FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) er et optisk system for Access Networks, basert på ITU-T spesifikasjoner G.984-serien. Det kan gi en rekkevidde på 20 km med et 28 dB optisk budsjett (vist i illustrasjonen nedenfor) ved å bruke klasse B + optikk med 1:32 delt forhold.
GPON-systemet støtter følgende priser -
155 Mbps oppstrøms, 1.24416 Gbps nedstrøms
622 Mbps oppstrøms, 1.24416 Gbps nedstrøms
1.24416 Gbps oppstrøms, 1.24416 Gbps nedstrøms
155 Mbps opp, 2,48832 Gbps nedstrøms
622 Mbps opp, 2,48832 Gbps nedstrøms
1.24416 Gbps opp, 2.48832 Gbps nedstrøms
2,48832 Gbps opp, 2,48832 Gbps nedstrøms
GPON støtter både ATM og GEM innkapsling. GEM (GPON Encapsulation Method) støtter både native TDM og Data.
GPON-funksjoner
Denne evolusjonære teknologien er basert på BPON GEM. Følgende er dens funksjoner -
Nedstrøms overføring
2,4 Gbps
BW for én ONT er tilstrekkelig til å levere flere HDTV-signaler
QOS gir mulighet for forsinkelses sensitiv trafikk (tale)
Oppstrøms overføring
1,24 Gbps
Minimum BW kan garanteres
Ubrukte tidsluker kan tilordnes tunge brukere
QoS gjør det mulig å utsette sensitiv trafikk (tale)
Hvorfor GPON?
GPON tilbyr integrerte tjenesteløsninger som -
Den støtter Triple Play-serviser.
For å bryte båndbreddehindringen for tilgangen over kabler med tvinnede par, støtter den overføring med høy båndbredde.
Det reduserer nettverksnodene.
Den støtter opptil 20 km tjenestedekning.
GPON-standarder
GPON-standarder er bygget på de tidligere BPON-spesifikasjonene. Spesifikasjonene er -
G.984.1 - Dette dokumentet beskriver de generelle egenskapene til Gigabit-Capable Passive Optical Network.
G.984.2 - Dette dokumentet beskriver spesifikasjonen Gigabit-Capable Passive Optical Network Physical media-Dependent.
G.984.3 - Dette dokumentet beskriver spesifikasjonen Gigabit-kapabel passiv optisk nettverksoverføring konvergenslag.
G.984.4 - Dette dokumentet beskriver ONT Management and Control Interface Specification (OMCI) Gigabit-Capable Passive Optical Network.
GPON Arkitektur
Optisk ytelse med tanke på datahastighet.
Klassen av optiske fiberkomponenter.
Tidspunktet og kontrollen av den optiske kraften.
Feilretting korrigering.
Klasse A-optikk: 5 til 20dB
Optikk i klasse B: 10 til 25 dB
Klasse C optikk: 15 til 30 dB
Tjenesteportgrensesnittfunksjon
Kryssforbindelsesfunksjon
Optisk distribusjonsnettverk (ODN) -grensesnitt
GPON OLT serverer flere ONT-er gjennom PON-porten. Nedstrømssendingen, dvs. fra OLT til ONT er vanligvis TDM; mens oppstrøms trafikk, dvs. fra ONT til OLT, vanligvis er TDMA.
PON-systemet kan være symmetrisk eller asymmetrisk. PON og fiberinfrastruktur kan også brukes til å støtte enhver enveis distribusjonstjeneste. For eksempel - Video med en annen bølgelengde.
GPON fysisk-medieavhengig lag
G.984.2 er spesifikasjonen for det fysiske laget av GPON-systemet. Det fysiske laget adresserer områder som -
Et av de grunnleggende kravene til et optisk system er å skaffe komponenter med tilstrekkelig kapasitet til å utvide det optiske signalet til det forventede området. Det er tre kategorier eller klasser av komponenter, som er basert på kraft og følsomhet. Klassene av komponenter er -
Optisk linjeterminal (OLT)
OLT gir tjenestenoden grensesnitt (SNI) (vanligvis 1 Gbps og / eller 10 Gbps Ethernet LAN-grensesnitt) mot kjernenettverket, og kontrollerer GPON. OLT består av tre hoveddeler -
Illustrasjonen nedenfor viser det typiske OLT-funksjonelle blokkskjemaet.
