تکنولوژی gpon چیست

در این مقاله به بیان اینکه تکنولوژی شبکه نوری پسیو گیگابیتی GPON چیست و نحوه عملکرد آن پرداخته ایم.

اطلاعات این مقاله از دستگاه های موجود در یک محیط آزمایشگاهی خاص ایجاد شده است. همه دستگاه‌های مورد استفاده در این مقاله با یک پیکربندی پیش‌فرض شروع به کار کردند.

مفهوم GPON چیست

GPON جایگزینی برای سوئیچینگ اترنت در شبکه های دانشگاهی است. GPON طراحی سنتی اترنت سه لایه را با یک شبکه نوری دو لایه جایگزین می کند. این امر دسترسی و توزیع سوئیچ های اترنت را با دستگاه های نوری پسیو حذف می کند.

سیسکو GPON را با پلتفرم Catalyst GPON معرفی می کند.

واژه های پر استفاده در GPON چیست

شبکه نوری غیرفعال (GPON) با قابلیت گیگابیت – استاندارد برای شبکه های نوری غیرفعال (PON) که توسط ITU-T منتشر شده است.

شبکه توزیع نوری (ODN) – فیبر فیزیکی و دستگاه های نوری که سیگنال ها را بین کاربران در یک شبکه مخابراتی توزیع می کنند.

ODN از اجزای نوری غیرفعال (POS) مانند فیبرهای نوری و یک یا چند تقسیم کننده نوری غیرفعال تشکیل شده است.

مودم فیبر نوری (ONT) / واحدهای شبکه نوری (ONU) – دستگاه های کاربر نهایی (رومیزی، تلفن ها و غیره) را به شبکه GPON متصل می کند.

تبدیل سیگنال نوری به الکتریکی را فراهم می کند. ONT ها همچنین رمزگذاری AES را از طریق کلید ONT ارائه می دهند.

اسپلیتر – برای تجمیع یا چندگانه سازی سیگنال های فیبر نوری به یک کابل فیبر نوری بالادست استفاده می شود. معمولا نسبت 1:32.

پایانه خط نوری (OLT) – دستگاهی که تمام سیگنال های نوری از ONT ها را در یک پرتو نور چندگانه واحد جمع می کند. سپس به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود و به استانداردهای نوع بسته اترنت برای ارسال لایه 2 یا لایه 3 فرمت می شود.

Multiplexing با تقسیم طول موج (WDM) – مالتی پلکسی با تقسیم طول موج (WDM) یک فناوری است. این کار تعدادی سیگنال حامل نوری را روی یک فیبر نوری که از طول موج های مختلف (یعنی رنگ ها) نور لیزر استفاده می کند، چندگانه می کند.

روش کپسوله‌سازی GEM GPON (GEM) – یک طرح انتقال قاب داده که در سیستم‌های شبکه نوری غیرفعال (GPON) با قابلیت گیگابیت استفاده می‌شود. این طرح اتصال گرا است و از تقسیم فریم‌های داده کاربر به قطعات انتقال با اندازه متغیر پشتیبانی می‌کند.

FTTP/FTTH/FTTB (فیبر گذاشته شده تا محل/خانه/ساختمان) و FTTC/N (فیبرگذاری شده). به کابینت/گره، با سیم های مسی برای تکمیل اتصال).

T-CONT/TCONT – کانتینر انتقال

TDMA – دسترسی چندگانه تقسیم زمان

بیشتر بدانید: FTTH چیست

دیاگرام شبکه GPON

OLT از طریق یک فیبر نوری به اسپلیتر نوری متصل می شود و سپس اسپلیتر نوری به ONU/ONT متصل می شود.
GPON از WDM برای انتقال داده‌های طول موج‌های مختلف بالادستی/پایین‌دستی روی یک ODN استفاده می‌کند. طول موج ها از 1290 تا 1330 نانومتر در جهت بالادست و از 1480 تا 1500 نانومتر در جهت پایین دست متغیر است.
داده‌ها در جهت پایین‌دست پخش می‌شوند و در جهت بالادست، داده‌ها در حالت TDMA (بر اساس شکاف‌های زمانی) پخش می‌شوند.
از انتقال چندپخشی نقطه به چند نقطه (P2MP) پشتیبانی می کند.

محدودیت های GPON

در زیر به برخی از محدودیت هایی که استفاده از این فناوری ایجاد می کند اشاره شده است:

• حداکثر دسترسی منطقی: 60 کیلومتر (این حداکثر مسافتی است که توسط لایه‌های بالاتر سیستم (MAC، TC، Ranging) مدیریت می‌شود، با توجه به مشخصات آتی وابسته به رسانه فیزیکی (PMD).
• حداکثر فاصله فیبر بین نقاط ارسال/دریافت (S/R) و دریافت/ارسال (R/S): 20 کیلومتر
• حداکثر فاصله فیبر دیفرانسیل: 20 کیلومتر
• نسبت تقسیم: محدود به از دست دادن مسیر، PON با تقسیم‌کننده‌های غیرفعال (تقسیم 16،32 یا 64 جهته)
• نرخ: 1.24416 گیگابیت بر ثانیه اپلود، 2.48832 گیگابیت بر ثانیه دانلود
• بودجه بندی قدرت

به عنوان بخشی از GPON، از دست دادن توان نوری باید در نظر گرفته شود. این ضرر را می توان به روش های مختلفی معرفی کرد، مانند:

• تلفات در اسپلیتر
• اتلاف در هر کیلومتر فیبر (حدود 0.35 دسی بل در هر کیلومتر برای 1310، 1490 نانومتر)
• افت در فیوژن (> 0.2 دسی بل)
• تلفات در اتصالات فیبر نوری (0.6 دسی بل)

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، میزان تلفات ناشی از استفاده از اسپلیترهای مختلف:

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، حداقل و حداکثر تلفات مسیر نوری در هر کلاس:

مسیر انتقال بسته اطلاعات در GPON

Downstream Packet Walk

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، بسته ها از OLT به سمت ONU های مختلف پایین می روند.

