FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) è un sistema ottico per reti di accesso, basato sulle specifiche ITU-T serie G.984. Può fornire una portata di 20 km con un budget ottico di 28 dB (mostrato nella figura seguente) utilizzando l'ottica di classe B + con rapporto di divisione 1:32.
Il sistema GPON supporta le seguenti tariffe:
155 Mbps a monte, 1.24416 Gbps a valle
622 Mbps a monte, 1.24416 Gbps a valle
1.24416 Gbps a monte, 1.24416 Gbps a valle
155 Mbps in su, 2.48832 Gbps in downstream
622 Mbps in su, 2.48832 Gbps in downstream
1.24416 Gbps in su, 2.48832 Gbps in downstream
2.48832 Gbps su, 2.48832 Gbps a valle
GPON supporta sia l'incapsulamento ATM che GEM. GEM (metodo di incapsulamento GPON) supporta sia TDM nativo che dati.
Funzionalità GPON
Questa tecnologia evolutiva si basa su BPON GEM. Di seguito sono le sue caratteristiche -
Trasmissione a valle
2,4 Gbps
BW per un ONT è sufficiente per fornire più segnali HDTV
QOS consente di ritardare il traffico sensibile (voce)
Trasmissione a monte
1,24 Gbps
È possibile garantire un BW minimo
Le fasce orarie non utilizzate possono essere assegnate a utenti pesanti
QoS consente di ritardare il traffico sensibile (voce)
Perché GPON
GPON offre una soluzione di servizi integrati come -
Supporta i servizi Triple Play.
Per abbattere l'ostacolo della larghezza di banda dell'accesso tramite cavi a doppino intrecciato, supporta la trasmissione a larghezza di banda elevata.
Riduce i nodi della rete.
Supporta fino a 20 km di copertura del servizio.
Standard GPON
Gli standard GPON sono basati sulle precedenti specifiche BPON. Le specifiche sono -
G.984.1 - Questo documento descrive le caratteristiche generali della rete ottica passiva compatibile con Gigabit.
G.984.2 - Questo documento descrive le specifiche del livello dipendente dal supporto fisico della rete ottica passiva Gigabit.
G.984.3 - Questo documento descrive le specifiche del livello di convergenza della trasmissione di rete ottica passiva compatibile con Gigabit.
G.984.4 - Questo documento descrive le specifiche dell'interfaccia di gestione e controllo (OMCI) della rete ottica passiva compatibile con Gigabit.
Architettura GPON
Prestazioni ottiche in termini di velocità dei dati.
La classe dei componenti in fibra ottica.
Tempi e controllo della potenza ottica.
Correzione dell'errore in avanti.
Ottica di classe A: da 5 a 20 dB
Ottica di classe B: da 10 a 25 dB
Ottica di classe C: da 15 a 30 dB
Funzione dell'interfaccia della porta di servizio
Funzione cross-connect
Interfaccia di rete di distribuzione ottica (ODN)
GPON OLT serve più ONT attraverso la porta PON. La trasmissione a valle, cioè da OLT a ONT è di solito TDM; mentre il traffico a monte, cioè da ONT a OLT, è generalmente TDMA.
Il sistema PON può essere simmetrico o asimmetrico. Le infrastrutture PON e in fibra possono essere utilizzate anche per supportare qualsiasi servizio di distribuzione unidirezionale. Ad esempio - Video a una lunghezza d'onda diversa.
GPON Physical-Media Layer dipendente
G.984.2 è la specifica del livello fisico del sistema GPON. Il livello fisico si rivolge ad aree come -
Uno dei requisiti di base di un sistema ottico è fornire componenti con una capacità sufficiente per estendere il segnale ottico all'intervallo previsto. Esistono tre categorie o classi di componenti, che si basano su potenza e sensibilità. Le classi di componenti sono -
Terminale di linea ottica (OLT)
OLT fornisce l'interfaccia del nodo di servizio (SNI) (in genere interfacce LAN Ethernet da 1 Gbps e / o 10 Gbps) verso la rete principale e controlla GPON. L'OLT è composto da tre parti principali:
La seguente illustrazione mostra il tipico diagramma a blocchi funzionale OLT.
PON Core Shell
La scocca PON Core è composta da due parti. La prima parte è la funzione di interfaccia ODN e la parte è la funzione PON TC. La funzione PON TC include OAM, controllo dell'accesso ai media, framing, DBA, delineazione dell'unità di dati di protocollo (PDU) per la funzione cross-connect e per la gestione ONU.
