FTTH — GPON

GPON (гигабитные пассивные оптические сети) — это оптическая система для сетей доступа, основанная на спецификациях ITU-T серии G.984 . Он может обеспечить радиус действия 20 км с оптическим бюджетом 28 дБ (как показано на следующем рисунке), используя оптику класса B + с коэффициентом разделения 1:32.

Система GPON поддерживает следующие тарифы —

• 155 Мбит / с в восходящем направлении, 1,24416 Гбит / с в нисходящем направлении
• 622 Мбит / с в восходящем направлении, 1,24416 Гбит / с в нисходящем направлении
• 1,24416 Гбит / с вверх по течению, 1,24416 Гбит / с вниз по течению
• 155 Мбит / с вверх, 2,48832 Гбит / с вниз по течению
• 622 Мбит / с, 2,44832 Гбит / с вниз
• 1.24416 Гбит / с вверх, 2.48832 Гбит / с вниз по течению
• 2.48832 Гбит / с вверх, 2.48832 Гбит / с вниз по течению

GPON поддерживает как инкапсуляцию ATM, так и GEM. GEM (метод инкапсуляции GPON) поддерживает как собственный TDM, так и Data.

Особенности GPON

Эта эволюционная технология основана на BPON GEM. Ниже приведены его особенности —

Нисходящая передача

• 2,4 Гбит / с
• BW для одного ONT достаточно для подачи нескольких сигналов HDTV
• QOS позволяет задерживать чувствительный трафик (голос)

Восходящая передача

• 1,24 Гбит / с
• Минимальный BW может быть гарантирован
• Неиспользуемые временные интервалы могут быть назначены для активных пользователей
• QoS позволяет задерживать чувствительный трафик (голос)

Почему ГПОН?

GPON предоставляет интегрированные сервисные решения, такие как —

• Он поддерживает услуги Triple Play.

• Для преодоления препятствия пропускной способности доступа по витой паре, он поддерживает передачу с высокой пропускной способностью.

• Это уменьшает сетевые узлы.

• Поддерживает до 20 км зоны обслуживания.

Он поддерживает услуги Triple Play.

Для преодоления препятствия пропускной способности доступа по витой паре, он поддерживает передачу с высокой пропускной способностью.

Это уменьшает сетевые узлы.

Поддерживает до 20 км зоны обслуживания.

Стандарты GPON

Стандарты GPON основаны на предыдущих спецификациях BPON. Технические характеристики —

• G.984.1 — Этот документ описывает общие характеристики гигабитной пассивной оптической сети.

• G.984.2 — Этот документ описывает спецификацию уровня, зависящего от физического носителя, от гигабитной пассивной оптической сети.

G.984.1 — Этот документ описывает общие характеристики гигабитной пассивной оптической сети.

G.984.2 — Этот документ описывает спецификацию уровня, зависящего от физического носителя, от гигабитной пассивной оптической сети.

• МСЭ-Т G.984.3 — В этом документе описана спецификация уровня конвергенции передачи пассивной оптической сети с гигабитной пропускной способностью.
• МСЭ-Т G.984.4 — В этом документе описывается спецификация интерфейса управления и контроля ONT для гигабитной пассивной оптической сети (OMCI).

Архитектура GPON

GPON OLT обслуживает несколько ONT через порт PON. Передача в нисходящем направлении, т. Е. От OLT к ONT, обычно является TDM; тогда как восходящий трафик, то есть от ONT к OLT, обычно является TDMA.

Система PON может быть симметричной или асимметричной. PON и оптоволоконная инфраструктура также могут использоваться для поддержки любых односторонних распределительных услуг. Например — видео на другой длине волны.

Физически-зависимый уровень GPON

G.984.2 — это спецификация физического уровня системы GPON. Физический уровень предназначен для таких областей, как —

• Оптические характеристики с точки зрения скорости передачи данных.
• Класс волоконно-оптических компонентов.
• Время и контроль оптической силы.
• Прямое исправление ошибок.

Одним из основных требований оптической системы является обеспечение компонентов достаточной пропускной способностью для расширения оптического сигнала до ожидаемого диапазона. Есть три категории или классы компонентов, которые основаны на мощности и чувствительности. Классы компонентов:

• Оптика класса A: от 5 до 20 дБ
• Оптика класса B: от 10 до 25 дБ
• Оптика класса C: от 15 до 30 дБ

Оптический линейный терминал (OLT)

OLT обеспечивает интерфейс узла обслуживания (SNI) (обычно интерфейсы локальной сети Ethernet 1 Гбит / с и / или 10 Гбит / с) по направлению к базовой сети и управляет GPON. OLT состоит из трех основных частей —

• Функция интерфейса сервисного порта
• Функция кросс-коммутации
• Интерфейс оптической распределительной сети (ODN)

На следующем рисунке показана типичная функциональная блок-схема OLT.

