FTTH - GPON

GPON (Gigabit Passive Optical Networks) est un système optique pour les réseaux d'accès, basé sur les spécifications ITU-T G.984séries. Il peut fournir une portée de 20 km avec un budget optique de 28 dB (illustré dans l'illustration suivante) en utilisant des optiques de classe B + avec un rapport de division de 1:32.

Le système GPON prend en charge les taux suivants -

  • 155 Mbps en amont, 1,24416 Gbps en aval
  • 622 Mbps en amont, 1,24416 Gbps en aval
  • 1,24416 Gbps en amont, 1,24416 Gbps en aval
  • 155Mbps en amont, 2.48832 Gbps en aval
  • 622 Mbps en amont, 2,48832 Gbps en aval
  • 1,24416 Gbps en amont, 2,48832 Gbps en aval
  • 2.48832 Gbps en amont, 2.48832 Gbps en aval

GPON prend en charge l'encapsulation ATM et GEM. GEM (GPON Encapsulation Method) prend en charge à la fois le TDM natif et les données.

Fonctionnalités GPON

Cette technologie évolutive est basée sur BPON GEM. Voici ses caractéristiques -

Transmission en aval

  • 2,4 Gbit / s
  • BW pour un ONT est suffisant pour fournir plusieurs signaux HDTV
  • QOS permet un trafic sensible au retard (voix)

Transmission en amont

  • 1,24 Gbit / s
  • Un BW minimum peut être garanti
  • Les plages horaires inutilisées peuvent être attribuées à des utilisateurs lourds
  • QoS permet de retarder le trafic sensible (voix)

Pourquoi GPON?

GPON fournit une solution de services intégrés tels que -

  • Il prend en charge les services Triple Play.

  • Pour briser l'obstacle de bande passante de l'accès sur des câbles à paires torsadées, il prend en charge la transmission à bande passante élevée.

  • Cela réduit les nœuds du réseau.

  • Il prend en charge une couverture de service jusqu'à 20 km.

Normes GPON

Les normes GPON sont basées sur les spécifications BPON précédentes. Les spécifications sont -

  • G.984.1 - Ce document décrit les caractéristiques générales du réseau optique passif à capacité Gigabit.

  • G.984.2 - Ce document décrit la spécification de la couche dépendant du support physique du réseau optique passif à capacité Gigabit.

  • G.984.3 - Ce document décrit la spécification de la couche de convergence de transmission de réseau optique passif à capacité Gigabit.
  • G.984.4 - Ce document décrit la spécification OMCI (interface de gestion et de contrôle du réseau optique passif à capacité Gigabit).

Architecture GPON

GPON OLT sert plusieurs ONT via le port PON. La transmission en aval, c'est-à-dire d'OLT à ONT, est généralement TDM; tandis que le trafic en amont, c'est-à-dire d'ONT à OLT, est généralement TDMA.

Le système PON peut être symétrique ou asymétrique. L'infrastructure PON et fibre peut également être utilisée pour prendre en charge tout service de distribution unidirectionnel. Par exemple - Vidéo à une longueur d'onde différente.

Couche dépendante du support physique GPON

G.984.2 est la spécification de la couche physique du système GPON. La couche physique concerne des domaines tels que -

  • Performances optiques en termes de débit de données.
  • La classe des composants de fibre optique.
  • La synchronisation et le contrôle de la puissance optique.
  • Correction d'erreur avant.

L'une des exigences de base d'un système optique est de fournir des composants avec une capacité suffisante pour étendre le signal optique à la plage attendue. Il existe trois catégories ou classes de composants, basées sur la puissance et la sensibilité. Les classes de composants sont -

  • Optique de classe A: 5 à 20 dB
  • Optique de classe B: 10 à 25 dB
  • Optique de classe C: 15 à 30 dB

Terminal de ligne optique (OLT)

L'OLT fournit l'interface de nœud de service (SNI) (généralement des interfaces LAN Ethernet 1 Gbit / s et / ou 10 Gbit / s) vers le réseau central et contrôle le GPON. L'OLT se compose de trois parties principales -

  • Fonction d'interface du port de service
  • Fonction de connexion croisée
  • Interface de réseau de distribution optique (ODN)

L'illustration suivante montre le schéma de principe fonctionnel OLT typique.

Coquille PON Core

La coque PON Core se compose de deux parties. La première partie estODN interface function et la partie est PON TC function. La fonction PON TC comprend l'OAM, le contrôle d'accès au support, le cadrage, le DBA, la délimitation de l'unité de données de protocole (PDU) pour la fonction de connexion croisée et la gestion de l'ONU.

