FTTH - GPON
O GPON (Gigabit Passive Optical Networks) é um sistema óptico para redes de acesso, baseado nas especificações ITU-T da série G.984. Ele pode fornecer um alcance de 20 km com um orçamento óptico de 28dB (mostrado na ilustração a seguir) usando óptica de classe B + com proporção de 1:32.
O sistema GPON suporta as seguintes taxas -
155 Mbps a montante, 1,24416 Gbps a jusante
622 Mbps a montante, 1,24416 Gbps a jusante
1,2416 Gbps a montante, 1,2244 Gbps a jusante
155 Mbps acima, 2,4832 Gbps a jusante
622 Mbps acima, 2.48832 Gbps a jusante
1.24416 Gbps acima, 2.48832 Gbps rio abaixo
2,4832 Gbps acima, 2,4832 Gbps a jusante
GPON suporta encapsulamento ATM e GEM. O GEM (método de encapsulamento GPON) suporta TDM e dados nativos.
Recursos GPON
Essa tecnologia evolutiva é baseada no BPON GEM. A seguir, estão suas características -
Transmissão a jusante
2,4 Gbps
O BW para um ONT é suficiente para fornecer vários sinais HDTV
O QOS permite tráfego sensível ao atraso (voz)
Transmissão a montante
1,24 Gbps
BW mínimo pode ser garantido
Os intervalos de tempo não utilizados podem ser atribuídos a usuários pesados
QoS permite atrasar o tráfego sensível (voz)
Porquê GPON?
O GPON fornece uma solução de serviços integrados, como -
Ele suporta serviços Triple Play.
Para quebrar o obstáculo de largura de banda do acesso por cabos de par trançado, ele suporta transmissão de alta largura de banda.
Reduz os nós da rede.
Ele suporta até 20 km de cobertura de serviço.
Padrões GPON
Os padrões GPON são criados com base nas especificações BPON anteriores. As especificações são -
G.984.1 - Este documento descreve as características gerais da rede óptica passiva com capacidade de gigabit.
G.984.2 - Este documento descreve a especificação de camada física dependente de mídia física da rede óptica passiva com capacidade de Gigabit.
G.984.3 - Este documento descreve a especificação da camada de convergência de transmissão de rede óptica passiva com capacidade de gigabit.
G.984.4 - Este documento descreve a Especificação da Interface de Controle e Gerenciamento ONT da Rede Óptica Passiva Capaz de Gigabit (OMCI).
Arquitetura GPON
Desempenho óptico em termos de taxa de dados.
A classe de componentes de fibra óptica.
O tempo e o controle da potência óptica.
Continue Correção de Erro.
Classe A óptica: 5 a 20dB
Classe B óptica: 10 a 25dB
Classe C óptica: 15 a 30dB
Função de interface da porta de serviço
Função de conexão cruzada
Interface de rede de distribuição óptica (ODN)
O GPON OLT atende a vários ONTs através da porta PON. A transmissão a jusante, ou seja, de OLT para ONT é geralmente TDM; enquanto o tráfego upstream, ou seja, do ONT para o OLT é geralmente TDMA.
O sistema PON pode ser simétrico ou assimétrico. A infraestrutura de PON e fibra também pode ser usada para oferecer suporte a qualquer serviço de distribuição unidirecional. Por exemplo - Vídeo com um comprimento de onda diferente.
Camada dependente de mídia física do GPON
G.984.2 é a especificação da camada física do sistema GPON. A camada física aborda áreas como -
Um dos requisitos básicos de um sistema óptico é fornecer componentes com capacidade suficiente para estender o sinal óptico para a faixa esperada. Existem três categorias ou classes de componentes, baseadas em potência e sensibilidade. As classes de componentes são -
Terminal de linha óptica (OLT)
A OLT fornece a interface do nó de serviço (SNI) (normalmente interfaces LAN Ethernet de 1 Gbps e / ou 10 Gbps) na rede principal e controla o GPON. A OLT consiste em três partes principais -
A ilustração a seguir mostra o diagrama de blocos funcionais OLT típico.
PON Core Shell
O shell PON Core consiste em duas partes. A primeira parte é a função de interface ODN e a parte é a função PON TC. A função PON TC inclui OAM, controle de acesso à mídia, enquadramento, DBA, delimitação da unidade de dados de protocolo (PDU) para a função de conexão cruzada e para o gerenciamento da ONU.
