FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) is een optisch systeem voor de toegangsnetwerken, gebaseerd op ITU-T-specificaties G.984-serie. Het kan een bereik van 20 km bieden met een optisch budget van 28dB (weergegeven in de volgende afbeelding) door klasse B + -optiek te gebruiken met een 1:32 splitverhouding.
GPON-systeem ondersteunt de volgende tarieven -
155 Mbps stroomopwaarts, 1.24416 Gbps stroomafwaarts
622 Mbps stroomopwaarts, 1.24416 Gbps stroomafwaarts
1.24416 Gbps stroomopwaarts, 1.24416 Gbps stroomafwaarts
155 Mbps hoger, 2.48832 Gbps stroomafwaarts
622 Mbps hoger, 2.48832 Gbps stroomafwaarts
1.24416 Gbps hoger, 2.48832 Gbps stroomafwaarts
2.48832 Gbps hoger, 2.48832 Gbps stroomafwaarts
GPON ondersteunt zowel ATM- als GEM-inkapseling. GEM (GPON Encapsulation Method) ondersteunt zowel native TDM als Data.
GPON-functies
Deze evolutionaire technologie is gebaseerd op BPON GEM. Hieronder volgen de functies -
Stroomafwaartse transmissie
2,4 Gbps
BW voor één ONT is voldoende om meerdere HDTV-signalen te leveren
QOS zorgt voor vertragingsgevoelig verkeer (stem)
Stroomopwaartse transmissie
1,24 Gbps
Minimale BW kan worden gegarandeerd
Ongebruikte tijdslots kunnen worden toegewezen aan zware gebruikers
Met QoS kan gevoelig verkeer (spraak) worden vertraagd
Waarom GPON?
GPON biedt geïntegreerde dienstenoplossing zoals -
Het ondersteunt Triple Play-services.
Om de hindernis van de bandbreedte van de toegang over getwiste paarkabels af te breken, ondersteunt het transmissie met hoge bandbreedte.
Het vermindert de netwerkknooppunten.
Het ondersteunt een dekking van maximaal 20 km.
GPON-normen
GPON-normen zijn gebaseerd op de vorige BPON-specificaties. De specificaties zijn -
G.984.1 - Dit document beschrijft de algemene kenmerken van het Gigabit-compatibele passieve optische netwerk.
G.984.2 - Dit document beschrijft de Gigabit-compatibele passieve optische netwerkspecifieke laagspecificaties voor media.
G.984.3 - Dit document beschrijft de Gigabit-compatibele passieve optische netwerkverzendingsconvergentie-laagspecificatie.
G.984.4 - Dit document beschrijft de Gigabit-compatibele passieve optische netwerk ONT Management and Control Interface Specification (OMCI).
GPON-architectuur
GPON OLT bedient meerdere ONT's via de PON-poort. De stroomafwaartse transmissie, dat wil zeggen van OLT naar ONT is meestal TDM; terwijl het stroomopwaartse verkeer, dat wil zeggen van ONT naar OLT, meestal TDMA is.
PON-systeem kan symmetrisch of asymmetrisch zijn. PON- en glasvezelinfrastructuur kunnen ook worden gebruikt voor het ondersteunen van elke one-way distributieve service. Bijvoorbeeld - Video op een andere golflengte.
GPON Fysieke-media afhankelijke laag
G.984.2 is de specificatie van de fysieke laag van het GPON-systeem. De fysieke laag adresseert gebieden zoals -
Optische prestaties in termen van gegevenssnelheid.
De klasse van optische vezelcomponenten.
De timing en controle van het optische vermogen.
Voorwaartse foutcorrectie.
Een van de basisvereisten van een optisch systeem is om componenten te voorzien van voldoende capaciteit om het optische signaal uit te breiden tot het verwachte bereik. Er zijn drie categorieën of klassen van componenten, die zijn gebaseerd op vermogen en gevoeligheid. De klassen van componenten zijn -
Klasse A optiek: 5 tot 20dB
Klasse B optiek: 10 tot 25dB
Klasse C optiek: 15 tot 30dB
Optische lijnterminal (OLT)
De OLT biedt de service node interface (SNI) (meestal 1 Gbps en / of 10 Gbps Ethernet LAN-interfaces) naar het kernnetwerk en bestuurt de GPON. De OLT bestaat uit drie grote delen -
Servicepoort interface functie
Cross-connect functie
Optische distributienetwerk (ODN) interface
De volgende afbeelding toont het typische OLT-functionele blokdiagram.