PON Core Shell
PON Core shell består av to deler. Den første delen er ODN-grensesnittfunksjon og delen er PON TC-funksjon. PON TC-funksjonen inkluderer OAM, media tilgangskontroll, innramming, DBA, avgrensning av protokolldataenhet (PDU) for cross-connect-funksjonen, og for ONU-styring.
Cross-connect shell - Dette skallet gir en kommunikasjonsbane mellom PON-kjerneskallet og serviceskallet.
Serviceskall - Dette skallet er for oversettelse mellom tjenestegrensesnitt og TC-rammegrensesnittet i PON-delen.
ONU / ONT
Optical Network Unit (ONU) fungerer med et enkelt PON-grensesnitt eller maksimalt to grensesnitt for koblingsbeskyttelsesformål. I tilfelle kuttes en hvilken som helst fiber ut av disse to fibrene, ONU kan nås gjennom andre fiber. Dette kalles PON-beskyttelse eller koblingsbeskyttelse. Koblingsbeskyttelse er også kjent som koblingsaggregering, som kan beskytte koblingen, og samtidig kan den aggregere trafikken også.
Tjenesten MUX og DEMUX-funksjonen kobler kundeenhetene til PON-siden. Den optiske nettverksterminalen (ONT) er designet for bruk av en enkelt abonnent, mens ONU (Optical Networking Unit) er designet for bruk av flere abonnenter. Delerne lar PON deles av opptil 128 ONT eller ONUer.
ONT / ONU-grensesnitt
Den optiske nettverksterminalen (ONT), som er koblet til OLT på uplink-siden for tjenestenettverksgrensesnitt, har mange bruker-nettverksgrensesnitt-porter. Vanligvis vil det være fire FE / GE-porter mot UNI.
UNI Ports for Residential ONT - Abonnenttjenestegrensesnitt som 10 / 100Base-T High Speed Internet (HSI) og video over IP, RF koaksialt for RF videooverleggingssystemer og FXS telefongrensesnitt analog for VoIP PSTN stemme.
UNI-porter for en virksomhet ONT - I tillegg til det ovennevnte, kan det også inkludere 10/100 / 100Base-T-rutere og L2 / L3-brytergrensesnitt og DS1 / E1 PBX for nøkkelsystemer.
Den optiske nettverksenheten (ONU) avslutter GPON-fiberen og har mye mer brukernettverksgrensesnitt (UNI) til flere abonnenter. UNI-grensesnittet kan være ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA eller HPNA, og avstanden til abonnenten (10/100 Base-T er begrenset til 100 m, som er 330 fot).
I henhold til typen grensesnitt-porter er det ikke sikkert at UN UNI kan koble seg direkte til et abonnent CPE-utstyr. I dette tilfellet kobler UN UNI til en nettverksavslutning (NT), som er plassert på den endelige plasseringen til abonnenten. NT avslutter abonnentens CPE-utstyr, for eksempel en PC, trådløs ruter, telefon, IP Video Set-Top Box, eller Set-Top Box, RF Video, etc.
I hovedsak kombinerer en ONT funksjonen til en ONU og en NT i en enkelt enhet. Denne kombinasjonen av de to; sammen gjør ONT til den mest kostnadseffektive løsningen for å tilby GPON-tjenester til lokale og småbedrifter, små og mellomstore bedrifter. Imidlertid, hvis en klient på campus som studenter, herberger, skoler, høyskoler, sykehus eller bedriftskontorer, der det allerede er CAT-5 kobberkabel er lagt, kan ONU fungere som en mer passende løsning.
Optisk distribusjonsnettverk
GPON ODN, som består av en enkelt modus optisk fiber og kabel; optiske fiberbåndkabler, skjøter, optiske kontakter, passive optiske splittere og passive forgreningskomponenter er veldig passive.
De optiske ODN-splitterne deler enkeltfiberen i flere fibre som går til forskjellige bygninger og individuelle hjem. Delerne kan plasseres hvor som helst i ODN, fra Central Office (CO) / Local Exchange (LE) til kundelokalene og kan være av hvilken som helst størrelse. Delerne er betegnet som [n: m], der 'n' er antall innganger (mot OLT) = 1 eller 2, og 'm' er antall utganger (mot ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON Multiplexing / Framing
GPON multiplexing eller innramming blir forklart med følgende faktorer.
GPON Encapsulation Method (GEM)
Det er datatransportordningen i det spesifiserte GPON-overføringskonvergenslaget. GEM gir en tilkoblingsorientert, rammemekanisme med variabel lengde for transport av datatjenester over det passive optiske nettverket (PON). GEM er designet for å være uavhengig av typen servicenode-grensesnitt på OLT, så vel som typen UNI-grensesnitt ved ONU-ene.