Shell de conexão cruzada - Esse shell fornece um caminho de comunicação entre o shell principal do PON e o shell de serviço.
Shell de serviço - Este shell é para conversão entre interfaces de serviço e a interface do quadro TC da seção PON.
ONU / ONT
A Unidade de Rede Óptica (ONU) opera com uma única interface PON ou no máximo duas interfaces para fins de proteção de link. No caso de qualquer uma dessas fibras ser cortada, a ONU pode ser acessada através de outra fibra. Isso é chamado de proteção PON ou Link Protection. A proteção de link também é conhecida como agregação de link, que pode proteger o link e, ao mesmo tempo, também pode agregar o tráfego.
A função MUX e DEMUX do serviço conecta os dispositivos do cliente ao lado da PON. O Terminal de rede óptica (ONT) foi projetado para uso de um único assinante, enquanto a ONU (Unidade de rede óptica) foi projetada para uso de múltiplos assinantes. Os divisores permitem que o PON seja compartilhado por até 128 ONTs ou ONUs.
Interfaces ONT / ONU
O terminal de rede óptica (ONT), conectado à OLT no lado do uplink para a interface de rede de serviço, possui muitas portas de interface de rede do usuário. Normalmente, haverá quatro portas FE / GE em direção à UNI.
Portas UNI para ONT residencial - Normalmente, as interfaces de serviço do assinante, como HSI (Internet de alta velocidade 10 / 100Base-T) e vídeo sobre IP, coaxial de RF para sistemas de sobreposição de vídeo RF e interfaces de telefone FXS analógicas para voz PSTN de VoIP.
Portas UNI para uma empresa ONT - Além do acima, também pode incluir roteadores 10/100 / 100Base-T e interfaces de switches L2 / L3 e DS1 / E1 PBX para sistemas principais.
A unidade de rede óptica (ONU) finaliza a fibra GPON e possui muito mais interface de rede do usuário (UNI) para vários assinantes. A interface UNI pode ser ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA ou HPNA, e a distância para o assinante (10/100 Base-T é limitado a 100m, que é de 330 pés).
De acordo com o tipo de portas de interface, o UN UNI pode não conseguir se conectar diretamente a um equipamento CPE de assinante. Nesse caso, o UNI da UN se conecta a uma terminação de rede (NT), que é colocada no local final do assinante. O NT encerra o equipamento CPE do assinante, como um PC, roteador sem fio, telefone, decodificador de vídeo IP ou decodificador de vídeo RF, etc.
Essencialmente, um ONT combina a função de uma ONU e um NT em um único dispositivo. Essa combinação dos dois; O conjunto faz da ONT a solução mais econômica para fornecer serviços GPON para empresas locais e unifamiliares, pequenas e médias empresas. No entanto, se um cliente no campus, como estudantes, albergues, escolas, faculdades, hospitais ou escritórios corporativos, onde já existe um cabo de cobre CAT-5, a ONU pode servir como uma solução mais apropriada.
Rede de distribuição óptica
O GPON ODN, consistindo em um cabo e fibra óptica de modo único; os cabos de fita de fibra óptica, emendas, conectores ópticos, divisores ópticos passivos e componentes de ramificação passivos são muito passivos.
Os divisores ópticos ODN dividem a fibra única em várias fibras, indo para diferentes edifícios e residências individuais. Os divisores podem ser colocados em qualquer local no ODN, desde o Escritório Central (CO) / Local Exchange (LE) até as instalações do cliente e podem ser de qualquer tamanho. Os divisores são designados como [n: m], onde 'n' é o número de entradas (para OLT) = 1 ou 2 e 'm' é o número de saídas (para ONT) = 2,4,8,16 32,64.
Multiplexação / enquadramento GPON
A multiplexação ou o enquadramento do GPON é explicado pelos seguintes fatores.
Método de encapsulamento GPON (GEM)
É o esquema de transporte de dados na camada de convergência de transmissão GPON especificada. O GEM fornece um mecanismo de enquadramento de comprimento variável orientado à conexão para o transporte de serviços de dados pela rede óptica passiva (PON). O GEM foi projetado para ser independente do tipo de interface do nó de serviço na OLT, bem como dos tipos de interfaces UNI nas ONUs.
