FTTH - GPON
GPON (Mạng quang thụ động Gigabit) là một Hệ thống quang cho Mạng truy cập, dựa trên các thông số kỹ thuật của ITU-T G.984. Nó có thể cung cấp phạm vi tiếp cận 20 km với ngân sách quang 28dB (được hiển thị trong hình minh họa sau) bằng cách sử dụng quang học lớp B + với tỷ lệ phân chia 1:32.
Hệ thống GPON hỗ trợ các mức giá sau -
155 Mbps ngược dòng, hạ lưu 1.24416 Gbps
Thượng lưu tốc độ 622 Mbps, hạ lưu 1.24416 Gbps
1.24416 Gbps ngược dòng, hạ lưu 1.24416 Gbps
155Mbps trở lên, hạ lưu 2.48832 Gbps
Tăng tốc độ tối đa 622 Mbps, hạ lưu 2.48832 Gbps
1.24416 Gbps trở lên, hạ lưu 2.48832 Gbps
2.48832 Gbps trở lên, hạ lưu 2.48832 Gbps
GPON hỗ trợ cả đóng gói ATM và GEM. GEM (Phương pháp đóng gói GPON) hỗ trợ cả TDM và dữ liệu gốc.
Tính năng GPON
Công nghệ tiến hóa này dựa trên BPON GEM. Sau đây là các tính năng của nó -
Truyền tải hạ lưu
2,4 Gb / giây
BW cho một ONT là đủ để cung cấp nhiều tín hiệu HDTV
QOS cho phép trì hoãn lưu lượng truy cập nhạy cảm (giọng nói)
Truyền tải ngược dòng
1,24 Gb / giây
BW tối thiểu có thể được đảm bảo
Các khe thời gian không sử dụng có thể được chỉ định cho người dùng nặng
QoS cho phép trì hoãn lưu lượng nhạy cảm (giọng nói)
Tại sao lại là GPON?
GPON cung cấp giải pháp dịch vụ tích hợp như -
Nó hỗ trợ các tật xấu của Triple Play.
Để phá vỡ rào cản băng thông của truy cập trên cáp đôi xoắn, nó hỗ trợ truyền băng thông cao.
Nó làm giảm các nút mạng.
Nó hỗ trợ bảo hiểm lên đến 20 km.
Tiêu chuẩn GPON
Các tiêu chuẩn GPON được xây dựng trên các thông số kỹ thuật của BPON trước đó. Các thông số kỹ thuật là -
G.984.1 - Tài liệu này mô tả các đặc điểm chung của Mạng quang thụ động có khả năng Gigabit.
G.984.2 - Tài liệu này mô tả đặc điểm kỹ thuật của lớp phụ thuộc phương tiện vật lý mạng quang thụ động có khả năng Gigabit.
G.984.3 - Tài liệu này mô tả Đặc điểm kỹ thuật của lớp hội tụ truyền qua mạng quang thụ động có khả năng Gigabit.
G.984.4 - Tài liệu này mô tả Đặc tả giao diện điều khiển và quản lý ONT mạng quang thụ động có khả năng Gigabit (OMCI).
Kiến trúc GPON
GPON OLT phục vụ nhiều ONT thông qua cổng PON. Việc truyền tải xuôi dòng, tức là, từ OLT sang ONT thường là TDM; trong khi lưu lượng ngược dòng, tức là, từ ONT đến OLT thường là TDMA.
Hệ thống PON có thể đối xứng hoặc không đối xứng. Cơ sở hạ tầng PON và sợi cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ bất kỳ dịch vụ phân phối một chiều nào. Ví dụ: Video ở bước sóng khác.
Lớp phụ thuộc vật lý-phương tiện GPON
G.984.2 là đặc điểm kỹ thuật của lớp vật lý của hệ thống GPON. Lớp vật lý giải quyết các khu vực như -
Hiệu suất quang về tốc độ dữ liệu.
Các lớp của các thành phần sợi quang.
Thời gian và kiểm soát của năng lượng quang học.
Chuyển tiếp sửa lỗi.
