FTTH - GPON

GPON (Gigabit Passive Optical Networks) adalah Sistem Optik untuk Jaringan Akses, berdasarkan spesifikasi ITU-T G.984seri. Ini dapat memberikan jangkauan 20 km dengan anggaran optik 28dB (diperlihatkan dalam ilustrasi berikut) dengan menggunakan optik kelas B + dengan rasio pemisahan 1:32.

Sistem GPON mendukung tarif berikut -

155 Mbps upstream, 1.24416 Gbps downstream
622 Mbps upstream, 1.24416 Gbps downstream
1,24416 Gbps upstream, 1,24416 Gbps downstream
155Mbps naik, 2,48832 Gbps downstream
622 Mbps naik, 2,48832 Gbps downstream
Naik 1,24416 Gbps, hilir 2,48832 Gbps
Naik 2,48832 Gbps, hilir 2,48832 Gbps

GPON mendukung enkapsulasi ATM dan GEM. GEM (Metode Enkapsulasi GPON) mendukung TDM asli dan Data.

Fitur GPON

Teknologi evolusi ini didasarkan pada BPON GEM. Berikut adalah fitur-fiturnya -

Transmisi hilir

2,4 Gbps
BW untuk satu ONT cukup untuk memasok beberapa sinyal HDTV
QOS memungkinkan penundaan lalu lintas sensitif (suara)

Transmisi hulu

1,24 Gbps
BW minimum dapat dijamin
Slot waktu yang tidak terpakai dapat ditetapkan untuk pengguna berat
QoS memungkinkan untuk menunda lalu lintas sensitif (suara)

Mengapa GPON?

GPON menyediakan solusi layanan terintegrasi seperti -

Mendukung layanan Triple Play.
Untuk memecah hambatan bandwidth akses melalui kabel twisted pair, ini mendukung transmisi bandwidth tinggi.
Ini mengurangi node jaringan.
Ini mendukung jangkauan layanan hingga 20 km.

Standar GPON

Standar GPON dibangun di atas spesifikasi BPON sebelumnya. Spesifikasinya adalah -

G.984.1 - Dokumen ini menjelaskan karakteristik umum Jaringan Optik Pasif yang Mampu Gigabit.
G.984.2 - Dokumen ini menjelaskan spesifikasi lapisan Tergantung media Fisik yang Mampu Gigabit-Capable Passive-media.

G.984.3 - Dokumen ini menjelaskan Spesifikasi Lapisan Konvergensi Transmisi Jaringan Optik Pasif yang Mampu Gigabit.
G.984.4 - Dokumen ini menjelaskan Manajemen ONT Jaringan Optik Pasif yang Mampu Gigabit dan Spesifikasi Antarmuka Kontrol (OMCI).

Arsitektur GPON

GPON OLT melayani beberapa ONT melalui port PON. Transmisi hilir, yaitu dari OLT ke ONT biasanya TDM; sedangkan trafik upstream, yaitu dari ONT ke OLT biasanya TDMA.

Sistem PON mungkin simetris atau asimetris. PON dan infrastruktur fiber juga dapat digunakan untuk mendukung layanan distributif satu arah. Misalnya - Video pada panjang gelombang berbeda.

GPON Physical-Media Dependent Layer

G.984.2 adalah spesifikasi lapisan fisik sistem GPON. Lapisan fisik membahas area seperti -

Performa optik dalam hal kecepatan data.
Kelas komponen serat optik.
Waktu dan kontrol daya optik.
Koreksi kesalahan ke depan.

Salah satu persyaratan dasar sistem optik adalah menyediakan komponen dengan kapasitas yang cukup untuk memperluas sinyal optik ke kisaran yang diharapkan. Ada tiga kategori atau kelas komponen, yang didasarkan pada daya dan sensitivitas. Kelas komponennya adalah -

Optik Kelas A: 5 hingga 20dB
Optik Kelas B: 10 hingga 25dB
Optik Kelas C: 15 hingga 30dB

Terminal Jalur Optik (OLT)

OLT menyediakan antarmuka node layanan (SNI) (biasanya 1 Gbps dan / atau antarmuka LAN Ethernet 10 Gbps) menuju jaringan inti, dan mengontrol GPON. OLT terdiri dari tiga bagian utama -

Fungsi antarmuka port layanan
Fungsi koneksi silang
Antarmuka jaringan distribusi optik (ODN)

Ilustrasi berikut memperlihatkan diagram blok fungsional OLT tipikal.

PON Core Shell

Cangkang PON Core terdiri dari dua bagian. Bagian pertama adalahODN interface function dan bagiannya PON TC function. Fungsi PON TC mencakup OAM, kontrol akses media, pembingkaian, DBA, penggambaran unit data protokol (PDU) untuk fungsi koneksi silang, dan untuk manajemen ONU.

