FTTH - GPON - Dongthoigian

GPON (Mạng quang thụ động Gigabit) là một Hệ thống Quang học cho Mạng Truy cập, dựa trên các thông số kỹ thuật ITU-T series G.984 . Nó có thể cung cấp phạm vi tiếp cận 20 km với ngân sách quang học 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 Mb / giây ngược dòng, 1.24416 Gb / giây hạ lưu
622 Mb / giây ngược dòng, 1,24416 Gb / giây hạ lưu
1.24416 Gb / giây ngược dòng, 1.24416 Gb / giây hạ lưu
155Mbps lên, 2.48832 Gbps hạ lưu
622 Mb / giây lên, 2,48832 Gb / giây hạ lưu
1.24416 Gb / giây lên, 2.48832 Gb / giây hạ lưu
2.48832 Gb / giây lên, 2.48832 Gb / giây hạ lưu

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 xuống dòng

2,4 Gb / giây
BW cho một ONT là đủ để cung cấp nhiều tín hiệu HDTV
QOS cho phép trì hoãn lưu lượng nhạy cảm (thoại)

Truyền dẫn ngược dòng

1,24 Gb / giây
BW tối thiểu có thể được đảm bảo
Các khoảng thời gian không sử dụng có thể được chỉ định cho người dùng nặng
QoS cho phép trì hoãn lưu lượng nhạy cảm (thoại)

Tại sao lại là GPON?

GPON cung cấp giải pháp dịch vụ tích hợp như –

Nó hỗ trợ dịch vụ Triple Play.
Để phá vỡ rào cản băng thông của việc truy cập qua cáp xoắn đôi, nó hỗ trợ truyền băng thông cao.
Nó làm giảm các nút mạng.
Nó hỗ trợ vùng phủ sóng dịch vụ lên đến 20 km.

Tiêu chuẩn GPON

Các tiêu chuẩn GPON được xây dựng dựa 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 thông số kỹ thuật của Mạng quang thụ động có khả năng Gigabit-Phương tiện vật lý-Lớp phụ thuộc.

G.984.3 – Tài liệu này mô tả Đặc điểm kỹ thuật của lớp hội tụ truyền dẫn mạng quang thụ động có khả năng Gigabit.
G.984.4 – Tài liệu này mô tả Đặc điểm kỹ thuật giao diện điều khiển và quản lý ONT của Mạng quang thụ động có khả năng Gigabit (OMCI).

Kiến trúc GPON

GPON OLT phục vụ nhiều ONT thông qua cổng PON. Đường truyền xuôi dòng, tức là, từ OLT đến 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 cáp quang 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 vào phương tiện vật lý 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 học về tốc độ dữ liệu.
Các lớp của các thành phần sợi quang.
Thời gian và kiểm soát công suất quang học.
Chuyển tiếp sửa lỗi.

Một trong những yêu cầu cơ bản của hệ thống quang học là cung cấp các thành phần có đủ dung lượng để mở rộng tín hiệu quang học đến phạm vi mong đợi. Có ba loại hoặc nhóm thành phần, dựa trên công suất 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 lớp C: 15 đến 30dB

Thiết bị đầu cuối đường dây quang (OLT)

OLT cung cấp giao diện nút dịch vụ (SNI) (thường là giao diện LAN Ethernet 1 Gbps và / hoặc 10 Gbps) cho mạng lõi và kiểm soát 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 điển hình của OLT.

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, kiểm soát truy cập phương tiện, 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 – Vỏ này cung cấp một đường dẫn giao tiếp giữa vỏ lõi PON và vỏ dịch vụ.
Vỏ dịch vụ – Vỏ này dùng để dịch giữa các giao diện dịch vụ và giao diện khung TC của phần PON.

ON / ONT

Các mạng Unit quang (ONU) hoạt động với một giao diện PON đơn hoặc tối đa hai giao diện cho mục đích bảo vệ liên kết. Trong trường hợp, bất kỳ một sợi nào trong số hai sợi này bị cắt, ONU có thể được truy cập thông qua sợi khác. Đây được gọi là bảo vệ PON hoặc Bảo vệ liên kết. Bảo vệ liên kết còn được gọi là tổng hợp liên kết , có thể bảo vệ liên kết và đồng thời, nó cũng có thể tổng hợp lưu lượng truy cập.

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 (Thiết bị mạng quang) được thiết kế để sử dụng nhiều thuê bao. Bộ tách cho phép PON được chia sẻ bởi tối đa 128 ONT hoặc ONU.

Giao diện ONT / ONU

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.