Một trong những yêu cầu cơ bản của hệ thống quang là cung cấp cho các thành phần có công suất đủ lớn để mở rộng tín hiệu quang đến phạm vi dự kiến. Có ba loại hoặc các loại thành phần, dựa trên sức mạnh và độ nhạy. Các lớp của các thành phần là -
Quang học loại A: 5 đến 20dB
Quang học loại B: 10 đến 25dB
Quang học loại C: 15 đến 30dB
Thiết bị đầu cuối đường quang (OLT)
OLT cung cấp giao diện nút dịch vụ (SNI) (thường là giao diện Ethernet LAN 1 Gbps và / hoặc 10 Gbps) đối với mạng lõi và điều khiển GPON. OLT bao gồm ba phần chính -
Chức năng giao diện cổng dịch vụ
Chức năng kết nối chéo
Giao diện mạng phân phối quang (ODN)
Hình minh họa sau đây cho thấy sơ đồ khối chức năng OLT điển hình.
Vỏ lõi PON
Vỏ PON Core bao gồm hai phần. Phần đầu tiên là chức năng giao diện ODN và phần là chức năng PON TC. Chức năng PON TC bao gồm OAM, điều khiển truy cập phương tiện, đóng khung, DBA, phân định đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) cho chức năng kết nối chéo và quản lý ONU.
Vỏ kết nối chéo - Lớp vỏ này cung cấp đường dẫn liên lạc giữa vỏ lõi PON và vỏ dịch vụ.
Shell dịch vụ - Shell này dành cho dịch giữa các giao diện dịch vụ và giao diện khung TC của phần PON.
ONU / ONT
Đơn vị mạng quang (ONU) hoạt động với một giao diện PON duy nhất hoặc tối đa hai giao diện cho mục đích bảo vệ liên kết. Trong trường hợp, bất kỳ một sợi nào trong hai sợi này bị cắt thì ONU có thể được truy cập thông qua sợi khác. Điều này được gọi là bảo vệ PON hoặc Bảo vệ liên kết. Bảo vệ liên kết còn được gọi là tập hợp liên kết, có thể bảo vệ liên kết và đồng thời, nó cũng có thể tổng hợp lưu lượng.
Chức năng MUX và DEMUX dịch vụ kết nối các thiết bị của Khách hàng với phía PON. Thiết bị đầu cuối mạng quang (ONT) được thiết kế để sử dụng cho một thuê bao, trong khi ONU (Đơn vị mạng quang) được thiết kế để sử dụng cho nhiều thuê bao. Bộ chia cho phép PON được chia sẻ lên tới 128 ONT hoặc ONU.
Giao diện ONT / ONU
Thiết bị đầu cuối mạng quang (ONT), được kết nối với OLT ở phía đường lên cho giao diện mạng dịch vụ, có nhiều cổng giao diện mạng người dùng. Thông thường, sẽ có bốn cổng FE / GE hướng tới UNI.
Các cổng UNI cho ONT dân cư - Thông thường, các giao diện dịch vụ thuê bao như Internet tốc độ cao 10 / 100Base-T (HSI) và video qua IP, đồng trục RF cho các hệ thống lớp phủ video RF và giao diện điện thoại FXS tương tự cho thoại PSTN VoIP.
Các cổng UNI cho ONT kinh doanh - Ngoài các điều trên, cũng có thể bao gồm các bộ định tuyến 10/100 / 100Base-T và giao diện chuyển mạch L2 / L3 và DS1 / E1 PBX cho các hệ thống chính.
Đơn vị mạng quang (ONU) chấm dứt sợi GPON và có nhiều giao diện mạng người dùng (UNI) hơn cho nhiều thuê bao. Giao diện UNI có thể là ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA hoặc HPNA và khoảng cách đến thuê bao (10/100 Base-T được giới hạn ở 100m, là 330 ft.).