Shell con connessione incrociata: questa shell fornisce un percorso di comunicazione tra la shell core PON e la shell di servizio.
Service shell - Questa shell serve per la traduzione tra le interfacce di servizio e l'interfaccia del frame TC della sezione PON.
ONU / ONT
L'unità ottica di rete (ONU) funziona con una singola interfaccia PON o massimo due interfacce a fini di protezione dei collegamenti. Nel caso in cui una di queste due fibre venga tagliata, è possibile accedere all'ONU attraverso altre fibre. Questo si chiama protezione PON o protezione link. La protezione dei collegamenti è anche nota come aggregazione dei collegamenti, che può proteggere il collegamento e allo stesso tempo può anche aggregare il traffico.
Le funzioni MUX e DEMUX di servizio collegano i dispositivi del cliente al lato PON. Il terminale di rete ottica (ONT) è progettato per l'uso da parte di singoli utenti, mentre l'ONU (unità di rete ottica) è progettato per l'uso da parte di più utenti. Gli splitter consentono al PON di essere condiviso da un massimo di 128 ONT o ONU.
Interfacce ONT / ONU
Il terminale di rete ottica (ONT), che è collegato all'OLT sul lato uplink per l'interfaccia di rete di servizio, ha molte porte di interfaccia utente-rete. In genere, ci saranno quattro porte FE / GE verso UNI.
Porte UNI per ONT residenziale - In genere, le interfacce di servizio degli abbonati come Internet ad alta velocità 10 / 100Base-T (HSI) e video su IP, coassiale RF per sistemi di sovrapposizione video RF e interfacce telefoniche FXS analogiche per voce VoIP PSTN.
Porte UNI per un ONT aziendale - Oltre a quanto sopra, possono includere anche router 10/100 / 100Base-T e interfacce switch L2 / L3 e PB1 DS1 / E1 per sistemi chiave.
L'unità di rete ottica (ONU) termina la fibra GPON e ha un'interfaccia di rete utente (UNI) molto più per abbonati multipli. L'interfaccia UNI può essere ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA o HPNA e la distanza dall'abbonato (10/100 Base-T è limitata a 100m, ovvero 330 piedi).
In base al tipo di porte di interfaccia, UN UNI potrebbe non essere in grado di connettersi direttamente a un'apparecchiatura CPE dell'abbonato. In questo caso, la UNI UN si connette a una terminazione di rete (NT), che si trova nella posizione finale dell'abbonato. NT termina l'apparecchiatura CPE dell'abbonato, come un PC, un router wireless, un telefono, un set-top box video IP o un set-top box, un video RF, ecc.
In sostanza, un ONT combina la funzione di un ONU e un NT in un singolo dispositivo. Questa combinazione dei due; insieme rende l'ONT la soluzione più economica per fornire servizi GPON a imprese locali e unifamiliari, piccole e medie imprese. Tuttavia, se un cliente nel campus è costituito da studenti, ostelli, scuole, college, ospedali o uffici aziendali, dove è già installato un cavo in rame CAT-5, ONU può servire come soluzione più appropriata.
Rete di distribuzione ottica
GPON ODN, costituito da una fibra ottica e un cavo monomodali; i cavi a nastro in fibra ottica, le giunzioni, i connettori ottici, i divisori ottici passivi e i componenti di ramificazione passivi sono molto passivi.
Gli splitter ottici ODN dividono la singola fibra in più fibre che vanno in diversi edifici e singole case. Gli splitter possono essere collocati in qualsiasi posizione nell'ODI, dall'ufficio centrale (CO) / scambio locale (LE) alla sede del cliente e possono essere di qualsiasi dimensione. Gli splitter sono designati come [n: m], dove 'n' è il numero di input (verso OLT) = 1 o 2, e 'm' è il numero di output (verso ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
GPON Multiplexing / Framing
Il multiplexing o l'inquadratura GPON è spiegato con i seguenti fattori.
Metodo di incapsulamento GPON (GEM)
È lo schema di trasporto dei dati nel livello di convergenza della trasmissione GPON specificato. GEM fornisce un meccanismo di inquadramento a lunghezza variabile orientato alla connessione per il trasporto di servizi dati attraverso la rete ottica passiva (PON). GEM è progettato per essere indipendente dal tipo di interfaccia del nodo di servizio in OLT nonché dai tipi di interfacce UNI in ONU.
