FTTH - GPON

FTTH - GPON

GPON (Réseaux optiques passifs Gigabit) est un système optique pour les réseaux d'accès basé sur les spécifications ITU-T série G.984. Il peut fournir une portée de 20 km avec un budget optique de 28 dB (illustré dans l'illustration suivante) en utilisant une optique 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

• 155 Mbits / s en amont, 2,4888 Gbps en aval

• 622 Mbps vers le haut, 2,4888 Gbps en aval

• 1,24416 Gbps vers le haut, 2,48832 Gbps vers l'aval

• + 2.48832 Gbps vers le haut, 2.48832 Gbps vers l'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.

GPON Caractéristiques

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

Transmission en aval

• 2,4 Gbps

• BW pour un ONT suffit pour fournir plusieurs signaux HDTV

• QOS permet le trafic sensible au retard (voix)

Transmission en amont

• 1,24 Gbps

• Le minimum de poids corporel peut être garanti

• Les plages horaires non utilisées peuvent être attribuées à des utilisateurs intensifs

• La QoS permet de retarder le trafic sensible (voix)

Pourquoi GPON?

GPON fournit une solution de services intégrée telle que:

• Il supporte les services Triple Play.

• Pour réduire la limite de bande passante de l'accès via 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 allant jusqu'à 20 km.

Normes GPON

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

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

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

• G.984.3 - Ce document décrit la spécification de la couche de convergence de transmission à réseau optique passif à capacité Gigabit.

• G.984.4 - Ce document décrit la spécification d'interface de gestion et de contrôle ONT pour réseau optique passif à capacité Gigabit (OMCI).

Architecture GPON

GPON OLT dessert plusieurs ONT via le port PON. La transmission en aval, c'est-à-dire de la terminaison OLT à la terminaison ONT, est généralement en mode TDM; alors que le trafic en amont, c’est-à-dire de l’ONT vers l’OLT, est généralement de type TDMA.

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

Couche dépendante du support physique GPON

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

• Performance optique en termes de débit de données.

• La classe des composants de fibre optique.

• Le timing et le contrôle de la puissance optique.

• Correction d'erreur en avant.

L'une des exigences de base d'un système optique est de fournir des composants ayant 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 25dB

• Optique de classe C: 15 à 30dB

Terminal de ligne optique (OLT)

La terminaison OLT fournit l'interface de noeud de service (SNI) (généralement des interfaces LAN Ethernet à 1 Gbps et / ou 10 Gbps) vers le réseau central et contrôle le GPON. Le BTA se compose de trois parties principales:

• Fonction d'interface de port de service

• Fonction de brassage

• Interface de réseau de distribution optique (ODN)

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

PON Core Shell

PON Core shell se compose de deux parties. La première partie est la fonction d'interface ODN et la partie est la fonction PON TC. La fonction PON TC comprend l'OAM, le contrôle d'accès au support, la trame, la DBA, la délimitation d'une unité de données de protocole (PDU) pour la fonction de brassage et pour la gestion d'ONU.

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

• 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

L'unité de réseau optique (ONU) fonctionne avec une seule interface PON ou deux interfaces maximum pour la protection des liaisons. Dans le cas où l'une des fibres de ces deux fibres est coupée, l'unité ONU est accessible via une autre fibre. C'est ce qu'on appelle la protection PON ou protection de lien. La protection des liens est également appelée agrégation de liens, ce qui permet de protéger le lien et en même temps d'agréger le trafic.

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

Interfaces ONT / ONU

Le terminal de réseau optique (ONT), connecté à l’OLT côté 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.

• Ports UNI pour ONT résidentielle - Généralement, les interfaces de service abonné telles que l’Internet haute vitesse (HSI) 10 / 100Base-T et la vidéo sur IP, le coaxial RF pour les systèmes de superposition vidéo RF et les interfaces téléphoniques FXS analogiques pour la voix VoIP PSTN.

• Ports UNI pour une entreprise ONT - Outre ce qui précède, vous pouvez également inclure des routeurs 10/100 / 100Base-T et des interfaces de commutateurs L2 / L3 et un PBX DS1 / E1 pour les systèmes clés.

L'unité de réseau optique (ONU) termine la fibre GPON et a beaucoup plus d'interface utilisateur-réseau (UNI) pour plusieurs abonnés. L'interface UNI peut être ADSL2 +, VDSL2, Ligne d'alimentation, MoCA ou HPNA, et la distance qui le sépare de l'abonné (10/100 Base-T est limitée à 100 m, soit 330 pi).

Selon le type de ports d'interface, l'UN UNI peut ne pas être en mesure de se connecter directement à un équipement CPE d'abonné. Dans ce cas, l’UNI 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 ordinateur personnel, un routeur sans fil, un téléphone, un décodeur vidéo IP ou un décodeur, de la vidéo RF, etc.

Une ONT combine essentiellement les fonctions d'une ONU et d'une 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 entreprises. Toutefois, si un client sur le campus en tant qu'étudiant, auberge de jeunesse, à une école, dans un collège, un hôpital ou dans un bureau, lorsqu'un câble de cuivre CAT-5 est déjà posé, ONU peut constituer une solution plus appropriée.

Réseau de distribution optique

Le GPON ODN, constitué d’une fibre optique et d’un câble monomodes; les câbles ruban, les épissures, les connecteurs optiques, les répartiteurs optiques passifs et les composants de dérivation passifs sont très passifs.

