omrežnega vmesnika (UNI) za več naročnikov. UNI vmesnik je lahko ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA ali HPNA, oddaljenost do naročnika (10/100 Base-T pa je omejena na 100m, kar je 330 ft.).
Glede na vrsto vmesniških vrat, UNI UNI ne bo mogel neposredno povezati opreme naročnika CPE. V tem primeru se UNI UNI poveže z omrežno prekinitvijo (NT), ki se postavi na končno lokacijo naročnika. NT prekine naročniško opremo CPE, kot so računalnik, brezžični usmerjevalnik, telefon, IP video set-top box ali set-top box, RF Video itd.
V bistvu ONT združuje funkcijo ONU in NT v eni sami napravi. Ta kombinacija obeh; skupaj naredi ONT najbolj stroškovno najučinkovitejšo rešitev za zagotavljanje GPON storitev lokalnim in enodružinskim, malim in srednje velikim podjetjem. Če pa je stranka na kampusu študentje, hostli, šole, fakultete, bolnišnice ali poslovne pisarne, kjer je že položen bakreni kabel CAT-5, lahko ONU služi kot primernejša rešitev.
Optično distribucijsko omrežje
GPON ODN, sestavljen iz enosmernega optičnega vlakna in kabla; trakovi iz optičnih vlaken, kabli, optični konektorji, pasivni optični cepilniki in komponente pasivnega razvejanja so zelo pasivni.
Optični cepilniki ODN delijo posamezno vlakno na več vlaken, ki gredo v različne zgradbe in posamezne domove. Cepilnike je mogoče namestiti na katerem koli mestu v ODN, od centralne pisarne (CO) / lokalne menjalnice (LE) do prostorov za stranke in so lahko poljubne velikosti. Cepilniki so označeni kot [n: m], pri čemer je 'n' število vhodov (proti OLT) = 1 ali 2, 'm' pa število izhodov (proti ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON Multiplexing / okvirjanje
Multipleksiranje ali kadriranje GPON je razloženo z naslednjimi dejavniki.
Metoda kapsulacije GPON (GEM)
Gre za shemo prenosa podatkov v določeni konvergenčni plasti prenosa GPON. GEM zagotavlja mehanizem za okvirjanje s spremenljivo dolžino, usmerjen v povezavo, za prenos podatkovnih storitev po pasivnem optičnem omrežju (PON). GEM je zasnovan tako, da je neodvisen od vrste vmesnika storitvenih vozlišč na OLT in vrst UNI vmesnikov na ONU.
Nizvodni promet (OLT proti ONU / ONT)
Pri nadaljnjem prometu so funkcije multipleksiranja prometa centralizirane v OLT. Identifikacija vrat GEM v obliki 12-bitne številke, ki jo OLT dodeli posameznim logičnim povezavam, identificira okvirje GEM, ki pripadajo različnim logičnim povezavam. Vsak ONU filtrira okvirje GEM navzdol na podlagi svojih identifikacijskih številk vrat GEM in obdeluje samo okvirje GEM, ki pripadajo ONU.
Nadvodni promet (ONU / ONT proti OLT)
Subjekti, ki nosijo promet znotraj ONU, imajo OLT možnost za prenos (ali dodelitev pasovne širine), ki jih dobijo navzgor. Ti subjekti, ki nosijo promet, so identificirani z dodeljenimi ID-ji (Alloc-ID-ji). Identifikator dodelitve (Alloc-ID) je 12-bitno število, ki ga OLT dodeli ONU za identifikacijo subjekta, ki nosi promet. Je prejemnik dodeljevanja pasovne širine zgornjega toka znotraj ONU.
Dodelitve pasovne širine za različne identifikacijske številke Alloc se časovno multiplicirajo, kot določa OLT v zemljevidih pasovne širine, ki se pošljejo navzdol. V vsaki dodelitvi pasovne širine ONU uporablja GEM Port-ID kot multipleksirni ključ za prepoznavanje okvirjev GEM, ki pripadajo različnim logičnim povezavam.