Cross-connect shell - Shell ini menyediakan jalur komunikasi antara shell inti PON dan shell layanan.
Service shell - Shell ini untuk terjemahan antara antarmuka layanan dan antarmuka bingkai TC dari bagian PON.

ONU / ONT

Itu Optical Network Unit(ONU) beroperasi dengan antarmuka PON tunggal atau maksimum dua antarmuka untuk tujuan perlindungan tautan. Dalam hal ini, salah satu serat dari kedua serat ini dipotong, ONU dapat diakses melalui serat lainnya. Ini disebut perlindungan PON atau Perlindungan Tautan. Perlindungan tautan juga dikenal sebagailink aggregation, yang dapat melindungi tautan dan pada saat yang sama, juga dapat mengumpulkan lalu lintas.

Pelayanan MUX dan DEMUXfungsi menghubungkan perangkat Pelanggan ke sisi PON. Terminal Jaringan Optik (ONT) dirancang untuk penggunaan satu pelanggan, sedangkan ONU (Unit Jaringan Optik) dirancang untuk penggunaan banyak pelanggan. Pemisah memungkinkan PON untuk dibagikan hingga 128 ONT atau ONU.

Antarmuka ONT / ONU

Terminal jaringan optik (ONT), yang tersambung ke OLT di sisi uplink untuk antarmuka jaringan layanan, memiliki banyak port antarmuka jaringan pengguna. Biasanya, akan ada empat port FE / GE menuju UNI.

UNI Ports for Residential ONT - Biasanya, antarmuka layanan pelanggan seperti 10 / 100Base-T High Speed Internet (HSI) dan video over IP, koaksial RF untuk sistem overlay video RF, dan antarmuka telepon FXS analog untuk suara VoIP PSTN.
UNI ports for a business ONT - Selain di atas, mungkin juga termasuk router 10/100 / 100Base-T dan antarmuka switch L2 / L3 dan DS1 / E1 PBX untuk sistem kunci.

Unit jaringan optik (ONU) menghentikan serat GPON dan memiliki lebih banyak antarmuka jaringan pengguna (UNI) ke banyak pelanggan. Antarmuka UNI bisaADSL2+, VDSL2, Power Line, MoCA atau HPNA, dan jarak ke pelanggan (10/100 Base-T dibatasi hingga 100m, yaitu 330 kaki.).

Menurut jenis port antarmuka, UN UNImungkin tidak dapat terhubung langsung ke peralatan CPE pelanggan. Dalam hal ini, UN UNI terhubung ke terminasi jaringan (NT), yang ditempatkan di lokasi akhir pelanggan. NT menghentikan peralatan CPE pelanggan, seperti PC, Router Nirkabel, Telepon, Set-Top Box Video IP, atau Set-Top Box, Video RF, dll.

Pada dasarnya, ONT menggabungkan fungsi ONU dan NT dalam satu perangkat. Kombinasi keduanya; bersama-sama menjadikan ONT solusi yang paling hemat biaya untuk menyediakan layanan GPON kepada perusahaan lokal dan keluarga tunggal, kecil, dan menengah. Namun, jika klien di kampus seperti pelajar, hostel, sekolah, perguruan tinggi, rumah sakit, atau kantor perusahaan, di mana sudah ada kabel tembaga CAT-5 dipasang, ONU dapat berfungsi sebagai solusi yang lebih tepat.

Jaringan Distribusi Optik

GPON ODN, terdiri dari serat optik mode tunggal dan kabel; kabel pita serat optik, sambungan, konektor optik, pembagi optik pasif, dan komponen percabangan pasif sangat pasif.

Pemisah optik ODN membagi serat tunggal menjadi beberapa serat yang digunakan untuk berbagai bangunan dan rumah. Pemisah dapat ditempatkan di lokasi mana pun di ODN, dari Kantor Pusat (CO) / Bursa Lokal (LE) ke tempat pelanggan dan dapat dalam berbagai ukuran. Pemisah ditetapkan sebagai [n: m], di mana 'n' adalah jumlah input (menuju OLT) = 1 atau 2, dan 'm' adalah jumlah output (menuju ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.

GPON Multiplexing / Pembingkaian

Multiplexing atau framing GPON dijelaskan dengan faktor-faktor berikut.

Metode Enkapsulasi GPON (GEM)

Ini adalah skema transportasi data di lapisan konvergensi transmisi GPON yang ditentukan. GEM menyediakan mekanisme pembingkaian panjang variabel yang berorientasi koneksi untuk pengangkutan layanan data melalui jaringan optik pasif (PON). GEM dirancang untuk tidak bergantung pada jenis antarmuka node layanan di OLT serta jenis antarmuka UNI di ONU.

