FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) یک سیستم نوری برای شبکه های دسترسی است که مبتنی بر مشخصات ITU-T سری G.984 است. این با استفاده از اپتیکهای کلاس B + با نسبت تقسیم 1:32 می تواند 20 کیلومتر با بودجه نوری 28dB (در تصویر زیر نشان داده شده) را فراهم کند.
سیستم GPON از نرخ های زیر پشتیبانی می کند -
بالادست 155 Mbps ، پایین دست 1.24416 Gbps
622 Mbps در بالادست ، 1.24416 Gbps در پایین دست
بالادست 1.24416 Gbps ، پایین دست 1.24416 Gbps
155 مگابیت در ثانیه ، 2.48832 گیگابیت بر ثانیه در پایین دست
622 Mbps به بالا ، 2.48832 Gbps در پایین دست
1.24416 Gbps به بالا ، 2.48832 Gbps در پایین دست
2.48832 Gbps به بالا ، 2.48832 Gbps در پایین دست
GPON هم از دستگاه خودپرداز و هم محاسبه GEM پشتیبانی می کند. GEM (روش کپسوله سازی GPON) TDM و Data را پشتیبانی می کند.
ویژگی های GPON
این فناوری تکاملی مبتنی بر BPON GEM است. در زیر ویژگی های آن -
انتقال پایین دست
2.4 گیگابیت بر ثانیه
BW برای یک ONT برای تهیه چندین سیگنال HDTV کافی است
QOS امکان تأخیر در ترافیک را فراهم می کند (صدا)
انتقال بالادست
1.24 گیگابیت بر ثانیه
حداقل BW را می توان تضمین کرد
حافظه های زمانی استفاده نشده را می توان به کاربران سنگین اختصاص داد
QoS اجازه می دهد تا ترافیک حساس (صدا) را به تعویق بیندازید
چرا GPON؟
GPON ارائه راه حل خدمات یکپارچه مانند -
این از رذیله های سری Triple Play پشتیبانی می کند.
برای برطرف کردن موانع پهنای باند دسترسی به کابل های جفت پیچ خورده ، از انتقال پهنای باند بالا پشتیبانی می کند.
گره های شبکه را کاهش می دهد.
تا 20 کیلومتر پوشش خدمات را پشتیبانی می کند.
استانداردهای GPON
استانداردهای GPON بر روی مشخصات قبلی BPON ساخته شده است. مشخصات عبارتند از -
G.984.1 - این سند ویژگی های کلی شبکه نوری منفعل Gigabit-Capable را شرح می دهد.
G.984.2 - این سند مشخصات لایه وابسته به رسانه های فیزیکی Gigabit-Capable Passive Optical Network را تعریف می کند.
G.984.3 - این سند مشخصات لایه انتقال همگرایی انتقال قدرت شبکه نوری Gigabit-Capable را شرح می دهد.
G.984.4 - این سند توصیف رابط مدیریت و کنترل ONT شبکه نوری Gigabit-Capable Passive Optical (OMCI) را شرح می دهد.
معماری GPON
عملکرد نوری از نظر نرخ داده.
کلاس اجزای فیبر نوری.
زمان بندی و کنترل قدرت نوری.
تصحیح خطا به جلو.
اپتیک کلاس A: 5 تا 20dB
اپتیک کلاس B: 10 تا 25dB
اپتیک کلاس C: 15 تا 30dB
عملکرد رابط پورت سرویس
عملکرد متقابل اتصال
رابط شبکه توزیع نوری (ODN)
GPON OLT چندین درگاه را از طریق درگاه PON سرو می کند. انتقال پایین دست ، از OLT به ONT معمولاً TDM است. در حالی که ترافیک بالادست ، یعنی از ONT به OLT معمولاً TDMA است.
سیستم PON ممکن است متقارن یا نامتقارن باشد. زیرساخت های PON و فیبر همچنین می تواند برای پشتیبانی از هر سرویس توزیع توزیع یک طرفه مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال - فیلم در طول موج متفاوت.
