FTTH - Guida rapida

Per l'accesso alle tecnologie di rete, ci sono normalmente due modi, ad es Fixed e il secondo è il Wirelessmodo. In questo tutorial, discuteremo il metodo "Fixed", chiamato tecnicamente comeFTTH Tecnologia.

Cos'è FTTH?

Fiber to the Home o semplicemente FTTHè una tecnologia che utilizza la fibra ottica direttamente dal punto centrale ai locali residenziali (come mostrato nell'immagine seguente). Fornisce un servizio Internet ad alta velocità ininterrotto. Qui, "H" include sia la casa che le piccole imprese.

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 questa esercitazione si basano su un percorso completo in fibra ottica dal fileOptical Line Termination (OLT) diritto ai locali dell'abbonato.

Questa scelta facilita servizi e contenuti ad alta larghezza di banda a ciascun cliente e garantisce la massima larghezza di banda per le future richieste di nuovi servizi. Pertanto, le opzioni ibride che coinvolgono reti di infrastruttura "parte" in fibra e "parte" in rame non sono incluse.

Come accesso alla home over fibra, lo scenario Fiber to The Home (FTTH) è principalmente per l'unità unifamiliare (SFU), fornendo un numero relativamente piccolo di porte, inclusi i seguenti tipi: POTS, 10/100/1000 BASE- T e RF (18dBmV).

Il metodo in fibra ottica può essere implementato in due modi: metodo attivo e metodo passivo. L'attuale distribuzione FTTH di massa si basa sul metodo passivo. Quindi, discutiamo in dettaglio il metodo passivo.

Passive Method - Le due tecnologie tipiche utilizzate in questo metodo sono Ethernet Passive Optical Network (EPON) e Gigabit-capable Passive Optical Networks(GPON). Fare riferimento alla seguente immagine.

• Very high bit rate digital subscriber loop(VDSL) supporta una velocità in bit massima di 55 bps. VDSL2 ha una migliore QoS e un migliore SNR.

• ADSL (asymmetric digital subscriber line) supporta un bit rate massimo di 8 Mbps, tuttavia ADSL2 può arrivare fino a 12 Mbps.

• SHDSL sta per symmetric high bit rate digital subscriber line. Maggiore è il diametro del telefono, maggiore è la distanza che potrebbe raggiungere. La velocità di trasmissione dipende dal diametro del cavo telefonico.

• Integrated service digital network (ISDN) si basa su una rete a commutazione di circuito.

Perché FTTH?

La fibra offre una serie di vantaggi rispetto alle tecnologie precedenti (rame). I più importanti sono i seguenti:

• Enorme capacità di trasporto delle informazioni
• Facilmente aggiornabile
• Facile da installare
• Consente servizi completamente simmetrici
• Riduce i costi operativi e di manutenzione
• Copre distanze molto lunghe
• Forte, flessibile e affidabile
• Consente cavi di piccolo diametro e leggeri
• Sicuro e protetto
• Immune alle interferenze elettromagnetiche (EMI)
• Costo più basso

La tabella seguente elenca i servizi avanzati che possono essere forniti tramite FTTH insieme alla loro larghezza di banda.

Servizi	Larghezza di banda
Download dei dati	10 Mbps
VoIP e videoconferenza	1 Mbps
Musica on demand, contenuti multimediali	2 Mbps
Il gioco online	1 Mbps
TV digitale SD	3 Mbps
TV digitale HD	8 Mbps
Canali TV aggiuntivi	16 Mbps

FTTH vs xDSL

La tabella seguente mostra un tipico confronto tra i dispositivi FTTH e xDSL in termini di larghezza di banda e distanza (portata massima) -

Trasporto	ADSL	ADSL2	ADSL2 +	VDSL	VDSL2	FTTH PON
Max bandwidth	D: 8M	12M	24M	55M	100M	100+
	U: 1M	3.5M	1M	19M	100M	100+
Distance	3-5 KM			<= 1,3 KM		<= 100 KM

• La distanza influisce profondamente sulle prestazioni di xDSL.

• La distanza non è un problema per FTTH, poiché la portata massima è superiore a 20 km.

• FTTH supporta tutti i servizi disponibili.

Distanza e larghezza di banda

I seguenti punti spiegano i parametri di distanza e larghezza di banda:

• ISDN - 2B + D = 2 × 64 + 16 = 144 Kbps
• HDSDN - Standard americano 0,51 mm, 2 M max 5 km.
• ADSL - 3-5 km 8 Mbps
• ADSL2 - 3-5 km 12 Mbps
• ADSL2 + - 3-5 km 24 Mbps
• VDSL - ≤ 1,3 km, 55 Mbps; VDSL2 upstream / downstream 100 Mbps

Terminologie FTTH

Discutiamo ora brevemente delle terminologie normalmente associate a FTTH.

Distanza fibra differenziale

Un OLT è collegato a più ONU / ONT. La distanza della fibra differenziale è la differenza nella distanza tra l'ONU / ONT più vicina e quella più lontana dall'OLT. In GPON, ilmaximum differential fiber distance is 20 kms. Ciò influisce sulla dimensione della finestra di rilevamento ed è conforme a ITU-T G.983.1.

Portata logica

La portata logica è definita come la distanza massima che può essere coperta per un particolare sistema di trasmissione, indipendentemente dal budget ottico. Poiché, Logical reach è la distanza massima tra ONU / ONT e OLT eccetto per la limitazione del livello fisico - In GPON, ilmaximum logical reach is defined as 60 kms.

Ritardo medio di trasferimento del segnale

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. In particolare, il sistema GPON deve avere un tempo di ritardo di trasferimento del segnale medio massimo inferiore a 1,5 Ms tra i punti di riferimento TV.

Rete di accesso ottica (OAN)

La rete di accesso ottico è una rete di accesso verso il lato rete, è anche conosciuta come SNI (Service Network Interface). Le porte up-link di OLT si connettono con lo switch L2 della rete di accesso. Tutti gli altri componenti intermedi come ODF / FDMS collegati a SNI rientrano nella rete di accesso ottico.

Rete di distribuzione ottica (ODN)

In una tecnologia PON verso il lato a valle, tutti i componenti passivi dalla porta PON di OLT alla porta PON di ONT rientrano nella rete di distribuzione ottica. Normalmente, Splitter e ODF / FDMS rientrano in questa categoria.

Terminazione della linea ottica (OLT)

Un apparato di Central Office (CO) fornisce al PON le varie interfacce di rete. Un OLT serve più ONT tramite la trasmissione PON Downstream, ovvero da OLT a ONT è solitamente TDM. Il traffico a monte, cioè da ONT a OLT, è solitamente TDMA. Il sistema PON può essere simmetrico o asimmetrico.

Terminazione di rete ottica (ONT) / Unità di rete ottica (ONU)

Una terminazione di rete ottica è un'apparecchiatura della sede del cliente che fornisce interfacce utente al cliente.

Portata fisica

La portata fisica è definita come la distanza fisica massima che può essere raggiunta per un particolare sistema di trasmissione. "Portata fisica" è la distanza fisica massima tra ONU / ONT e OLT. In GPON, sono definite due opzioni per la portata fisica: 10 km e 20 km.

Servizio

Il servizio è definito 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.