Lalu Lintas Hilir (OLT menuju ONU / ONT)

Untuk downstream traffic, fungsi multiplexing lalu lintas dipusatkan di OLT. GEM Port-ID, dalam bentuk angka 12-bit yang ditetapkan oleh OLT ke koneksi logis individu, mengidentifikasi bingkai GEM yang termasuk dalam koneksi logis hilir yang berbeda. Setiap ONU memfilter frame GEM downstream berdasarkan ID-Port GEM mereka dan hanya memproses frame GEM yang dimiliki ONU.

Lalu Lintas Hulu (ONU / ONT menuju OLT)

Entitas bantalan lalu lintas dalam ONU diberikan peluang transmisi hulu (atau alokasi bandwidth) oleh OLT. Entitas pembawa lalu lintas ini diidentifikasi olehallocation IDs(Alloc-IDs). Pengidentifikasi alokasi (Alloc-ID) adalah nomor 12-bit yang ditetapkan OLT ke ONU untuk mengidentifikasi entitas pembawa lalu lintas. Ini adalah penerima alokasi bandwidth upstream dalam ONU.

Alokasi bandwidth ke Alloc-ID berbeda digandakan dalam waktu seperti yang ditentukan oleh OLT di peta bandwidth yang dikirim ke hilir. Dalam setiap alokasi bandwidth, ONU menggunakan GEM Port-ID sebagai kunci multiplexing untuk mengidentifikasi frame GEM yang termasuk dalam koneksi logika upstream yang berbeda.

SEBUAH Transmission container(T-CONT) adalah objek ONU yang mewakili sekelompok koneksi logis. Itu muncul sebagai entitas tunggal untuk tujuan penetapan bandwidth upstream di PON. Berdasarkan skema pemetaan, lalu lintas layanan dibawa ke port GEM yang berbeda dan kemudian ke T-CONT yang berbeda.

Pemetaan antara port GEM dan T-CONT fleksibel. Port GEM dapat sesuai dengan T-CONT; atau beberapa Port GEM dapat berhubungan dengan T-CONT yang sama.

G-PON Transmission Convergence Layer (GTC)

Lapisan protokol dari paket protokol G-PON yang ditempatkan di antara file physical media dependent(PMD) dan klien G-PON. Lapisan GTC terdiri dari sub-lapisan pembingkaian GTC dan sub-lapisan adaptasi GTC.

Di arah hilir, bingkai GEM dibawa dalam muatan GTC, yang tiba di semua ONU. Sub-lapisan pembingkaian ONU mengekstrak bingkai, dan adaptor GEM TC memfilter bingkai berdasarkan ID Port 12-bit mereka. Hanya bingkai dengan Port-ID yang sesuai yang diizinkan masuk ke fungsi klien GEM.

Di arah hulu, lalu lintas GEM dibawa melalui satu atau lebih T-CONT. OLT menerima transmisi yang terkait dengan T-CONT dan frame diteruskan ke adaptor TC GEM dan kemudian klien GEM.

Bingkai Lapisan GTC

Itu downstream framememiliki durasi 125 mikrodetik dan panjangnya 38880 byte, yang sesuai dengan kecepatan data hilir 2,48832 Gbit / dtk. Bingkai GTC hilir terdiri dari blok kontrol fisik hilir (PCBd) dan bagian muatan GTC.

Bingkai Konvergensi Transmisi GPON selalu sepanjang 125 Msec -

19.440 byte / bingkai untuk kecepatan 1244,16
38880 byte / bingkai untuk kecepatan 2488,32

Setiap bingkai GTC terdiri dari Blok Kontrol Fisik hilir + muatan

PCBd berisi sinkronisasi, OAM, info DBA, dll.

Payload mungkin memiliki partisi ATM dan GEM (salah satu atau keduanya)

Itu upstream GTC framedurasinya adalah 125 μs. Dalam sistem G-PON dengan uplink 1,24416 Gbit / dtk, ukuran bingkai GTC upstream adalah 19.440 byte. Setiap frame upstream berisi sejumlah semburan transmisi yang berasal dari satu atau lebih ONU.

Setiap burst transmisi upstream berisi bagian hulu physical layer overhead (PLOu) dan satu atau beberapa interval alokasi bandwidth yang terkait dengan Alloc-ID individual. Kerangka GTC hilir menyediakan referensi waktu umum untuk PON dan sinyal kendali umum untuk hulu.

Beban GPON

Muatan GTC berpotensi memiliki dua bagian -

Partisi ATM (panjang Alen * 53 byte)
Partisi GEM (sekarang metode yang disukai)

Partisi ATM

Partisi ATM memiliki karakteristik sebagai berikut.

