Fiber to the Home (FTTH) è l'ultima soluzione di accesso in fibra in cui ogni utente è connesso a una fibra ottica. Le opzioni di distribuzione discusse in questo tutorial si basano su un percorso completo in fibra ottica dall'OLT fino alla sede dell'abbonato. Questa scelta consente la fornitura di servizi e contenuti ad alta larghezza di banda a ciascun cliente e garantisce la massima larghezza di banda per le future richieste dei nuovi servizi. Pertanto, le opzioni ibride che coinvolgono reti di infrastruttura "parte" in fibra e "parte" in rame non sono incluse.
La distanza della fibra differenziale è la differenza nella distanza tra l'ONU / ONT più vicino e più lontano dall'OLT.
In GPON, la distanza massima della fibra differenziale è di 20 km. Ciò influisce sulla dimensione della finestra di rilevamento e fornisce la conformità con [ITU-T G.983.1].
La portata logica è definita come la distanza massima che può essere raggiunta per un particolare sistema di trasmissione, indipendentemente dal budget ottico. La portata logica è la distanza massima tra ONU / ONT e OLT eccetto per la limitazione del livello fisico.
In GPON, la portata logica massima è definita come 60 km.
Il ritardo di trasferimento del segnale medio è la media dei valori di ritardo a monte ea valle tra i punti di riferimento. Questo valore è determinato misurando il ritardo di andata e ritorno e quindi dividendo per 2.
GPON deve ospitare servizi che richiedono un ritardo di trasferimento del segnale medio massimo di 1,5 ms. Un sistema GPON deve avere un tempo medio massimo di ritardo del trasferimento del segnale inferiore a 1,5 ms tra i punti di riferimento TV.
L'OAN è l'insieme di collegamenti di accesso che condividono le stesse interfacce lato rete e sono supportati da sistemi di trasmissione ad accesso ottico. L'OAN può includere un numero di ODN collegati allo stesso OLT.
Nel contesto PON, un albero di fibre ottiche nella rete di accesso, integrato con separatori di potenza o lunghezza d'onda, filtri o altri dispositivi ottici passivi.
Un dispositivo che termina l'endpoint comune (radice) di un ODN. Quindi implementa un protocollo PON come quello definito da [ITU-T G.984]; e quindi adatta i PONPDU per le comunicazioni di uplink sull'interfaccia del servizio del provider.
L'OLT fornisce funzioni di gestione e manutenzione per ODN e ONU sottesi.
Un singolo dispositivo dell'abbonato che termina uno qualsiasi degli endpoint distribuiti (foglia) di un ODN, implementa un protocollo PON e adatta le PDU PON alle interfacce del servizio dell'abbonato. Un ONT è un caso speciale di ONU.
Un termine generico che denota un dispositivo che termina uno qualsiasi degli endpoint distribuiti (foglia) di un ODN, implementa un protocollo PON e adatta PON PDU.
La portata fisica è definita come la distanza fisica massima che può essere raggiunta per un particolare sistema di trasmissione. Poiché, "Physical Reach" è la distanza fisica massima tra ONU / ONT e OLT. Tuttavia, in GPON, sono definite due opzioni per la portata fisica: 10 km e 20 km. Si presume che 10 km sia la distanza massima su cui FP-LD può essere utilizzato nell'ONU per bit rate elevati come 1,25 Gbit / so superiori.
I servizi in FTTH sono definiti come un servizio di rete richiesto dagli operatori. Il servizio è descritto da un nome chiaramente riconosciuto da tutti, indipendentemente dal fatto che si tratti di un nome di struttura del frame o di un nome generico.
GPON mira a velocità di trasmissione maggiori o uguali a 1.2 Gbit / s. Di conseguenza, GPON identifica due combinazioni di velocità di trasmissione come segue:
- 1,2 Gbps in su, 2,4 Gbps in meno
- 2,4 Gbps in su, 2,4 Gbps in meno
Il bit rate più importante è di 1,2 Gbps in più, 2,4 Gbps in meno, che costituiscono quasi tutta la distribuzione distribuita e pianificata dei sistemi GPON.