PON Core Shell
PON Core shell bestaat uit twee delen. Het eerste onderdeel is de ODN-interfacefunctie en het onderdeel is de PON TC-functie. De PON TC-functie omvat OAM, mediatoegangscontrole, framing, DBA, afbakening van protocolgegevenseenheid (PDU) voor de cross-connectfunctie en voor het ONU-beheer.
Cross-connect shell - Deze shell biedt een communicatiepad tussen de PON-kernshell en de serviceshell.
Service shell - Deze shell is bedoeld voor vertaling tussen service-interfaces en de TC-frame-interface van de PON-sectie.
ONU / ONT
De optische netwerkeenheid (ONU) werkt met een enkele PON-interface of maximaal twee interfaces voor linkbeschermingsdoeleinden. In het geval dat een vezel uit deze twee vezels wordt gesneden, is de ONU toegankelijk via een andere vezel. Dit wordt PON-bescherming of Link-bescherming genoemd. Linkbeveiliging wordt ook wel linkaggregatie genoemd, die de link kan beschermen en tegelijkertijd het verkeer kan aggregeren.
De service MUX- en DEMUX-functie verbindt de apparaten van de klant met de PON-zijde. De optische netwerkterminal (ONT) is ontworpen voor gebruik door één gebruiker, terwijl de ONU (optische netwerkeenheid) is ontworpen voor gebruik door meerdere gebruikers. Met de splitters kan de PON worden gedeeld door maximaal 128 ONT's of ONU's.
ONT / ONU-interfaces
De optische netwerkterminal (ONT), die is verbonden met de OLT aan de uplinkzijde voor een servicenetwerkinterface, heeft vele gebruikersnetwerkinterfacepoorten. Doorgaans zijn er vier FE / GE-poorten naar UNI.
UNI-poorten voor residentiële ONT - Typisch, de abonnee-service-interfaces zoals 10 / 100Base-T High Speed Internet (HSI) en video over IP, RF coaxiaal voor RF video-overlay-systemen, en FXS-telefooninterfaces analoog voor VoIP PSTN-spraak.
UNI-poorten voor een zakelijke ONT - Naast het bovenstaande, kunnen ook 10/100 / 100Base-T routers en L2 / L3-schakelaarsinterfaces en DS1 / E1 PBX voor sleutelsystemen bevatten.
De optische netwerkeenheid (ONU) beëindigt de GPON-glasvezel en heeft veel meer gebruikersnetwerkinterface (UNI) voor meerdere abonnees. UNI-interface kan ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA of HPNA zijn en de afstand tot de abonnee (10/100 Base-T is beperkt tot 100m, dat is 100 m).
Afhankelijk van het type interfacepoorten, kan UN UNI mogelijk niet rechtstreeks verbinding maken met CPE-apparatuur van een abonnee. In dit geval maakt de UN UNI verbinding met een netwerkbeëindiging (NT), die op de uiteindelijke locatie van de abonnee wordt geplaatst. NT beëindigt de CPE-apparatuur van de abonnee, zoals een pc, draadloze router, telefoon, IP Video Set-Top Box of Set-Top Box, RF Video, enz.
In wezen combineert een ONT de functie van een ONU en een NT in een enkel apparaat. Deze combinatie van de twee; samen maakt de ONT de meest kosteneffectieve oplossing om GPON-diensten te bieden aan lokale en eengezins-, kleine en middelgrote ondernemingen. Als een klant op de campus echter als studenten, hostels, scholen, hogescholen, ziekenhuizen of bedrijfskantoren, waar al een CAT-5 koperen kabel is gelegd, ONU kan dienen als een geschiktere oplossing.
Optisch distributienetwerk
De GPON ODN, bestaande uit een single mode optische vezel en kabel; de optische vezellintkabels, koppelingen, optische connectoren, passieve optische splitters en passieve vertakkingscomponenten zijn zeer passief.
De optische splitsers van ODN verdelen de enkele vezel in meerdere vezels die naar verschillende gebouwen en individuele huizen gaan. De splitters kunnen op elke locatie in het ODN worden geplaatst, van het Central Office (CO) / Local Exchange (LE) tot bij de klant en kunnen van elke grootte zijn. De splitters worden aangeduid als [n: m], waarbij 'n' het aantal ingangen is (richting OLT) = 1 of 2, en 'm' het aantal uitgangen is (richting ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON Multiplexing / Framing
De GPON multiplexing of framing wordt uitgelegd met de volgende factoren.
GPON Encapsulation Method (GEM)
Het is het gegevenstransportschema in de opgegeven GPON-transmissieconvergentielaag. GEM biedt een verbindingsgeoriënteerd framing-mechanisme met variabele lengte voor het transport van datadiensten via het passieve optische netwerk (PON). GEM is ontworpen om onafhankelijk te zijn van het type serviceknooppuntinterface bij de OLT en de typen UNI-interfaces bij de ONU's.