Posoda za prenos (T-CONT) je objekt ONU, ki predstavlja skupino logičnih povezav. Zdi se, da je enotna enota za namen dodelitve pasovne širine na toku PON. Na podlagi sheme preslikave se storitveni promet prenaša v različna vrata GEM in nato v različne T-CONT.
Preslikava med vratom GEM in T-CONT je prilagodljiva. GEM vrata lahko ustrezajo T-CONT; ali več vrat GEM lahko ustrezajo istemu T-CONT.
Konvergenčni pretvorbeni sloj G-PON (GTC)
Protokolska plast nabora protokolov G-PON, ki je nameščena med slojem fizičnega medija (PMD) in odjemalci G-PON. GTC plast je sestavljena iz podlosev za okvirjanje GTC in prilagoditvenega sloja GTC.
V smeri navzdol se okvirji GEM prenašajo v korist GTC, ki prispejo na vse ONU. Pod-sloj za okvirjanje ONU izvleče okvirje in GEM TC adapter filtrira okvirje na podlagi njihovega 12-bitnega Port-ID-ja. Do funkcije odjemalca GEM so dovoljeni samo okviri z ustreznimi ID-ji vrat.
V smeri navzgor se GEM promet prenaša prek enega ali več T-CONT. OLT prejme prenos, povezan s T-CONT, okvirji pa se posredujejo v GEM TC adapter in nato odjemalca GEM.
GTC oblikovanje slojev
Okvir za nadaljnji tok traja 125 mikrosekund in je dolg 38880 bajtov, kar ustreza stopnji prenosa podatkov 2.48832 Gbit / s. Okvir spodnjega toka GTC je sestavljen iz fizičnega krmilnega bloka navzdol (PCBd) in oddelka o uporabni obremenitvi GTC.
Konvergenčni okvir za prenos GPON je vedno dolg 125 Msec -
19440 bajtov / okvir za hitrost 1244,16
38880 bajtov / okvir za hitrost 2488,32
Vsak okvir GTC je sestavljen iz fizičnega nadzornega bloka navzdol + obremenitev
PCBd vsebuje sinhronizacijo, podatke o OAM, podatke o DBA itd.
Payload lahko ima ATM in GEM particije (eno ali oboje)
Dolžina zgornjega okvirja okvirja GTC je 125 μs. V sistemih G-PON s 1.24416 Gbit / s navzgornje povezave je velikost zgornjega okvira GTC 19.440 bajtov. Vsak zgornji okvir vsebuje več razponov prenosa, ki prihajajo iz enega ali več ONU-jev.
Vsako zaporedje prenosa navzdol vsebuje odsek nadzemnega fizičnega sloja (PLOu) in en ali več intervalov razporejanja pasovne širine, povezanih s posameznimi ID-ji Alloc. Okvir GTC za nadaljnji tok zagotavlja skupno časovno referenco za PON in skupno kontrolno signalizacijo za gorvodni tok.
GPON obremenitve
Skupna korist BTC ima dva odseka -
ATM particija (dolžina Alen * 53 bajtov)
GEM particija (zdaj želena metoda)
ATM particija
Razdelek ATM ima naslednje značilnosti.
Alen (12 bitov) je določen v PCBd.
Alen določi število 53B celic na ATM particiji.
Če je Alen = 0, potem ni ATM particije.
Če je Alen = dolžina koristnega bremena / 53, potem nobene GEM particije.
ATM celice so poravnane z okvirjem GTC.
ONU-ji sprejemajo celice bankomatov na podlagi VPI-ja v glavi ATM-a.
GEM particija
GEM particija ima naslednje značilnosti.
Za razliko od ATM celic imajo okvirji z omejenimi elementi GEM lahko poljubno dolžino.