Traffico a valle (OLT verso ONU / ONT)
Per il traffico a valle, le funzioni di multiplexing del traffico sono centralizzate in OLT. Un ID porta GEM, sotto forma di un numero a 12 bit assegnato dall'OLT alle singole connessioni logiche, identifica i frame GEM che appartengono a diverse connessioni logiche a valle. Ogni ONU filtra i frame GEM downstream in base ai rispettivi ID porta GEM ed elabora solo i frame GEM che appartengono all'ONU.
Traffico a monte (ONU / ONT verso OLT)
Le entità portatrici di traffico all'interno dell'ONU ricevono opportunità di trasmissione a monte (o allocazione della larghezza di banda) dall'OLT. Queste entità portanti il traffico sono identificate dagli ID allocazione (Alloc-ID). L'identificatore di allocazione (Alloc-ID) è un numero a 12 bit che l'OLT assegna a una ONU per identificare un'entità che genera traffico. È un destinatario di allocazioni di larghezza di banda upstream all'interno dell'ONU.
Le allocazioni di larghezza di banda a diversi Alloc-ID sono multiplexate nel tempo come specificato dall'OLT nelle mappe di larghezza di banda trasmesse a valle. All'interno di ciascuna allocazione della larghezza di banda, l'ONU utilizza l'ID porta GEM come chiave multiplexing per identificare i frame GEM che appartengono a diverse connessioni logiche a monte.
Un contenitore di trasmissione (T-CONT) è un oggetto ONU che rappresenta un gruppo di connessioni logiche. Appare come una singola entità ai fini dell'assegnazione della larghezza di banda a monte sul PON. Sulla base dello schema di mappatura, il traffico di servizio viene trasferito a diverse porte GEM e quindi a diversi T-CONT.
La mappatura tra la porta GEM e il T-CONT è flessibile. Una porta GEM può corrispondere a un T-CONT; o più porte GEM possono corrispondere allo stesso T-CONT.
G-PON Transmission Convergence Layer (GTC)
Un livello di protocollo della suite di protocolli G-PON che è posizionato tra il livello PMD (Physical Dipendent) e i client G-PON. Lo strato GTC è composto dal sottostrato di inquadramento GTC e dal sottostrato di adattamento GTC.
Nella direzione a valle, i frame GEM sono trasportati nel payload GTC, che arriva a tutte le ONU. Il sottostrato di frame ONU estrae i frame e l'adattatore GEM TC filtra i frame in base al loro ID porta a 12 bit. Solo i frame con gli ID porta appropriati sono ammessi alla funzione client GEM.
Nella direzione a monte, il traffico GEM viene trasferito su uno o più T-CONT. L'OLT riceve la trasmissione associata al T-CONT e i frame vengono inoltrati all'adattatore TC GEM e quindi al client GEM.
Inquadratura strato GTC
Il frame downstream ha una durata di 125 microsecondi ed è lungo 38880 byte, che corrisponde alla velocità dati downstream di 2.48832 Gbit / s. Il frame GTC downstream è costituito dal blocco di controllo fisico downstream (PCBd) e dalla sezione di payload GTC.
I frame di convergenza della trasmissione GPON sono sempre lunghi 125 Msec -
19440 byte / frame per velocità 1244.16
38880 byte / frame per velocità 2488,32
Ogni frame GTC è costituito da Physical Control Block downstream + payload
PCBd contiene sincronizzazione, OAM, informazioni DBA, ecc.
Il payload può avere partizioni ATM e GEM (una o entrambe)
La durata del frame GTC a monte è di 125 μs. Nei sistemi G-PON con uplink 1.24416 Gbit / s, la dimensione del frame GTC upstream è di 19.440 byte. Ogni frame a monte contiene un numero di raffiche di trasmissione provenienti da una o più ONU.
Ogni raffica di trasmissione a monte contiene una sezione di overhead del livello fisico a monte (PLOu) e uno o più intervalli di allocazione della larghezza di banda associati ai singoli ID Alloc. Il frame GTC a valle fornisce il riferimento temporale comune per il PON e la segnalazione di controllo comune per l'upstream.
Payload GPON
Il payload GTC ha potenzialmente due sezioni:
Partizione ATM (Alen * 53 byte di lunghezza)
Partizione GEM (ora metodo preferito)
Partizione ATM
La partizione ATM ha le seguenti caratteristiche.