Maggiore è il rapporto di divisione per GPON, più economico è dal punto di vista dei costi. Tuttavia, un rapporto di divisione maggiore implica una maggiore potenza ottica e divisione della larghezza di banda, il che crea la necessità di un budget energetico maggiore per supportare la portata fisica. I rapporti di divisione fino a 1:64 sono realistici per il livello fisico, data la tecnologia attuale. Tuttavia, anticipando la continua evoluzione dei moduli ottici, lo strato TC deve considerare rapporti di divisione fino a 1: 128.
Vantaggi della fibra ottica -
- Distanze molto lunghe
- Forte, flessibile e affidabile
- Consente cavi di piccolo diametro e peso leggero
- Sicuro e protetto
- Immune alle interferenze elettromagnetiche (EMI)
- Costo più basso
Vari moduli / componenti in tecnologia PON sono:
- Accoppiatore WDM
- 1 × N Splitter
- Fibra ottica e cavo
- Connector
- ODF/Cabinet/Subrack
I moduli / componenti attivi nella tecnologia PON sono:
In OLT −
- Trasmettitore laser (1490 nm) e
- Ricevitori laser (1310 nm)
For CATV application −
- Amplificatore laser (1550 nm) e
- EDFA per amplificare il segnale video
In ONU −
- Alimentazione / batteria per ONU
- Trasmettitore laser (1310 nm)
- Ricevitori laser (1490 nm)
- Ricevitori per segnale CATV (1550 nm)
La forma completa di GPON è: Gigabit Passive Optical Network
GPON è un sistema ottico per reti di accesso, basato sulle specifiche ITU-T serie G.984. Può fornire una portata di 20 km con un budget ottico di 28 dB utilizzando ottiche di classe B + con rapporto di divisione 1:32.
Le caratteristiche più comunemente note di GPON sono elencate di seguito.
Downstream transmission −
- 2.4Gbps
- BW per un ONT è sufficiente per fornire più segnali HDTV
- QOS consente il traffico sensibile al ritardo (voce)
Upstream transmission −
- 1 24 Gbps
- È possibile garantire un BW minimo
- Le fasce orarie non utilizzate possono essere assegnate a utenti pesanti
- QOS consente il traffico sensibile al ritardo (voce)
Gli standard GPON si basano sulle precedenti specifiche BPON. Queste specifiche sono tutte elencate di seguito:
G.984.1 - Questo documento descrive le caratteristiche generali della rete ottica passiva con capacità Gigabit.
G.984.2 - Questo documento descrive la specifica del livello dipendente dal supporto fisico della rete ottica passiva con capacità Gigabit.
G.984.3 - Questo documento descrive la specifica del livello di convergenza della trasmissione di rete ottica passiva con capacità Gigabit.
G.984.3 - Questo documento descrive la specifica del livello di convergenza della trasmissione di rete ottica passiva con capacità Gigabit.
I sistemi GPON hanno essenzialmente gli stessi componenti fisici che sono configurati allo stesso modo delle altre reti PON. Ovviamente i prodotti sviluppati per i sistemi GPON sono specificatamente progettati per GPON e non sono intercambiabili con gli ingranaggi EPON o BPON.
I sistemi GPON hanno anche molte delle stesse capacità di base degli altri sistemi PON. Le principali differenze nell'architettura sono GPON nel throughput dei dati. I metodi di incapsulamento GPON Gigabit consentono di trasportare una varietà di servizi tra cui ATM, voce TDM ed Ethernet.
Uno dei requisiti di base di un sistema ottico è fornire componenti con capacità sufficiente per estendere il segnale ottico alla gamma prevista. Esistono tre categorie o classi di componenti che si basano sulla potenza e sulla sensibilità.
Le classi di componenti sono:
- Ottiche di classe A: da 5 a 20 dB
- Ottiche di classe B: da 10 a 25 dB
- Ottiche di classe C: da 15 a 30 dB
La forma completa di EPON è: Ethernet Passive Optical Network.