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 hệ thống lớp phủ video RF và giao diện điện thoại FXS tương tự cho thoại VoIP PSTN.
Các cổng UNI cho ONT doanh nghiệp – Ngoài các cổng trên, cũng có thể bao gồm các bộ định tuyến 10/100 / 100Base-T và các giao diện chuyển mạch L2 / L3 và DS1 / E1 PBX cho các hệ thống chính.

Đơn vị mạng quang (ONU) kết thúc cáp quang 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, tức là 330 ft.).

Theo loại cổng giao diện, UN UNI có thể không kết nối trực tiếp với thiết bị CPE thuê bao. Trong trường hợp này, UN UNI kết nối với đầu cuối mạng (NT), được đặt ở vị trí cuối cùng của thuê bao. NT chấm dứt thiết bị CPE của người đăng ký, chẳng hạn như PC, Bộ định tuyến không dây, Điện thoại, Hộp giải mã IP Video hoặc Hộp giải mã tín hiệu, 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 này của cả 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 đơn gia đình, vừa và nhỏ. Tuy nhiên, nếu khách hàng trong khuôn viên trường là sinh viên, ký túc xá, trường học, trường cao đẳng, bệnh viện hoặc văn phòng công ty, nơi đã có cáp đồng CAT-5, thì ONU có thể là một giải pháp thích hợp hơn.

Mạng phân phối quang

GPON ODN, bao gồm cáp quang và cáp quang đơn mode; cáp ribbon sợi quang, mối nối, đầu nối quang, bộ tách quang thụ động và các thành phần phân nhánh thụ động rất thụ động.

Bộ chia quang ODN chia sợi đơn thành nhiều sợi đi đến các tòa nhà và nhà riêng lẻ khác nhau. Các bộ tách có thể được đặt ở bất kỳ vị trí nào trong ODN, từ Văn phòng Trung tâm (CO) / Local Exchange (LE) đến cơ sở của khách hàng và có thể ở bất kỳ kích thước nào. Các bộ tách được chỉ định là [n: m], trong đó ‘n’ là số đầu vào (hướng tới OLT) = 1 hoặc 2 và ‘m’ là số đầu ra (theo hướng ONT) = 2,4,8,16 32,64.

Ghép kênh / tạo khung GPON

Việc ghép kênh hoặc tạo khung GPON được giải thích bằng các yếu tố sau.

Phương pháp đóng gói GPON (GEM)

Nó là sơ đồ vận chuyển dữ liệu trong lớp hội tụ truyền dẫn GPON được chỉ định. GEM cung cấp một cơ chế định hướng kết nối, tạo khung có độ dài thay đổi để vận chuyển các dịch vụ dữ liệu qua mạng quang thụ động (PON). GEM được thiết kế để độc lập với loại giao diện nút dịch vụ tại OLT cũng như các loại giao diện UNI tại các ONU.

Lưu lượng xuống dòng (OLT hướng tới ONU / ONT)

Đối với lưu lượng xuôi dòng , các chức năng ghép kênh lưu lượng được tập trung trong OLT. GEM Port-ID, ở dạng số 12 bit được OLT gán cho các kết nối logic riêng lẻ, xác định các khung GEM thuộc về các kết nối logic hạ lưu khác nhau. Mỗi ONU lọc các khung GEM hạ lưu dựa trên ID cổng GEM của chúng và chỉ xử lý các khung GEM thuộc về ONU.

Lưu lượng truy cập ngược dòng (ONU / ONT đối với OLT)

Các thực thể mang lưu lượng trong ONU được OLT cấp cơ hội truyền ngược dòng (hoặc phân bổ băng thông). Các thực thể mang lưu lượng truy cập này được xác định bằng ID phân bổ (Alloc-ID). Định danh phân bổ (Alloc-ID) là một số 12 bit mà OLT chỉ định cho một ONU để xác định một thực thể mang lưu lượng truy cập. 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 bản đồ băng thông được truyền xuống phía dưới. Trong mỗi phân bổ băng thông, ONU sử dụng GEM Port-ID làm khóa ghép kênh để xác định các khung GEM thuộc về các kết nối logic ngược dòng khác nhau.

Vùng chứa truyền (T-CONT) là một đối tượng ONU đại diện cho một nhóm các kết nối logic. Nó xuất hiện như một thực thể duy nhất cho mục đích phân bổ 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 dẫn G-PON (GTC)

Một lớp giao thức của bộ giao thức G-PON được định vị giữa lớp phụ thuộc vào phương tiện vật lý (PMD) và các máy khách G-PON. Lớp GTC bao gồm lớp phụ đóng khung GTC và lớp phụ thích ứng GTC.

Theo hướng xuôi dòng, các khung GEM được mang theo trọng tải GTC, đến tất cả các ONU. Lớp phụ tạo 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 ứng dụng khách GEM.