Alen (12 bit) è specificato nel PCBd.
Alen specifica il numero di celle 53B nella partizione ATM.
Se Alen = 0, allora nessuna partizione ATM.
Se Alen = lunghezza del payload / 53, nessuna partizione GEM.
Le celle ATM sono allineate al telaio GTC.
Le ONU accettano celle ATM basate su VPI nell'intestazione ATM.
Partizione GEM
La partizione GEM ha le seguenti caratteristiche.
A differenza delle celle ATM, i frame delineati GEM possono avere qualsiasi lunghezza.
Qualsiasi numero di frame GEM può essere contenuto nella partizione GEM.
Le ONU accettano frame GEM basati sull'ID porta 12b nell'intestazione GEM.
Modalità di incapsulamento GPON
Una denuncia comune contro BPON è stata l'inefficienza dovuta all'imposta sulle celle ATM. GEM è simile a ATM. Ha un'intestazione protetta HEC di dimensioni costanti. Tuttavia, evita grandi spese generali consentendo frame di lunghezza variabile. GEM è generico: è supportato qualsiasi tipo di pacchetto (e persino TDM). GEM supporta la frammentazione e il rimontaggio.
GEM si basa su GFP e l'intestazione contiene i seguenti campi:
Indicatore della lunghezza del carico utile - lunghezza del carico utile in byte.
ID porta: identifica l'ONU di destinazione.
Indicatore del tipo di payload (GEM OAM, indicazione di congestione / frammentazione).
Campo Correzione errore intestazione (codice BCH (39,12,2) + parità pari 1b)
L'intestazione GEM è XOR con B6AB31E055 prima della trasmissione.
Ethernet / TDM su GEM
Quando si trasporta traffico Ethernet su GEM
Viene incapsulato solo il frame MAC (nessun preambolo, SFD, EFD)
Il frame MAC potrebbe essere frammentato (vedere la diapositiva successiva).
Ethernet su GEM
Quando si trasporta traffico TDM su GEM -
Buffer di input TDM sottoposto a polling ogni 125 Msec.
I byte PLI di TDM vengono inseriti nel campo del payload.
La lunghezza del frammento TDM può variare di ± 1 byte a causa dell'offset di frequenza.
Latenza di andata e ritorno limitata a 3 msec.
TDM su GEM
GEM può frammentare il suo payload. Ad esempio, frame Ethernet non frammentato, come mostrato nella figura seguente.
La seguente illustrazione mostra un frame Ethernet frammentato.
GEM frammenta i payload per uno dei due seguenti motivi:
Motivo 1 - Il telaio GEM potrebbe non essere a cavallo del telaio GTC.
Motivo 2 - Il frame GEM può essere prevenuto per i dati sensibili al ritardo.
Crittografia GPON
Crittografia OLT utilizzando AES-128 in modalità contatore. Viene crittografato solo il payload (non le intestazioni ATM o GEM). I blocchi di crittografia sono allineati al frame GTC. Il contatore è condiviso da OLT e da tutte le ONU come segue:
46b = 16b intra-frame + 30 bit inter-frame.
Il contatore intra-frame aumenta ogni 4 byte di dati.
Ripristinare a zero all'inizio del frame DS GTC.
OLT e ciascuna ONU devono concordare una chiave simmetrica univoca. OLT chiede a ONU una password (in PLOAMd). ONU invia la password US in chiaro (in PLOAMu) -
Chiave inviata 3 volte per robustezza
OLT informa l'ONU del tempo preciso per iniziare a utilizzare la nuova chiave.
QoS - GPON
GPON tratta esplicitamente QoS. I frame a lunghezza costante facilitano il QoS per applicazioni sensibili al tempo. Esistono 5 tipi di contenitori di trasmissione:
Tipo 1 - fisso BW.
Tipo 2 - Assicurato BW.
Tipo 3 - BW allocato + BW non garantito.
Tipo 4: miglior sforzo.
Tipo 5 - superset di tutto quanto sopra.
GEM aggiunge diverse funzionalità QoS a livello PON:
La frammentazione consente la prelazione di grandi frame a bassa priorità.
PLI: la lunghezza del pacchetto esplicita può essere utilizzata accodando gli algoritmi.
I bit PTI portano indicazioni di congestione.
Nel prossimo capitolo, capiremo cos'è la rete ottica passiva Ethernet.
