FTTH - GPON
GPON (Gigabit Pasive Optical Networks) - це оптична система для мереж доступу, заснована на специфікаціях МСЕ-T серії G.984. Він може забезпечити відстань у 20 км з оптичним бюджетом 28 дБ (показано на наступній ілюстрації), використовуючи оптику класу B + з розділеним співвідношенням 1:32.
Система GPON підтримує такі тарифи -
155 Мбіт / с вище, 1,224416 Гбіт / с за течією
622 Мбіт / с вище, 1,224416 Гбіт / с за течією
1.24416 Гбіт / с вище, за течією 1.24416 Гбіт / с
155 Мбіт вгору, 2.48832 Гбіт / с нижче за течією
622 Мбіт вгору, 2.48832 Гбіт / с нижче за течією
1.24416 Gbps вгору, 2.48832 Gbps вниз за течією
2.48832 Gbps вгору, 2.48832 Gbps вниз за течією
GPON підтримує інкапсуляцію ATM та GEM. GEM (метод інкапсуляції GPON) підтримує як рідні TDM, так і дані.
Особливості GPON
Ця еволюційна технологія заснована на BPON GEM. Нижче наведено його особливості -
Низька передача передачі
2,4 Гбіт / с
BW для одного ONT достатньо для подачі декількох HDTV-сигналів
QOS дозволяє затримувати чутливий трафік (голос)
Передача вгору за течією
1,24 Гбіт / с
Мінімальний BW може бути гарантований
Невикористані часові проміжки можуть бути призначені важким користувачам
QoS дозволяє затримувати чутливий трафік (голос)
Чому GPON?
GPON пропонує рішення про інтегровані послуги, такі як -
Він підтримує послуги Triple Play.
Щоб зруйнувати перешкоду пропускної здатності доступу по кабелях із крученою парою, він підтримує передачу високої пропускної здатності.
Це зменшує вузли мережі.
Він підтримує до 20 км сервісного покриття.
Стандарти GPON
Стандарти GPON побудовані на попередніх специфікаціях BPON. Технічні умови -
G.984.1 - У цьому документі описані загальні характеристики гігабітної пасивної оптичної мережі.
G.984.2 - У цьому документі описано специфікацію рівня залежної від фізичної середовища, залежної від мегабіту, гігабітної оптичної мережі.
G.984.3 - У цьому документі описано специфікацію рівня конвергенції рівня передачі передачі оптичної мережі Gigabit-Capable Optical Network Transmission.
G.984.4 - Цей документ описує специфікацію інтерфейсу ONT для управління та управління гігієнітною пасивною оптичною мережею (OMCI).
GPON Архітектура
GPON OLT обслуговує кілька ONT через порт PON. Низька передача передачі, тобто від OLT до ONT, як правило, є TDM; тоді як вихідний трафік, тобто від ONT до OLT, зазвичай є TDMA.
Система PON може бути симетричною або асиметричною. PON та волоконна інфраструктура також можуть використовуватися для підтримки будь-якої послуги з розподілу в одну сторону. Наприклад - Відео з різною довжиною хвилі.
Фізичний медіазалежний шар GPON
G.984.2 - специфікація фізичного рівня системи GPON. Фізичний рівень стосується таких областей, як -
Оптична продуктивність з точки зору швидкості передачі даних.
Клас компонентів оптичних волокон.
Час і контроль оптичної потужності.
Виправлення помилок вперед.
Однією з основних вимог оптичної системи є забезпечення компонентів достатньою ємністю для розширення оптичного сигналу до очікуваного діапазону. Існує три категорії або класи компонентів, які базуються на потужності та чутливості. Класи компонентів -
Оптика класу А: від 5 до 20 дБ
Оптика класу В: від 10 до 25 дБ
Оптика класу С: від 15 до 30 дБ
Оптичний лінійний термінал (OLT)
OLT забезпечує інтерфейс службового вузла (SNI) (як правило, 1 Gbps та / або інтерфейси локальної мережі 10 Gbps Ethernet) до основної мережі та контролює GPON. OLT складається з трьох основних частин -
Функція інтерфейсу сервісного порту
Перехресне з'єднання
Інтерфейс оптичної розподільної мережі (ODN)
Наступна ілюстрація показує типову блок-схему функціонування OLT.