Theo hướng ngược dòng, lưu lượng GEM được chuyển qua một hoặc nhiều T-CONT. OLT nhận quá trình truyền được liên kết với T-CONT và các khung được chuyển tiếp tới bộ điều hợp GEM TC và sau đó là ứng dụng khách GEM.

Tạo khung lớp GTC

Khung hạ lưu có thời lượng 125 micro giây và dài 38880 byte, tương ứng với tốc độ dữ liệu hạ lưu là 2.48832 Gbit / s. Khung GTC hạ lưu bao gồm khối điều khiển vật lý hạ lưu (PCBd) và phần tải trọng GTC.

Khung hội tụ truyền GPON luôn có độ 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 ở hạ lưu + tải trọng

PCBd chứa thông tin đồng bộ, OAM, DBA, v.v.

Tải trọng có thể có phân vùng ATM và GEM (một hoặc cả hai)

Các khung GTC ngược dòng thời gian là 125 ms. Trong 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 lần truyền phát đến từ một hoặc nhiều ONU.

Mỗi cụm truyền dẫn ngược dòng chứa một phần trên đầu lớp vật lý ngược dòng (PLOu) và một hoặc nhiều khoảng phân bổ băng thông được liên kết với các Alloc-ID riêng lẻ. Khung GTC xuôi dòng cung cấp tham chiếu thời gian chung cho PON và báo hiệu điều khiển chung cho ngược dòng.

GPON Payloads

Trọng tải GTC có thể có hai phần –

Phân vùng ATM (Alen * 53 byte chiều dài)
Phân vùng GEM (phương pháp ưu tiên 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 ô 53B trong phân vùng ATM.
Nếu Alen = 0 thì không có phân vùng ATM.
Nếu Alen = payload length / 53, thì không có phân vùng GEM.
Các ô ATM được căn chỉnh với 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 ô ATM, các khung được phân định bằng GEM có thể có độ dài bất kỳ.
Bất kỳ số lượng khung GEM nào cũng có thể được chứa trong phân vùng GEM.
ONU chấp nhận khung GEM dựa trên ID cổng 12b 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 được bảo vệ bằng HEC kích thước không đổi. Tuy nhiên, nó tránh được chi phí lớn bằng cách cho phép các khung có độ dài thay đổi. GEM là chung – hỗ trợ bất kỳ loại gói nào (và thậm chí cả TDM). GEM hỗ trợ phân mảnh và lắp ráp lại.

GEM dựa trên GFP và tiêu đề chứa các trường sau:

Chỉ báo độ dài tải trọng – độ 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 (mã BCH (39,12,2) + 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 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.
PLI byte TDM được chèn vào trường trọng tải.
Chiều dài của đoạn TDM có thể thay đổi ± 1 Byte do độ lệch tần số.
Độ trễ cho cả chuyến đi giới hạn là 3 mili giây.

TDM trên GEM

GEM có thể phân mảnh tải trọng của nó. Ví dụ, khung Ethernet không phân mảnh như trong hình minh họa sau.

Hình minh họa sau đây mô tả một khung Ethernet bị phân mảnh

Trọng tải phân đoạn GEM vì một trong hai lý do sau:

Lý do 1 – Khung GEM có thể không xếp chồng lên khung GTC.

Lý do 2 – Khung GEM có thể được sử dụng trước cho dữ liệu nhạy cảm với độ trễ.

Mã hóa GPON

OLT mã hóa bằng AES-128 trong chế độ bộ đếm. Chỉ tải trọng được mã hóa (không phải tiêu đề ATM hoặc GEM). Các khối mã hóa được căn chỉnh với khung GTC. Bộ đếm được chia sẻ bởi OLT và tất cả các ONU như sau:

46b = 16b nội khung + 30 bit liên khung.
Bộ đếm nội khung tăng sau mỗi 4 byte dữ liệu.
Đặt lại về 0 ở đầu khung DS GTC.

OLT và mỗi ONU phải đồng ý về một khóa đối xứng duy nhất. OLT yêu cầu ONU nhập mật khẩu (trong PLOAMd). ONU gửi mật khẩu Hoa Kỳ rõ ràng (trong PLOAMu) –

Khóa được gửi 3 lần để đảm bảo độ chắc chắn

OLT thông báo cho ONU thời gian chính xác để bắt đầu sử dụng khóa mới.

QoS – GPON

GPON xử lý QoS một cách rõ ràng. Các khung có độ dài không đổi tạo điều kiện thuận lợi cho QoS cho các ứng dụng nhạy cảm với thời gian. Có 5 loại hộp truyền động –