FTTH - GPON
GPON (Gigabit Pasive Optical Networks) е оптична система за мрежите за достъп, базирана на ITU-T спецификации серия G.984. Той може да осигури разстояние от 20 км с оптичен бюджет от 28 dB (показано на следната илюстрация), като използва оптика клас B + с разделително съотношение 1:32.
Системата GPON поддържа следните тарифи -
155 Mbps нагоре, 1.24416 Gbps надолу по течението
622 Mbps нагоре, 1.24416 Gbps надолу по течението
1.24416 Gbps нагоре, 1.24416 Gbps низходящо
155Mbps нагоре, 2.48832 Gbps надолу по течението
622 Mbps нагоре, 2.48832 Gbps надолу по течението
1.24416 Gbps нагоре, 2.48832 Gbps надолу по течението
2.48832 Gbps нагоре, 2.48832 Gbps надолу по течението
GPON поддържа както ATM, така и GEM капсулация. GEM (метод за капсулиране на GPON) поддържа както родните TDM, така и данните.
Функции на GPON
Тази еволюционна технология е базирана на BPON GEM. Следват неговите характеристики -
Предаване надолу по веригата
2.4 Gbps
BW за един ONT е достатъчен за подаване на множество HDTV сигнали
QOS позволява забавяне на чувствителен трафик (глас)
Предаване нагоре
1,24 Gbps
Минималната BW може да бъде гарантирана
Неизползваните времеви слотове могат да бъдат назначени на тежки потребители
QoS позволява да забавите чувствителния трафик (глас)
Защо GPON?
GPON предлага решение за интегрирани услуги като -
Той поддържа услуги на Triple Play.
За да разруши препятствието на честотната лента на достъпа по кабели с усукани двойки, той поддържа предаване с висока честотна лента.
Намалява мрежовите възли.
Поддържа покритие до 20 км.
GPON стандарти
GPON стандартите са изградени на базата на предишните спецификации на BPON. Спецификациите са -
G.984.1 - Този документ описва общите характеристики на пасивната оптична мрежа на Gigabit Capable.
G.984.2 - Този документ описва спецификацията на зависимия слой от физическа среда, зависима от Gigabit-пасивна оптична мрежа.
G.984.3 - Този документ описва спецификационния слой за конвергенция на конвергенцията на трансмисионната оптична мрежа за Gigabit-способност.
G.984.4 - Този документ описва спецификацията на интерфейса за управление и контрол на интерфейса за управление и контрол на Gigabit-пасивна оптична мрежа (OMCI).
GPON Architecture
Оптична производителност по отношение на скоростта на данни.
Класът на компонентите на оптичните влакна.
Времето и контрол на оптичната мощност.
Преправяне на грешки напред.
Оптика от клас А: 5 до 20 dB
Оптика от клас В: 10 до 25 dB
Оптика от клас C: 15 до 30 dB
Функция на интерфейс за сервизен порт
Функция за кръстосана връзка
Интерфейс на оптична дистрибуторска мрежа (ODN)
GPON OLT обслужва множество ONT през PON порта. Предаването надолу по веригата, т.е. от OLT към ONT, обикновено е TDM; като има предвид, че трафикът нагоре по веригата, т.е. от ONT до OLT, обикновено е TDMA.
PON системата може да бъде симетрична или асиметрична. PON и инфраструктурата на влакната могат също да се използват за поддръжка на всяка услуга за дистрибуция в еднопосочно отношение. Например - Видео с различна дължина на вълната.
GPON физически-медиен зависим слой
G.984.2 е спецификацията на физическия слой на системата GPON. Физичният слой адресира области като -
Едно от основните изисквания на оптичната система е да предоставя компоненти с достатъчен капацитет за разширяване на оптичния сигнал до очаквания диапазон. Има три категории или класове компоненти, които се базират на мощност и чувствителност. Класовете компоненти са -
Терминал за оптична линия (OLT)
OLT предоставя интерфейс на сервизния възел (SNI) (обикновено 1 Gbps и / или 10 Gbps Ethernet LAN интерфейси) към основната мрежа и контролира GPON. OLT се състои от три основни части -
Следващата илюстрация показва типичната OLT функционална блокова схема.