PON Core Shell
Оболонка PON Core складається з двох частин. Перша частина - це функція інтерфейсу ODN, а частина - функція PON TC. Функція PON TC включає в себе OAM, контроль доступу до засобів масової інформації, обрамлення, DBA, розмежування блоку даних протоколу (PDU) для функції перехресного з'єднання та управління ONU.
Перехресна з'єднана оболонка - ця оболонка забезпечує шлях зв'язку між базовою оболонкою PON та службовою оболонкою.
Службова оболонка - ця оболонка призначена для перекладу між сервісними інтерфейсами та інтерфейсом TC кадру розділу PON.
ONU / ONT
Оптичний мережевий блок (ONU) працює з одним інтерфейсом PON або максимум двома інтерфейсами для захисту зв'язку. У випадку, якщо будь-яке одне волокно з цих двох волокон розрізається, ONU можна отримати доступ через інше волокно. Це називається захистом PON або захистом посилання. Захист посилання також відомий як агрегація посилань, яка може захищати посилання і одночасно може також агрегувати трафік.
Сервісні функції MUX і DEMUX з'єднують пристрої Клієнта з стороною PON. Оптичний мережевий термінал (ONT) розроблений для одноразового використання абонента, тоді як ONU (оптичний мережевий блок) розроблений для багаторазового використання абонентів. Роздільники дозволяють ділити PON до 128 ОНТ або ОНУ.
Інтерфейси ONT / ONU
Оптичний мережевий термінал (ONT), який підключений до OLT на висхідній лінії зв'язку для сервісного мережевого інтерфейсу, має багато портів інтерфейсу користувача-мережі. Як правило, до UNI буде чотири порти FE / GE.
Порти UNI для житлових каналів ONT - зазвичай інтерфейси обслуговування абонентів, такі як високошвидкісний Інтернет 10 / 100Base-T (HSI) та відео через IP, коаксіальний радіочастотний радіочастотний сигнал для радіочастотних відеосигналів РФ та телефонний інтерфейс FXS, аналоговий для голосу VoIP PSTN.
Порти UNI для бізнесу ONT - На додаток до вищезазначеного, можуть також входити маршрутизатори 10/100 / 100Base-T та інтерфейси комутаторів L2 / L3 та АТС DS1 / E1 для ключових систем.
Оптичний мережевий блок (ONU) припиняє волокно GPON і має набагато більше мережевого інтерфейсу користувача (UNI) для декількох абонентів. Інтерфейс UNI може бути ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA або HPNA, а відстань до абонента (10/100 Base-T обмежена 100 м, що становить 330 футів).
Відповідно до типу портів інтерфейсу, UNI UN може не мати можливості підключитися безпосередньо до обладнання абонентів CPE. У цьому випадку UN UNI підключається до мережевого припинення (NT), яке розміщується в кінцевому місці абонента. NT припиняє обладнання CPE абонента, наприклад, ПК, бездротовий маршрутизатор, телефон, IP-відеоприймач або приставку, радіочастотне відео та ін.
По суті, ONT поєднує функцію ONU і NT в одному пристрої. Це поєднання двох; разом робить ONT найвигіднішим рішенням щодо надання послуг GPON для місцевих та одиноких, малих та середніх підприємств. Однак якщо клієнт, який знаходиться в кампусі, як студенти, гуртожитки, школи, коледжі, лікарні або корпорації, де вже прокладений мідний кабель CAT-5, ONU може послужити більш прийнятним рішенням.
Оптична розподільна мережа
GPON ODN, що складається з одномодового оптичного волокна та кабелю; кабелі, стрічкові оптичні волокна, сплайси, оптичні роз'єми, пасивні оптичні розгалужувачі та компоненти пасивного розгалуження дуже пасивні.
Оптичні розгалужувачі ODN розділяють одне волокно на кілька волокон, що надходять до різних будівель та окремих будинків. Розділювачі можуть розміщуватися в будь-якому місці ODN, від центрального офісу (CO) / локальної біржі (LE) до приміщення клієнта і можуть бути будь-якого розміру. Розділювачі позначаються як [n: m], де 'n' - кількість вхідних даних (у напрямку OLT) = 1 або 2, а 'm' - кількість виходів (у напрямку ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON мультиплексування / обрамлення
Мультиплексування або обрамлення GPON пояснюється такими чинниками.