Les diviseurs optiques ODN divisent la fibre unique en plusieurs fibres destinées à différents bâtiments et habitations individuelles. Les répartiteurs peuvent être placés à n’importe quel emplacement du réseau ODN, du central téléphonique (CO) / local au réseau local (LE) jusqu’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 la terminaison OLT) = 1 ou 2, et 'm' est le nombre de sorties (vers la terminaison ONT) = 2,4,8,16. , 32,64.

GPON Multiplexage / Encadrement

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 noeud de service au niveau de la terminaison OLT ainsi que du type d'interface UNI au niveau des unités ONU.

Trafic aval (OLT vers ONU / ONT)

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

Trafic amont (ONU / ONT vers OLT)

Les entités supportant le trafic au sein de l'unité ONU se voient attribuer une opportunité de transmission en amont (ou une allocation de bande passante) par la terminaison OLT. Ces entités de trafic sont identifiées par les identifiants d'allocation (Alloc-ID). L'identificateur d'allocation (Alloc-ID) est un nombre de 12 bits que l'OLT attribue à une unité ONU afin d'identifier une entité de trafic. C'est un destinataire d'allocations de bande passante en amont au sein de l'unité ONU.

Les attributions de bande passante à différents identificateurs Alloc-ID sont multiplexées dans le temps, comme spécifié par la terminaison OLT dans les cartes de bande passante transmises en aval. Au sein de chaque allocation de bande passante, l'unité ONU utilise l'identificateur de port GEM en tant que clé de multiplexage pour identifier les trames GEM appartenant à différentes connexions logiques en amont.

Un conteneur de transmission (T-CONT) est un objet ONU représentant un groupe de connexions logiques. Il apparaît comme une entité unique aux fins de l'affectation de la largeur de bande en amont sur le réseau 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 conteneur T-CONT est flexible. Un port GEM peut correspondre à un conteneur T-CONT; ou plusieurs ports GEM peuvent correspondre au même conteneur T-CONT.

Couche de convergence de transmission (GTC) G-PON

Couche de protocole de la suite de protocoles G-PON placée entre la couche dépendante du support physique 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.

En aval, les trames GEM sont acheminées dans la charge utile GTC, qui parvient à toutes les unités 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 via la fonction client GEM.

En amont, le trafic GEM est acheminé sur un ou plusieurs conteneurs T-CONT. La terminaison OLT reçoit la transmission associée au CONT-T et les trames sont transférées à l'adaptateur GEM TC, puis au client GEM.

Cadrage de couche GTC

La trame aval a 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 comprend le bloc de contrôle physique aval (PCBd) et la section de charge utile GTC.

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

• 19440 octets / image pour un débit de 1244,16

• 38880 octets / image pour un débit de 2488.32

Chaque trame GTC comprend un bloc de contrôle physique en aval + charge utile

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

La charge utile peut avoir des partitions ATM et GEM (un ou les deux)

La durée de la trame GTC en amont est de 125 µs. Dans les systèmes G-PON avec liaison montante à 1,24416 Gbit / s, la taille de trame GTC en amont est de 19 440 octets. Chaque trame amont contient un certain nombre de rafales de transmission provenant d'une ou de plusieurs unités ONU.

Chaque rafale de transmission en amont contient une section d'en-tête de couche physique en amont (PLOu) et un ou plusieurs intervalles d'allocation de bande passante associés aux identificateurs d'Alloc individuels. La trame GTC aval fournit la référence de temps commune pour le réseau PON et la signalisation de commande commune pour le réseau amont.

Les 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 alors pas de partition ATM.

• Si Alen = longueur de la charge utile / 53, aucune partition GEM.

• Les cellules ATM sont alignées sur la trame GTC.

• Les unités 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 par GEM peuvent avoir n'importe quelle longueur.

• Un nombre quelconque de trames GEM peuvent être contenues dans la partition GEM.

• Les unités ONU acceptent les trames GEM basées sur l'ID de port 12b dans l'en-tête GEM.

Mode d'encapsulation GPON

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

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

• Indicateur de la longueur de la charge utile - longueur de la 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 avec B6AB31E055 avant transmission.

Ethernet / TDM sur GEM

Lors du transport de trafic Ethernet sur GEM

• Seule la trame MAC est encapsulée (pas de préambule, SFD, EFD)

• Le cadre MAC peut être fragmenté (voir la diapositive suivante).

Ethernet sur GEM

Lors du transport du trafic TDM sur GEM -

• Le tampon d'entrée TDM a été 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.

• Temps de latence aller-retour limité par 3 ms.

TDM sur GEM

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

L'illustration suivante décrit une trame Ethernet fragmentée.

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

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

Raison 2 - La trame GEM peut être préemptée pour les données sensibles aux délais.

Cryptage GPON

OLT chiffre en utilisant AES-128 en mode compteur. Seules les données utiles sont cryptées (pas les en-têtes ATM ou GEM). Les blocs de chiffrement sont alignés sur la trame GTC. Le compteur est partagé par la terminaison OLT et toutes les unités ONU comme suit -

• 46b = 16b intra-image + 30 bits entre images.

• Le compteur intra-image incrémente tous les 4 octets de données.

• Remise à zéro au début de la trame DS GTC.

La terminaison OLT et chaque unité ONU doivent convenir d'une clé symétrique unique. OLT demande à ONU un mot de passe (en PLOAMd). ONU envoie le mot de passe US en clair (dans PLOAMu) -

• Clé envoyée 3 fois pour la robustesse

La terminaison OLT informe l'unité ONU du moment précis pour commencer à utiliser une nouvelle clé.

QoS - GPON

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

• 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 les algorithmes de mise en file d'attente.

• Les bits PTI portent des indications d'encombrement.