PON Core Shell

Оболочка PON Core состоит из двух частей. Первая часть — это функция интерфейса ODN, а часть — функция PON TC . Функция PON TC включает в себя OAM, управление доступом к среде, кадрирование, DBA, определение протокольного блока данных (PDU) для функции кросс-коммутации и для управления ONU.

• Оболочка кросс-коммутации — эта оболочка обеспечивает путь связи между основной оболочкой PON и служебной оболочкой.

• Служебная оболочка — эта оболочка предназначена для трансляции между служебными интерфейсами и интерфейсом фрейма TC раздела PON.

Оболочка кросс-коммутации — эта оболочка обеспечивает путь связи между основной оболочкой PON и служебной оболочкой.

Служебная оболочка — эта оболочка предназначена для трансляции между служебными интерфейсами и интерфейсом фрейма TC раздела PON.

ONU / ONT

Оптический сетевой блок (ONU) работает с одним интерфейсом PON или максимум двумя интерфейсами для целей защиты канала. В случае, если какое-либо одно волокно из этих двух волокон отрезано, ONU может быть доступно через другое волокно. Это называется защитой PON или защитой канала. Защита канала также известна как агрегация канала , которая может защитить канал и в то же время может также агрегировать трафик.

Сервисные функции MUX и DEMUX соединяют устройства клиента со стороны PON. Терминал оптической сети (ONT) предназначен для использования одним абонентом, а ONU (блок оптической сети) предназначен для использования несколькими абонентами. Разделители позволяют совместно использовать PON до 128 ONT или ONU.

Интерфейсы ONT / ONU

Терминал оптической сети (ONT), который подключен к OLT на стороне восходящей линии связи для интерфейса служебной сети, имеет много портов интерфейса пользователя и сети. Как правило, в направлении UNI будет четыре порта FE / GE.

• Порты UNI для Residential ONT. Как правило, интерфейсы абонентского обслуживания, такие как 10 / 100Base-T High Speed ​​Internet (HSI) и видео по IP, коаксиальные RF для систем наложения видео RF и аналоговые телефонные интерфейсы FXS для голоса VoIP PSTN.

• Порты UNI для бизнес-ONT. В дополнение к вышесказанному могут также использоваться маршрутизаторы 10/100 / 100Base-T и интерфейсы коммутаторов L2 / L3, а также УАТС DS1 / E1 для ключевых систем.

Порты UNI для Residential ONT. Как правило, интерфейсы абонентского обслуживания, такие как 10 / 100Base-T High Speed ​​Internet (HSI) и видео по IP, коаксиальные RF для систем наложения видео RF и аналоговые телефонные интерфейсы FXS для голоса VoIP PSTN.

Порты UNI для бизнес-ONT. В дополнение к вышесказанному могут также использоваться маршрутизаторы 10/100 / 100Base-T и интерфейсы коммутаторов L2 / L3, а также УАТС DS1 / E1 для ключевых систем.

Оптический сетевой блок (ONU) завершает оптоволокно GPON и имеет гораздо больший пользовательский сетевой интерфейс (UNI) для нескольких абонентов. Интерфейсом UNI может быть ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA или HPNA , и расстояние до абонента (10/100 Base-T ограничено 100 м, что составляет 330 футов).

В зависимости от типа интерфейсных портов UN UNI может не иметь возможности подключаться напрямую к абонентскому оборудованию CPE. В этом случае UNI UNI подключается к терминации сети (NT), которая размещается в конечном местоположении абонента. NT завершает работу оборудования CPE абонента, такого как ПК, беспроводной маршрутизатор, телефон, телевизионная приставка IP-видео или телевизионная приставка, видео RF и т. Д.

По сути, ONT объединяет функции ONU и NT в одном устройстве. Это сочетание двух; вместе это делает ONT наиболее экономически эффективным решением для предоставления услуг GPON местным и односемейным, малым и средним предприятиям. Однако, если клиент в студенческом городке в качестве студентов, общежитий, школ, колледжей, больниц или корпоративных офисов, где уже проложен медный кабель CAT-5, ONU может служить более подходящим решением.

Оптическая распределительная сеть

GPON ODN, состоящий из одномодового оптического волокна и кабеля; оптоволоконные ленточные кабели, сращивания, оптические разъемы, пассивные оптические разветвители и пассивные разветвительные компоненты очень пассивны.