Velocità in bit

GPON mira a velocità di trasmissione maggiori o uguali a 1.2 Gbps. 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

La velocità in bit più importante è 1,2 Gbps upstream e 2,4 Gbps downstream, che costituiscono quasi tutta la distribuzione distribuita e pianificata dei sistemi GPON.

Rapporto di divisione

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 maggiore budget di alimentazione per supportare la portata fisica.

Split ratios of up to 1:64 are realistic for the physical layer, given current technology. Tuttavia, anticipando la continua evoluzione dei moduli ottici, lo strato TC deve considerare rapporti di divisione fino a 1: 128.

Velocità dati

PON	DS (Mbps)	USA (Mbps)
BPON	155.52	155.52
Amd 1	622.08	155.52
	622.08	622.08
Amd 2	1244.16	155.52
	1244.16	622.08
GPON	1244.16	155.52
	1244.16	622.08
	1244.16	1244.16
	2488.32	155.52
	2488.32	622.08
	2488.32	1244.16
	2488.32	2488.32
EPON	1250	1250
10GEPON +	10312.5	10312.5

PON è Passive Optical Networkcaratterizzato da un'architettura da uno a più punti. Come mostrato nell'immagine seguente, comprende Optical Line Terminal (OLT), unità di rete ottica e splitter ottico passivo.

Storia di PON

La prima attività di Passive Optical Network (PON) è stata avviata dal gruppo FSAN a metà degli anni '90. Lo standard iniziale copriva la trasmissione a 155 Mbps basata su ATM noto comeAPON/BPONstandard. Successivamente, lo standard è stato migliorato per coprire 622 Mbps.

Nel 2001, IEEE ha avviato lo sviluppo di uno standard basato su Ethernet noto come EPON.

Nel 2001, il gruppo FSAN ha avviato lo sviluppo di uno standard di velocità gigabit, ovvero GPON, che sarà ratificato dall'ITU-T.

Architettura di rete PON

La figura seguente mostra l'architettura di rete di PON -

Dove,

• SNI - Interfaccia del nodo di servizio

• IFPON - Interfaccia per PON

• UNI - Interfaccia del nodo utente

Come mostrato nell'illustrazione sopra, l'ODN può essere configurato con uno o più splitter con più cascate.

PON - Multiplexing

PON utilizza WDM per realizzare il trasporto bidirezionale su una singola fibra (vedere l'illustrazione sotto riportata) -

Per distinguere i segnali in due direzioni differenti, vengono adottate due tecnologie di multiplexing, che sono:

• TDM

• TDMA

Discutiamoli in dettaglio -

Time Division Multiplexing (TDM)per downstream - È una tecnica per trasmettere e ricevere segnali separati su un percorso di segnale comune. Per questo, utilizza interruttori sincronizzati a ciascuna estremità della linea di trasmissione; di conseguenza, ogni segnale appare sulla linea solo una frazione di tempo in uno schema alternato.

Time Division Multiple Access () per upstream - Questa tecnica consente a molti utenti di condividere lo stesso canale di frequenza dividendo il segnale in diversi intervalli di tempo.

PON: A valle

Broadcasting mode- I dati a valle vengono trasmessi a tutte le ONU. Ma, all'ONU, viene elaborato solo il pacchetto specifico e gli altri pacchetti vengono scartati.

PON: a monte (modalità TDMA)

La seguente illustrazione mostra la modalità TDMA.

La figura seguente mostra entrambe le tecnologie insieme:

Terminologie PON

Di seguito sono riportate le terminologie PON:

• ODN(Rete di distribuzione ottica) - Un ODN realizza la trasmissione ottica dall'OLT verso gli utenti e viceversa. Utilizza componenti ottici passivi.

• OLT (Terminazione della linea ottica) - Un OLT è l'endpoint del fornitore di servizi di un PON ed è posizionato in un CO o in un head-end.

• ONT/ONU(Terminazione di rete ottica) - Un ONT è un dispositivo che termina il PON e presenta all'utente interfacce di servizio native. Un ONT si trova in genere presso la sede del cliente.

Rete di accesso PON

Passive Optical Network (PON) è essenzialmente un sistema di accesso basato su fibra ottica conveniente che fornisce servizi triple play (voce, video e dati) sia ai clienti aziendali che a quelli residenziali. Inoltre, la semplice topologia mostrata nell'illustrazione seguente, PON può funzionare in altre topologie. Ad esempio: bus o lineare, divisione distribuita, ecc.

I diversi tipi di topologia utilizzati dipendono dal profilo di distribuzione del cliente.

Un ONT può essere collegato a PON in qualsiasi modo purché:

• Il budget ottico da ONT a OLT e viceversa è soddisfatto.

• È soddisfatta la specifica della distanza differenziale massima tra le diverse ONT.

• La lunghezza della fibra da ONT a OLT rientra nell'intervallo consentito.

• Il limite del numero massimo di ONT che il sistema PON può supportare non è stato superato.

Moduli passivi in ​​PON

Di seguito sono riportati i moduli passivi nel sistema PON:

• Accoppiatore WDM
• 1 × N Splitter
• Fibra ottica e cavo
• Connector
• ODF/Cabinet/Subrack

Moduli attivi in ​​PON

Di seguito sono riportati i moduli attivi nel sistema PON:

In OLT −

• Trasmettitore laser (1490 nm)
• Ricevitori laser (1310 nm)
• Per applicazioni CATV
• Amplificatore laser (1550 nm)
• EDFA per amplificare il segnale video

In ONU −

• X`Power / Batteria per ONU
• Trasmettitore laser (1310 nm)
• Ricevitori laser (1490 nm)
• Ricevitori per segnale CATV (1550 nm)

Nel prossimo capitolo capiremo cosa sono le reti ottiche passive Gigabit.

GPON (Gigabit Passive Optical Networks) è un sistema ottico per le reti di accesso, basato sulle specifiche ITU-T G.984serie. Può fornire una portata di 20 km con un budget ottico di 28 dB (mostrato nell'illustrazione seguente) utilizzando ottiche di classe B + con rapporto di divisione 1:32.

Il sistema GPON supporta le seguenti tariffe:

• 155 Mbps in upstream, 1.24416 Gbps in downstream
• 622 Mbps in upstream, 1.24416 Gbps in downstream
• 1,24416 Gbps a monte, 1,24416 Gbps a valle
• 155 Mbps in su, 2.48832 Gbps a valle
• 622 Mbps in su, 2.48832 Gbps in downstream
• 1.24416 Gbps in su, 2.48832 Gbps a valle
• 2.48832 Gbps in su, 2.48832 Gbps in downstream

GPON supporta sia l'incapsulamento ATM che GEM. GEM (GPON Encapsulation Method) supporta sia TDM nativo che Data.

Caratteristiche GPON

Questa tecnologia evolutiva è basata su BPON GEM. Di seguito sono le sue caratteristiche:

Trasmissione a valle

• 2,4 Gbps
• BW per un ONT è sufficiente per fornire più segnali HDTV
• QOS consente il traffico sensibile al ritardo (voce)

Trasmissione a monte

• 1,24 Gbps
• È possibile garantire un BW minimo
• Le fasce orarie non utilizzate possono essere assegnate a utenti pesanti
• QoS consente di ritardare il traffico sensibile (voce)

Perché GPON?

GPON fornisce soluzioni di servizi integrati come:

• Supporta i servizi Triple Play.