Nedstrøms trafikk (OLT mot ONU / ONT)
For nedstrøms trafikk er trafikkmultipleksfunksjonene sentralisert i OLT. En GEM-port-ID, i form av et 12-bits nummer som er tilordnet av OLT til de individuelle logiske forbindelsene, identifiserer GEM-rammene som tilhører forskjellige nedstrøms logiske forbindelser. Hver ONU filtrerer nedstrøms GEM-rammer basert på deres GEM Port-ID-er og behandler bare GEM-rammene som tilhører ONU.
Oppstrøms trafikk (ONU / ONT mot OLT)
De trafikkbærende enhetene i ONU gis oppstrøms transmisjonsmulighet (eller båndbreddeltildeling) av OLT. Disse trafikkbærende enhetene blir identifisert av tildelings-ID-ene (Alloc-ID). Tildelingsidentifikatoren (Alloc-ID) er et 12-bits nummer som OLT tilordner en ONU for å identifisere en trafikkbærende enhet. Det er en mottaker av tildelinger oppstrøms båndbredde i ONU.
Båndbredde-tildelingene til forskjellige Alloc-IDer blir multiplekset i tid som spesifisert av OLT i båndbreddekartene overført nedstrøms. Innenfor hver båndbreddetildeling bruker ONU GEM Port-ID som en multipleksetast for å identifisere GEM-rammene som tilhører forskjellige oppstrøms logiske forbindelser.
En transmisjonsbeholder (T-CONT) er et ONU-objekt som representerer en gruppe logiske forbindelser. Det vises som en enhet for formålet med oppstrøms båndbreddetildeling på PON. Basert på kartleggingsplanen blir tjenestetrafikken ført til forskjellige GEM-porter og deretter til forskjellige T-CONTs.
Kartleggingen mellom GEM-porten og T-CONT er fleksibel. En GEM-port kan tilsvare en T-CONT; eller flere GEM-porter kan tilsvare den samme T-CONT.
G-PON Transmission Convergence Layer (GTC)
Et protokollag i G-PON-protokollserien som er plassert mellom det fysiske medieavhengige (PMD) laget og G-PON-klientene. GTC-laget er sammensatt av GTC-rammerundersjikt og GTC-tilpasningssjiktlag.
I nedstrøms retning blir GEM-rammene ført i GTC nyttelast, som ankommer alle ONU-ene. ONU-rammedelsjiktet trekker ut rammene, og GEM TC-adapteren filtrerer rammene basert på deres 12-bits Port-ID. Bare rammer med passende Port-IDer er tillatt til GEM-klientfunksjonen.
I oppstrøms retning blir GEM-trafikken ført over en eller flere T-CONTs. OLT mottar overføringen tilknyttet T-CONT og rammene blir sendt videre til GEM TC-adapteren og deretter GEM-klienten.
GTC Layer Framing
Nedstrømsrammen har en varighet på 125 mikrosekunder og er 38880 byte lang, noe som tilsvarer nedstrøms datahastighet på 2,48832 Gbit / s. Nedstrøms GTC-ramme består av den fysiske kontrollblokken nedstrøms (PCBd) og GTC nyttelastseksjonen.
GPON Transmission Convergence frames er alltid 125 Msec lange -
19440 bytes / ramme for hastighet 1244,16
38880 byte / ramme for 2488,32 hastighet
Hver GTC-ramme består av fysisk kontrollblokk nedstrøms + nyttelast
PCBd inneholder synkronisering, OAM, DBA-info, etc.
Nyttelast kan ha ATM- og GEM-partisjoner (enten en eller begge deler)
Oppstrøms GTC-rammevarighet er 125 μs. I G-PON-systemer med 1.24416 Gbit / s uplink er oppstrøms GTC-rammestørrelse 19.440 byte. Hver oppstrøms ramme inneholder et antall transmisjonsutbrudd som kommer fra en eller flere ONUer.
Hver oppstrøms transmisjonsutbrudd inneholder en oppstrøms fysisk lag overhead (PLOu) seksjon og en eller flere båndbreddsfordelingsintervaller tilknyttet de individuelle Alloc-ID-ene. Nedstrøms GTC-rammen gir den vanlige tidsreferansen for PON og den vanlige kontrollsignaliseringen for oppstrømmen.