  • Cross-connect shell - Ce shell fournit un chemin de communication entre le core shell PON et le service shell.

  • Service shell - Ce shell sert à la traduction entre les interfaces de service et l'interface de trame TC de la section PON.

ONU / ONT

le Optical Network Unit(ONU) fonctionne avec une seule interface PON ou au maximum deux interfaces à des fins de protection de liaison. Dans le cas où une fibre parmi ces deux fibres est coupée, l'unité ONU est accessible via une autre fibre. C'est ce qu'on appelle la protection PON ou Link Protection. La protection des liens est également appeléelink aggregation, qui peut protéger le lien et en même temps, il peut également agréger le trafic.

Le service MUX et DEMUXLa fonction connecte les appareils client au côté PON. Le terminal de réseau optique (ONT) est conçu pour une utilisation par un seul abonné, tandis que l'unité ONU (unité de réseau optique) est conçue pour une utilisation par plusieurs abonnés. Les répartiteurs permettent au PON d'être partagé par jusqu'à 128 ONT ou ONU.

Interfaces ONT / ONU

Le terminal de réseau optique (ONT), qui est connecté à l'OLT du côté de la liaison montante pour l'interface réseau de service, possède de nombreux ports d'interface utilisateur-réseau. En règle générale, il y aura quatre ports FE / GE vers UNI.

  • UNI Ports for Residential ONT - En règle générale, les interfaces de service d'abonné telles que 10 / 100Base-T High Speed ​​Internet (HSI) et vidéo sur IP, RF coaxial pour les systèmes de superposition vidéo RF et les interfaces téléphoniques FXS analogiques pour la voix VoIP PSTN.

  • UNI ports for a business ONT - En plus de ce qui précède, peut également inclure des routeurs 10/100 / 100Base-T et des interfaces de commutateurs L2 / L3 et DS1 / E1 PBX pour les systèmes clés.

L'unité de réseau optique (ONU) termine la fibre GPON et a beaucoup plus d'interface réseau utilisateur (UNI) pour plusieurs abonnés. L'interface UNI peut êtreADSL2+, VDSL2, Power Line, MoCA ou HPNA, et la distance à l'abonné (10/100 Base-T est limité à 100 m, soit 330 pieds).

Selon le type de ports d'interface, UN UNIpeut ne pas être en mesure de se connecter directement à un équipement CPE d'abonné. Dans ce cas, l'UN UNI se connecte à une terminaison de réseau (NT), qui est placée à l'emplacement final de l'abonné. NT met fin à l'équipement CPE de l'abonné, tel qu'un PC, un routeur sans fil, un téléphone, un décodeur vidéo IP ou un décodeur, une vidéo RF, etc.

Essentiellement, un ONT combine la fonction d'une ONU et d'un NT dans un seul appareil. Cette combinaison des deux; ensemble fait de l'ONT la solution la plus rentable pour fournir des services GPON aux entreprises locales et unifamiliales, petites et moyennes. Cependant, si un client sur le campus en tant qu'étudiants, auberges, écoles, collèges, hôpitaux ou bureaux d'entreprise, où il y a déjà un câble en cuivre CAT-5 est posé, ONU peut servir de solution plus appropriée.

Réseau de distribution optique

Le GPON ODN, composé d'une fibre optique monomode et d'un câble; les câbles ruban en fibre optique, les épissures, les connecteurs optiques, les répartiteurs optiques passifs et les composants de dérivation passifs sont très passifs.

Les séparateurs optiques ODN divisent la fibre unique en plusieurs fibres destinées à différents bâtiments et maisons individuelles. Les répartiteurs peuvent être placés à n'importe quel endroit de l'ODN, du bureau central (CO) / central local (LE) aux locaux du client et peuvent être de toute taille. Les séparateurs sont désignés par [n: m], où 'n' est le nombre d'entrées (vers OLT) = 1 ou 2, et 'm' est le nombre de sorties (vers ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.

Multiplexage / cadrage GPON

Le multiplexage ou le cadrage GPON est expliqué avec les facteurs suivants.

Méthode d'encapsulation GPON (GEM)

Il s'agit du schéma de transport de données dans la couche de convergence de transmission GPON spécifiée. GEM fournit un mécanisme de trame de longueur variable orienté connexion pour le transport de services de données sur le réseau optique passif (PON). GEM est conçu pour être indépendant du type d'interface de nœud de service au niveau de l'OLT ainsi que des types d'interfaces UNI au niveau des ONU.