• Per abbattere l'ostacolo della larghezza di banda dell'accesso su cavi a doppino intrecciato, supporta la trasmissione a larghezza di banda elevata.

• Riduce i nodi di rete.

• Supporta una copertura del servizio fino a 20 km.

Standard GPON

Gli standard GPON si basano sulle precedenti specifiche BPON. Le specifiche sono:

• 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.984.4 - Questo documento descrive l'OMCI (Passive Optical Network ONT Management and Control Interface Specification) con capacità Gigabit.

Architettura GPON

GPON OLT serve più ONT tramite la porta PON. La trasmissione a valle, cioè da OLT a ONT è solitamente TDM; mentre il traffico a monte, cioè da ONT a OLT è solitamente TDMA.

Il sistema PON può essere simmetrico o asimmetrico. L'infrastruttura PON e in fibra può essere utilizzata anche per supportare qualsiasi servizio di distribuzione unidirezionale. Ad esempio: video a una lunghezza d'onda diversa.

Livello dipendente dal supporto fisico GPON

G.984.2 è la specifica del livello fisico del sistema GPON. Il livello fisico si rivolge ad aree come:

• Prestazioni ottiche in termini di velocità dati.
• La classe dei componenti in fibra ottica.
• Il tempismo e il controllo della potenza ottica.
• Inoltra correzione degli errori.

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 su potenza e 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

Terminale di linea ottica (OLT)

L'OLT fornisce l'interfaccia del nodo di servizio (SNI) (tipicamente interfacce LAN Ethernet da 1 Gbps e / o 10 Gbps) verso la rete principale e controlla il GPON. L'OLT è composto da tre parti principali:

• Funzione di interfaccia della porta di servizio
• Funzione di connessione incrociata
• Interfaccia di rete di distribuzione ottica (ODN)

La figura seguente mostra il tipico diagramma a blocchi funzionale OLT.

PON Core Shell

La shell PON Core è composta da due parti. La prima parte èODN interface function e la parte è PON TC function. La funzione PON TC include OAM, controllo dell'accesso ai media, framing, DBA, delineation of protocol data unit (PDU) per la funzione cross-connect e per la gestione dell'ONU.

• Cross-connect shell - Questa shell fornisce un percorso di comunicazione tra la shell principale PON e la shell dei servizi.

• Service shell - Questa shell serve per la traduzione tra le interfacce di servizio e l'interfaccia del frame TC della sezione PON.

ONU / ONT

Il Optical Network Unit(ONU) funziona con una singola interfaccia PON o massimo due interfacce per scopi di protezione del collegamento. Nel caso in cui una qualsiasi fibra di queste due fibre venga tagliata, è possibile accedere all'ONU attraverso un'altra fibra. Questa è chiamata protezione PON o protezione del collegamento. La protezione del collegamento è anche nota comelink aggregation, che può proteggere il collegamento e allo stesso tempo aggregare anche il traffico.

Il servizio MUX e DEMUXla funzione collega i dispositivi del Cliente al lato PON. L'Optical Network Terminal (ONT) è progettato per un singolo abbonato, mentre l'ONU (Optical Networking Unit) è progettato per più abbonati. Gli splitter consentono al PON di essere condiviso da un massimo di 128 ONT o ONU.

Interfacce ONT / ONU

Il terminale di rete ottica (ONT), che è collegato all'OLT sul lato uplink per l'interfaccia di rete di servizio, ha molte porte di interfaccia di rete utente. In genere, ci saranno quattro porte FE / GE verso UNI.

• UNI Ports for Residential ONT - In genere, le interfacce del servizio abbonato come Internet ad alta velocità (HSI) 10 / 100Base-T e video su IP, coassiale RF per sistemi overlay video RF e interfacce telefoniche FXS analogiche per voce VoIP PSTN.

• UNI ports for a business ONT - Oltre a quanto sopra, può anche includere router 10/100 / 100Base-T e interfacce switch L2 / L3 e PBX DS1 / E1 per sistemi chiave.

L'unità di rete ottica (ONU) termina la fibra GPON e ha molte più interfacce di rete utente (UNI) per più abbonati. L'interfaccia UNI può essereADSL2+, VDSL2, Power Line, MoCA o HPNAe la distanza dall'abbonato (10/100 Base-T è limitato a 100 m, ovvero 330 piedi).

A seconda del tipo di porte dell'interfaccia, UN UNIpotrebbe non essere in grado di connettersi direttamente a un'apparecchiatura CPE dell'abbonato. In questo caso, UN UNI si connette a una terminazione di rete (NT), che è collocata nella posizione finale dell'abbonato. NT termina l'apparecchiatura CPE dell'abbonato, come un PC, un router wireless, un telefono, un set-top box video IP o un set-top box, un video RF, ecc.

In sostanza, un ONT combina la funzione di un ONU e un NT in un unico dispositivo. Questa combinazione dei due; insieme rende ONT la soluzione più conveniente per fornire servizi GPON a imprese locali e unifamiliari, piccole e medie. Tuttavia, se un cliente nel campus come studenti, ostelli, scuole, college, ospedali o uffici aziendali, dove è già posato un cavo in rame CAT-5, ONU può rappresentare una soluzione più appropriata.

Rete di distribuzione ottica

Il GPON ODN, costituito da una fibra ottica monomodale e un cavo; i cavi a nastro in fibra ottica, le giunzioni, i connettori ottici, gli splitter ottici passivi ei componenti di ramificazione passiva sono molto passivi.

Gli splitter ottici ODN dividono la singola fibra in più fibre andando a diversi edifici e singole case. Gli splitter possono essere collocati in qualsiasi posizione nell'ODN, dall'ufficio centrale (CO) / Local Exchange (LE) alla sede del cliente e possono essere di qualsiasi dimensione. Gli splitter sono designati come [n: m], dove 'n' è il numero di input (verso OLT) = 1 o 2, e 'm' è il numero di uscite (verso ONT) = 2,4,8,16 , 32,64.

GPON Multiplexing / Framing

Il multiplexing o framing GPON viene spiegato con i seguenti fattori.

Metodo di incapsulamento GPON (GEM)

È lo schema di trasporto dei dati nel livello di convergenza della trasmissione GPON specificato. GEM fornisce un meccanismo di framing a lunghezza variabile orientato alla connessione per il trasporto di servizi di dati sulla rete ottica passiva (PON). GEM è progettato per essere indipendente dal tipo di interfaccia del nodo di servizio all'OLT e dai tipi di interfacce UNI alle ONU.

Traffico a valle (OLT verso ONU / ONT)

Per downstream traffic, le funzioni di multiplexing del traffico sono centralizzate in OLT. Un Port-ID GEM, sotto forma di un numero a 12 bit assegnato dall'OLT alle singole connessioni logiche, identifica i frame GEM che appartengono a differenti connessioni logiche downstream. Ogni ONU filtra i frame GEM a valle in base ai rispettivi ID porta GEM ed elabora solo i frame GEM che appartengono all'ONU.

Traffico a monte (ONU / ONT verso OLT)

Alle entità portatrici di traffico all'interno dell'ONU viene concessa l'opportunità di trasmissione a monte (o allocazione della larghezza di banda) dall'OLT. Queste entità portatrici di traffico sono identificate dalallocation IDs(Alloc-ID). L'identificatore di allocazione (Alloc-ID) è un numero a 12 bit che l'OLT assegna a una ONU per identificare un'entità portatrice di traffico. È un destinatario delle allocazioni di larghezza di banda upstream all'interno dell'ONU.