Оптические сплиттеры ODN разделяют одно волокно на несколько волокон, идущих к разным зданиям и отдельным домам. Сплиттеры могут быть размещены в любом месте в ODN, от центрального офиса (CO) / локальной биржи (LE) до помещения клиента и могут быть любого размера. Разделители обозначены как [n: m], где «n» — это номер входа (в направлении OLT) = 1 или 2, а «m» — это количество выходов (в направлении ONT) = 2,4,8,16. , 32,64.

GPON мультиплексирование / кадрирование

Мультиплексирование или кадрирование GPON объясняется следующими факторами.

Метод инкапсуляции GPON (GEM)

Это схема передачи данных в указанном уровне конвергенции передачи GPON. GEM предоставляет ориентированный на соединение механизм кадрирования переменной длины для передачи услуг передачи данных по пассивной оптической сети (PON). GEM разработан, чтобы быть независимым от типа интерфейса узла службы в OLT, а также от типов интерфейсов UNI в ONU.

Нисходящий трафик (OLT в направлении ONU / ONT)

Для нисходящего трафика функции мультиплексирования трафика централизованы в OLT. Идентификатор порта GEM в форме 12-битного числа, назначенного OLT отдельным логическим соединениям, идентифицирует кадры GEM, которые принадлежат различным нисходящим логическим соединениям. Каждый ONU фильтрует нисходящие кадры GEM на основе своих идентификаторов портов GEM и обрабатывает только те кадры GEM, которые принадлежат ONU.

Восходящий трафик (ONU / ONT в направлении OLT)

Несущим трафик объектам в ONU предоставляется OLT возможность передачи в восходящем направлении (или распределение полосы пропускания). Эти несущие трафик объекты идентифицируются посредством идентификаторов распределения (Alloc-ID). Идентификатор распределения (Alloc-ID) представляет собой 12-разрядное число, которое OLT назначает ONU для идентификации объекта, несущего трафик. Он является получателем распределения полосы пропускания в восходящем направлении внутри ONU.

Распределения полосы пропускания различным Alloc-ID мультиплексируются во времени, как указано OLT в картах полосы пропускания, передаваемых в нисходящем направлении. В пределах каждого распределения полосы пропускания ONU использует идентификатор порта GEM в качестве ключа мультиплексирования для идентификации кадров GEM, которые принадлежат разным восходящим логическим соединениям.

Контейнер передачи (T-CONT) — это объект ONU, представляющий группу логических соединений. Он представляется как единый объект для назначения полосы пропускания в восходящем направлении на PON. Основываясь на схеме сопоставления, служебный трафик передается на разные порты GEM, а затем на разные T-CONT.

Отображение между портом GEM и T-CONT является гибким. Порт GEM может соответствовать T-CONT; или несколько портов GEM могут соответствовать одному и тому же T-CONT.

Уровень конвергенции передачи G-PON (GTC)

Уровень протокола набора протоколов G-PON, который расположен между уровнем физической среды (PMD) и клиентами G-PON. Уровень GTC состоит из подуровня кадрирования GTC и подуровня адаптации GTC.

В нисходящем направлении кадры GEM переносятся в полезной нагрузке GTC, которая поступает на все ONU. Подуровень формирования кадров ONU извлекает кадры, а адаптер GEM TC фильтрует кадры на основе их 12-битного идентификатора порта. Только кадры с соответствующими идентификаторами портов допускаются через функцию клиента GEM.

В восходящем направлении трафик GEM передается по одному или нескольким T-CONT. OLT принимает передачу, связанную с T-CONT, и кадры направляются в адаптер GEM TC, а затем в клиент GEM.

GTC Layer Framing

Нисходящий кадр имеет длительность 125 микросекунд и длину 38880 байт, что соответствует скорости передачи данных в нисходящем направлении 2,44832 Гбит / с. Нисходящий кадр GTC состоит из физического блока управления нисходящего потока (PCBd) и секции полезной нагрузки GTC.

Кадры конвергенции передачи GPON всегда имеют длину 125 мсек.

• 19440 байт / кадр для скорости 1244,16
• 38880 байт / кадр для скорости 2488,32

Каждый кадр GTC состоит из физического блока управления нисходящего потока + полезной нагрузки

• PCBd содержит информацию о синхронизации, OAM, DBA и т. Д.

Полезная нагрузка может иметь разделы ATM и GEM (один или оба)

Продолжительность кадра восходящего GTC составляет 125 мкс. В системах G-PON с восходящей линией связи со скоростью 1,24416 Гбит / с размер кадра восходящего потока GTC составляет 19,440 байт. Каждый восходящий кадр содержит несколько пакетов передачи, поступающих от одного или нескольких ONU.