V particiji GEM lahko vsebuje poljubno število okvirjev GEM.
ONU-ji sprejemajo okvirje GEM na podlagi 12b Port-ID v glavi GEM.
GPON Encapsulacijski način
Pogosta pritožba proti BPON-u je bila neučinkovitost zaradi davka na celice na bankomatih. GEM je podoben bankomatu. Ima HEC zaščiteno glavo konstantne velikosti. Vendar pa se izogne velikim režijskim strojem z omogočanjem okvirjev s spremenljivo dolžino. GEM je splošen - podprt je kateri koli paketni paket (in celo TDM). GEM podpira razdrobljenost in ponovno sestavljanje.
GEM temelji na GFP, glava pa vsebuje naslednja polja -
Kazalnik dolžine koristne obremenitve - dolžina koristne obremenitve v bajtih.
ID vrat - identificira ciljni ONU.
Indikator vrste koristne obremenitve (GEM OAM, indikacija zastoja / fragmentacije).
Polje za odpravo napake glave (koda BCH (39,12,2) + enakomerna parnost 1b)
Pred prenosom je glava GEM XOR'ed z B6AB31E055.
Ethernet / TDM prek GEM-a
Pri prenosu Ethernet prometa preko GEM
Zaokrožen je samo okvir MAC (brez preambule, SFD, EFD)
Okvir MAC je lahko razdrobljen (glej naslednji diapozitiv).
Ethernet prek GEM-a
Pri prenosu TDM prometa preko GEM -
TDM vhodni medpomnilnik se opravi na vsakih 125 Msec.
PLI bajti TDM so vstavljeni v polje koristne obremenitve.
Dolžina delca TDM se lahko zaradi odmika frekvence spreminja za ± 1 bajt.
Latenca v smeri vrnitve, omejena s 3 msec.
TDM nad GEM
GEM lahko razdrobi svojo obremenitev. Na primer, razdrobljen ethernetni okvir, kot je prikazano na naslednji sliki.
Naslednja slika prikazuje fragmentiran Ethernet okvir.
Izdelki GEM odlomkov iz katerega koli od naslednjih dveh razlogov -
Razlog 1 - Okvir GEM morda ne bo nasedel okvirju GTC.
Razlog 2 - Za podatke, ki so občutljivi na zamudo, se lahko uporabi GEM okvir.
Šifriranje GPON-a
OLT v načinu števca šifrira uporabo AES-128. Šifrirana je samo koristna obremenitev (ne glave ATM ali GEM). Šifrirni bloki so poravnani z okvirom GTC. OLT in vsi ONU delijo števec, kot sledi -
46b = 16b znotraj okvira + 30 bitov znotraj okvira.
Povečanje števila znotraj okvira vsakih 4 podatkovnih bajtov.
Ponastavite na nič na začetku okvira DS GTC.
OLT in vsak ONU se morata dogovoriti o edinstvenem simetričnem ključu. OLT prosi ONU za geslo (v PLOAMd). ONU pošlje geslo ZDA na jasnem (v PLOAMu) -
Ključ je bil poslan 3-krat zaradi robustnosti
OLT obvesti ONU o natančnem času, da začne uporabljati nov ključ.
QoS - GPON
GPON izrecno obravnava QoS. Okviri s konstantno dolžino olajšajo QoS za časovno občutljive aplikacije. Obstaja 5 vrst posod za prenos -
Tip 1 - fiksna BW.
Tip 2 - zagotovljena BW.
Tip 3 - dodeljena BW + nezavarovana BW.
Tip 4 - najboljši napor.
Tip 5 - nadnapis vseh zgoraj naštetih.
GEM doda več funkcij QoS v sloju PON -
Razdrobljenost omogoča preprečevanje velikih okvirjev z nizkim prioritetom.
PLI - izrecna dolžina paketa se lahko uporablja v algoritmih čakanja.
PTI biti vsebujejo indikacije preobremenjenosti.