Le allocazioni della larghezza di banda a diversi Alloc-ID vengono multiplexate nel tempo come specificato dall'OLT nelle mappe della larghezza di banda trasmesse a valle. All'interno di ciascuna allocazione di larghezza di banda, l'ONU utilizza GEM Port-ID come chiave di multiplexing per identificare i frame GEM che appartengono a diverse connessioni logiche upstream.

UN Transmission container(T-CONT) è un oggetto ONU che rappresenta un gruppo di connessioni logiche. Appare come una singola entità ai fini dell'assegnazione della larghezza di banda a monte sul PON. In base allo schema di mappatura, il traffico di servizio viene portato a diverse porte GEM e quindi a diversi T-CONT.

La mappatura tra la porta GEM e il T-CONT è flessibile. Una porta GEM può corrispondere a un T-CONT; o più porte GEM possono corrispondere allo stesso T-CONT.

G-PON Transmission Convergence Layer (GTC)

Un livello di protocollo della suite di protocolli G-PON posizionato tra i file physical media dependentLivello (PMD) e client G-PON. Il livello GTC è composto dal sottolivello di inquadratura GTC e dal sottolivello di adattamento GTC.

Nella direzione a valle, i telai GEM vengono trasportati nel payload GTC, che arriva a tutte le ONU. Il sottostrato framing ONU estrae i frame e l'adattatore GEM TC filtra i frame in base al loro Port-ID a 12 bit. Solo i frame con i Port-ID appropriati sono consentiti attraverso la funzione client GEM.

Nella direzione a monte, il traffico GEM viene portato su uno o più T-CONT. L'OLT riceve la trasmissione associata al T-CONT ei frame vengono inoltrati all'adattatore GEM TC e quindi al client GEM.

GTC Layer Framing

Il downstream frameha una durata di 125 microsecondi ed è lunga 38880 byte, che corrisponde alla velocità di trasmissione dati a valle di 2.48832 Gbit / s. Il frame GTC a valle è costituito dal blocco di controllo fisico a valle (PCBd) e dalla sezione del carico utile GTC.

I frame di convergenza della trasmissione GPON sono sempre lunghi 125 Msec -

• 19440 byte / frame per 1244.16 rate
• 38880 byte / frame per 2488,32 velocità

Ogni frame GTC è costituito da Physical Control Block downstream + payload

• PCBd contiene sincronizzazione, OAM, informazioni DBA, ecc.

Il carico utile può avere partizioni ATM e GEM (una o entrambe)

Il upstream GTC framela durata è di 125 μs. Nei sistemi G-PON con uplink da 1.24416 Gbit / s, la dimensione del frame GTC upstream è di 19.440 byte. Ciascun frame upstream contiene un numero di burst di trasmissione provenienti da una o più ONU.

Ciascun burst di trasmissione upstream contiene una sezione PLOu (Physical Layer Overhead) upstream e uno o più intervalli di allocazione della larghezza di banda associati ai singoli Alloc-ID. Il frame GTC downstream fornisce il riferimento temporale comune per il PON e la segnalazione di controllo comune per il upstream.

Payload GPON

Il carico utile GTC ha potenzialmente due sezioni:

• Partizione ATM (Alen * 53 byte di lunghezza)
• Partizione GEM (metodo ora preferito)

Partizione ATM

La partizione ATM ha le seguenti caratteristiche.

• Alen (12 bit) è specificato nel PCBd.
• Alen specifica il numero di celle 53B nella partizione ATM.
• Se Alen = 0, nessuna partizione ATM.
• Se Alen = lunghezza del payload / 53, nessuna partizione GEM.
• Le celle ATM sono allineate al frame GTC.
• Le ONU accettano celle ATM basate su VPI nell'intestazione ATM.

Partizione GEM

La partizione GEM ha le seguenti caratteristiche.

• A differenza delle celle ATM, i frame delineati GEM possono avere qualsiasi lunghezza.
• Qualsiasi numero di frame GEM può essere contenuto nella partizione GEM.
• Le ONU accettano frame GEM basati su Port-ID 12b nell'intestazione GEM.

Modalità di incapsulamento GPON

Una lamentela comune contro BPON era l'inefficienza dovuta alla tassa sulle celle ATM. GEM è simile a ATM. Ha un'intestazione protetta da HEC di dimensioni costanti. Tuttavia, evita grandi overhead consentendo frame di lunghezza variabile. GEM è generico: qualsiasi tipo di pacchetto (e anche TDM) supportato. GEM supporta la frammentazione e il riassemblaggio.

GEM si basa su GFP e l'intestazione contiene i seguenti campi:

• Indicatore di lunghezza del carico utile: lunghezza del carico utile in byte.
• ID porta: identifica l'ONU di destinazione.
• Indicatore del tipo di carico utile (GEM OAM, indicazione di congestione / frammentazione).
• Campo correzione errore intestazione (codice BCH (39,12,2) + 1b parità pari)

L'intestazione GEM è XOR'ed con B6AB31E055 prima della trasmissione.

Ethernet / TDM su GEM

Durante il trasporto di traffico Ethernet su GEM

• Solo il frame MAC è incapsulato (nessun preambolo, SFD, EFD)
• Il frame MAC potrebbe essere frammentato (vedere la diapositiva successiva).

Ethernet su GEM

Durante il trasporto di traffico TDM su GEM -

• Il buffer di input TDM interrogato ogni 125 Msec.
• I byte PLI di TDM vengono inseriti nel campo payload.
• La lunghezza del frammento TDM può variare di ± 1 byte a causa dell'offset di frequenza.
• Latenza di andata e ritorno limitata da 3 msec.

TDM su GEM

GEM può fragmentil suo carico utile. Ad esempio, frame Ethernet non frammentato come mostrato nell'illustrazione seguente.

La figura seguente mostra un frame Ethernet frammentato.

I carichi utili dei frammenti GEM per uno dei due motivi seguenti:

Reason 1 - Il frame GEM non può superare il frame GTC.

Reason 2 - Il frame GEM può essere annullato per i dati sensibili al ritardo.

Crittografia GPON

OLT esegue la crittografia utilizzando AES-128 in modalità contatore. Viene crittografato solo il payload (non le intestazioni ATM o GEM). I blocchi di crittografia sono allineati al frame GTC. Il contatore è condiviso da OLT e da tutte le ONU come segue:

• 46b = 16b intra-frame + 30 bit inter-frame.
• Il contatore intra-frame aumenta ogni 4 byte di dati.
• Reimposta a zero all'inizio del frame DS GTC.

OLT e ogni ONU devono concordare una chiave simmetrica univoca. OLT chiede a ONU una password (in PLOAMd). ONU invia la password US in chiaro (in PLOAMu) -

• Chiave inviata 3 volte per la robustezza

OLT comunica all'ONU l'ora esatta per iniziare a utilizzare la nuova chiave.

QoS - GPON

GPON tratta QoS in modo esplicito. I frame di lunghezza costante facilitano la QoS per le applicazioni sensibili al tempo. Esistono 5 tipi di contenitori di trasmissione:

• Tipo 1 - BW fisso.
• Tipo 2 - BW assicurato.
• Tipo 3 - BW allocato + BW non assicurato.
• Tipo 4: massimo sforzo.
• Tipo 5 - superset di tutto quanto sopra.