لایه وابسته به فیزیکی-رسانه ای GPON
G.984.2 مشخصات لایه فیزیکی سیستم GPON است. لایه فیزیکی مناطقی از قبیل -
یكی از نیازهای اساسی سیستم نوری ، تأمین قطعات با ظرفیت كافی برای گسترش سیگنال نوری به محدوده مورد انتظار است. سه دسته یا کلاس مؤلفه ها وجود دارد که مبتنی بر قدرت و حساسیت هستند. کلاس اجزاء عبارتند از -
ترمینال خط نوری (OLT)
OLT رابط گره خدمات (SNI) (به طور معمول 1 گیگابیت بر ثانیه یا / یا 10 رابط شبکه اترنت شبکه Gbps) را به سمت شبکه اصلی فراهم می کند و GPON را کنترل می کند. OLT از سه بخش اصلی تشکیل شده است -
تصویر زیر نمودار بلوک عملکردی OLT معمولی را نشان می دهد.
PON Core Shell
پوسته PON Core از دو بخش تشکیل شده است. قسمت اول تابع رابط ODN و قسمت دیگر عملکرد PON TC است. عملکرد PON TC شامل OAM ، کنترل دسترسی به رسانه ها ، فریم بندی ، DBA ، ترسیم واحد داده پروتکل (PDU) برای عملکرد اتصال متقابل و مدیریت ONU است.
اتصال متقابل اتصال - این پوسته یک مسیر ارتباطی بین پوسته هسته PON و پوسته سرویس را فراهم می کند.
Service shell - این پوسته برای ترجمه بین رابط های سرویس و رابط قاب TC بخش PON است.
ONU / ONT
واحد شبکه نوری (ONU) با یک رابط PON یا حداکثر دو رابط برای اهداف حفاظت از لینک کار می کند. در صورت قطع هر یک از فیبرهای موجود در این دو فیبر ، از طریق فیبرهای دیگر به ONU قابل دسترسی است. به این روش حفاظت PON یا Link Protection گفته می شود. حفاظت از لینک همچنین به عنوان جمع آوری لینک شناخته می شود ، که می تواند از لینک محافظت کند و همزمان ، می تواند ترافیک را نیز جمع کند.
سرویس MUX و عملکرد DEMUX دستگاههای مشتری را به سمت PON متصل می کند. ترمینال شبکه نوری (ONT) برای استفاده مشترکان تنها طراحی شده است ، در حالی که ONU (واحد شبکه نوری) برای استفاده مشترکان متعدد طراحی شده است. تقسیم کننده ها اجازه می دهند تا حداکثر 128 ONT یا ONU با PON به اشتراک گذاشته شوند.
رابط های ONT / ONU
ترمینال شبکه نوری (ONT) ، که برای اتصال به سرویس شبکه به OLT در قسمت بالایی متصل است ، دارای درگاه های رابط کاربر-شبکه زیادی است. به طور معمول ، چهار درگاه FE / GE به سمت UNI وجود دارد.
پورت های UNI برای ONT مسکونی - به طور معمول ، سرویس های مشترکین مانند اینترنت پر سرعت 10 / 100Base-T (HSI) و فیلم برداری از IP ، کواکسیال RF برای سیستم های پخش ویدئویی RF ، و رابط های تلفنی FXS آنالوگ برای صدای VoIP PSTN.
درگاه های UNI برای ONT مشاغل - علاوه بر موارد فوق ، ممکن است شامل روترهای 10/100 / 100Base-T و رابط های سوئیچ L2 / L3 و رابط های سوئیچ L2 / L3 و DS1 / E1 PBX برای سیستم های کلیدی باشد.
واحد شبکه نوری (ONU) فیبر GPON را خاتمه می دهد و دارای رابط شبکه کاربر بیشتری (UNI) برای مشترکین متعدد است. رابط UNI می تواند ADSL2 + ، VDSL2 ، Power Line ، MoCA یا HPNA باشد و مسافت تا مشترک (10/100 Base-T به 100 متر محدود می شود که 330 فوت دارد).
با توجه به نوع درگاه های رابط ، UNI UNI ممکن است نتواند مستقیماً به تجهیزات CPE مشترک وصل شود. در این حالت ، UNI UNI به یک خاتمه شبکه (NT) متصل می شود ، که در محل نهایی مشترک مشترک قرار دارد. NT تجهیزات CPE مشترکین مانند رایانه شخصی ، روتر بی سیم ، تلفن ، جعبه تنظیم تصویری IP یا جعبه تنظیم بالا ، رادیو RF و غیره را خاتمه می بخشد.
