FTTH - GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks) est un système optique pour les réseaux d'accès, basé sur les spécifications UIT-T de la série G.984. Il peut fournir une portée de 20 km avec un budget optique de 28 dB (indiqué 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 tarifs 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 Mbit / s en amont, 2,48 832 Gbit / s en aval
622 Mbit / s en amont, 2,48 832 Gbit / s en aval
1,24416 Gbit / s en amont, 2,48 832 Gbit / s en 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 TDM natif et Data.
Caractéristiques 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
Des plages horaires inutilisées peuvent être attribuées aux gros utilisateurs
La 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 la bande passante de l'accès via des câbles à paire torsadée, il prend en charge la transmission à large bande passante.
Il réduit les nœuds du réseau.
Il prend en charge jusqu'à 20 km de couverture de service.
Normes GPON
Les normes GPON sont construites sur les spécifications BPON précédentes. Les spécifications sont -
G.984.1 - Ce document décrit les caractéristiques générales du réseau optique passif compatible Gigabit.
G.984.2 - Ce document décrit la spécification de couche dépendante du support physique du réseau optique passif compatible Gigabit.
G.984.3 - Ce document décrit la spécification de la couche de convergence de transmission de réseau optique passif compatible Gigabit.
G.984.4 - Ce document décrit la spécification d'interface de gestion et de contrôle ONT de réseau optique passif compatible Gigabit (OMCI).
Architecture GPON
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 directe.
Optique de classe A: 5 à 20 dB
Optique de classe B: 10 à 25 dB
Optique de classe C: 15 à 30 dB
Fonction d'interface de port de service
Fonction d'interconnexion
Interface de réseau de distribution optique (ODN)
GPON OLT sert plusieurs ONT via le port PON. La transmission en aval, c'est-à-dire de OLT à ONT, est généralement TDM; tandis que le trafic en amont, c'est-à-dire de l'ONT vers l'OLT, est généralement 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 dépendant 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 -
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 -
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 principal et contrôle le GPON. L'OLT se compose de trois parties principales -
L'illustration suivante montre le schéma fonctionnel OLT typique.
Coque PON Core
La coque PON Core 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 OAM, le contrôle d'accès aux médias, le tramage, le DBA, la délimitation de l'unité de données de protocole (PDU) pour la fonction d'interconnexion et pour la gestion de l'unité ONU.
Shell d'interconnexion - Ce shell fournit un chemin de communication entre le shell principal PON et le shell de service.
Shell de service - 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 au maximum deux interfaces à des fins de protection de liaison. 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 Link Protection. La protection de lien est également connue sous le nom d'agrégation de liens, qui peut protéger le lien et en même temps, elle peut également agréger le trafic.
La fonction de service MUX et DEMUX connecte les appareils du client au côté PON. Le terminal de réseau optique (ONT) est conçu pour une utilisation par un seul abonné, tandis que l'ONU (unité de réseau optique) est conçu 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 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 résidentiel ONT - En règle générale, les interfaces de service d'abonné telles que Internet haute vitesse (HSI) 10 / 100Base-T et vidéo sur IP, 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 - En plus de ce qui précède, peuvent 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 réseau utilisateur (UNI) pour plusieurs abonnés. L'interface UNI peut être ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA ou HPNA, et la distance jusqu'à l'abonné (10/100 Base-T est limitée à 100 m, ce qui correspond à 330 pieds).
Selon le type de ports d'interface, UN UNI peut 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, une ONT combine la fonction d'une ONU et d'une NT dans un seul appareil. Cette combinaison des deux; ensemble, l'ONT est la solution la plus rentable pour fournir des services GPON aux entreprises locales et unifamiliales, petites et moyennes entreprises. 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 plats à fibres optiques, les épissures, les connecteurs optiques, les séparateurs optiques passifs et les composants de branchement passifs sont très passifs.