Метод інкапсуляції GPON (GEM)
Це схема транспортування даних у зазначеному рівні конвергенції передачі GPON. GEM забезпечує механізм обрамлення, орієнтований на з'єднання, змінної довжини для транспортування послуг передачі даних через пасивну оптичну мережу (PON). GEM розроблений так, щоб не залежати від типу інтерфейсу сервісного вузла в OLT, а також від типів інтерфейсів UNI в ОНУ.
Нижній трафік (OLT у напрямку ONU / ONT)
Для поточного потоку функції мультиплексування трафіку централізовані в OLT. Ідентифікатор порту GEM у вигляді 12-бітного числа, присвоєного OLT окремим логічним з'єднанням, ідентифікує кадри GEM, які належать до різних логічних підключень. Кожен ONU фільтрує нижчі кадри GEM на основі своїх ідентифікаторів портів GEM і обробляє лише кадри GEM, які належать до ONU.
Трафік вгорі за течією (ONU / ONT у напрямку до OLT)
Суб'єкти руху, що несуть трафік, в межах ОНУ отримують можливість передачі (або розподіл смуги пропускання) через OLT. Ці суб'єкти, що несуть трафік, ідентифікуються за допомогою ідентифікаторів розподілу (Alloc-ID). Ідентифікатор розподілу (Alloc-ID) - це 12-бітове число, яке OLT призначає ONU для ідентифікації суттвія, що несе трафік. Він є одержувачем розподілу пропускної здатності вгору за течією в межах ОНУ.
Виділення пропускної здатності для різних ідентифікаторів Alloc мультиплексовані у часі, як визначено OLT у картах пропускної здатності, що передаються за течією. У межах кожного розподілу пропускної здатності ONU використовує ідентифікатор порту GEM як мультиплексування для ідентифікації кадрів GEM, що належать до різних логічних підключень.
Контейнер передачі (T-CONT) - це об'єкт ONU, що представляє групу логічних з'єднань. Він з'являється як єдине ціле з метою присвоєння смуги висхідної смуги в ПОН. Виходячи зі схеми відображення, сервісний трафік передається в різні порти GEM, а потім на різні T-CONT.
Відображення між портом GEM та T-CONT є гнучким. Порт GEM може відповідати T-CONT; або кілька портів GEM можуть відповідати одній і тій же T-CONT.
Рівень конвергенції передачі G-PON (GTC)
Протокольний рівень набору протоколів G-PON, розміщений між залежним від фізичного носія (PMD) шаром та клієнтами G-PON. Шар GTC складається з підшару обрамлення GTC та підшару адаптації GTC.
У напрямку нижче за течією кадри GEM переносяться на корисну навантаження GTC, які надходять на всі ОНУ. Підшар кадрів ONU витягує кадри, а адаптер GEM TC фільтрує кадри на основі 12-розрядного ідентифікатора Port. До функції клієнта GEM допускаються лише кадри з відповідними ідентифікаторами портів.
У напрямку за течією GEM-трафік здійснюється через один або більше Т-КОНТУРІВ. OLT приймає передачу, пов'язану з T-CONT, і кадри передаються адаптеру GEM TC, а потім клієнту GEM.
Обрамлення шару GTC
Кадр нижче за течією має тривалість 125 мікросекунд і довжиною 38880 байт, що відповідає швидкості передачі даних нижче 484832 Гбіт / с. Кадр GTC нижньої течії складається з фізичного блоку управління вниз за течією (PCBd) та розділу корисного навантаження GTC.
Кадрів конвергенції передачі GPON завжди довжина 125 Мсек -
19440 байт / кадр для швидкості 1244,16
38880 байт / кадр для швидкості 2488,32
Кожен кадр GTC складається з блоку фізичного управління нижче за течією + корисне навантаження
PCBd містить синхронізацію, OAM, інформацію про DBA тощо.
Навантаження може мати розділи ATM та GEM (або один, або обидва)
Тривалість кадру GTC вище за течією становить 125 мкс. У системах G-PON з висхідною лінією 1.24416 Гбіт / с розмір кадру GTC вгору за потоком становить 19,440 байт. Кожен кадр висхідної лінії містить ряд сплеску передачі, що надходить від одного або більше ОНУ.
Кожне вибух передачі вгору по течії містить розділ накладного фізичного рівня вгорі (PLOu) та один або більше інтервалів розподілу смуги пропускання, пов'язані з окремими ідентифікаторами Alloc. Кадр GTC нижньої течії забезпечує загальну посилання часу для PON та загальну сигналізацію управління для висхідної лінії.
