FTTH-GPON
GPON (Gigabit Passive Optical Networks)은 ITU-T 사양 G.984 시리즈를 기반으로 한 액세스 네트워크 용 광학 시스템입니다. 1:32 분할 비율의 클래스 B + 광학을 사용하여 28dB 광학 예산 (다음 그림 참조)으로 20km에 도달 할 수 있습니다.
GPON 시스템은 다음 속도를 지원합니다-
155Mbps 업스트림, 1.24416Gbps 다운 스트림
622Mbps 업스트림, 1.24416Gbps 다운 스트림
1.24416Gbps 업스트림, 1.24416Gbps 다운 스트림
155Mbps, 다운 스트림 2.48832Gbps
다운 스트림 622Mbps, 다운 스트림 2.48832Gbps
다운 스트림 1.24416Gbps, 다운 스트림 2.48832Gbps
다운 스트림 2.48832Gbps, 다운 스트림 2.48832Gbps
GPON은 ATM 및 GEM 캡슐화를 모두 지원합니다. GEM (GPON Encapsulation Method)은 기본 TDM과 데이터를 모두 지원합니다.
GPON 특징
이 혁신적인 기술은 BPON GEM을 기반으로합니다. 다음은 그 기능입니다-
다운 스트림 전송
2.4Gbps
하나의 ONT에 대한 BW는 여러 HDTV 신호를 공급하기에 충분합니다.
QOS는 지연에 민감한 트래픽 (음성)을 허용합니다
업스트림 전송
1.24Gbps
최소 BW 보장
사용하지 않는 타임 슬롯을 무거운 사용자에게 할당 할 수 있습니다
QoS는 민감한 트래픽 (음성)을 지연시킵니다
왜 GPON인가?
GPON은 다음과 같은 통합 서비스 솔루션을 제공합니다.
트리플 플레이 서비스를 지원합니다.
트위스트 페어 케이블을 통한 액세스의 대역폭 장애를 줄이기 위해 고 대역폭 전송을 지원합니다.
네트워크 노드가 줄어 듭니다.
최대 20km의 서비스 범위를 지원합니다.
GPON 표준
GPON 표준은 이전 BPON 사양을 기반으로합니다. 사양은-
G.984.1-이 문서는 기가비트 가능 수동 광 네트워크의 일반적인 특성을 설명합니다.
G.984.2-이 문서는 기가비트 지원 패시브 광 네트워크 물리적 미디어 종속 계층 사양을 설명합니다.
G.984.3-이 문서는 기가비트 가능 수동 광 네트워크 전송 수렴 계층 사양을 설명합니다.
G.984.4-이 문서는 기가비트 지원 패시브 광 네트워크 ONT 관리 및 제어 인터페이스 사양 (OMCI)에 대해 설명합니다.
GPON 아키텍처
GPON OLT는 PON 포트를 통해 여러 ONT를 제공합니다. 다운 스트림 전송, 즉 OLT에서 ONT 로의 전송은 보통 TDM입니다. 반면 ONT에서 OLT 로의 업스트림 트래픽은 일반적으로 TDMA입니다.
PON 시스템은 대칭 적이거나 비대칭적일 수있다. PON 및 파이버 인프라를 사용하여 단방향 분배 서비스를 지원할 수도 있습니다. 예를 들어 – 다른 파장의 비디오.
GPON 물리적 매체 종속 계층
G.984.2는 GPON 시스템의 물리 계층 사양입니다. 물리 계층은 다음과 같은 영역을 처리합니다.
데이터 속도 측면에서 광학 성능.
광섬유 구성 요소의 클래스.
광 전력의 타이밍 및 제어.
순방향 오류 수정.
