FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) es un sistema óptico para las redes de acceso, basado en las especificaciones ITU-T de la serie G.984. Puede proporcionar un alcance de 20 km con un presupuesto óptico de 28dB (que se muestra en la siguiente ilustración) mediante el uso de ópticas de clase B + con relación de división 1:32.
El sistema GPON admite las siguientes tasas:
155 Mbps en sentido ascendente, 1.24416 Gbps en sentido descendente
622 Mbps aguas arriba, 1.24416 Gbps aguas abajo
1.24416 Gbps aguas arriba, 1.24416 Gbps aguas abajo
155 Mbps arriba, 2.48832 Gbps aguas abajo
622 Mbps arriba, 2.48832 Gbps aguas abajo
1.24416 Gbps hacia arriba, 2.48832 Gbps hacia abajo
2.48832 Gbps arriba, 2.48832 Gbps aguas abajo
GPON admite la encapsulación ATM y GEM. GEM (Método de encapsulación GPON) es compatible con TDM y datos nativos.
Características GPON
Esta tecnología evolutiva se basa en BPON GEM. Las siguientes son sus características:
Transmisión aguas abajo
2,4 Gbps
BW para un ONT es suficiente para suministrar múltiples señales de HDTV
QOS permite retrasar el tráfico sensible (voz)
Transmisión aguas arriba
1,24 Gbps
BW mínimo puede ser garantizado
Los intervalos de tiempo no utilizados se pueden asignar a usuarios pesados
QoS permite retrasar el tráfico sensible (voz)
¿Por qué GPON?
GPON proporciona una solución de servicios integrados como:
Es compatible con los servicios de Triple Play.
Para desglosar el obstáculo del ancho de banda del acceso a través de cables de par trenzado, es compatible con la transmisión de gran ancho de banda.
Reduce los nodos de la red.
Admite una cobertura de servicio de hasta 20 km.
Estándares GPON
Los estándares GPON se basan en las especificaciones BPON anteriores. Las especificaciones son:
G.984.1 - Este documento describe las características generales de la red óptica pasiva con capacidad Gigabit.
G.984.2: este documento describe la especificación de la capa dependiente de los medios físicos de la red óptica pasiva con capacidad Gigabit.
G.984.3 - Este documento describe la especificación de la capa de convergencia de transmisión de red óptica pasiva con capacidad Gigabit.
G.984.4: este documento describe la especificación de interfaz de administración y control de red óptica pasiva con capacidad Gigabit (OMCI).
Arquitectura GPON
GPON OLT sirve múltiples ONT a través del puerto PON. La transmisión aguas abajo, es decir, de OLT a ONT suele ser TDM; mientras que el tráfico ascendente, es decir, de ONT a OLT suele ser TDMA.
El sistema PON puede ser simétrico o asimétrico. La infraestructura PON y de fibra también se puede utilizar para soportar cualquier servicio distributivo unidireccional. Por ejemplo: video a una longitud de onda diferente.
Capa dependiente de medios físicos GPON
G.984.2 es la especificación de la capa física del sistema GPON. La capa física aborda áreas como -
Rendimiento óptico en términos de velocidad de datos.
La clase de componentes de fibra óptica.
La sincronización y el control de la potencia óptica.
Corrección de error hacia adelante.
Uno de los requisitos básicos de un sistema óptico es proporcionar componentes con capacidad suficiente para extender la señal óptica al rango esperado. Hay tres categorías o clases de componentes, que se basan en potencia y sensibilidad. Las clases de componentes son -
Óptica de clase A: 5 a 20dB
Óptica de clase B: 10 a 25dB
Óptica clase C: 15 a 30dB
Terminal de línea óptica (OLT)
La OLT proporciona la interfaz de nodo de servicio (SNI) (generalmente interfaces LAN Ethernet de 1 Gbps y / o 10 Gbps) hacia la red central y controla el GPON. La OLT consta de tres partes principales:
Función de interfaz de puerto de servicio
Función de conexión cruzada
Interfaz de red de distribución óptica (ODN)
La siguiente ilustración muestra el diagrama de bloques funcional OLT típico.
PON Core Shell
La carcasa PON Core consta de dos partes. La primera parte es la función de interfaz ODN y la parte es la función PON TC. La función PON TC incluye OAM, control de acceso a medios, trama, DBA, delimitación de la unidad de datos de protocolo (PDU) para la función de conexión cruzada y para la gestión de la ONU.