Theo loại cổng giao diện, UN UNI có thể không thể kết nối trực tiếp với thiết bị CPE thuê bao. Trong trường hợp này, UNI UNI kết nối với chấm dứt mạng (NT), được đặt tại vị trí cuối cùng của thuê bao. NT chấm dứt thiết bị CPE của thuê bao, chẳng hạn như PC, Bộ định tuyến không dây, Điện thoại, Hộp giải mã video IP hoặc Hộp Set-Top, Video RF, v.v.
Về cơ bản, ONT kết hợp chức năng của ONU và NT trong một thiết bị duy nhất. Sự kết hợp của hai; cùng nhau làm cho ONT trở thành giải pháp hiệu quả nhất về chi phí để cung cấp dịch vụ GPON cho các doanh nghiệp địa phương và một gia đình, nhỏ và vừa. Tuy nhiên, nếu khách hàng trong trường là sinh viên, ký túc xá, trường học, cao đẳng, bệnh viện hoặc văn phòng công ty, nơi đã có cáp đồng CAT-5 được đặt, ONU có thể phục vụ như một giải pháp phù hợp hơn.
Mạng phân phối quang
GPON ODN, bao gồm một sợi quang và cáp quang đơn chế độ; các dây cáp quang, mối nối, đầu nối quang, bộ tách quang thụ động và các thành phần phân nhánh thụ động rất thụ động.
Bộ tách quang ODN chia sợi đơn thành nhiều sợi đến các tòa nhà và nhà riêng lẻ khác nhau. Bộ chia có thể được đặt ở bất kỳ vị trí nào trong ODN, từ Văn phòng trung tâm (CO) / Sàn giao dịch địa phương (LE) đến cơ sở của khách hàng và có thể có kích thước bất kỳ. Các bộ chia được chỉ định là [n: m], trong đó 'n' là số lượng đầu vào (đối với OLT) = 1 hoặc 2 và 'm' là số lượng đầu ra (đối với ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.
Ghép kênh / khung GPON
Ghép kênh hoặc khung GPON được giải thích với các yếu tố sau.
Phương pháp đóng gói GPON (GEM)
Đây là sơ đồ truyền tải dữ liệu trong lớp hội tụ truyền dẫn GPON được chỉ định. GEM cung cấp một cơ chế định khung có độ dài thay đổi theo định hướng kết nối để vận chuyển các dịch vụ dữ liệu qua mạng quang thụ động (PON). GEM được thiết kế độc lập với loại giao diện nút dịch vụ tại OLT cũng như các loại giao diện UNI tại ONU.
Lưu lượng truy cập xuôi dòng (OLT theo hướng ONU / ONT)
Đối với lưu lượng truy cập xuôi dòng, các chức năng ghép kênh lưu lượng được tập trung trong OLT. ID cổng GEM, dưới dạng số 12 bit được OLT gán cho các kết nối logic riêng lẻ, xác định các khung GEM thuộc các kết nối logic hạ lưu khác nhau. Mỗi ONU lọc các khung GEM xuôi dòng dựa trên ID cổng GEM của chúng và chỉ xử lý các khung GEM thuộc về ONU.
Lưu lượng ngược dòng (ONU / ONT về OLT)
Các thực thể mang lưu lượng trong ONU được OLT cấp cho cơ hội truyền tải ngược dòng (hoặc phân bổ băng thông). Các thực thể mang lưu lượng này được xác định bởi ID phân bổ (Alloc-ID). Mã định danh phân bổ (Alloc-ID) là số 12 bit mà OLT gán cho ONU để xác định thực thể mang lưu lượng. Nó là người nhận phân bổ băng thông ngược dòng trong ONU.
Việc phân bổ băng thông cho các Alloc-ID khác nhau được ghép theo thời gian như được chỉ định bởi OLT trong các bản đồ băng thông được truyền xuống. Trong mỗi phân bổ băng thông, ONU sử dụng GEM Port-ID làm khóa ghép kênh để xác định các khung GEM thuộc các kết nối logic ngược dòng khác nhau.