GPON nyttelast
GTC nyttelast har potensielt to seksjoner -
Minibank-partisjon (Alen * 53 byte i lengde)
GEM-partisjon (nå foretrukket metode)
Minibank-partisjon
ATM-partisjonen har følgende egenskaper.
Alen (12 biter) er spesifisert i PCBd.
Alen spesifiserer antall 53B-celler i ATM-partisjonen.
Hvis Alen = 0, er det ingen ATM-partisjon.
Hvis Alen = nyttelastlengde / 53, er det ingen GEM-partisjon.
ATM-celler er justert etter GTC-ramme.
ONUs aksepterer minibankceller basert på VPI i ATM-header.
GEM-partisjon
GEM-partisjonen har følgende egenskaper.
I motsetning til minibankceller, kan GEM-avgrensede rammer ha hvilken som helst lengde.
Ethvert antall GEM-rammer kan være inneholdt i GEM-partisjonen.
ONUs aksepterer GEM-rammer basert på 12b Port-ID i GEM-header.
GPON-innkapslingsmodus
En vanlig klage mot BPON var ineffektivitet på grunn av minibankskatten. GEM ligner på minibank. Den har HEC-beskyttet topp med konstant størrelse. Imidlertid unngår det store overhead ved å tillate rammer med variabel lengde. GEM er generisk - hvilken som helst pakketype (og til og med TDM) som støttes. GEM støtter fragmentering og montering.
GEM er basert på GFP, og overskriften inneholder følgende felt -
Nyttelast Lengde Indikator - nyttelast lengde i Bytes.
Port ID - identifiserer målet ONU.
Indikator for nyttelasttype (GEM OAM, lunger / fragmentering indikasjon).
Header Error Correction field (BCH (39,12,2) kode + 1b jevn paritet)
GEM-overskriften er XOR'ed med B6AB31E055 før overføring.
Ethernet / TDM over GEM
Ved transport av Ethernet-trafikk over GEM
Bare MAC-ramme er innkapslet (ingen ingress, SFD, EFD)
MAC-ramme kan være fragmentert (se neste lysbilde).
Ethernet over GEM
Når du transporterer TDM-trafikk over GEM -
TDM-inngangsbuffer undersøkte hver 125 Msec.
PLI-byte av TDM settes inn i nyttelastfeltet.
Lengden på TDM-fragmentet kan variere med ± 1 Byte på grunn av frekvensforskyvning.
Rundtidsforsinkelse begrenset av 3 msek.
TDM over GEM
GEM kan fragmentere nyttelasten. For eksempel ufragmentert Ethernet-ramme som vist i illustrasjonen nedenfor.
Illustrasjonen nedenfor viser en fragmentert Ethernet-ramme.
GEM fragmenter nyttelast av en av de følgende to grunnene -
Årsak 1 - Det er ikke sikkert at GEM-ramme går rundt GTC-rammen.
Årsak 2 - GEM-ramme kan være tømt for forsinkelsesfølsomme data.
GPON-kryptering
OLT krypterer med AES-128 i tellermodus. Bare nyttelast er kryptert (ikke ATM- eller GEM-overskrifter). Krypteringsblokker er justert etter GTC-rammen. Teller deles av OLT og alle ONU-er som følger -
46b = 16b intra-frame + 30 bits inter-frame.
Teller innen ramme øker hver fjerde databyte.
Tilbakestill til null ved begynnelsen av DS GTC-ramme.
OLT og hver ONU må bli enige om en unik symmetrisk nøkkel. OLT ber ONU om et passord (i PLOAMd). ONU sender passord USA i klartekst (i PLOAMu) -
Key sendes 3 ganger for robusthet
OLT informerer ONU om presis tid for å begynne å bruke ny nøkkel.
QoS - GPON
GPON behandler QoS eksplisitt. Konstante lengderammer letter QoS for tidssensitive applikasjoner. Det er 5 typer overføringsbeholdere -
Type 1 - fast BW.
Type 2 - sikret BW.
Type 3 - tildelt BW + ikke-sikret BW.
Type 4 - beste innsats.
Type 5 - supersett av alt det ovennevnte.
GEM legger til flere PON-lags QoS-funksjoner -
Fragmentering muliggjør forkasting av store lavprioritetsrammer.
PLI - eksplisitt pakkelengde kan brukes av køalgoritmer.
PTI-biter har indikasjoner på lunger.
I neste kapittel vil vi forstå hva Ethernet Passive Optical Network er.