Shell de conexión cruzada: este shell proporciona una ruta de comunicación entre el shell del núcleo PON y el shell del servicio.
Shell de servicio: este shell es para la traducción entre las interfaces de servicio y la interfaz de trama TC de la sección PON.
ONU / ONT
La unidad de red óptica (ONU) funciona con una sola interfaz PON o un máximo de dos interfaces para fines de protección de enlace. En caso de que se corte una fibra de estas dos fibras, se puede acceder a la ONU a través de otra fibra. Esto se llama protección PON o protección de enlace. La protección de enlace también se conoce como agregación de enlace, que puede proteger el enlace y al mismo tiempo, también puede agregar el tráfico.
La función de servicio MUX y DEMUX conecta los dispositivos del Cliente al lado PON. El Terminal de red óptica (ONT) está diseñado para uso de un solo suscriptor, mientras que la ONU (Unidad de red óptica) está diseñada para uso de múltiples suscriptores. Los divisores permiten que el PON sea compartido por hasta 128 ONT o ONU.
Interfaces ONT / ONU
El terminal de red óptica (ONT), que está conectado a la OLT en el lado del enlace ascendente para la interfaz de red de servicio, tiene muchos puertos de interfaz de red de usuario. Típicamente, habrá cuatro puertos FE / GE hacia UNI.
Puertos UNI para ONT residencial: por lo general, las interfaces de servicio del suscriptor, como Internet de alta velocidad 10 / 100Base-T (HSI) y video sobre IP, RF coaxial para sistemas de superposición de video RF e interfaces telefónicas FXS analógicas para voz VoIP PSTN.
Puertos UNI para una ONT empresarial: además de lo anterior, también pueden incluir enrutadores 10/100 / 100Base-T e interfaces de conmutadores L2 / L3 y PBX DS1 / E1 para sistemas clave.
La unidad de red óptica (ONU) termina la fibra GPON y tiene mucha más interfaz de red de usuario (UNI) para múltiples suscriptores. La interfaz UNI puede ser ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA o HPNA, y la distancia al suscriptor (10/100 Base-T está limitada a 100 m, que es 330 pies).
Según el tipo de puertos de interfaz, UN UNI puede no ser capaz de conectarse directamente a un equipo de suscriptor CPE. En este caso, UN UNI se conecta a una terminación de red (NT), que se coloca en la ubicación final del suscriptor. NT termina el equipo CPE del suscriptor, como una PC, enrutador inalámbrico, teléfono, decodificador de video IP o decodificador, video RF, etc.
Esencialmente, un ONT combina la función de una ONU y un NT en un solo dispositivo. Esta combinación de los dos; en conjunto, la ONT es la solución más rentable para proporcionar servicios GPON a empresas locales y unifamiliares, pequeñas y medianas empresas. Sin embargo, si un cliente en el campus como estudiantes, hostales, escuelas, colegios, hospitales u oficinas corporativas, donde ya hay un cable de cobre CAT-5, la ONU puede servir como una solución más adecuada.
Red de distribución óptica
GPON ODN, que consiste en un cable y fibra óptica monomodo; Los cables de cinta de fibra óptica, empalmes, conectores ópticos, divisores ópticos pasivos y componentes de ramificación pasiva son muy pasivos.
Los divisores ópticos ODN dividen la fibra individual en múltiples fibras que van a diferentes edificios y hogares individuales. Los divisores se pueden colocar en cualquier lugar de la ODN, desde la Oficina Central (CO) / Intercambio local (LE) hasta las instalaciones del cliente y pueden ser de cualquier tamaño. Los divisores se designan como [n: m], donde 'n' es el número de entrada (hacia OLT) = 1 o 2, y 'm' es el número de salidas (hacia ONT) = 2,4,8,16 32,64.
GPON Multiplexación / Enmarcado
La multiplexación o encuadre GPON se explica con los siguientes factores.
Método de encapsulación GPON (GEM)
Es el esquema de transporte de datos en la capa de convergencia de transmisión GPON especificada. GEM proporciona un mecanismo de trama de longitud variable orientado a la conexión para el transporte de servicios de datos a través de la red óptica pasiva (PON). GEM está diseñado para ser independiente del tipo de interfaz del nodo de servicio en la OLT, así como de los tipos de interfaces UNI en las ONU.