Stroomafwaarts verkeer (OLT richting ONU / ONT)
Voor stroomafwaarts verkeer zijn de verkeersmultiplexfuncties gecentraliseerd in OLT. Een GEM Port-ID, in de vorm van een 12-bits nummer toegewezen door de OLT aan de individuele logische verbindingen, identificeert de GEM-frames die behoren tot verschillende downstream logische verbindingen. Elke ONU filtert de downstream GEM-frames op basis van hun GEM Port-ID's en verwerkt alleen de GEM-frames die bij de ONU horen.
Stroomopwaarts verkeer (ONU / ONT richting OLT)
De verkeersdragende entiteiten binnen de ONU krijgen stroomopwaartse transmissiekans (of bandbreedtetoewijzing) door de OLT. Deze verkeersdragende entiteiten worden geïdentificeerd door de allocatie-ID's (Alloc-ID's). De allocatie-identificatie (Alloc-ID) is een 12-bits nummer dat de OLT toekent aan een ONU om een verkeersdragende entiteit te identificeren. Het is een ontvanger van stroomopwaartse bandbreedtetoewijzingen binnen de ONU.
De bandbreedtetoewijzingen aan verschillende Alloc-ID's worden in de tijd gemultiplexed zoals gespecificeerd door de OLT in de bandbreedtekaarten die stroomafwaarts worden verzonden. Binnen elke bandbreedtetoewijzing gebruikt de ONU de GEM Port-ID als een multiplexsleutel om de GEM-frames te identificeren die bij verschillende stroomopwaartse logische verbindingen horen.
Een transmissiecontainer (T-CONT) is een ONU-object dat een groep logische verbindingen vertegenwoordigt. Het verschijnt als een enkele entiteit voor stroomopwaartse toewijzing van bandbreedte op de PON. Op basis van het toewijzingsschema wordt serviceverkeer naar verschillende GEM-poorten en vervolgens naar verschillende T-CONT's getransporteerd.
De toewijzing tussen de GEM-poort en de T-CONT is flexibel. Een GEM-poort kan overeenkomen met een T-CONT; of meerdere GEM-poorten kunnen overeenkomen met dezelfde T-CONT.
G-PON Transmission Convergence Layer (GTC)
Een protocollaag van de G-PON-protocolsuite die zich tussen de fysieke media-afhankelijke (PMD) laag en de G-PON-clients bevindt. De GTC-laag bestaat uit een GTC-framesublaag en een GTC-adaptatiesublaag.
In de stroomafwaartse richting worden de GEM-frames vervoerd in de GTC-lading, die bij alle ONU's aankomt. De ONU framing-sublaag extraheert de frames en de GEM TC-adapter filtert de frames op basis van hun 12-bits poort-ID. Alleen frames met de juiste poort-ID's zijn toegestaan tot de GEM-clientfunctie.
In stroomopwaartse richting wordt het GEM-verkeer over een of meer T-CONT's getransporteerd. De OLT ontvangt de transmissie die hoort bij de T-CONT en de frames worden doorgestuurd naar de GEM TC-adapter en vervolgens naar de GEM-client.
GTC Layer Framing
Het stroomafwaartse frame heeft een duur van 125 microseconden en is 38880 bytes lang, wat overeenkomt met de stroomafwaartse gegevenssnelheid van 2.48832 Gbit / s. Het downstream GTC-frame bestaat uit het fysieke besturingsblok downstream (PCBd) en de GTC-payloadsectie.
GPON-transmissieconvergentieframes zijn altijd 125 Msec lang -
19440 bytes / frame voor een snelheid van 1244,16
38880 bytes / frame voor 2488.32 snelheid
Elk GTC-frame bestaat uit Physical Control Block downstream + payload
PCBd bevat sync, OAM, DBA-info, etc.
Payload kan ATM- en GEM-partities hebben (een of beide)
De stroomopwaartse GTC-frameduur is 125 microseconden. In G-PON-systemen met de 1.24416 Gbit / s uplink is de stroomopwaartse GTC-framegrootte 19.440 bytes. Elk stroomopwaarts frame bevat een aantal transmissiesalvo's afkomstig van een of meer ONU's.
Elke stroomopwaartse transmissiesalvo bevat een stroomopwaartse fysieke laag overhead (PLOu) sectie en een of meer bandbreedtetoewijzingsintervallen geassocieerd met de individuele Alloc-ID's. Het stroomafwaartse GTC-frame biedt de gemeenschappelijke tijdreferentie voor de PON en de gemeenschappelijke besturingssignalering voor de stroomopwaartse.