Каждый пакет передачи в восходящем направлении содержит раздел служебных данных физического уровня восходящего потока (PLOu) и один или несколько интервалов выделения полосы пропускания, связанных с отдельными Alloc-ID. Кадр GTC нисходящего потока обеспечивает общую временную привязку для PON и общую управляющую сигнализацию для восходящего потока.

Полезные нагрузки GPON

Полезная нагрузка GTC потенциально имеет два раздела —

• Раздел банкомата (длина Алена * 53 байта)
• Раздел GEM (сейчас предпочтительный метод)

Раздел банкомата

Раздел банкомата имеет следующие характеристики.

• Ален (12 бит) указан в печатной плате.
• Ален указывает количество ячеек 53B в разделе ATM.
• Если Alen = 0, то нет раздела ATM.
• Если Alen = длина полезной нагрузки / 53, то нет раздела GEM.
• Ячейки ATM выровнены по кадру GTC.
• ONU принимают ячейки ATM на основе VPI в заголовке ATM.

Раздел GEM

Раздел GEM имеет следующие характеристики.

• В отличие от ячеек ATM, очерченные GEM кадры могут иметь любую длину.
• В разделе GEM может содержаться любое количество кадров GEM.
• ONU принимают кадры GEM на основе 12b Port-ID в заголовке GEM.

Режим инкапсуляции GPON

Частой жалобой на BPON была неэффективность из-за налога на ячейки банкомата. GEM похож на банкомат. Он имеет HEC-защищенный заголовок постоянного размера. Тем не менее, он позволяет избежать больших накладных расходов, позволяя кадрам переменной длины. GEM универсален — поддерживается любой тип пакета (и даже TDM). GEM поддерживает фрагментацию и повторную сборку.

GEM основан на GFP, а заголовок содержит следующие поля:

• Индикатор длины полезной нагрузки — длина полезной нагрузки в байтах.
• ID порта — идентифицирует целевой ONU.
• Индикатор типа полезной нагрузки (GAM OAM, индикация перегрузки / фрагментации).
• Поле коррекции ошибок заголовка (код BCH (39,12,2) + четность четности 1b)

Заголовок GEM перед передачей имеет XOR с B6AB31E055.

Ethernet / TDM через GEM

При транспортировке трафика Ethernet через GEM

• Инкапсулируется только кадр MAC (без преамбулы, SFD, EFD)
• Кадр MAC может быть фрагментирован (см. Следующий слайд).

Ethernet через GEM

При транспортировке трафика TDM через GEM —

• Входной буфер TDM опрашивается каждые 125 мсек.
• PLI-байты TDM вставляются в поле полезной нагрузки.
• Длина фрагмента TDM может варьироваться на ± 1 байт из-за сдвига частоты.
• Задержка туда и обратно ограничена 3 мсек.

TDM через GEM

GEM может фрагментировать свою полезную нагрузку. Например, не фрагментированный кадр Ethernet, как показано на следующем рисунке.

На следующем рисунке изображен фрагментарный кадр Ethernet.

Полезные нагрузки фрагментов GEM по одной из следующих двух причин —

Причина 1 — кадр GEM не может охватывать кадр GTC.

Причина 2 — GEM-кадр может быть прерван для чувствительных к задержке данных.

Шифрование GPON

OLT шифрует, используя AES-128 в режиме счетчика. Зашифрована только полезная нагрузка (не заголовки ATM или GEM). Блоки шифрования выровнены по кадру GTC. Счетчик используется OLT и всеми ONU следующим образом:

• 46b = 16b внутрикадровый + 30-битный межкадровый.
• Внутрикадровый счетчик увеличивается каждые 4 байта данных.
• Сброс на ноль в начале кадра DS GTC.

OLT и каждое ONU должны договориться об уникальном симметричном ключе. OLT запрашивает пароль у ONU (в PLOAMd). ONU отправляет пароль США в открытом виде (в PLOAMu) —

• Ключ отправлен 3 раза за надежность

OLT сообщает ONU точное время, чтобы начать использовать новый ключ.

QoS — GPON

GPON явно относится к QoS. Кадры постоянной длины облегчают QoS для чувствительных ко времени приложений. Есть 5 типов контейнеров передачи —

• Тип 1 — фиксированный BW.
• Тип 2 — гарантированный BW.
• Тип 3 — выделенная BW + неуверенная BW.
• Тип 4 — лучшее усилие.
• Тип 5 — надмножество всего вышеперечисленного.

GEM добавляет несколько функций QoS PON-слоя —

• Фрагментация позволяет упреждать большие низкоприоритетные кадры.
• PLI — явная длина пакета может использоваться алгоритмами очередей.
• Биты PTI несут признаки перегрузки.

В следующей главе мы поймем, что такое пассивная оптическая сеть Ethernet.