PON Core Shell
PON Core черупка се състои от две части. Първата част е функция на интерфейс ODN, а частта е PON TC функция. PON TC функцията включва OAM, контрол на достъпа до медиите, рамкиране, DBA, очертаване на протокол от данни за данни (PDU) за функцията за кръстосано свързване и за управление на ONU.
Cross-connect shell - Тази обвивка осигурява комуникационен път между основната обвивка на PON и сервизната обвивка.
Сервизна обвивка - Тази обвивка е за превод между сервизни интерфейси и TC рамков интерфейс на секция PON.
ONU / ONT
Оптичната мрежова единица (ONU) работи с един PON интерфейс или максимум два интерфейса за защита на връзката. В случай, че всяко едно влакно от тези две влакна е отрязано, ONU може да бъде достъпен чрез друго влакно. Това се нарича PON защита или защита на връзката. Защитата на връзката е известна още като агрегиране на връзки, което може да защити връзката и в същото време може да агрегира и трафика.
Функцията MUX и DEMUX свързва клиентските устройства към PON страната. Оптичният мрежов терминал (ONT) е предназначен за еднократна употреба, докато ONU (оптична мрежа) е проектиран за многократна употреба на абонати. Разделителите позволяват споделянето на PON с до 128 ONT или ONU.
ONT / ONU интерфейси
Оптичният мрежов терминал (ONT), който е свързан към OLT от страната на връзката нагоре за интерфейс на сервизната мрежа, има много портове за потребителски мрежови интерфейси. Обикновено ще има четири пристанища FE / GE към UNI.
UNI портове за резидентен ONT - Обикновено интерфейсите за абонатни услуги като 10 / 100Base-T високоскоростен Интернет (HSI) и видео през IP, RF коаксиален за системи за наслагване на RF видео и FXS телефонни интерфейси аналогови за VoIP PSTN глас.
UNI портове за бизнес ONT - В допълнение към горното, може да включва и 10/100 / 100Base-T рутери и L2 / L3 комутационни интерфейси и DS1 / E1 PBX за ключови системи.
Оптичната мрежова единица (ONU) прекратява GPON влакната и има много повече потребителски мрежов интерфейс (UNI) за множество абонати. UNI интерфейсът може да бъде ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA или HPNA, а разстоянието до абоната (10/100 Base-T е ограничено до 100 m, което е 330 фута).
Според типа на интерфейсните портове, UNI UN може да не е в състояние да се свърже директно с абонатно CPE оборудване. В този случай UN UNI се свързва към мрежово прекратяване (NT), което се поставя на крайното местоположение на абоната. NT прекратява CPE оборудването на абоната, като компютър, безжичен рутер, телефон, IP Video Set-Top Box или Set-Top Box, RF Video и т.н.
По същество ONT комбинира функцията на ONU и NT в едно устройство. Тази комбинация от двете; заедно прави ONT най-изгодното решение за предоставяне на GPON услуги за местни и семейни, малки и средни предприятия. Ако обаче клиент в кампуса като студенти, общежития, училища, колежи, болници или корпоративни офиси, където вече е положен меден кабел CAT-5, ONU може да послужи като по-подходящо решение.
Оптична дистрибуторска мрежа
GPON ODN, състоящ се от едномодово оптично влакно и кабел; лентите от оптични влакна, сплайси, оптични съединители, пасивни оптични сплитери и компоненти за пасивно разклоняване са много пасивни.
Оптичните разделители ODN разделят единичното влакно на множество влакна, които отиват в различни сгради и отделни домове. Разделителите могат да бъдат поставени на всяко място в ODN, от Централния офис (CO) / Местната обмяна (LE) до помещенията на клиента и могат да бъдат от всякакъв размер. Разделителите са обозначени като [n: m], където 'n' е броят на входовете (към OLT) = 1 или 2, а 'm' е броят на изходите (към ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON мултиплексиране / рамкиране
GPON мултиплексирането или кадрирането се обяснява със следните фактори.
GPON капсулиране метод (GEM)
Това е схемата за пренос на данни в посочения конвергенционен слой за предаване на GPON. GEM осигурява ориентиран към връзка механизъм за рамкиране с променлива дължина за транспорт на услуги за данни по пасивната оптична мрежа (PON). GEM е проектиран така, че да е независим от типа на интерфейса на сервизния възел в OLT, както и от видовете UNI интерфейси в ONU.