Trafic en aval (OLT vers ONU / ONT)

Pour downstream traffic, les fonctions de multiplexage du trafic sont centralisées dans OLT. Un ID de port GEM, sous la forme d'un numéro de 12 bits attribué par l'OLT aux connexions logiques individuelles, identifie les trames GEM qui appartiennent à différentes connexions logiques en aval. Chaque ONU filtre les trames GEM en aval en fonction de leurs ID de port GEM et traite uniquement les trames GEM qui appartiennent à l'unité ONU.

Trafic en amont (ONU / ONT vers OLT)

Les entités porteuses de trafic au sein de l'unité ONU se voient accorder une opportunité de transmission en amont (ou une allocation de bande passante) par l'OLT. Ces entités porteuses de trafic sont identifiées par leallocation IDs(Alloc-IDs). L'identificateur d'allocation (Alloc-ID) est un numéro de 12 bits que l'OLT attribue à une ONU pour identifier une entité de trafic. Il s'agit d'un destinataire d'allocations de bande passante en amont au sein de l'unité ONU.

Les allocations de bande passante à différents Alloc-ID sont multiplexées dans le temps comme spécifié par l'OLT dans les cartes de bande passante transmises en aval. Dans chaque allocation de bande passante, l'unité ONU utilise l'ID de port GEM comme clé de multiplexage pour identifier les trames GEM qui appartiennent à différentes connexions logiques en amont.

UNE Transmission container(T-CONT) est un objet ONU représentant un groupe de connexions logiques. Il apparaît comme une seule entité aux fins de l'attribution de bande passante en amont sur le PON. Sur la base du schéma de mappage, le trafic de service est acheminé vers différents ports GEM, puis vers différents T-CONT.

Le mappage entre le port GEM et le T-CONT est flexible. Un port GEM peut correspondre à un T-CONT; ou plusieurs ports GEM peuvent correspondre au même T-CONT.

Couche de convergence de transmission G-PON (GTC)

Une couche de protocole de la suite de protocoles G-PON qui est positionnée entre le physical media dependent(PMD) et les clients G-PON. La couche GTC est composée d'une sous-couche de trame GTC et d'une sous-couche d'adaptation GTC.

Dans le sens aval, les trames GEM sont transportées dans la charge utile GTC, qui arrivent à toutes les ONU. La sous-couche de trame ONU extrait les trames et l'adaptateur GEM TC filtre les trames en fonction de leur ID de port 12 bits. Seules les trames avec les ID de port appropriés sont autorisées à accéder à la fonction client GEM.

Dans le sens amont, le trafic GEM est acheminé sur un ou plusieurs T-CONT. L'OLT reçoit la transmission associée au T-CONT et les trames sont transmises à l'adaptateur GEM TC puis au client GEM.

Encadrement de couche GTC

le downstream framea une durée de 125 microsecondes et une longueur de 38880 octets, ce qui correspond au débit de données en aval de 2,48832 Gbit / s. La trame GTC aval se compose du bloc de commande physique aval (PCBd) et de la section de charge utile GTC.

Les trames de convergence de transmission GPON ont toujours une longueur de 125 ms -

  • 19440 octets / trame pour un taux de 1244,16
  • 38880 octets / trame pour un taux de 2488,32

Chaque trame GTC se compose d'un bloc de contrôle physique en aval + charge utile

  • PCBd contient des informations de synchronisation, OAM, DBA, etc.

La charge utile peut avoir des partitions ATM et GEM (l'une ou les deux)

le upstream GTC framela durée est de 125 μs. Dans les systèmes G-PON avec la liaison montante à 1,24416 Gbit / s, la taille de trame GTC en amont est de 19440 octets. Chaque trame amont contient un certain nombre de rafales de transmission provenant d'une ou plusieurs ONU.

Chaque rafale de transmission amont contient une section de surdébit de couche physique amont (PLOu) et un ou plusieurs intervalles d'allocation de bande passante associés aux ID d'allocations individuelles. La trame GTC aval fournit la référence de temps commune pour le PON et la signalisation de commande commune pour l'amont.

Charges utiles GPON

La charge utile GTC a potentiellement deux sections -

  • Partition ATM (Alen * 53 octets de longueur)
  • Partition GEM (méthode désormais préférée)

Partition ATM

La partition ATM présente les caractéristiques suivantes.