GEM aggiunge diverse funzionalità QoS a livello PON:

• La frammentazione consente la prelazione di grandi frame a bassa priorità.
• PLI: la lunghezza del pacchetto esplicita può essere utilizzata dagli algoritmi di accodamento.
• I bit PTI portano indicazioni di congestione.

Nel prossimo capitolo capiremo cos'è la rete ottica passiva Ethernet.

Il 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 collegato al tronco dell'albero e chiamato comeOptical Line Terminal (OLT) come mostrato nell'illustrazione seguente.

Di solito si trova presso il fornitore di servizi e vengono chiamati i rami DTE dell'albero collegati Optical Network Unit(ONU), situata nei locali dell'abbonato. I segnali dall'OLT passano attraverso uno splitter passivo per raggiungere l'ONU e viceversa.

Ethernet nel primo miglio

Il processo di standardizzazione è iniziato quando è stato chiamato un nuovo gruppo di studio Ethernet in the First Mile(EFM) è stata fondata nel novembre 2000, avendo come obiettivi principali lo studio della fibra Ethernet point-to-multipoint (P2MP) con rame Ethernet. Ethernet su fibra point-to-point (P2P) e meccanismo operativo di rete, amministrazione e manutenzione (OAM) per facilitare il funzionamento della rete e la risoluzione dei problemi. Il gruppo di lavoro EFM conclude il processo di normalizzazione con la ratifica delIEEE Std 802.3ah nel giugno 2004.

Un prodotto EFM (Ethernet nel primo miglio). Una tecnologia PON basata su Ethernet. Si basa su uno standard principale: IEEE 802.3ah. Basato su Multi-Point Control Protocol (MPCP), definito come una funzione all'interno del sottolivello di controllo MAC, per controllare l'accesso a una topologia P2MP.

La base del protocollo EPON / MPCP risiede nel sottolivello di emulazione punto-punto (P2P). La sua velocità di trasmissione è → 1.25G simmetrica; distanza ： 10KM / 20KM; rapporto di divisione ：> 1:32. L'EFM sottolinea molti vantaggi di EPON basato su Ethernet come tecnologia di base, tra cui maturità dei protocolli, tecnologia semplice, flessibilità di estensione e orientamento agli utenti.

Il sistema EPON non sceglie costosi hardware ATM e apparecchiature SONET, rendendolo compatibile con la rete Ethernet esistente. Semplifica la struttura del sistema, riduce i costi e si rende flessibile per l'aggiornamento. I venditori di apparecchiature si concentrano sull'ottimizzazione della funzione e della praticabilità.

Sistemi ATM BPON

I sistemi basati su ATM BPON si sono dimostrati molto inefficienti, poiché la stragrande maggioranza del traffico attraverso la rete di accesso è costituita da frame IP di grandi dimensioni e dimensioni variabili. Ha creato l'opportunità per lo sviluppo di EPON basato su Ethernet puro,GigE password enjoying QoSe integrazione conveniente con altre apparecchiature Ethernet emergenti. Ethernet ha dimostrato nel tempo di essere il trasportatore ideale per il traffico IP.

Di conseguenza, lo standard IEEE 802.3ah 802.3 ha incaricato il gruppo di lavoro "Ethernet in the First Mile" di sviluppare standard per reti di accesso punto-punto e punto-multipunto, quest'ultimo indicando Ethernet PON. EPON fa attualmente parte dello standard Ethernet.

Lo sviluppo della Passive Optical Network (GPON) ovvero dello standard dotato di Gigabit (serie G.984) è davvero iniziato dopo le proposte del FSAN members (Quantum Bridge, Al)per una soluzione ATM / Ethernet PON. Gbps, che è indipendente dal protocollo, non era molto popolare all'interno del gruppo di lavoro IEEE 802.3ah. FSAN ha deciso di perseguire questo come uno standard concorrenziale diverso rispetto all'ITU.

EPON e GPON traggono fortemente da G.983, lo standard di BPON, quando si tratta di concetti generali che funzionano bene (funzionamento PON Optical Distribution Network(ODN), piano di lunghezza d'onda e applicazione). Entrambi offrono la propria versione di miglioramenti per ospitare frame IP / Ethernet di dimensioni migliori a velocità variabili Gbps.

Rete di accesso specificata dallo standard Ethernet IEEE 802.3ah, nota anche come Ethernet nel First Mile. La sezione cinque di IEEE802.3ah costituisce lo standard IEEE 802.3 che corrisponde alla definizione dei servizi e agli elementi del protocollo. Consente lo scambio di frame in formato IEEE 802.3 tra le stazioni in una rete di accesso degli abbonati.

Concetto di EPON

EFM ha introdotto il concetto di EPON in cui una topologia di rete punto-multipunto (P2MP) è implementata con splitter ottici passivi. Tuttavia, la fibra Ethernet point-to-point offre la massima larghezza di banda a un costo ragionevole. La fibra Ethernet point-to-multipoint fornisce una larghezza di banda relativamente elevata a un costo inferiore. Lo scopo dello standard IEEE 802.3ah era di estendere l'applicazione di Ethernet per includere le reti di abbonati di accesso per fornire un aumento significativo delle prestazioni riducendo al minimo i costi di funzionamento e manutenzione delle apparecchiature.

La conclusione dello standard EFM IEEE 802.3ah amplia notevolmente la portata e la portata del trasporto Ethernet per l'uso nelle reti di accesso e metropolitane. Questo standard consente ai fornitori di servizi una varietà di soluzioni flessibili ed economiche per la fornitura di servizi Ethernet a banda larga nelle reti di accesso e metropolitane.

EFM copre una famiglia di tecnologie che differiscono per il tipo di supporto e la velocità di segnalazione: è progettato per essere distribuito nelle reti di un tipo o più supporti FSM e per interagire con 10/100/1000/10000 Mb misti / s reti Ethernet. Qualsiasi topologia di rete definita in IEEE 802.3 può essere utilizzata nei locali dell'abbonato e quindi collegata a una rete di accesso dell'abbonato Ethernet. La tecnologia EFM consente a diversi tipi di topologie di ottenere la massima flessibilità.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah include le specifiche per le reti di accesso Ethernet dell'abbonato e IEEE Std 802.3ah EPON supporta una velocità nominale di circa 1 Gb / s (espandibile a 10 Gb / s) per ogni canale. Questi sono definiti da due lunghezze d'onda: adownstream wavelength e uno per il condiviso upstream direzione tra i dispositivi dell'utente.

EFM supporta i collegamenti full duplex, in modo che sia possibile definire un Media Access Control (MAC) semplificato full duplex. L'architettura Ethernet divide il livello fisico in un filePhysical Medium Dependent (PMD), Physical Medium Attachment (PMA) e Physical Coding Sublayer (PCS).

EPON implementa una topologia di rete P2MP con estensioni appropriate al controllo MAC del sottopelo e del sottolivello di riconciliazione e PMD (Physical Medium Dependance) in fibra ottica per supportare questa topologia.