Tráfego a jusante (OLT em direção a ONU / ONT)
Para tráfego a jusante, as funções de multiplexação de tráfego são centralizadas no OLT. Um ID de porta GEM, na forma de um número de 12 bits atribuído pela OLT às conexões lógicas individuais, identifica os quadros GEM que pertencem a diferentes conexões lógicas de recebimento de dados. Cada ONU filtra os quadros GEM a jusante com base em seus IDs de porta GEM e processa apenas os quadros GEM que pertencem à ONU.
Tráfego a montante (ONU / ONT em direção à OLT)
As entidades portadoras de tráfego dentro da ONU têm a oportunidade de transmissão upstream (ou alocação de largura de banda) pela OLT. Essas entidades portadoras de tráfego são identificadas pelos IDs de alocação (Alloc-IDs). O identificador de alocação (Alloc-ID) é um número de 12 bits que a OLT atribui a uma ONU para identificar uma entidade portadora de tráfego. É um destinatário de alocações de largura de banda upstream na ONU.
As alocações de largura de banda para diferentes Alloc-IDs são multiplexadas no tempo, conforme especificado pela OLT nos mapas de largura de banda transmitidos a jusante. Dentro de cada alocação de largura de banda, a ONU usa o ID da porta GEM como uma chave de multiplexação para identificar os quadros GEM que pertencem a diferentes conexões lógicas upstream.
Um contêiner de transmissão (T-CONT) é um objeto ONU que representa um grupo de conexões lógicas. Ele aparece como uma entidade única com a finalidade de atribuição de largura de banda upstream no PON. Com base no esquema de mapeamento, o tráfego de serviço é transportado para diferentes portas GEM e, em seguida, para diferentes T-CONTs.
O mapeamento entre a porta GEM e o T-CONT é flexível. Uma porta GEM pode corresponder a um T-CONT; ou várias portas GEM podem corresponder ao mesmo T-CONT.
Camada de convergência de transmissão G-PON (GTC)
Uma camada de protocolo do conjunto de protocolos G-PON posicionada entre a camada PMD (Physical Media Dependent) e os clientes G-PON. A camada GTC é composta pela subcamada de enquadramento GTC e subcamada de adaptação GTC.
Na direção a jusante, os quadros GEM são transportados na carga útil do GTC, que chega a todas as ONUs. A sub-camada de enquadramento ONU extrai os quadros, e o adaptador GEM TC filtra os quadros com base em seu ID de porta de 12 bits. Somente quadros com os IDs de porta apropriados são permitidos na função do cliente GEM.
Na direção upstream, o tráfego GEM é transportado por um ou mais T-CONTs. A OLT recebe a transmissão associada ao T-CONT e os quadros são encaminhados para o adaptador GEM TC e depois para o cliente GEM.
Enquadramento da camada GTC
O quadro a jusante tem uma duração de 125 microssegundos e tem 38880 bytes de comprimento, o que corresponde à taxa de dados a jusante de 2.48832 Gbit / s. O quadro GTC a jusante consiste no bloco de controle físico a jusante (PCBd) e na seção de carga útil do GTC.
Os quadros de convergência de transmissão GPON sempre têm 125 Mseg -
19440 bytes / quadro para taxa 1244,16
38880 bytes / quadro para taxa de 2488,32
Cada quadro GTC consiste em bloco de controle físico a jusante + carga útil
O PCBd contém informações de sincronização, OAM, DBA, etc.
A carga útil pode ter partições ATM e GEM (uma ou ambas)
A duração do quadro a montante do GTC é de 125 μs. Nos sistemas G-PON com o uplink de 1.24416 Gbit / s, o tamanho do quadro GTC upstream é de 19.440 bytes. Cada quadro a montante contém várias rajadas de transmissão provenientes de uma ou mais ONUs.
Cada rajada de transmissão upstream contém uma seção de sobrecarga da camada física upstream (PLOu) e um ou mais intervalos de alocação de largura de banda associados aos Alloc-IDs individuais. O quadro GTC a jusante fornece a referência de tempo comum para o PON e a sinalização de controle comum para o montante.
Cargas de GPON
A carga útil do GTC possui potencialmente duas seções -
Partição ATM (Alen * 53 bytes de comprimento)
Partição GEM (agora método preferido)
Partição ATM
A partição ATM possui as seguintes características.