Hộp chứa Truyền (T-CONT) là một đối tượng ONU đại diện cho một nhóm các kết nối logic. Nó xuất hiện dưới dạng một thực thể duy nhất cho mục đích gán băng thông ngược dòng trên PON. Dựa trên sơ đồ ánh xạ, lưu lượng dịch vụ được chuyển đến các cổng GEM khác nhau và sau đó đến các T-CONT khác nhau.
Ánh xạ giữa cổng GEM và T-CONT rất linh hoạt. Cổng GEM có thể tương ứng với T-CONT; hoặc nhiều Cổng GEM có thể tương ứng với cùng một T-CONT.
Lớp hội tụ truyền G-PON (GTC)
Một lớp giao thức của bộ giao thức G-PON được định vị giữa lớp phụ thuộc phương tiện vật lý (PMD) và các máy khách G-PON. Lớp GTC bao gồm lớp phụ khung GTC và lớp phụ thích ứng GTC.
Theo hướng hạ lưu, các khung GEM được mang theo tải trọng GTC, đến tất cả các ONU. Lớp phụ đóng khung ONU trích xuất các khung và bộ điều hợp GEM TC lọc các khung dựa trên Port-ID 12 bit của chúng. Chỉ các khung có ID cổng thích hợp mới được phép thông qua chức năng máy khách GEM.
Theo hướng thượng nguồn, lưu lượng GEM được chuyển qua một hoặc nhiều T-CONT. OLT nhận được truyền dẫn liên quan đến T-CONT và các khung được chuyển tiếp đến bộ điều hợp GEM TC và sau đó là máy khách GEM.
Khung lớp GTC
Khung hạ lưu có thời lượng 125 micro giây và dài tới 38880 byte, tương ứng với tốc độ dữ liệu xuôi dòng là 2,48832 Gbit / s. Khung GTC xuôi dòng bao gồm khối điều khiển vật lý xuôi dòng (PCBd) và phần tải trọng GTC.
Các khung hội tụ truyền dẫn GPON luôn dài 125 Msec -
19440 byte / khung hình cho tỷ lệ 1244,16
38880 byte / khung hình cho tỷ lệ 2488,32
Mỗi khung GTC bao gồm Khối điều khiển vật lý xuôi dòng + tải trọng
PCBd chứa đồng bộ hóa, thông tin OAM, DBA, v.v.
Tải trọng có thể có phân vùng ATM và GEM (một hoặc cả hai)
Thời lượng khung GTC ngược dòng là 125 ss. Trong các hệ thống G-PON với đường lên 1.24416 Gbit / s, kích thước khung GTC ngược dòng là 19.440 byte. Mỗi khung ngược dòng chứa một số cụm truyền phát đến từ một hoặc nhiều ONU.
Mỗi cụm truyền tải ngược dòng chứa phần trên cao của lớp vật lý ngược dòng (PLOu) và một hoặc nhiều khoảng phân bổ băng thông được liên kết với các ID Alloc-ID riêng lẻ. Khung GTC xuôi dòng cung cấp tham chiếu thời gian chung cho PON và tín hiệu điều khiển chung cho ngược dòng.
Tải trọng GPON
Tải trọng GTC có thể có hai phần -
Phân vùng ATM (Chiều dài Alen * 53 byte)
Phân vùng GEM (phương thức ưa thích hiện nay)
Phân vùng ATM
Phân vùng ATM có các đặc điểm sau.
Alen (12 bit) được chỉ định trong PCBd.
Alen chỉ định số lượng tế bào 53B trong phân vùng ATM.
Nếu Alen = 0 thì không có phân vùng ATM.
Nếu Alen = chiều dài tải trọng / 53, thì không có phân vùng GEM.
Các tế bào ATM được căn chỉnh theo khung GTC.
ONU chấp nhận các tế bào ATM dựa trên VPI trong tiêu đề ATM.
Phân vùng GEM
Phân vùng GEM có các đặc điểm sau.
Không giống như các tế bào ATM, các khung phân định GEM có thể có bất kỳ độ dài nào.
Bất kỳ số lượng khung GEM có thể được chứa trong phân vùng GEM.