Livello fisico

Per le topologie P2MP, EFM ha introdotto una famiglia di sistemi di segnalazione per il livello fisico derivati ​​da 1000BASE-X. Tuttavia, include estensioni di RS, PCS e PMA, con un optionalforward error correction(FEC) capacità. I sottolivelli 1000BASE-X PCS e PMA mappano le caratteristiche dell'interfaccia. Il sottostrato PMD (incluso MDI) i servizi previsti dalla riconciliazione del sottopelo. 1000BASE-X può essere esteso per supportare altri supporti full duplex - richiede solo che l'ambiente sia coerente con il livello di PMD.

Interfaccia di carico medio (MDI)

È l'interfaccia tra PMD e il supporto fisico. Descrive i segnali, i supporti fisici e le interfacce meccaniche ed elettriche.

Physical Medium Dependent (PMD)

PMD è responsabile dell'interfaccia con il mezzo di trasmissione. PMD genera segnali elettrici o ottici a seconda della natura del mezzo fisico collegato. Le connessioni 1000BASE-X su PON fino ad almeno 10 chilometri e 20 chilometri (sottofondi 1000BASE-PX10 e 1000BASE-PX20 PMD) forniscono P2MP.

In un PON Ethernet, i suffissi D e U indicano PMD a ciascuna estremità del collegamento, che trasmette in queste direzioni e riceve nella direzione opposta, ovvero un singolo PMD a valle è identificato come 1000BASE-PX10-D e 1000BASE-PX10 U a monte PMD. Le stesse fibre vengono utilizzate contemporaneamente in entrambe le direzioni.

Un PMD 1000BASE-PX-U o un PMD 1000BASE-PX-D è collegato al PMA 1000BASE-X appropriato e al supporto tramite MDI. PMD è opzionalmente combinato con funzionalità di gestione a cui è possibile accedere tramite l'interfaccia di gestione. Per consentire le possibilità di aggiornamento nel caso di Pons da 10 km o 20 km, sia 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD che PMDU sono interoperabili tra loro.

Physical Medium Attachment (PMA)

PMA include le funzioni di trasmissione, ricezione, ripristino dell'orologio e allineamento. Il PMA fornisce una via intermedia indipendente per PCS per supportare l'uso di una gamma di serie di supporti fisici orientati ai bit. Il sottolivello di codifica fisica (PCS) comprende funzioni di bit di codifica. L'interfaccia PCS èGigabit media independent interface (GMII), che fornisce un'interfaccia uniforme al sottolivello di riconciliazione per tutte le implementazioni di PHY a 1000 Mb / s.

Gigabit Media Independent Interface (GMII)

L'interfaccia GMII si riferisce all'interfaccia tra i file Gigabit MAC layer e il physical layer. Consente più DTE combinati con una varietà di implementazioni dal gigabit della velocitàphysical layer. L'interfaccia di servizio PCS consente a 1000BASE-X PCS di trasferire informazioni da e verso un cliente PCS. I clienti PCS includono MAC (tramite il rivestimento di riconciliazione) e ripetitore. L'interfaccia PCS è definita precisamente come Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Il Reconciliation sublayer(RS) assicura la corrispondenza dei segnali GMII che definiscono il mezzo di controllo per l'accesso ai servizi. GMII e RS vengono utilizzati per fornire supporti indipendenti in modo che un supporto identico del controller di accesso possa essere utilizzato con qualsiasi tipo di PHY ottico e in rame.

Data Link Layer (controllo MAC multipoint)

Il protocollo di controllo MAC è stato specificato per supportare e nuove funzioni da implementare e aggiungere allo standard allo stesso tempo. È il caso del protocollo di controllo multipunto (MPCP). Il protocollo di gestione per P2MP è una delle funzioni definite dal Multi-Point Control Protocol.

La funzionalità di controllo MAC multipoint è implementata per accedere ai dispositivi dell'abbonato che contengono dispositivi di livello fisico che puntano a multipoint. Comunemente, le giurisdizioni di emulazione MAC forniscono un servizio punto-punto tra OLT e ONU, ma un'istanza aggiuntiva è ora inclusa con un obiettivo di comunicazione per tutte le ONU contemporaneamente.

MPCP (Multi-Point Control Protocol)

MPCP è molto flessibile, facile da implementare. MPCP utilizza cinque tipi di messaggi (ogni messaggio è un frame di controllo MAC) e ONU / ONT segnala più limiti di pacchetto, OLT concede su un confine di pacchetto - nessun overhead di delineazione.

L'MPCP indica il sistema tra un OLT e ONU associati a una porzione PON Point-to-Multi-Point (P2MP) per consentire la trasmissione produttiva delle informazioni nell'intestazione UPSTREAM.

MPCP svolge le seguenti funzioni:

• MPCP controlla il processo di rilevamento automatico.
• Assegnazione fascia oraria / larghezza di banda agli ONT.
• Riferimento temporale fornito per sincronizzare gli ONT.

MPCP ha introdotto cinque nuovi messaggi di controllo MAC:

• Gate, Report
• REQ registrato
• Register
• ACK registrato
• Scoperta automatica

Riepilogo della sequenza di rilevamento dei messaggi

La figura seguente mostra il riepilogo della sequenza di rilevamento dei messaggi.

DBA EPON

In EPON, la comunicazione tra OLT e ONY è considerata downstream, OLT trasmette i dati a valle verso ONT utilizzando l'intera larghezza di banda e ONT riceve i fames utilizzando le informazioni disponibili su frame Ethernet. L'upstream da ONT a OLT utilizza la comunicazione a canale singolo, significa che un canale verrà utilizzato da più ONT, il che significa collisione di dati.

Per evitare questo problema, è necessario un efficace schema di allocazione della larghezza di banda, che può assegnare le risorse allo stesso modo alle ONT come allo stesso tempo garantendo la QoS, questo schema è noto come Dynamic Bandwidth AllocationAlgoritmo (DBA). Il DBA utilizza i messaggi di report e gate per costruire la pianificazione della trasmissione da trasmettere alle ONT.

Caratteristiche DBA

Una caratteristica importante di EPON è fornire diversi servizi con una qualità del servizio ottimale e un'allocazione efficace della larghezza di banda utilizzando diverse assegnazioni DBA per soddisfare la domanda delle applicazioni attuali e future.

Attualmente, di seguito sono riportati i due diversi tipi di algoritmi DBA disponibili per EPON:

• Il primo è per accogliere le fluttuazioni del traffico.
• Il secondo è fornire QoS a diversi tipi di traffico.

Le altre caratteristiche sono evitare collisioni di frame, gestione del traffico in tempo reale tramite QoS e gestione della larghezza di banda per ogni abbonato insieme a diminuire il ritardo sul traffico a bassa priorità.

Formato frame EPON

Il funzionamento di EPON si basa su Ethernet MAC e i frame EPON sono basati su frame GbE, ma sono necessarie estensioni -

• Clause 64 - Multi-Punguento Control PPDU rotocol. Questo è il protocollo di controllo che implementa la logica richiesta.

• Clause 65- Emulazione punto-punto (riconciliazione). Questo fa sembrare l'EPON un collegamento punto a punto e gli EPON MAC 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.

Intestazione EPON

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.

LLID field contiene i seguenti fattori:

MODE (1b) −

• Sempre 0 per ONU
• 0 per OLT unicast, 1 per OLT multicast / broadcast

Actual Logical Link ID (15b) −

• Identifica le ONU registrate
• 7FFF per la trasmissione

CRC protegge da SLD (byte 3) tramite LLID (byte 7).