광학 시스템의 기본 요구 사항 중 하나는 광학 신호를 예상 범위로 확장하기에 충분한 용량을 가진 구성 요소를 제공하는 것입니다. 전원 및 감도를 기반으로하는 세 가지 범주 또는 구성 요소 클래스가 있습니다. 구성 요소의 클래스는-
클래스 A 광학 : 5 ~ 20dB
클래스 B 광학 : 10 ~ 25dB
클래스 C 광학 : 15 ~ 30dB
광 라인 터미널 (OLT)
OLT는 코어 네트워크에 SNI (Service Node Interface) (일반적으로 1Gbps 및 / 또는 10Gbps 이더넷 LAN 인터페이스)를 제공하고 GPON을 제어합니다. OLT는 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다-
서비스 포트 인터페이스 기능
교차 연결 기능
광 분배 네트워크 (ODN) 인터페이스
다음 그림은 일반적인 OLT 기능 블록 다이어그램을 보여줍니다.
PON 코어 쉘
PON Core 쉘은 두 부분으로 구성됩니다. 첫 번째 부분은 ODN 인터페이스 기능이고 PON TC 기능입니다. PON TC 기능에는 OAM, 미디어 액세스 제어, 프레이밍, DBA, 교차 연결 기능 및 ONU 관리를위한 PDU (Protocol Data Unit) 설명이 포함됩니다.
교차 연결 셸-이 셸은 PON 코어 셸과 서비스 셸 간의 통신 경로를 제공합니다.
서비스 셸-이 셸은 서비스 인터페이스와 PON 섹션의 TC 프레임 인터페이스 간의 변환을위한 것입니다.
ONU / ONT
ONU (Optical Network Unit)는 링크 보호를 위해 단일 PON 인터페이스 또는 최대 2 개의 인터페이스와 함께 작동합니다. 이 두 섬유 중 하나의 섬유가 절단 된 경우 ONU는 다른 섬유를 통해 액세스 할 수 있습니다. 이를 PON 보호 또는 링크 보호라고합니다. 링크 보호는 링크 집계라고도하며, 링크를 보호하고 동시에 트래픽을 집계 할 수 있습니다.
서비스 MUX 및 DEMUX 기능은 고객 장치를 PON쪽에 연결합니다. ONT (Optical Network Terminal)는 단일 가입자 용으로 설계되었으며 ONU (Optical Networking Unit)는 여러 가입자 용으로 설계되었습니다. 스플리터를 사용하면 최대 128 개의 ONT 또는 ONU가 PON을 공유 할 수 있습니다.
ONT / ONU 인터페이스
서비스 네트워크 인터페이스를 위해 업 링크 측의 OLT에 연결된 광 네트워크 터미널 (ONT)에는 많은 사용자 네트워크 인터페이스 포트가 있습니다. 일반적으로 UNI쪽에는 4 개의 FE / GE 포트가 있습니다.
가정용 ONT 용 UNI 포트-일반적으로 10 / 100Base-T 고속 인터넷 (HSI) 및 비디오 오버 IP, RF 비디오 오버레이 시스템 용 RF 동축 및 VoIP PSTN 음성 용 아날로그 FXS 전화 인터페이스와 같은 가입자 서비스 인터페이스.
비즈니스 ONT를위한 UNI 포트 – 위의 것 외에도 10 / 100 / 100Base-T 라우터와 L2 / L3 스위치 인터페이스 및 주요 시스템을위한 DS1 / E1 PBX가 포함될 수 있습니다.
광 네트워크 장치 (ONU)는 GPON 파이버를 종료하고 여러 가입자에게 훨씬 더 많은 사용자 네트워크 인터페이스 (UNI)를 가지고 있습니다. UNI 인터페이스는 ADSL2 +, VDSL2, 전력선, MoCA 또는 HPNA 일 수 있으며 가입자와의 거리 (10/100 Base-T는 100m로 제한됨, 330 피트)입니다.
인터페이스 포트 유형에 따라 UN UNI가 가입자 CPE 장비에 직접 연결하지 못할 수 있습니다. 이 경우 UN UNI는 가입자의 최종 위치에있는 네트워크 종단 (NT)에 연결됩니다. NT는 PC, 무선 라우터, 전화, IP 비디오 셋톱 박스 또는 셋톱 박스, RF 비디오 등과 같은 가입자의 CPE 장비를 종료합니다.