Alen (12 bit) ditentukan di PCBd.
Alen menentukan jumlah sel 53B di partisi ATM.
Jika Alen = 0 maka tidak ada partisi ATM.
Jika Alen = panjang muatan / 53, maka tidak ada partisi GEM.
Sel ATM disejajarkan dengan bingkai GTC.
ONU menerima sel ATM berdasarkan VPI di header ATM.

Partisi GEM

Partisi GEM memiliki karakteristik berikut.

Tidak seperti sel ATM, bingkai bergambar GEM dapat memiliki panjang berapa pun.
Sejumlah bingkai GEM dapat dimuat di partisi GEM.
ONU menerima frame GEM berdasarkan 12b Port-ID di header GEM.

Mode Enkapsulasi GPON

Keluhan umum terhadap BPON adalah ketidakefisienan akibat pajak sel ATM. GEM mirip dengan ATM. Ini memiliki header yang dilindungi HEC berukuran konstan. Namun, ini menghindari overhead yang besar dengan memungkinkan frame dengan panjang variabel. GEM bersifat umum - semua jenis paket (dan bahkan TDM) didukung. GEM mendukung fragmentasi dan perakitan ulang.

GEM didasarkan pada GFP, dan tajuknya berisi bidang berikut -

Indikator Panjang Muatan - panjang muatan dalam Bytes.
Port ID - mengidentifikasi ONU target.
Indikator Jenis Muatan (GEM OAM, indikasi kemacetan / fragmentasi).
Header Error Correction field (BCH (39,12,2) code + 1b even parity)

Header GEM di-XOR dengan B6AB31E055 sebelum transmisi.

Ethernet / TDM melalui GEM

Saat mengangkut lalu lintas Ethernet melalui GEM

Hanya bingkai MAC yang dienkapsulasi (tanpa pembukaan, SFD, EFD)
Bingkai MAC mungkin terfragmentasi (lihat slide berikutnya).

Ethernet melalui GEM

Saat mengangkut lalu lintas TDM melalui GEM -

Buffer masukan TDM disurvei setiap 125 Msec.
Byte PLI dari TDM dimasukkan ke dalam bidang muatan.
Panjang fragmen TDM dapat bervariasi ± 1 Byte karena offset frekuensi.
Latensi bolak-balik dibatasi oleh 3 mdet.

TDM melalui GEM

GEM bisa fragmentmuatannya. Misalnya, bingkai Ethernet yang tidak terfragmentasi seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi berikut.

Ilustrasi berikut menggambarkan bingkai Ethernet Terfragmentasi.

Muatan fragmen GEM karena salah satu dari dua alasan berikut -

Reason 1 - Bingkai GEM tidak boleh mengangkangi bingkai GTC.

Reason 2 - Bingkai GEM dapat digunakan sebelumnya untuk data yang sensitif terhadap penundaan.

Enkripsi GPON

OLT mengenkripsi menggunakan AES-128 dalam mode penghitung. Hanya payload yang dienkripsi (bukan header ATM atau GEM). Blok enkripsi disejajarkan dengan bingkai GTC. Penghitung dibagikan oleh OLT dan semua ONU sebagai berikut -

46b = 16b intra-frame + 30 bit antar-frame.
Penghitung intra-frame menambah setiap 4 byte data.
Setel ulang ke nol di awal bingkai DS GTC.

OLT dan setiap ONU harus menyetujui kunci simetris yang unik. OLT meminta sandi ONU (dalam PLOAMd). ONU mengirimkan kata sandi AS dengan jelas (dalam PLOAMu) -

Kunci dikirim 3 kali untuk ketahanan

OLT menginformasikan ONU waktu yang tepat untuk mulai menggunakan kunci baru.

QoS - GPON

GPON memperlakukan QoS secara eksplisit. Bingkai panjang yang konstan memfasilitasi QoS untuk aplikasi yang sensitif terhadap waktu. Ada 5 jenis Kontainer Transmisi -

Tipe 1 - BW tetap.
Tipe 2 - BW terjamin.
Tipe 3 - BW dialokasikan + BW tidak terjamin.
Tipe 4 - upaya terbaik.
Tipe 5 - superset dari semua hal di atas.

GEM menambahkan beberapa fitur PON-layer QoS -

Fragmentasi memungkinkan pre-emption frame besar dengan prioritas rendah.
PLI - panjang paket eksplisit dapat digunakan dengan algoritma antrian.
Bit PTI membawa indikasi kemacetan.

Pada bab selanjutnya, kita akan memahami apa itu Ethernet Passive Optical Network.