  • Alen (12 bits) est spécifié dans le PCBd.
  • Alen spécifie le nombre de cellules 53B dans la partition ATM.
  • Si Alen = 0, pas de partition ATM.
  • Si Alen = longueur de la charge utile / 53, alors pas de partition GEM.
  • Les cellules ATM sont alignées sur la trame GTC.
  • Les ONU acceptent les cellules ATM basées sur le VPI dans l'en-tête ATM.

Partition GEM

La partition GEM présente les caractéristiques suivantes.

  • Contrairement aux cellules ATM, les trames délimitées GEM peuvent avoir n'importe quelle longueur.
  • N'importe quel nombre de trames GEM peut être contenu dans la partition GEM.
  • Les ONU acceptent les trames GEM basées sur l'ID de port 12b dans l'en-tête GEM.

Mode d'encapsulation GPON

Une plainte courante contre BPON était l'inefficacité due à la taxe sur les cellules ATM. GEM est similaire à ATM. Il a un en-tête protégé par HEC de taille constante. Cependant, cela évite une surcharge importante en autorisant des trames de longueur variable. GEM est générique - tout type de paquet (et même TDM) pris en charge. GEM prend en charge la fragmentation et le réassemblage.

GEM est basé sur GFP et l'en-tête contient les champs suivants -

  • Indicateur de longueur de charge utile - longueur de charge utile en octets.
  • ID de port - identifie l'unité ONU cible.
  • Indicateur de type de charge utile (GEM OAM, indication d'encombrement / fragmentation).
  • Champ de correction d'erreur d'en-tête (code BCH (39,12,2) + 1b parité paire)

L'en-tête GEM est XOR'ed avec B6AB31E055 avant la transmission.

Ethernet / TDM sur GEM

Lors du transport du trafic Ethernet sur GEM

  • Seule la trame MAC est encapsulée (pas de préambule, SFD, EFD)
  • La trame MAC peut être fragmentée (voir la diapositive suivante).

Ethernet sur GEM

Lors du transport du trafic TDM via GEM -

  • Tampon d'entrée TDM interrogé toutes les 125 ms.
  • Les octets PLI de TDM sont insérés dans le champ de charge utile.
  • La longueur du fragment TDM peut varier de ± 1 octet en raison du décalage de fréquence.
  • Latence aller-retour limitée à 3 msec.

TDM sur GEM

GEM peut fragmentsa charge utile. Par exemple, une trame Ethernet non fragmentée, comme indiqué dans l'illustration suivante.

L'illustration suivante représente une trame Ethernet fragmentée.

GEM fragmente les charges utiles pour l'une des deux raisons suivantes:

Reason 1 - Le cadre GEM ne peut pas chevaucher le cadre GTC.

Reason 2 - La trame GEM peut être préemptée pour les données sensibles au retard.

Chiffrement GPON

OLT crypte en utilisant AES-128 en mode compteur. Seule la charge utile est chiffrée (pas les en-têtes ATM ou GEM). Les blocs de chiffrement sont alignés sur la trame GTC. Le compteur est partagé par OLT et toutes les unités ONU comme suit -

  • 46b = 16b intra-trame + 30 bits inter-trame.
  • Le compteur intra-trame s'incrémente tous les 4 octets de données.
  • Remise à zéro au début de la trame DS GTC.

OLT et chaque ONU doivent s'entendre sur une clé symétrique unique. OLT demande à ONU un mot de passe (dans PLOAMd). ONU envoie le mot de passe US en clair (en PLOAMu) -

  • Clé envoyée 3 fois pour la robustesse

OLT informe l'ONU de l'heure précise pour commencer à utiliser une nouvelle clé.

QoS - GPON

GPON traite explicitement la qualité de service. Les cadres de longueur constante facilitent la qualité de service pour les applications sensibles au temps. Il existe 5 types de conteneurs de transport -

  • Type 1 - BW fixe.
  • Type 2 - BW assuré.
  • Type 3 - BW alloué + BW non assuré.
  • Type 4 - meilleur effort.
  • Type 5 - sur-ensemble de tout ce qui précède.

GEM ajoute plusieurs fonctionnalités QoS de couche PON -

  • La fragmentation permet la préemption de grandes trames de faible priorité.
  • PLI - la longueur de paquet explicite peut être utilisée par des algorithmes de mise en file d'attente.
  • Les bits PTI portent des indications d'encombrement.

Dans le chapitre suivant, nous comprendrons ce qu'est un réseau optique passif Ethernet.