Sicurezza

Downstream traffic trasmette a tutte le ONU, quindi diventa facile per un utente malintenzionato riprogrammare ONU e acquisire i frame desiderati.

Upstream trafficnon è stato esposto ad 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 e
• Molti fornitori hanno aggiunto meccanismi proprietari basati su AES.

BPON ha utilizzato un meccanismo chiamato churning - Il churning era una soluzione hardware a basso costo (chiave 24b) con diversi difetti di sicurezza, come:

• 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, che ora è utilizzato in GPON.

QoS - EPON

Molte applicazioni PON richiedono un'elevata QoS (ad esempio IPTV) ed EPON lascia la QoS a livelli più alti come -

• Tag VLAN.
• Bit P o DiffServ DSCP.

Oltre a questi, 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.

EPON vs GPON

La tabella seguente illustra le caratteristiche comparative di EPON e GPON -

	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 T-CONT, PORTID; correzione della larghezza di banda / larghezza di banda garantita / larghezza di banda non garantita / larghezza di banda migliore	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	-

L'immagine seguente mostra le diverse strutture di EPON e GPON -

La figura seguente mostra la valutazione XPON.

La tabella seguente spiega i diversi metodi di valutazione XPON.

	Modalità multiplex	Tecnologia tipica
Method A	TDM	40G TDM PON	OFDM PON
Method B	WDM	PtP WDM
Method C	TDM + WDM	40G TWDM PON	NG-EPON

Dopo lo sviluppo di GPON, FSAAN e ITU-T hanno iniziato a lavorare su NG-PON con le seguenti caratteristiche:

• Prodotto a basso costo
• Grande capacità
• Ampia copertura
• Retrocompatibilità

Gli NG-PON sono suddivisi in due fasi da FSAN in base alla domanda e alla tecnologia dell'applicazione corrente:

• NG PON1- NGPON1 è compatibile con le versioni precedenti di ODN GPON legacy. NG-PON1 ha un sistema 10G asimmetrico con 10G downstream / download e 2,5G upstream / upload. Questo NG-PON1 è un sistema TDM PON migliorato di GPON.

• NG PON2 - NGPON2 è una valutazione PON a lungo termine, che può supportare oltre che essere distribuita sui nuovi ODN.

Esistono molti modi per sviluppare NG-PON2 a differenza di NG-PON1 per migliorare la velocità di larghezza di banda da 10G a 40G -

• Utilizzo della tecnologia TDM come quella utilizzata per NG-PON1.

• WDM PON (utilizzando il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda grossolana (CWDM) o il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda densa (DWDM).

• ODSM PON (TDMA + WDMA).

• OCDMA PON (utilizzando la tecnologia CDMA).

• O-OFDMA PON (utilizzando la tecnologia FDMA).

Coesistenza - NG-PON1

La caratteristica principale di NG-PON1 è di fornire una larghezza di banda maggiore rispetto a GPON nello stesso tempo. Dovrebbe essere retrocompatibile con la rete GPON esistente, il che ridurrà il costo dell'operatore. Questo NG-PON definito da FSAN e ITU-T è noto comeXG-PON1.

FSAN e ITU-T hanno definito le seguenti velocità di trasmissione dati per XG-PON1:

• Velocità dati a valle - 10G
• Velocità dati a monte: 2,5 G.

La velocità di trasmissione dati a monte di 2.5G è il doppio della velocità di trasmissione dati a monte di GPON. Oltre a tutti gli elementi di GPON, ODN (rete di distribuzione ottica) può essere riutilizzato nella rete XG-PON1.

Aggiungendo solo una scheda downstream da 10G nell'OLT GPON esistente, il GPON è stato migliorato per XG-PON1.

Architettura di rete e coesistenza

Come descritto sopra, XG-PON1 è un miglioramento del GPON esistente che può supportare diverse distribuzioni GPON come:

• Architettura punto-multipunto (P2MP) di GPON
• Fibra per la casa (FTTH)
• Fibra alla cella (FTTCell)
• Fibra per l'edificio (FTTB)
• Fibra sul marciapiede (FTTCurb)
• Fibra al cabinet (FTTCabinet)

La seguente illustrazione mostra le diverse implementazioni GPON, che possono essere ulteriormente migliorate con XG-PON1 -

In generale, ci sono due tipi di distribuzioni:

• Distribuzione in campo verde
• Distribuzione Brown Field

Il campo verde viene utilizzato dove è richiesta una nuova distribuzione completa, mentre nella distribuzione marrone, verrà utilizzata l'infrastruttura esistente. Quindi, per le distribuzioni Brown Field (solo della rete GPON), è possibile utilizzare XG-PON1. Nel caso in cui la rete in rame debba essere sostituita con la rete in fibra, sarà considerata nell'ambito della rete Green Field, poiché la rete esistente verrà sostituita completamente con la nuova rete.

Livello fisico

Le specifiche dello strato fisico per XG-PON1 sono state elaborate nell'ottobre 2009 e pubblicate nel marzo 2010 da ITU-T. La lunghezza d'onda a valle di 1575-1580 nm è selezionata da FSAN. Banda C. La banda L e la banda O sono state confrontate nella selezione della lunghezza d'onda a monte, ma la banda C è stata eliminata a causa della sovrapposizione con i canali video RF. Poiché non era disponibile una protezione di banda sufficiente sulla banda L e per questo motivo, lo stesso è stato anche eliminato e tutti i confronti rispetto ai pro e contro la banda O sono stati scelti perché O + ha requisiti maggiori sui filtri.

Articolo	Specifiche
Fibra ottica	ITU-T G.652
Piano di lunghezza d'onda a monte	Da 1260 a 1280 nm
Piano di lunghezza d'onda a valle	Da 1575 a 1580 nm
Budget energetico	XG-PON1: da 14 a 29 dB XG-PON2: da 16 a 31 dB
Velocità dati	A monte: 2.48832 Gbps A valle: 9,95328 Gbps
Massima portata fisica	20 Km
Massima portata logica	60 Km

Come da tabella sopra, la velocità downstream di XG-PON1 è 10 Gbps con una velocità dati di 9,5328 Gbps per mantenere la coerenza con velocità ITU-T tipiche, che è diversa da IEEE 10GE-PON, che è 10,3125 Gbps.

HTC Layer

Lo strato di trasmissione (TC Layer) è noto come strato di convergenza di trasmissione XGTC (XG-PON1), che ottimizza il meccanismo di elaborazione di base. Lo strato di convergenza della trasmissione migliora la struttura del frame, il meccanismo di attivazione e il DBA.

Il miglioramento nella struttura dell'inquadratura XG-PON1 consiste nell'allineare il design del frame e del campo con i confini delle parole facendo corrispondere la velocità di XG-PON1. Il meccanismo DBA è più flessibile con l'aggiornamento, mentre il meccanismo di attivazione segue lo stesso principio di GPON.

Le due caratteristiche importanti dei layer XGTC sono:

• Risparmio energetico
• Security

La crittografia dei dati era una funzionalità opzionale in GPON, mentre in xG-PON1 ci sono tre metodi per l'autenticazione:

• Il primo si basa sull'ID di registrazione (ID logico)

• Il secondo è basato sui canali OMCI (ereditato da GPON)

• Il terzo è basato sui protocolli IEEE 802.1x, che è un nuovo schema di autenticazione bidirezionale.