기본적으로 ONT는 ONU와 NT의 기능을 단일 장치에 결합합니다. 이 둘의 조합; 함께 ONT는 GPON 서비스를 지역 및 단일 가족, 중소기업에 제공 할 수있는 가장 비용 효율적인 솔루션입니다. 그러나 CAT-5 구리 케이블이 이미 배치되어있는 학생, 호스텔, 학교, 대학, 병원 또는 회사 사무실과 같은 캠퍼스의 클라이언트가 ONU를 사용하면보다 적절한 솔루션을 제공 할 수 있습니다.
광 분배 네트워크
단일 모드 광섬유와 케이블로 구성된 GPON ODN; 광섬유 리본 케이블, 스플 라이스, 광 커넥터, 수동 광 분배기 및 수동 분기 구성 요소는 매우 수동적입니다.
ODN 옵티컬 스플리터는 단일 섬유를 여러 건물과 개별 주택으로가는 여러 개의 섬유로 나눕니다. 스플리터는 중앙 사무실 (CO) / 로컬 교환 (LE)에서 고객 구내까지 ODN의 어느 위치 에나 배치 할 수 있으며 크기에 관계없이 사용할 수 있습니다. 스플리터는 [n : m]으로 지정되며, 여기서 'n'은 입력 수 (OLT로) = 1 또는 2이고 'm'은 출력 수 (ONT로) = 2,4,8,16입니다. , 32,64.
GPON 멀티플렉싱 / 프레이밍
GPON 멀티플렉싱 또는 프레이밍은 다음과 같은 요소로 설명됩니다.
GPON 캡슐화 방법 (GEM)
지정된 GPON 전송 수렴 계층의 데이터 전송 체계입니다. GEM은 수동 광 네트워크 (PON)를 통한 데이터 서비스 전송을위한 연결 지향 가변 길이 프레이밍 메커니즘을 제공합니다. GEM은 OLT의 서비스 노드 인터페이스 유형과 ONU의 UNI 인터페이스 유형과 독립적으로 설계되었습니다.
다운 스트림 트래픽 (ONU / ONT를 향한 OLT)
다운 스트림 트래픽의 경우 트래픽 멀티플렉싱 기능이 OLT에 집중되어 있습니다. OLT가 개별 논리 연결에 할당 한 12 비트 숫자 형식의 GEM Port-ID는 다른 다운 스트림 논리 연결에 속하는 GEM 프레임을 식별합니다. 각 ONU는 GEM Port-ID를 기반으로 다운 스트림 GEM 프레임을 필터링하고 ONU에 속하는 GEM 프레임 만 처리합니다.
업스트림 트래픽 (OLT로 ONU / ONT)
ONU 내의 트래픽 베어링 엔티티는 OLT에 의해 업스트림 전송 기회 (또는 대역폭 할당)가 부여됩니다. 이러한 트래픽 보유 엔티티는 할당 ID (Alloc-ID)로 식별됩니다. 할당 식별자 (Alloc-ID)는 트래픽 보유 엔티티를 식별하기 위해 OLT가 ONU에 할당하는 12 비트 숫자입니다. ONU 내에서 업스트림 대역폭 할당을받는 사람입니다.
다른 Alloc-ID에 대한 대역폭 할당은 다운 스트림으로 전송 된 대역폭 맵에서 OLT에 의해 지정된 시간에 다중화된다. 각 대역폭 할당 내에서 ONU는 GEM Port-ID를 멀티플렉싱 키로 사용하여 서로 다른 업스트림 논리 연결에 속하는 GEM 프레임을 식별합니다.
전송 컨테이너 (T-CONT)는 논리적 연결 그룹을 나타내는 ONU 개체입니다. PON에서 업스트림 대역폭 할당을 위해 단일 엔티티로 나타납니다. 매핑 체계에 따라 서비스 트래픽은 다른 GEM 포트로 전달 된 다음 다른 T-CONT로 전달됩니다.