Tráfico descendente (OLT hacia ONU / ONT)
Para el tráfico descendente, las funciones de multiplexación del tráfico están centralizadas en OLT. Una ID de puerto GEM, en forma de un número de 12 bits asignado por la OLT a las conexiones lógicas individuales, identifica las tramas GEM que pertenecen a diferentes conexiones lógicas descendentes. Cada ONU filtra las tramas GEM descendentes en función de sus ID de puerto GEM y procesa solo las tramas GEM que pertenecen a la ONU.
Tráfico ascendente (ONU / ONT hacia OLT)
La OLT otorga a las entidades portadoras de tráfico dentro de la ONU la oportunidad de transmisión en sentido ascendente (o asignación de ancho de banda). Estas entidades portadoras de tráfico se identifican mediante las ID de asignación (ID de asignación). El identificador de asignación (Alloc-ID) es un número de 12 bits que la OLT asigna a una ONU para identificar una entidad portadora de tráfico. Es un receptor de asignaciones de ancho de banda ascendente dentro de la ONU.
Las asignaciones de ancho de banda a diferentes Alloc-ID se multiplexan en el tiempo según lo especificado por la OLT en los mapas de ancho de banda transmitidos en sentido descendente. Dentro de cada asignación de ancho de banda, la ONU utiliza la ID de puerto GEM como una clave de multiplexación para identificar las tramas GEM que pertenecen a diferentes conexiones lógicas en sentido ascendente.
Un contenedor de transmisión (T-CONT) es un objeto ONU que representa un grupo de conexiones lógicas. Aparece como una entidad única para el propósito de la asignación de ancho de banda en sentido ascendente en el PON. Según el esquema de mapeo, el tráfico del servicio se lleva a diferentes puertos GEM y luego a diferentes T-CONT.
El mapeo entre el puerto GEM y el T-CONT es flexible. Un puerto GEM puede corresponder a un T-CONT; o múltiples puertos GEM pueden corresponder al mismo T-CONT.
Capa de convergencia de transmisión G-PON (GTC)
Una capa de protocolo del conjunto de protocolos G-PON que se coloca entre la capa dependiente de medios físicos (PMD) y los clientes G-PON. La capa GTC se compone de una subcapa de trama GTC y una subcapa de adaptación GTC.
En la dirección descendente, las tramas GEM se transportan en la carga útil de GTC, que llegan a todas las ONU. La subcapa de trama de la ONU extrae las tramas, y el adaptador GEM TC filtra las tramas en función de su ID de puerto de 12 bits. Solo se permiten tramas con los ID de puerto apropiados a través de la función de cliente GEM.
En la dirección ascendente, el tráfico GEM se transporta sobre uno o más T-CONT. La OLT recibe la transmisión asociada con el T-CONT y las tramas se envían al adaptador GEM TC y luego al cliente GEM.
Enmarcado de capa GTC
La trama en sentido descendente tiene una duración de 125 microsegundos y tiene una longitud de 38880 bytes, que corresponde a la velocidad de datos en sentido descendente de 2.48832 Gbit / s. La trama GTC descendente consta del bloque de control físico aguas abajo (PCBd) y la sección de carga útil GTC.
Las tramas de convergencia de transmisión GPON siempre tienen 125 Mseg de largo -
19440 bytes / trama para velocidad 1244.16
38880 bytes / trama para velocidad 2488.32
Cada trama GTC consta de bloque de control físico aguas abajo + carga útil
PCBd contiene información de sincronización, OAM, DBA, etc.
La carga útil puede tener particiones ATM y GEM (una o ambas)
La duración de la trama GTC aguas arriba es de 125 μs. En los sistemas G-PON con el enlace ascendente de 1.24416 Gbit / s, el tamaño de trama GTC ascendente es de 19.440 bytes. Cada trama ascendente contiene varias ráfagas de transmisión procedentes de una o más ONU.
Cada ráfaga de transmisión ascendente contiene una sección de sobrecarga de capa física ascendente (PLOu) y uno o más intervalos de asignación de ancho de banda asociados con las ID de asignación individuales. La trama GTC en sentido descendente proporciona la referencia de tiempo común para el PON y la señalización de control común para el flujo ascendente.