در اصل ، ONT عملکرد یک ONU و NT را در یک دستگاه واحد ترکیب می کند. این ترکیب دو؛ با هم ، ONT را به مقرون به صرفه ترین راه حل برای ارائه خدمات GPON به شرکت های محلی و یک خانواده ، کوچک و متوسط تبدیل می کند. اما اگر مشتری در محوطه دانشگاه به عنوان دانش آموزان ، خوابگاهها ، مدارس ، دانشکده ها ، بیمارستانها یا دفاتر شرکتی ، که کابل مسی CAT-5 در آن قرار دارد ، قرار دهید ، ONU می تواند یک راه حل مناسب تر باشد.
شبکه توزیع نوری
GPON ODN ، متشکل از یک فیبر نوری و کابل تک حالته. کابلهای روبان فیبر نوری ، شکافها ، اتصالات نوری ، شکافهای نوری منفعل و اجزای انشعاب منفعل بسیار منفعل هستند.
تقسیم کننده های نوری ODN فیبر منفرد را به چندین فیبر که به سمت ساختمانهای مختلف و خانه های فردی می روند تقسیم می کنند. تقسیم کننده ها را می توان در هر مکانی در ODN ، از دفتر مرکزی (CO) / بورس محلی (LE) تا محل مشتری قرار داد و ممکن است از هر اندازه باشد. تقسیم کننده ها به عنوان [n: m] تعیین می شوند ، جایی که "n" تعداد ورودی (به سمت OLT) = 1 یا 2 است و "m" تعداد خروجی ها (به سمت ONT) = 2،4،8،16 است ، 32،64
GPON Multiplexing / Frame
چند منظوره یا قاب بندی GPON با فاکتورهای زیر توضیح داده شده است.
روش محصورسازی GPON (GEM)
این طرح انتقال داده ها در لایه همگرایی انتقال GPON مشخص است. GEM یک مکانیزم قاب بندی با طول متغیر برای اتصال خدمات داده از طریق شبکه نوری منفعل (PON) فراهم می کند. GEM به گونه ای طراحی شده است که از نوع رابط سرویس گره در OLT و همچنین انواع رابط های UNI در ONU مستقل باشد.
ترافیک پایین دست (OLT به سمت ONU / ONT)
برای ترافیک پایین دست ، عملکردهای چند برابر کننده ترافیک در OLT متمرکز شده است. یک GEM Port-ID در قالب یک عدد 12 بیتی که توسط OLT به اتصالات منطقی اختصاص داده شده است ، فریم های GEM را که متعلق به اتصالات منطقی مختلف پایین دستی هستند ، شناسایی می کند. هر ONU فریم های GEM پایین دست را بر اساس شناسه های GEM خود فیلتر می کند و فقط فریم های GEM را که متعلق به ONU است پردازش می کند.
ترافیک بالادست (ONU / ONT به سمت OLT)
اشخاص تحمل ترافیک در داخل ONU از طریق OLT فرصت انتقال بالادست (یا اختصاص پهنای باند) به آنها اعطا می شود. این اشخاص دارای ترافیک توسط شناسه تخصیص (شناسه های اختصاصی) شناسایی می شوند. شناسه تخصیص (Alloc-ID) یک عدد 12 بیتی است که OLT برای شناسایی یک شخص دارای ترافیک به یک ONU اختصاص می دهد. این گیرنده تخصیص پهنای باند بالادست در ONU است.
تخصیص پهنای باند به شناسه های مختلف Alloc در زمان چند برابر می شود که توسط OLT در نقشه های پهنای باند منتقل شده در پایین دست. در هر تخصیص پهنای باند ، ONU از GEM Port-ID به عنوان یک کلید چند برابر برای شناسایی فریم های GEM که به اتصالات منطقی مختلف بالادست تعلق دارند ، استفاده می کند.
ظرف انتقال (T-CONT) یک شیء ONU است که گروهی از اتصالات منطقی را نمایندگی می کند. به عنوان یک نهاد واحد به منظور تعیین تکلیف پهنای باند پهنای باند در PON ظاهر می شود. بر اساس طرح نقشه برداری ، ترافیک سرویس به پورت های مختلف GEM و سپس به T-CONT های مختلف انجام می شود.