Трафик надолу по течението (OLT към ONU / ONT)
За трафик надолу по веригата функциите за мултиплексиране на трафика са централизирани в OLT. Идентификационен номер на GEM Port под формата на 12-битово число, присвоено от OLT на отделните логически връзки, идентифицира GEM кадрите, които принадлежат към различни логически връзки надолу по веригата. Всеки ONU филтрира низходящите GEM рамки въз основа на своите GEM Port-ID и обработва само GEM-кадрите, които принадлежат към ONU.
Трафик нагоре по течението (ONU / ONT към OLT)
Обектите, носещи трафик в рамките на ONU, получават възможност за предаване (или разпределение на честотна лента) от OLT. Тези субекти, носещи трафик, се идентифицират чрез идентификатори за разпределение (Alloc-ID). Идентификаторът на разпределение (Alloc-ID) е 12-битово число, което OLT присвоява на ONU за идентифициране на обект, носител на трафик. Той е получател на разпределения на честотна лента нагоре по течението в рамките на ONU.
Разпределенията за честотна лента към различни идентификатори на Alloc се мултиплексират във времето, както е посочено от OLT в картите на честотната лента, предавани надолу по веригата. Във всяко разпределение на честотна лента ONU използва GEM Port-ID като мултиплексиращ ключ, за да идентифицира GEM кадрите, които принадлежат към различни логически връзки нагоре.
Контейнерът за предаване (T-CONT) е обект ONU, представляващ група логически връзки. Той се появява като едно цяло за целите на възлагането на честотна лента нагоре по течението на PON. Въз основа на схемата за картографиране, трафикът на услуги се пренася към различни GEM портове и след това към различни T-CONTS.
Съпоставянето между GEM порта и T-CONT е гъвкаво. Порт GEM може да съответства на T-CONT; или множество GEM портове могат да съответстват на един и същ T-CONT.
G-PON предавателен конвергенционен слой (GTC)
Протоколен слой на пакета от протоколи G-PON, който е разположен между физическия медиазависим (PMD) слой и G-PON клиентите. GTC слоят е съставен от GTC рамка подслой и GTC адаптация подслой.
В посока надолу по веригата GEM кадрите се пренасят в полезния товар на GTC, които пристигат във всички ONU. Подслоят за рамкиране на ONU извлича кадрите, а GEM TC адаптерът филтрира кадрите въз основа на техния 12-битов Port-ID. До функцията на GEM клиента са разрешени само кадри със съответните идентификатори на порт.
В посока нагоре потокът GEM се пренася над един или повече T-CONTS. OLT получава предаването, свързано с T-CONT и кадрите се препращат към GEM TC адаптера и след това към GEM клиента.
Оформяне на слой на GTC
Кадърът надолу по веригата е с продължителност 125 микросекунди и е дълъг 38880 байта, което съответства на скоростта на предаване на данни от 2.48832 Gbit / s. Нисходящата рамка на GTC се състои от физическия блок за контрол надолу по веригата (PCBd) и секцията за полезен товар GTC.
Кадрите за конвергенция на GPON Transmission винаги са с дължина 125 Msec -
19440 байта / кадър за скорост 1244.16
38880 байта / кадър за скорост 2488,32
Всеки GTC кадър се състои от физически контролен блок надолу по течението + полезен товар
PCBd съдържа синхронизация, OAM, DBA информация и т.н.
Полезният товар може да има ATM и GEM дялове (или един, или и двата)
Продължителността на горната рамка на GTC е 125 μs. В G-PON системи с 1.24416 Gbit / s възходяща линия, размерът на горната GTC рамка е 19,440 байта. Всеки низходящ кадър съдържа редица изблици на предаване, идващи от един или повече ONU.
Всеки изблик на предаване по течението съдържа раздел на горния физически слой (PLOu) и един или повече интервали за разпределение на честотна лента, свързани с отделните идентификатори на Alloc. GTC рамката надолу по веригата осигурява общата референция за времето за PON и общата контролна сигнализация за горния поток.
GPON полезни товари
GTC полезният товар потенциално има две секции -
ATM дял (Alen * 53 байта дължина)
GEM дял (сега предпочитан метод)
ATM дял
АТМ дялът има следните характеристики.