Alen (12 bits) é especificado no PCBd.
Alen especifica o número de células 53B na partição ATM.
Se Alen = 0, nenhuma partição ATM.
Se Alen = comprimento da carga útil / 53, nenhuma partição GEM.
As células ATM estão alinhadas ao quadro GTC.
ONUs aceitam células ATM com base no VPI no cabeçalho ATM.
Partição GEM
A partição GEM possui as seguintes características.
Diferentemente das células ATM, os quadros delineados por GEM podem ter qualquer comprimento.
Qualquer número de quadros GEM pode estar contido na partição GEM.
As ONUs aceitam quadros GEM com base no ID da porta 12b no cabeçalho GEM.
Modo de encapsulamento GPON
Uma queixa comum contra o BPON foi ineficiência devido ao imposto sobre células ATM. GEM é semelhante ao ATM. Possui cabeçalho protegido por HEC de tamanho constante. No entanto, evita grandes despesas gerais ao permitir quadros de comprimento variável. O GEM é genérico - qualquer tipo de pacote (e até TDM) suportado. O GEM suporta fragmentação e remontagem.
O GEM é baseado no GFP e o cabeçalho contém os seguintes campos -
Indicador de comprimento de carga útil - comprimento de carga útil em bytes.
Port ID - identifica a ONU de destino.
Indicador de tipo de carga útil (GEM OAM, indicação de congestionamento / fragmentação).
Campo Correção de erro de cabeçalho (código BCH (39,12,2) + par 1b)
O cabeçalho GEM é XOR'ed com B6AB31E055 antes da transmissão.
Ethernet / TDM sobre GEM
Ao transportar tráfego Ethernet pelo GEM
Somente o quadro MAC é encapsulado (sem preâmbulo, SFD, EFD)
O quadro MAC pode estar fragmentado (veja o próximo slide).
Ethernet sobre GEM
Ao transportar tráfego TDM sobre GEM -
O buffer de entrada TDM é pesquisado a cada 125 Msec.
Os bytes PLI do TDM são inseridos no campo de carga útil.
O comprimento do fragmento TDM pode variar em ± 1 byte devido ao deslocamento de frequência.
Latência de ida e volta limitada por 3 ms.
TDM sobre GEM
O GEM pode fragmentar sua carga útil. Por exemplo, quadro Ethernet não fragmentado, como mostrado na ilustração a seguir.
A ilustração a seguir mostra um quadro Ethernet fragmentado.
O GEM fragmenta cargas úteis por um dos dois motivos a seguir -
Razão 1 - O quadro GEM não pode ultrapassar o quadro GTC.
Razão 2 - O quadro GEM pode ser antecipado para dados sensíveis a atraso.
Criptografia GPON
O OLT criptografa usando o AES-128 no modo contador. Somente a carga útil é criptografada (não cabeçalhos ATM ou GEM). Os blocos de criptografia estão alinhados ao quadro GTC. O contador é compartilhado pela OLT e todas as ONUs da seguinte maneira -
46b = 16b intra-quadro + 30 bits entre quadros.
O contador intra-quadro aumenta a cada 4 bytes de dados.
Redefina para zero no início do quadro DS GTC.
A OLT e cada ONU devem concordar com uma chave simétrica exclusiva. A OLT solicita uma senha à ONU (em PLOAMd). ONU envia a senha dos EUA de forma clara (em PLOAMu) -
Chave enviada 3 vezes para robustez
A OLT informa a ONU sobre a hora exata de começar a usar a nova chave.
QoS - GPON
O GPON trata a QoS explicitamente. Os quadros de comprimento constante facilitam a QoS para aplicativos sensíveis ao tempo. Existem 5 tipos de contêineres de transmissão -
Tipo 1 - BW fixo.
Tipo 2 - BW garantido.
Tipo 3 - PC alocado + PC não garantido.
Tipo 4 - melhor esforço.
Tipo 5 - superconjunto de todos os itens acima.
O GEM adiciona vários recursos de QoS da camada PON -
A fragmentação permite a preferência de grandes quadros de baixa prioridade.
PLI - o comprimento explícito do pacote pode ser usado por algoritmos de enfileiramento.
Os bits PTI carregam indicações de congestionamento.
No próximo capítulo, entenderemos o que é a rede óptica passiva Ethernet.