نقشه برداری بین پورت GEM و T-CONT قابل انعطاف است. یک درگاه GEM می تواند با یک T-CONT مطابقت داشته باشد. یا چندین درگاه GEM می توانند با همان T-CONT مطابقت داشته باشند.
لایه همگرایی انتقال G-PON (GTC)
یک لایه پروتکل از مجموعه پروتکل های G-PON که بین لایه وابسته به رسانه فیزیکی (PMD) و مشتری های G-PON قرار گرفته است. لایه GTC از زیر لایه GTC و زیر لایه سازگاری GTC تشکیل شده است.
در جهت پایین دست ، فریم های GEM با بار GTC حمل می شوند که در تمام ONU ها وارد می شوند. لایه فریم بندی ONU فریم ها را استخراج می کند ، و آداپتور GEM TC فریم ها را بر اساس Port-ID 12 بیتی خود فیلتر می کند. فقط قاب هایی با شناسه های مناسب برای عملکرد مشتری GEM مجاز هستند.
در جهت بالادست ، ترافیک GEM بیش از یک یا چند T-CONT انجام می شود. OLT گیربکس مرتبط با T-CONT را دریافت می کند و قاب ها به آداپتور GEM TC و سپس مشتری GEM ارسال می شوند.
قاب بندی لایه ای GTC
فریم پایین دست دارای مدت زمان 125 میکروثانیه و طول 38880 بایت است ، که مطابق با سرعت داده پایین دست 2.48832 Gbit / s است. فریم GTC پایین دست شامل بخش کنترل فیزیکی پایین دست (PCBd) و بخش بارگذاری GTC است.
قاب های همگرایی انتقال GPON همیشه 125 Msec طول دارند -
19440 بایت / قاب برای نرخ 1244.16
38880 بایت / قاب برای نرخ 2488.32
هر فریم GTC از بلوک کنترل فیزیکی پایین دست + payload تشکیل شده است
PCBd شامل همگام سازی ، OAM ، اطلاعات DBA و غیره است.
Payload ممکن است دارای دستگاههای ATM و GEM باشد (یکی یا هر دو)
مدت زمان فریم GTC بالادست 125 میکرومتر است. در سیستم های G-PON با پسوند 1.24416 Gbit / s ، اندازه فریم GTC بالادست 19440 بایت است. هر فریم بالادست حاوی تعدادی انفجار انتقال از یک یا چند ONU است.
هر انفجار انتقال یافته در بالادست حاوی بخش بالای لایه فیزیکی بالادست (PLOu) و یک یا چند بازه اختصاص پهنای باند مرتبط با شناسه های اختصاصی فرد است. فریم GTC پایین دست مرجع زمان مشترک برای PON و سیگنالینگ کنترل مشترک برای بالادست را فراهم می کند.
GPON Payloads
بارگذاری GTC به طور بالقوه دارای دو بخش است -
پارتیشن ATM (طول آلن * 53 بایت)
پارتیشن GEM (روش مورد نظر در حال حاضر)
پارتیشن دستگاه خودپرداز
پارتیشن دستگاه خودپرداز ویژگی های زیر را دارد.
آلن (12 بیت) در PCBd مشخص شده است.
آلن تعداد سلول های 53B موجود در پارتیشن ATM را مشخص می کند.
اگر آلن = 0 باشد ، هیچ پارتیشن دستگاه خودپرداز نیست.
اگر آلن = طول بار / 53 ، هیچ پارتیشن GEM وجود ندارد.
سلولهای ATM با قاب GTC تراز می شوند.
ONU سلولهای ATM را بر اساس VPI در هدر ATM قبول می کنند.
پارتیشن GEM
پارتیشن GEM دارای مشخصات زیر است.
بر خلاف سلول های ATM ، فریم های مشخص شده GEM ممکن است طول داشته باشند.
هر تعداد قاب GEM ممکن است در پارتیشن GEM موجود باشد.
ONU فریم های GEM را بر اساس 12b Port-ID در هدر GEM می پذیرند.