GEM 포트와 T-CONT 간의 매핑은 유연합니다. GEM 포트는 T-CONT에 해당 할 수 있습니다. 또는 여러 GEM 포트가 동일한 T-CONT에 해당 할 수 있습니다.
G-PON 전송 수렴 계층 (GTC)
PMD (실제 미디어 종속) 계층과 G-PON 클라이언트 사이에 위치한 G-PON 프로토콜 제품군의 프로토콜 계층. GTC 계층은 GTC 프레이밍 서브 레이어 및 GTC 적응 서브 레이어로 구성된다.
다운 스트림 방향에서 GEM 프레임은 모든 ONU에 도달하는 GTC 페이로드로 운반됩니다. ONU 프레이밍 하위 계층은 프레임을 추출하고 GEM TC 어댑터는 12 비트 Port-ID를 기반으로 프레임을 필터링합니다. 적절한 Port-ID가있는 프레임 만 GEM 클라이언트 기능을 통해 허용됩니다.
업스트림 방향에서 GEM 트래픽은 하나 이상의 T-CONT를 통해 전달됩니다. OLT는 T-CONT와 관련된 전송을 수신하고 프레임은 GEM TC 어댑터로 전달 된 다음 GEM 클라이언트로 전달됩니다.
GTC 레이어 프레임
다운 스트림 프레임의 지속 시간은 125 마이크로 초이며 38880 바이트이며 이는 다운 스트림 데이터 속도 2.48832Gbit / s에 해당합니다. 다운 스트림 GTC 프레임은 물리적 제어 블록 다운 스트림 (PCBd) 및 GTC 페이로드 섹션으로 구성됩니다.
GPON Transmission Convergence 프레임은 항상 125 Msec 길이입니다-
1244.16 속도의 19440 바이트 / 프레임
2488.32 속도로 38880 바이트 / 프레임
각 GTC 프레임은 물리적 제어 블록 다운 스트림 + 페이로드로 구성됩니다.
PCBd에는 동기화, OAM, DBA 정보 등이 포함됩니다.
페이로드에는 ATM 및 GEM 파티션이있을 수 있습니다 (하나 또는 둘 다).
업스트림 GTC 프레임 지속 시간은 125μs입니다. 1.24416 Gbit / s 업 링크가있는 G-PON 시스템에서 업스트림 GTC 프레임 크기는 19,440 바이트입니다. 각각의 업스트림 프레임은 하나 이상의 ONU로부터 오는 다수의 전송 버스트를 포함한다.
각각의 업스트림 전송 버스트는 업스트림 물리 계층 오버 헤드 (PLOu) 섹션 및 개별 Alloc-ID와 관련된 하나 이상의 대역폭 할당 간격을 포함한다. 다운 스트림 GTC 프레임은 PON에 대한 공통 시간 기준 및 업스트림에 대한 공통 제어 시그널링을 제공한다.
GPON 페이로드
GTC 페이로드에는 잠재적으로 두 개의 섹션이 있습니다-
ATM 파티션 (Alen * 53 바이트 길이)
GEM 파티션 (현재 선호되는 방법)
ATM 파티션
ATM 파티션은 다음과 같은 특징이 있습니다.
PCB에 Alen (12 비트)이 지정되어 있습니다.
Alen은 ATM 파티션에서 53B 셀 수를 지정합니다.
Alen = 0이면 ATM 파티션이 없습니다.
Alen = 페이로드 길이 / 53이면 GEM 파티션이 없습니다.
ATM 셀은 GTC 프레임에 정렬됩니다.
ONU는 ATM 헤더의 VPI를 기반으로 ATM 셀을 허용합니다.
보석 파티션
GEM 파티션은 다음과 같은 특징이 있습니다.
ATM 셀과 달리, GEM 묘사 프레임은 길이를 가질 수 있습니다.
GEM 파티션에는 여러 개의 GEM 프레임이 포함될 수 있습니다.
ONU는 GEM 헤더의 12b 포트 ID를 기반으로 GEM 프레임을 허용합니다.