Ethernet Passive Optical Network (EPON) è un PON che incapsula i dati con Ethernet e può offrire una capacità da 1 Gbps a 10 Gbps. EPON segue l'architettura originale di un PON. Qui, il DTE è collegato al tronco dell'albero e chiamato Optical Line Terminal (OLT).
Di solito si trova presso il fornitore di servizi e i rami DTE dell'albero collegati sono chiamati Optical Network Unit (ONU), situati nei locali dell'abbonato. I segnali dall'OLT passano attraverso uno splitter passivo per raggiungere l'ONU e viceversa.
Molte applicazioni PON richiedono un'elevata QoS (es. IPTV).
EPON leaves QoS to higher layers −
- Tag VLAN
- Bit P o DiffServ DSCP
Inoltre, c'è una differenza cruciale tra LLID e Port-ID -
- C'è sempre 1 LLID per ONU
- È disponibile 1 ID porta per porta di ingresso: potrebbero essercene molti per ONU
- Ciò rende la QoS basata su porta semplice da implementare a livello PON
La tabella seguente spiega la differenza tra GPON ed EPON.
| GPON (ITU-T G.984) | EPON (IEEE 802.3ah) | |
|---|---|---|
| Downlink/Uplink | 2,5 G / 1,25 G. | 1,25 G / 1,25 G |
| Optical Link Budget | Classe B +: 28dB; Classe C: 30dB | PX20: 24dB |
| Split ratio | 1:64 -> 1: 128 | 1:32 |
| Actual downlink bandwidth | 2200 ~ 2300 Mbps 92% | 980 Mbps 72% |
| Actual uplink bandwidth | 1110 Mbps | 950 Mbps |
| OAM | Funzione OMCI completa + PLOAM + OAM incorporata | Funzione OAM flessibile e semplice |
| TDM service & synchronized clock function | TDM nativo, CESoP | CESoP |
| Upgradeability | 10G | 2.5G / 10G |
| QoS | La pianificazione DBA contiene TCONT, PORT-ID; correzione larghezza di banda / larghezza di banda garantita / larghezza di banda non garantita / larghezza di banda best-effort | Supporta DBA, QoS è supportato da LLID e VLAN |
| Cost | Costo del 10% ~ 20% in più rispetto a EPON attualmente e quasi lo stesso prezzo in grandi volumi | - |
Un algoritmo implementato nell'OLT, utilizzando i messaggi Report e Gate per costruire un programma di trasmissione e passare le ONU è noto come algoritmo di allocazione della larghezza di banda dinamica (DBA).
Il funzionamento di EPON si basa sui frame Ethernet MAC ed EPON (basati sui frame GbE), ma sono necessarie estensioni -
MultiPoint Control Protocol PDU - Questo è il protocollo di controllo che implementa la logica richiesta.
Emulazione punto-punto (riconciliazione) - Questo fa sembrare l'EPON un collegamento punto-punto e i MAC EPON hanno alcuni vincoli speciali.
Invece di CSMA / CD, trasmettono quando concessi.
Il tempo attraverso lo stack MAC deve essere costante (durate ± 16 bit).
È necessario mantenere l'ora locale precisa.
Lo standard Ethernet inizia con un preambolo 8B essenzialmente privo di contenuti -
- 7B di uno e zeri alternati 10101010
- 1B di SFD 10101011
Per nascondere la nuova intestazione PON, EPON sovrascrive alcuni dei byte del preambolo.
Il traffico DS viene trasmesso a tutte le ONU, quindi la crittografia è essenzialmente facile per un utente malintenzionato riprogrammare ONU e acquisire i frame desiderati. Il traffico degli Stati Uniti non viene visto da altre ONU, quindi la crittografia non è necessaria. Non prendere in considerazione gli intercettatori di fibre perché EPON non fornisce alcun metodo di crittografia standard, ma -
- Può integrare con IPsec o MACsec.