GPON навантаження
Корисне навантаження GTC потенційно має два розділи -
Розділ банкоматів (довжиною Alen * 53 байти)
Розділ GEM (тепер кращий метод)
Перегородка банкоматів
Розділ банкомату має такі характеристики.
Ален (12 біт) вказаний у друкованій платі.
Ален визначає кількість 53B комірок у розділі банкоматів.
Якщо Alen = 0, то жодного розділу банкоматів немає.
Якщо Alen = довжина корисної навантаження / 53, то GEM-розділ не має.
Осередки ATM вирівняні до кадру GTC.
ONU приймають комірки банкоматів на основі VPI у заголовку ATM.
Розділ GEM
Розділ GEM має такі характеристики.
На відміну від комірок банкоматів, рамки з обмеженою обробкою даних можуть мати будь-яку довжину.
Будь-яка кількість кадрів GEM може міститись у розділі GEM.
ONU приймають кадри GEM на основі 12b Port-ID в заголовку GEM.
Режим капсулювання GPON
Поширеною скаргою проти BPON була неефективність через податок на банкомати для мобільних пристроїв. GEM схожий на банкомат. Він має захищений HEC заголовок постійного розміру. Однак це дозволяє уникнути великих накладних витрат, дозволяючи кадри змінної довжини. GEM є загальним - підтримується будь-який тип пакету (і навіть TDM). GEM підтримує фрагментацію та повторну збірку.
GEM заснований на GFP, а заголовок містить такі поля -
Індикатор довжини корисної навантаження - довжина корисної навантаження в байтах.
Ідентифікатор порту - ідентифікує цільове ОНУ.
Індикатор корисного навантаження (GEM OAM, індикація перевантаженості / фрагментації).
Поле виправлення помилок заголовка (код BCH (39,12,2) + парне парність)
Перед передачею заголовок GEM є XOR'ed з B6AB31E055.
Ethernet / TDM через GEM
При транспортуванні трафіку Ethernet через GEM
Тільки кадр MAC інкапсульований (без преамбули, SFD, EFD)
MAC-кадр може бути фрагментованим (див. Наступний слайд).
Ethernet через GEM
При транспортуванні трафіку TDM через GEM -
Буфер введення TDM опитується кожні 125 мс.
PLI байти TDM вставляються в поле корисного навантаження.
Довжина фрагмента TDM може змінюватися на ± 1 байт через зміщення частоти.
Затримка в зворотному напрямку обмежена 3 мсек.
TDM над GEM
GEM може фрагментувати свою корисну навантаження. Наприклад, нероздроблений кадр Ethernet, як показано на наступній ілюстрації.
Наступна ілюстрація зображує фрагментований кадр Ethernet.
Фрагменти корисних навантажень GEM з будь-якої з наступних двох причин -
Причина 1 - кадр GEM може не обтягувати кадр GTC.
Причина 2 - кадр GEM може бути попередньо використаний для чутливих до затримки даних.
Шифрування GPON
OLT шифрує за допомогою AES-128 у режимі лічильника. Шифрується лише корисне навантаження (не заголовки банкоматів або GEM). Блоки шифрування вирівнюються до кадру GTC. OLT та всі ОНУ діють лічильник наступним чином -
46b = 16b внутрішньо-кадр + 30 біт міжкадром.
Збільшення внутрішньокадрового лічильника кожні 4 байти даних.
Скидання до нуля на початку кадру DS GTC.
OLT і кожен ONU повинні домовитись про унікальний симетричний ключ. OLT запитує ONU для пароля (в PLOAMd). ОНУ надсилає пароль США в чистому порядку (в PLOAMu) -
Ключ надсилається 3 рази для надійності
OLT повідомляє ONU про точний час, щоб почати використовувати новий ключ.
QoS - GPON
GPON розглядає QoS явно. Кадри постійної довжини полегшують QoS для чутливих до часу застосувань. Є 5 типів контейнерів-трансмісій -
Тип 1 - фіксований BW.
Тип 2 - гарантований BW.
Тип 3 - виділений BW + небезпечний BW.
Тип 4 - найкращі зусилля.
Тип 5 - набір всього вищезазначеного.
GEM додає кілька функцій QoS на рівні шару PON -
Фрагментація дозволяє попередньо використовувати великі кадри з низьким пріоритетом.
PLI - явна довжина пакету може використовуватися алгоритмами встановлення черги.
Біти PTI несуть показання перевантаженості.