حالت محصور سازی GPON
یک شکایت رایج علیه BPON به دلیل عدم پرداخت مالیات سلولهای ATM ناکارآمدی بود. GEM شبیه به دستگاه خودپرداز است. دارای یک هدر محافظت شده در اندازه ثابت. با این وجود ، با اجازه دادن به فریمهای با طول متغیر ، از سربار بزرگ جلوگیری می کند. GEM عمومی است - هر نوع بسته (و حتی TDM) پشتیبانی می کند. GEM از تکه تکه شدن و مونتاژ مجدد پشتیبانی می کند.
GEM مبتنی بر GFP است و سربرگ شامل قسمتهای زیر می باشد -
شاخص طول بار - طول بار در بایت.
Port ID - ONU هدف را مشخص می کند.
شاخص نوع بارگذاری (OEM GEM ، نشانه احتقان / قطعه قطعه شدن).
قسمت تصحیح خطای سربرگ (کد BCH (39،12،2) کد + 1b حتی برابری)
هدر GEM قبل از انتقال ، XOR'ed با B6AB31E055 است.
اترنت / TDM از طریق GEM
هنگام انتقال ترافیک اترنت از طریق GEM
فقط قاب MAC محصور شده است (بدون مقدمه ، SFD ، EFD)
قاب MAC ممکن است تکه تکه شود (به اسلاید بعدی مراجعه کنید).
اترنت روی GEM
هنگام حمل و نقل TDM از طریق GEM -
بافر ورودی TDM هر 125 Msec نظرسنجی می کند.
بایت های PLI TDM در قسمت payload وارد می شوند.
طول قطعه TDM به دلیل جبران فرکانس ممکن است 1 بایت متفاوت باشد.
تاخیر سفر دور تا 3 میلی ثانیه محدود شده است.
TDM بیش از GEM
GEM می تواند بار خود را قطعه قطعه کند. به عنوان مثال ، قاب اترنت Un-fragmented همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است.
تصویر زیر یک قاب اترنت تکه تکه شده را نشان می دهد.
بارهای قطعات GEM به هر دو دلیل زیر -
دلیل 1 - قاب GEM ممکن است قاب GTC را تنگ نکند.
دلیل 2 - قاب اطلاعات GEM برای داده های حساس به تأخیر پیش ساخته است.
رمزگذاری GPON
رمزگذاری OLT با استفاده از AES-128 در حالت پیشخوان. فقط بارگذاری رمزگذاری می شود (نه هدرهای دستگاه خودپرداز یا GEM). بلوک های رمزگذاری با قاب GTC تراز شده اند. شمارنده توسط OLT و همه ONU به شرح زیر به اشتراک گذاشته می شود -
46b = 16b درون فریم + 30 بیت درون قاب.
پیشخوان درون قاب ، هر 4 بایت داده را افزایش می دهد.
در ابتدای فریم DS GTC صفر تنظیم شود.
OLT و هر ONU باید روی یک کلید متقارن منحصر به فرد توافق کنند. OLT از ONU یک گذرواژه می خواهد (در PLOAMd). ONU رمز عبور ایالات متحده را در حالت روشن (در PLOAMu) ارسال می کند -
کلید 3 بار برای استحکام فرستاده شده است
OLT برای شروع استفاده از کلید جدید ، ONU را از زمان دقیق اطلاع می دهد.
QoS - GPON
GPON با QoS صریح رفتار می کند. فریم های طول ثابت QoS را برای برنامه های حساس به زمان تسهیل می کنند. 5 نوع کانتینر انتقال وجود دارد -
نوع 1 - BW ثابت.
نوع 2 - BW مطمئن.
نوع 3 - اختصاص داده شده BW + BW بدون اطمینان.
نوع 4 - بهترین تلاش.
نوع 5 - سوپرست از همه موارد فوق.
GEM چندین ویژگی QoS با لایه PON را اضافه می کند -
تکه تکه شدن امکان جذب فریم های بزرگ با اولویت پایین را فراهم می کند.
با استفاده از الگوریتم های صف بندی ، طول بسته بسته صریح - PLI قابل استفاده است.
بیت PTI دارای نشانه های احتقان است.
در فصل بعد خواهیم فهمید که شبکه نوری منفعل اترنت چیست.