- Molti fornitori hanno aggiunto meccanismi proprietari basati su AES.
BPON utilizzava un meccanismo chiamato churning: il churning era una soluzione hardware a basso costo (chiave 24b) con diversi difetti di sicurezza -
- Il motore era lineare: semplice attacco di testo noto
- Il tasto 24b si è rivelato derivabile in 512 tentativi
Pertanto, G.983.3 ha aggiunto il supporto AES, ora utilizzato in GPON.
XPON è il PON di nuova generazione, in grado di supportare velocità dati fino a 10G. XPON può essere diviso in due categorie, ovvero XG-PON1 e XG-PON2. XG-PON1 è retrocompatibile con GPON, mentre XG-PON2 è uno sviluppo completamente nuovo.
La forma completa di WDM-PON è: Wavelength Division Multiplex PON.
In WDM-PON, è richiesta una lunghezza d'onda diversa per ONT differenti; ogni ONT ottiene una lunghezza d'onda esclusiva e gode delle risorse di larghezza di banda della lunghezza d'onda. In altre parole, WDM-PON funziona su una topologia logica Point to Multi Point (P2MP).
La forma completa di ODSM-PON è - Spettro opportunistico e PON dinamico. In ODSM-PON, la rete rimane invariata da CO ai locali dell'utente tranne una modifica, che è lo splitter WDM attivo. Uno splitter WDM sarà presente tra OLT e ONT in sostituzione dello splitter passivo. In ODSM-PON, il downstream adotta WDM, significa che i dati verso ONT utilizzano lunghezze d'onda diverse per ONT differenti e in upstream e ODSN-PON adotta la tecnologia dinamica TDMA + WDMA.
La tabella seguente spiega gli standard XGPON:
| Tempo di rilascio | Versione | |
|---|---|---|
| G.987 | 2010.01 | 1.0 |
| 2010.10 | 2.0 | |
| 2012.06 | 3.0 | |
| G.987.1 | 2010.01 | 1.0 |
| G.987.1Amd1 | 2012.04 | 1.0amd1 |
| G.987.2 | 2010.01 | 1.0 |
| 2010.10 | 2.0 | |
| G.987.2Amd1 | 2012.02 | 2.0amd1 |
| G.987.3 | 2010.10 | 1.0 |
| G.987.3Amd1 | 2012.06 | 1.0amd1 |
| G.988 | 2010.10 | 1.0 |
| G.988Amd1 | 2011.04 | 1.0amd1 |
| G.988Amd2 | 2012.04 | 1.0amd2 |
| Articolo | Requisiti | Nota |
|---|---|---|
| Velocità a valle (DS) | Nominale 10 Gbps | |
| Velocità a monte (USA) | Nominale 2,5 Gbps | XG-PON con velocità USA di 10 Gbps è indicato come XG-PON2. È per studi futuri |
| Metodo multiplexing | TDM (DS) / TDMA (USA) | |
| Budget in perdita | 29 dB e 31 dB (classi nominali) | La classe estesa è per studi futuri |
| Rapporto di divisione | Almeno 1:64 (1: 256 o più nel livello logico) | |
| Distanza delle fibre | 20Km (60 Km o più distanza logica) | |
| Coesistenza | Con GPON (1310/1490 nm) Con RF-Video (1550 nm) |
La tabella seguente descrive la classe di potenza ottica XG-PON.
| Classe 'Nominal1' (classe N1) | Classe 'Nominal2' (classe N2) | Classe 'Extended1' (classe E1) | Classe 'Extended2' (classe E2) | |
|---|---|---|---|---|
| Minima perdita | 14 dB | 16 dB | 18 dB | 20 dB |
| Perdita massima | 29 dB | 31dB | 33 dB | 35 dB |
La tabella seguente descrive l'intervallo di attenuazione per le classi A, B e C come da ITU.
| Parametro | Unità | Classe A | Classe B | Classe C. |
|---|---|---|---|---|
| Campo di attenuazione (ITU-T Rec. G.982) | dB | 5 - 20 | 10 - 25 | 15-30 |
La tabella seguente spiega il raggio di trasmissione OLT per le classi A, B e C secondo ITU.