GPON Payloads
GTC-payload heeft mogelijk twee secties -
ATM-partitie (Alen * 53 bytes lang)
GEM-partitie (nu voorkeursmethode)
ATM-partitie
De ATM-partitie heeft de volgende kenmerken.
Alen (12 bits) is gespecificeerd in de PCBd.
Alen geeft het aantal 53B-cellen in de ATM-partitie aan.
Als Alen = 0 dan is er geen ATM-partitie.
Als Alen = lengte van lading / 53, dan geen GEM-partitie.
ATM-cellen zijn uitgelijnd op het GTC-frame.
ONU's accepteren ATM-cellen op basis van VPI in ATM-header.
GEM-partitie
De GEM-partitie heeft de volgende kenmerken.
In tegenstelling tot ATM-cellen kunnen GEM afgebakende frames elke lengte hebben.
Elk aantal GEM-frames kan zich in de GEM-partitie bevinden.
ONU's accepteren GEM-frames op basis van 12b Port-ID in GEM-header.
GPON Encapsulation Mode
Een veelgehoorde klacht tegen BPON was inefficiëntie vanwege de belasting op ATM-cellen. GEM is vergelijkbaar met ATM. Het heeft een HEC-beveiligde header met constante grootte. Het vermijdt echter grote overhead door frames met variabele lengte toe te staan. GEM is generiek - elk pakkettype (en zelfs TDM) wordt ondersteund. GEM ondersteunt fragmentatie en hermontage.
GEM is gebaseerd op GFP en de kop bevat de volgende velden -
Indicator laadlengte - laadlengte in bytes.
Poort-ID - identificeert de doel-ONU.
Payload Type Indicator (GEM OAM, congestie / fragmentatie indicatie).
Header Error Correction field (BCH (39,12,2) code + 1b even pariteit)
De GEM-header is XOR'ed met B6AB31E055 vóór verzending.
Ethernet / TDM via GEM
Bij het transport van Ethernet-verkeer via GEM
Alleen het MAC-frame is ingekapseld (geen preambule, SFD, EFD)
MAC-frame kan gefragmenteerd zijn (zie volgende dia).
Ethernet via GEM
Bij het transport van TDM-verkeer over GEM -
TDM-invoerbuffer om de 125 Msec opgevraagd.
PLI bytes van TDM worden ingevoegd in het payload-veld.
Lengte van TDM-fragment kan variëren met ± 1 byte vanwege frequentie-offset.
Retourlatentie begrensd door 3 msec.
TDM over GEM
GEM kan zijn lading versnipperen. Bijvoorbeeld, Niet-gefragmenteerd Ethernet-frame zoals weergegeven in de volgende afbeelding.
De volgende afbeelding toont een gefragmenteerd Ethernet-frame.
GEM fragmenten payloads om een van de volgende twee redenen -
Reden 1 - GEM-frame mag niet over het GTC-frame reiken.
Reden 2 - GEM-frame kan vervallen voor vertragingsgevoelige gegevens.
GPON-codering
OLT codeert met behulp van AES-128 in de tellermodus. Alleen de payload is gecodeerd (geen ATM- of GEM-headers). Versleutelingsblokken zijn uitgelijnd op het GTC-frame. Teller wordt als volgt gedeeld door OLT en alle ONU's -
46b = 16b intraframe + 30 bits interframe.
Intra-frame teller wordt elke 4 databytes verhoogd.
Reset naar nul aan het begin van het DS GTC-frame.
OLT en elke ONU moeten een unieke symmetrische sleutel overeenkomen. OLT vraagt ONU om een wachtwoord (in PLOAMd). ONU stuurt wachtwoord US in het openbaar (in PLOAMu) -
Sleutel 3 keer verzonden voor robuustheid
OLT informeert ONU over de precieze tijd om de nieuwe sleutel te gebruiken.
QoS - GPON
GPON behandelt QoS expliciet. Frames met constante lengte vergemakkelijken QoS voor tijdgevoelige toepassingen. Er zijn 5 soorten transmissiecontainers -
Type 1 - vast BW.
Type 2 - verzekerd BW.
Type 3 - toegewezen BW + niet-verzekerde BW.
Type 4 - beste poging.
Type 5 - superset van al het bovenstaande.
GEM voegt verschillende PON-laag QoS-functies toe -
Fragmentatie maakt voorrang mogelijk op grote frames met lage prioriteit.
PLI - expliciete pakketlengte kan worden gebruikt door algoritmen in de wachtrij te plaatsen.
PTI-bits dragen congestie-indicaties.