GPON Payloads
La carga útil de GTC tiene potencialmente dos secciones:
Partición ATM (Alen * 53 bytes de longitud)
Partición GEM (ahora método preferido)
Partición ATM
La partición ATM tiene las siguientes características.
Alen (12 bits) se especifica en el PCBd.
Alen especifica el número de celdas 53B en la partición ATM.
Si Alen = 0, entonces no hay partición ATM.
Si Alen = longitud de carga útil / 53, entonces no hay partición GEM.
Las celdas ATM están alineadas con la trama GTC.
Las ONU aceptan células ATM basadas en VPI en el encabezado ATM.
Partición GEM
La partición GEM tiene las siguientes características.
A diferencia de las celdas ATM, las tramas delineadas por GEM pueden tener cualquier longitud.
Cualquier cantidad de tramas GEM puede estar contenida en la partición GEM.
Las ONU aceptan tramas GEM basadas en 12b ID de puerto en el encabezado GEM.
Modo de encapsulación GPON
Una queja común contra BPON fue la ineficiencia debido al impuesto de celda ATM. GEM es similar a ATM. Tiene un encabezado protegido por HEC de tamaño constante. Sin embargo, evita grandes gastos generales al permitir marcos de longitud variable. GEM es genérico: admite cualquier tipo de paquete (e incluso TDM). GEM admite fragmentación y reensamblaje.
GEM se basa en GFP, y el encabezado contiene los siguientes campos:
Indicador de longitud de la carga útil: longitud de la carga útil en bytes.
ID de puerto: identifica la ONU objetivo.
Indicador de tipo de carga útil (GEM OAM, indicación de congestión / fragmentación).
Campo de corrección de error de encabezado (código BCH (39,12,2) + paridad par 1b)
El encabezado GEM se hace XOR con B6AB31E055 antes de la transmisión.
Ethernet / TDM sobre GEM
Al transportar tráfico Ethernet a través de GEM
Solo la trama MAC está encapsulada (sin preámbulo, SFD, EFD)
El marco MAC puede estar fragmentado (vea la siguiente diapositiva).
Ethernet sobre GEM
Al transportar tráfico TDM a través de GEM:
El buffer de entrada TDM sondeó cada 125 Mseg.
Los bytes PLI de TDM se insertan en el campo de carga útil.
La longitud del fragmento TDM puede variar en ± 1 byte debido al desplazamiento de frecuencia.
Latencia de ida y vuelta limitada por 3 ms.
TDM sobre GEM
GEM puede fragmentar su carga útil. Por ejemplo, trama Ethernet no fragmentada como se muestra en la siguiente ilustración.
La siguiente ilustración muestra una trama Ethernet fragmentada.
GEM fragmenta las cargas útiles por cualquiera de las siguientes dos razones:
Razón 1: el marco GEM puede no estar a horcajadas sobre el marco GTC.
Motivo 2: el marco GEM puede ser adelantado para datos sensibles al retraso.
Encriptación GPON
OLT encripta usando AES-128 en el modo contador. Solo se cifra la carga útil (no los encabezados ATM o GEM). Los bloques de cifrado están alineados con el marco GTC. El contador es compartido por OLT y todas las ONU de la siguiente manera:
46b = 16b entre cuadros + 30 bits entre cuadros.
El contador intratrama aumenta cada 4 bytes de datos.
Restablecer a cero al comienzo de la trama DS GTC.
OLT y cada ONU deben acordar una clave simétrica única. OLT le pide a ONU una contraseña (en PLOAMd). ONU envía la contraseña US en claro (en PLOAMu) -
Clave enviada 3 veces para robustez
OLT informa a la ONU de la hora precisa para comenzar a usar la nueva clave.
QoS - GPON
GPON trata la QoS explícitamente. Los marcos de longitud constante facilitan la QoS para aplicaciones urgentes. Hay 5 tipos de contenedores de transmisión:
Tipo 1 - BW fijo.
Tipo 2 - BW asegurado.
Tipo 3: BW asignado + BW no asegurado.
Tipo 4: el mejor esfuerzo.
Tipo 5: superconjunto de todos los anteriores.
GEM agrega varias características de QoS de capa PON:
La fragmentación permite la prevención de grandes tramas de baja prioridad.
PLI: la longitud de paquete explícito se puede utilizar mediante algoritmos de cola.
Los bits PTI llevan indicaciones de congestión.