La crittografia upstream e la crittografia multicast downstream sono fornite anche sul livello XGTC.

Gestione e configurazione

Per la gestione e la configurazione è stata adottata la raccomandazione ITU-T (G.984.4) in XG-PON1, che è anche retrocompatibile con il GPON. Poiché GPON utilizza la tecnologia OMCI per la gestione e la configurazione, allo stesso modo XG-PON1 ne utilizza più o meno il 90% con piccole modifiche in ITU-T (G.984.4).

In entrambi i casi (per GPON e XG-PON1) in cui viene adottata la tecnologia di strato inferiore non è una grande preoccupazione per quanto riguarda il servizio. Il fattore importante è configurare il canale Layer 2 per il corretto inoltro dei dati di servizio. Tutta la configurazione L2 dal lato della rete al lato utente è coperta dal modello OMCI L2.

Il modello OMCI L2 viene utilizzato per entrambe le tecnologie, ovvero GPON e XG-PON1 poiché la definizione per lato rete e lato utente è la stessa per entrambe le tecnologie.

Interoperabilità

La parte più impressionante di GPON e XG-PON1 è l'interoperabilità. XG-PON1 è retrocompatibile con GPON, in altre parole, un ONT / ONU connesso con GPON OLT può funzionare anche con XG-PON1 OLT. Un gruppo è stato istituito nel 2008 da FSAN, noto come OISG (OMSI Implementation Study Group).

Questo gruppo è stato limitato allo studio delle raccomandazioni (G.984.4) per l'interoperabilità OMCI per il canale di gestione e controllo ONT (OMCC), gestione QoS, configurazione multicast, aggiornamenti della versione S / W e configurazione L2. Il numero ufficiale di [G.984.4] è [ITU-T G.impl984.4] ed è anche chiamato come guida all'implementazione di OMCI.

WDM-PON

La seguente illustrazione è per WDM-PON, che mostra anche una serie di reticoli a guida d'onda (AWG). Questi sono usati per la lunghezza d'onda MUX e DEMUX.

P2MP WDM-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 logicaPoint-to-Multi Point (P2MP) topologia.

Nel WDM-PON, AWG deve essere tra OLT e ONT. Ogni porta dell'AWG dipende dalla lunghezza d'onda e il ricetrasmettitore ottico su ciascuna ONT trasmette segnali ottici in una lunghezza d'onda specificata determinata dalla porta dell'AWG.

Nella tecnologia WDM, vengono chiamati i ricetrasmettitori con lunghezze d'onda specificate colored optical transceivers e il ricetrasmettitore, che può essere utilizzato per qualsiasi lunghezza d'onda, è noto come colorless transceiver. Esiste una complessità nell'utilizzo di ricetrasmettitori ottici colorati, il cui servizio di elaborazione fornisce e concepisce l'archiviazione.

I componenti AWG sono sensibili alla temperatura per questo motivo, ci sono alcune sfide per WDMPON come affrontare la coerenza in tempo reale tra la lunghezza d'onda dei ricetrasmettitori ottici e la porta AWG di connessione e tra le lunghezze d'onda della porta sull'AWG locale (al CO) e la porta sull'AWG remoto.

ODSM-PON

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 verrà posizionato 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 differenti per ONT differenti e in upstream, ODSN-PON adotta tecnologie dinamiche TDMA + WDMA.

Standard XGPON

La tabella seguente descrive 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

GPON - ITU e FSAN standardizzate nel 2005, conformi agli standard della serie G.984 ×.

NGPON1 −

• Gli standard XGPON G.987 / G.988 sono stati rilasciati 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.

NGPON2 −

• Non considerare la compatibilità con la rete ODN esistente, uno standard più aperto della tecnologia PON.

• Ora concentrati su WDM PON e 40G PON.

Caratteristiche principali di XG-PON1

La tabella seguente descrive le caratteristiche principali di XG-PON1.

Articolo	Requisiti	Nota
Velocità a valle (DS)	Nominale 10 Gbit / s
Velocità a monte (USA)	Nominale 2,5 Gbit / s	XG-PON con velocità USA di 10 Gbit / s è indicato come XGPON2. 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)

Classe di potenza ottica XG-PON

La tabella seguente descrive la perdita minima e massima della 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

In questo capitolo, cerchiamo di capire quali sono i rapporti di suddivisione, la copertura massima e la gestione del traffico nella rete di distribuzione ottica (ODN).

L'attenuazione della potenza ottica massima consentita tra le porte ottiche 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 offre il budget ottico minimo e la classe C il più alto, mentre i costi sono nello stesso ordine. Per un rapporto di divisione massimo di 1:64, l'ottica di Classe B viene comunemente utilizzata su base commerciale.

Il confronto delle ottiche di classe A, B e C ODN è mostrato nella tabella riportata di seguito:

Confronto delle ottiche ODN di classe A, B e C.

S.No.	Parametro	Unità	Classe A	Classe B	Classe C.	Osservazioni
1	Campo di attenuazione (ITU-T Rec. G.982)	dB	5 - 20	10 - 25	15-30
2	2488 Mbps downstream direction
2.1	OLT Transmitter
2.1.1	Potenza media lanciata MIN	dBm	0	+5	+3	Singola fibra
2.1.2	Potenza media lanciata MAX	dBm	+4	+9	+7	Singola fibra
2.1.3	Potenza media lanciata MIN	dBm	0	+5	+3	Doppia fibra
2.1.4	2.1.4 Potenza media lanciata MAX	dBm	+4	+9	+7	Doppia fibra
2.2	ONU Receiver
2.2.1	Minima sensibilità	dBm	-21	-21	-28	Singola fibra
2.2.2	Sovraccarico minimo	dBm	-1	-1	-8	Singola fibra
2.2.3	Minima sensibilità	dBm	-21	-21	-28	Doppia fibra
2.2.4	Sovraccarico minimo	dBm	-1	-1	-8	Doppia fibra
3	1244 Mbps upstream direction
3.1	ONU Transmitter
3.1.1	Potenza media lanciata MIN	dBm	-3	-2	+2	Singola fibra
3.1.2	Potenza media lanciata MAX	dBm	+2	+3	+7	Singola fibra
3.1.3	Potenza media lanciata MIN	dBm	-3	-2	+2	Doppia fibra
3.1.4	Potenza media lanciata MAX	dBm	+2	+3	+7	Doppia fibra
3.2	OLT Receiver
3.2.1	Minima sensibilità	dBm	-24	-28	-29	Singola fibra
3.2.2	Sovraccarico minimo	dBm	-3	-7	-8	Singola fibra
3.2.3	Minima sensibilità	dBm	-24	-28	-29	Doppia fibra
3.2.4	Sovraccarico minimo	dBm	-3	-7	-8	Doppia fibra

Divisione del segnale ottico

Una singola fibra a partire dall'OLT viene suddivisa attraverso splitter ottici passivi per servire 64 ONT locali del cliente. La stessa fibra trasporta flussi di bit sia down-stream (OLT verso ONT) che up-stream (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) .

Overlay RF per servizi TV

I segnali TV (derivati ​​da un Head End satellitare) vengono 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 De-mux, costruito all'interno di ONT e instradato alla connessione del servizio back plane per STB / TV.