Les séparateurs optiques ODN divisent la fibre unique en plusieurs fibres allant à différents bâtiments et maisons individuelles. Les répartiteurs peuvent être placés à n'importe quel endroit dans l'ODN, du bureau central (CO) / du central local (LE) aux locaux du client et peuvent être de n'importe quelle 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 / encadrement GPON
Le multiplexage ou le tramage 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 orienté connexion de longueur variable pour le transport de services de données sur le réseau optique passif (PON). Le 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 aval (OLT vers ONU / ONT)
Pour le trafic aval, les fonctions de multiplexage du trafic sont centralisées en 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 unité ONU filtre les trames GEM en aval en fonction de leurs identifiants de port GEM et traite uniquement les trames GEM qui appartiennent à l'unité ONU.
Trafic amont (ONU / ONT vers OLT)
Les entités porteuses de trafic au sein de l'ONU se voient octroyer une opportunité de transmission en amont (ou allocation de bande passante) par l'OLT. Ces entités porteuses de trafic sont identifiées par les ID d'allocation (Alloc-ID). L'identificateur d'allocation (Alloc-ID) est un numéro de 12 bits que l'OLT attribue à une ONU pour identifier une entité porteuse de trafic. Il est destinataire d'allocations de bande passante en amont au sein de l'ONU.
Les allocations de bande passante aux différents Alloc-ID sont multiplexées dans le temps comme spécifié par l'OLT dans les cartes de bande passante transmises en aval. Dans chaque attribution de bande passante, l'unité ONU utilise l'identifiant de port GEM comme clé de multiplexage pour identifier les trames GEM qui appartiennent 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'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 la couche dépendante du support physique (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 arrive 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.
Cadrage de couche GTC
La trame en aval a une durée de 125 microsecondes et une longueur de 38880 octets, ce qui correspond au débit de données en aval de 2,48 832 Gbit / s. La trame GTC en aval se compose du bloc de commande physique en 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 débit de 2488,32
Chaque trame GTC comprend un bloc de contrôle physique en aval + une charge utile
PCBd contient des informations de synchronisation, OAM, DBA, etc.
La charge utile peut avoir des partitions ATM et GEM (une ou les deux)
La durée de la trame GTC en amont 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 19 440 octets. Chaque trame en amont contient un certain nombre de salves de transmission provenant d'une ou plusieurs unités ONU.
Chaque rafale de transmission en amont contient une section de surdébit de couche physique en amont (PLOu) et un ou plusieurs intervalles d'allocation de bande passante associés aux ID d'allocation individuels. La trame GTC en 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 comporte potentiellement deux sections -
Partition ATM (Alen * 53 octets de long)
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 aucune partition ATM.
Si Alen = longueur de charge utile / 53, alors aucune partition GEM.
Les cellules ATM sont alignées sur la trame GTC.
Les ONU acceptent les cellules ATM basées sur 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.
Un nombre quelconque 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, il évite les gros frais généraux 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) + parité paire 1b)
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 sur 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 par 3 msec.
TDM sur GEM
GEM peut fragmenter sa 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 -
Raison 1 - La trame GEM peut ne pas chevaucher la trame GTC.
Raison 2 - La trame GEM peut être préemptée pour les données sensibles au retard.
Cryptage GPON
OLT chiffre 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 l'OLT et toutes les ONU comme suit -
46b = 16b intra-trame + 30 bits inter-trame.
Le compteur intra-trame incrémente tous les 4 octets de données.
Remise à zéro au début de la trame DS GTC.
L'OLT et chaque ONU doivent convenir d'une clé symétrique unique. OLT demande un mot de passe à ONU (dans PLOAMd). ONU envoie le mot de passe US en clair (en PLOAMu) -
Clé envoyée 3 fois pour la robustesse
La terminaison OLT informe l’ONU de l’heure précise de début de l’utilisation de la nouvelle clé.
QoS - GPON
GPON traite la QoS de manière explicite. Les trames de longueur constante facilitent la QoS pour les applications sensibles au 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 - surensemble 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.