ONU chấp nhận các khung GEM dựa trên 12b Port-ID trong tiêu đề GEM.
Chế độ đóng gói GPON
Một khiếu nại phổ biến chống lại BPON là không hiệu quả do thuế tế bào ATM. GEM tương tự như ATM. Nó có tiêu đề bảo vệ HEC kích thước không đổi. Tuy nhiên, nó tránh được chi phí lớn bằng cách cho phép các khung có chiều dài thay đổi. GEM là chung - mọi loại gói (và thậm chí TDM) được hỗ trợ. GEM hỗ trợ phân mảnh và lắp lại.
GEM dựa trên GFP và tiêu đề chứa các trường sau -
Chỉ báo chiều dài tải trọng - chiều dài tải trọng tính bằng byte.
ID cổng - xác định ONU mục tiêu.
Chỉ báo loại tải trọng (GEM OAM, chỉ báo tắc nghẽn / phân mảnh).
Trường sửa lỗi tiêu đề (BCH (39,12,2) mã + 1b chẵn lẻ)
Tiêu đề GEM được XOR'ed với B6AB31E055 trước khi truyền.
Ethernet / TDM qua GEM
Khi vận chuyển lưu lượng Ethernet qua GEM
Chỉ có khung MAC được đóng gói (không có phần mở đầu, SFD, EFD)
Khung MAC có thể bị phân mảnh (xem slide tiếp theo).
Ethernet qua GEM
Khi vận chuyển lưu lượng TDM qua GEM -
Bộ đệm đầu vào TDM được thăm dò sau mỗi 125 Msec.
Các byte PLI của TDM được chèn vào trường tải trọng.
Độ dài của đoạn TDM có thể thay đổi ± 1 Byte do bù tần số.
Độ trễ chuyến đi khứ hồi giới hạn bởi 3 msec.
TDM qua GEM
GEM có thể phân mảnh trọng tải của nó. Ví dụ, khung Ethernet không phân mảnh như trong hình minh họa sau.
Hình minh họa sau đây mô tả khung Ethernet bị phân mảnh.
Tải trọng của mảnh GEM vì một trong hai lý do sau -
Lý do 1 - Khung GEM có thể không đóng khung GTC.
Lý do 2 - Khung GEM có thể được lấy trước cho dữ liệu nhạy cảm trễ.
Mã hóa GPON
OLT mã hóa bằng AES-128 ở chế độ bộ đếm. Chỉ tải trọng được mã hóa (không phải tiêu đề ATM hoặc GEM). Các khối mã hóa được căn chỉnh theo khung GTC. Bộ đếm được chia sẻ bởi OLT và tất cả các ONU như sau -
46b = 16b khung trong + 30 bit liên khung.
Bộ đếm trong khung tăng mỗi 4 byte dữ liệu.
Đặt lại về 0 khi bắt đầu khung DS GTC.
OLT và mỗi ONU phải thống nhất về một khóa đối xứng duy nhất. OLT yêu cầu ONU nhập mật khẩu (bằng PLOAMd). ONU gửi mật khẩu US rõ ràng (bằng PLOAMu) -
Khóa được gửi 3 lần cho sự mạnh mẽ
OLT thông báo cho ONU về thời gian chính xác để bắt đầu sử dụng khóa mới.
QoS - GPON
GPON xử lý QoS một cách rõ ràng. Khung có độ dài không đổi tạo điều kiện cho QoS cho các ứng dụng nhạy cảm với thời gian. Có 5 loại Container truyền tải -
Loại 1 - cố định BW.
Loại 2 - đảm bảo BW.
Loại 3 - BW được phân bổ + BW không đảm bảo.
Loại 4 - nỗ lực tốt nhất.
Loại 5 - superset của tất cả các bên trên.
GEM thêm một số tính năng QoS lớp PON -
Phân mảnh cho phép thực hiện trước các khung ưu tiên thấp lớn.
PLI - chiều dài gói rõ ràng có thể được sử dụng bằng các thuật toán xếp hàng.
Bit PTI mang chỉ dẫn tắc nghẽn.