GPON 캡슐화 모드
BPON에 대한 일반적인 불만은 ATM 셀 세금으로 인한 비 효율성이었습니다. GEM은 ATM과 유사합니다. 일정한 크기의 HEC 보호 헤더가 있습니다. 그러나 가변 길이 프레임을 허용하여 큰 오버 헤드를 피할 수 있습니다. GEM은 일반적으로 지원되는 모든 패킷 유형 (및 TDM)입니다. GEM은 조각화 및 리 어셈블리를 지원합니다.
GEM은 GFP를 기반으로하며 헤더에는 다음 필드가 포함되어 있습니다.
페이로드 길이 표시기-페이로드 길이 (바이트).
포트 ID-대상 ONU를 식별합니다.
페이로드 유형 표시기 (GEM OAM, 정체 / 조각 표시).
헤더 오류 수정 필드 (BCH (39,12,2) 코드 + 1b 짝수 패리티)
GEM 헤더는 전송 전에 B6AB31E055와 XOR됩니다.
GEM을 통한 이더넷 / TDM
GEM을 통해 이더넷 트래픽을 전송할 때
MAC 프레임 만 캡슐화 됨 (프리앰블, SFD, EFD 없음)
MAC 프레임이 조각 날 수 있습니다 (다음 슬라이드 참조).
이더넷을 통한 GEM
GEM을 통해 TDM 트래픽을 전송할 때-
TDM 입력 버퍼는 125Msec마다 폴링됩니다.
PDM 바이트의 TDM이 페이로드 필드에 삽입됩니다.
TDM 프래그먼트의 길이는 주파수 오프셋으로 인해 ± 1 바이트만큼 달라질 수 있습니다.
왕복 대기 시간은 3 밀리 초로 제한됩니다.
GEM을 통한 TDM
GEM은 페이로드를 조각화 할 수 있습니다. 예를 들어, 다음 그림과 같이 조각 모음되지 않은 이더넷 프레임.
다음 그림은 조각난 이더넷 프레임을 보여줍니다.
다음 두 가지 이유 중 하나에 대한 GEM 조각 페이로드-
이유 1-GEM 프레임이 GTC 프레임에 걸 치지 않을 수 있습니다.
이유 2-지연에 민감한 데이터를 위해 GEM 프레임이 선점 될 수 있습니다.
GPON 암호화
OLT는 카운터 모드에서 AES-128을 사용하여 암호화합니다. 페이로드 만 암호화됩니다 (ATM 또는 GEM 헤더 아님). 암호화 블록은 GTC 프레임에 정렬됩니다. 카운터는 다음과 같이 OLT와 모든 ONU가 공유합니다-
46b = 16b 인트라 프레임 + 30 비트 인터 프레임.
프레임 내 카운터는 4 데이터 바이트마다 증가합니다.
DS GTC 프레임 시작시 0으로 재설정합니다.
OLT와 각 ONU는 고유 한 대칭 키에 동의해야합니다. OLT는 ONU에게 암호를 요청합니다 (PLOAMd). ONU는 비밀번호 (PLOAMu)로 미국 비밀번호를 보냅니다.
견고성을 위해 3 번 키 전송
OLT는 ONU에게 새 키를 사용하기 시작하는 정확한 시간을 알려줍니다.
QoS – GPON
GPON은 QoS를 명시 적으로 처리합니다. 일정한 길이의 프레임은 시간에 민감한 애플리케이션에 QoS를 용이하게합니다. 전송 컨테이너에는 5 가지 유형이 있습니다-
타입 1-고정 BW.
타입 2-확실한 BW.
유형 3-할당 된 BW + 비 보증 BW.
유형 4-최선의 노력.
위의 모든 유형 5-수퍼 셋.
GEM은 몇 가지 PON 계층 QoS 기능을 추가합니다-
조각화를 통해 우선 순위가 낮은 대형 프레임을 선점 할 수 있습니다.
PLI-명시 적 패킷 길이는 큐잉 알고리즘에 의해 사용될 수 있습니다.
PTI 비트는 혼잡 표시를 나타냅니다.