| Trasmettitore OLT | Unità | Classe A | Classe B | Classe C. |
|---|---|---|---|---|
| Potenza media lanciata MIN | dBm | 0 | +5 | +3 |
| Potenza media lanciata MAX | dBm | +4 | +9 | +7 |
La tabella seguente spiega la portata del ricevitore ONU per le classi A, B e C secondo ITU.
| Ricevitore ONU | Unità | Classe A | Classe B | Classe C. |
|---|---|---|---|---|
| Minima sensibilità | dBm | -21 | -21 | -28 |
| Sovraccarico minimo | dBm | -1 | -1 | -8 |
La tabella seguente spiega la gamma del trasmettitore ONU per le classi A, B e C secondo ITU.
| Trasmettitore ONU | Unità | Classe A | Classe B | Classe C. |
|---|---|---|---|---|
| Potenza media lanciata MIN | dBm | -3 | -2 | +2 |
| Potenza media lanciata MAX | dBm | +2 | +3 | +7 |
La tabella seguente descrive la portata del ricevitore OLT per le classi A, B e C secondo ITU.
| Ricevitore OLT | Unità | Classe A | Classe B | Classe C. |
|---|---|---|---|---|
| Minima sensibilità | dBm | -24 | -28 | -29 |
| Sovraccarico minimo | dBm | -3 | -7 | -8 |
La singola fibra a partire da OLT viene suddivisa tramite splitter ottici passivi per servire 64 ONT locali del cliente. La stessa fibra trasporta sia i flussi di bit down-stream (OLT verso ONT) che upstream (ONT verso OLT), vale a dire 2.488 Mbps / 1490 nm (finestra 1480-1500 nm) e 1.244 Mbps / 1310 nm (finestra 1260-1360 nm) tramite WDM (Wavelength Division Multiplexing) per il funzionamento duplex (bidirezionale).
La stessa trasmissione downstream a fibra singola dall'OLT alle ONT viene trasmessa con una ONT che accetta solo il traffico ad essa indirizzato. La trasmissione a monte è TDMA (Time Division Multiple Access) con ciascuna trasmissione ONT a turno.
I segnali TV (derivati da un Head End satellitare) sono opzionalmente trasmessi su una terza lunghezza d'onda ottica di 1550 nm sulla stessa fibra (o aggiuntiva) introdotta nel sistema FTTx attraverso un sottosistema RF Overlay. Il segnale CATV può essere accoppiato con il segnale GPON dopo l'amplificazione tramite EDFA.
I segnali RF CATV modulati sulla lunghezza d'onda di 1550 nm. Viene estratto tramite una funzione Demux integrata all'interno di ONT e instradato alla connessione del servizio back plane per STB / TV.
L'attenuazione della potenza ottica massima consentita tra la porta ottica OLT e l'ingresso ONT è di 28 dB utilizzando i cosiddetti elementi di rete ottica di Classe B. Le classi ODN A, B e C si differenziano principalmente per la "potenza di uscita del trasmettitore ottico" e per la sensibilità del ricevitore ottico a velocità di bit. La Classe A fornisce il budget ottico minimo e la Classe C offre il massimo, mentre i costi sono entrambi nello stesso ordine. Per un rapporto di divisione massimo di 1:64, le ottiche di Classe B vengono comunemente utilizzate su base commerciale.
I seguenti punti spiegano NGPON1:
- Lo standard G.987 / G.988 XGPON è stato rilasciato nel 2011.
- Ha standardizzato l'XGPON con 2,5 Gbps upstream / 10 Gbps downstream.
- GPON e XGPON utilizzano lunghezze d'onda diverse per coesistere in una rete.
I seguenti punti spiegano NGPON2:
Non considera di essere compatibile con la rete ODN esistente, uno standard più aperto della tecnologia PON.
Si concentra su WDM PON e 40G PON.