Alen (12 бита) е посочен в PCBd.
Alen посочва броя на 53В клетки в ATM дяла.
Ако Alen = 0, тогава няма ATM дял.
Ако Alen = полезна дължина / 53, тогава няма GEM дял.
ATM клетките са подравнени към GTC кадър.
ONU приемат ATM клетки на базата на VPI в ATM заглавката.
GEM дял
GEM дялът има следните характеристики.
За разлика от ATM клетките, рамките, обозначени с GEM, могат да имат всякаква дължина.
Всеки дял от GEM рамки може да се съдържа в GEM дяла.
ONU приемат GEM рамки въз основа на 12b Port-ID в заглавката на GEM.
GPON капсулационен режим
Често срещано оплакване срещу BPON беше неефективност поради данъка върху клетките на банкомат. GEM е подобен на банкомат. Той има защитена HEC заглавка с постоянен размер. Това обаче избягва големи режийни разходи, като позволява рамки с променлива дължина. GEM е общ - всеки тип пакети (и дори TDM) се поддържа. GEM поддържа фрагментиране и повторно сглобяване.
GEM се основава на GFP, а заглавката съдържа следните полета -
Показател за дължина на полезния товар - дължина на полезния товар в байтове.
Идент. № на порта - идентифицира целевия ONU.
Индикатор за полезен товар (GEM OAM, индикация за задръстване / фрагментация).
Поле за корекция на грешка в заглавието (BCH (39,12,2) код + 1b четен паритет)
Заглавката на GEM е XOR'ed с B6AB31E055 преди предаването.
Ethernet / TDM през GEM
При транспортиране на Ethernet трафик през GEM
Само MAC рамката е капсулирана (без преамбюла, SFD, EFD)
MAC рамката може да бъде фрагментирана (вижте следващия слайд).
Ethernet през GEM
При транспортиране на TDM трафик през GEM -
TDM входен буфер се изследва на всеки 125 Msec.
PLI байтове на TDM се вмъкват в полето за полезен товар.
Дължината на TDM фрагмента може да варира с ± 1 байт поради отместване на честотата.
Закъснение в обратна посока, ограничено от 3 msec.
TDM над GEM
GEM може да фрагментира полезния си товар. Например Un-фрагментирана Ethernet рамка, както е показано на следната илюстрация.
Следващата илюстрация изобразява фрагментирана Ethernet рамка.
GEM фрагменти полезни товари по една от следните две причини -
Причина 1 - GEM рамката може да не обгражда GTC рамката.
Причина 2 - GEM рамката може да бъде освободена за чувствителни към забавяне данни.
Шифроване на GPON
OLT криптира с помощта на AES-128 в режим на брояч. Шифровано е само полезното натоварване (не заглавията на банкомат или GEM). Блоките за криптиране са подравнени към рамката GTC. Counter се споделя от OLT и всички ONU, както следва -
46b = 16b вътрешна рамка + 30 бита между кадър.
Вътрешно-кадърното увеличение на всеки 4 байта с данни.
Нулиране в началото на DS GTC кадър.
OLT и всеки ONU трябва да се споразумеят за уникален симетричен ключ. OLT пита ONU за парола (в PLOAMd). ONU изпраща парола US на ясно (в PLOAMu) -
Ключът е изпратен 3 пъти за здравина
OLT информира ONU за точното време, за да започне да използва нов ключ.
QoS - GPON
GPON третира изрично QoS. Кадрите с постоянна дължина улесняват QoS за чувствителни към времето приложения. Има 5 вида контейнери за трансмисия -
Тип 1 - фиксирана BW.
Тип 2 - сигурен BW.
Тип 3 - разпределена BW + неосигурена BW.
Тип 4 - най-доброто усилие.
Тип 5 - суперсет от всичко по-горе.
GEM добавя няколко функции на Q-слоя на ПОН-слой -
Фрагментацията дава възможност за поемане на големи кадри с нисък приоритет.
PLI - изричната дължина на пакета може да се използва от алгоритми на опашка.
PTI битовете носят индикации за задръствания.
В следващата глава ще разберем какво е пасивна оптична мрежа Ethernet.