نکته: پایین دست یا Downstream از منظر اسپلیتر است. شما می توانید آن را به عنوان ترافیکی که به سمت ONU/ONT یا کاربران نهایی می رود در نظر بگیرید.

• بسته‌های پایین‌دستی به‌عنوان Broadcasts ارسال می‌شوند، با همان داده‌ها به همان ONU/ONT با داده‌های متفاوت شناسایی‌شده توسط شناسه پورت GEM ارسال می‌شوند.
• به یک ONU/ONT اجازه می دهد تا داده های مورد نظر را با شناسه ONU دریافت کند.
• محدوده طول موج پایین دست از 1480 تا 1500 نانومتر است.
• عملکرد حالت پیوسته پایین دست – حتی در جایی که هیچ ترافیک کاربری از طریق GPON عبور نمی کند، یک سیگنال ثابت وجود دارد، به جز زمانی که لیزر خاموش است.

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، روند ارسال بسته در پایین دست.

1. OLT فریم های اترنت را از پورت های Uplink به ماژول پردازش سرویس GPON بر اساس قوانین پیکربندی شده به پورت های PON ارسال می کند.
2. سپس ماژول پردازش سرویس GPON فریم های اترنت را در بسته های داده پورت GEM برای انتقال پایین دست کپسوله می کند.
3. فریم های همگرایی انتقال GPON (GTC) که حاوی PDU های GEM هستند برای همه ONT/ONU های متصل به پورت GPON پخش می شوند.
4. ONT/ONU داده های دریافتی را بر اساس شناسه پورت GEM موجود در هدر GEM PDU فیلتر می کند و داده ها را فقط برای پورت های GEM در این ONT/ONU حفظ می کند.
5. ONT داده ها را کپسوله می کند و فریم های اترنت را از طریق پورت های سرویس به کاربران نهایی ارسال می کند.

ساختار فریم پکت یا بسته در GPON چیست

یک فریم پایین دستی GPON دارای طول ثابت 125 میکرو ثانیه است که از دو جزء بلوک کنترل فیزیکی پایین دست (PCBd) و بار است. OLT PCBd را به همه ONU/ONT ها پخش می کند. ONU/ONT ها PCBd را دریافت می کنند و عملیات را بر اساس اطلاعات دریافتی انجام می دهند.
PCBd از هدر GTC و BWmap تشکیل شده است. GTC Header – برای تعیین حدود فریم، همگام سازی و تصحیح خطای رو به جلو (FEC) استفاده می شود. BWmap – فیلد ONU را از تخصیص پهنای باند بالادستی مطلع می کند.

اسلات های زمانی شروع و پایان بالادست را برای T-CONT های هر ONU مشخص می کند. این تضمین می کند که همه ONU ها داده ها را بر اساس بازه های زمانی مشخص شده توسط OLT برای جلوگیری از تضاد داده ارسال می کنند.

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، یک نمای گسترده از PCBd و آنچه در محموله GTC موجود است.

نکات کلیدی در فریم GPON چیست

Psync (طول 4 بایت) – فیلد همگام سازی فیزیکی. شروع هر PCBd را نشان می دهد.
Ident (طول 4 بایت) – برای نشان دادن ساختارهای قاب بزرگتر استفاده می شود. شامل شمارنده سوپر فریم است که توسط سیستم رمزگذاری استفاده می شود.
PLOAMd (طول 13 بایت) – لایه فیزیکی OAM (PLOAM) میدان پایین دست. به این به عنوان یک کانال مدیریت و عملیات مبتنی بر پیام بین OLT و ONU/ONT فکر کنید.
BIP (طول 1 بایت) – برابری بین بیتی توسط گیرنده برای اندازه گیری تعداد خطاهای روی پیوند.
Plend (طول 4 بایت) – میدان پایین دستی طول بار.

مسیر برگشتی پکت به سمت OLT

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، بسته های بالادستی از ONU های مختلف به OLT جریان می یابند.

نکته: Upstream را می توان از منظر اسپلیتر فیبر نوری یا ترافیک ارسال شده از ONU/ONT، کاربران نهایی به سمت OLT در نظر گرفت.

انتقال بسته بالادستی از طریق TDMA (دسترسی چندگانه تقسیم زمانی) انجام می شود.

فاصله بین OLT و ONT/ONU اندازه گیری می شود.

اسلات های زمانی بر اساس فاصله تخصیص داده می شوند.

ONT/ONU ترافیک را بر اساس بازه زمانی اعطا شده به بالادست ارسال می کند.

تخصیص پهنای باند پویا (DBA) OLT را قادر می سازد تا در زمان واقعی، ازدحام، استفاده از پهنای باند و پیکربندی نظارت کند.

تشخیص و جلوگیری از برخورد از طریق محدوده.

طول موج بالادست از 1290 تا 1330 نانومتر متغیر است.

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، روند ارسال بسته در بالادست.

1. ONT/ONU فریم های اترنت را بر اساس قوانین پیکربندی شده ای که پورت های سرویس و پورت های GEM را ترسیم می کند، به پورت های GEM ارسال می کند.
2. پورت های GEM فریم های اترنت را در GEM PDU ها کپسوله می کنند و این PDU ها را بر اساس قوانینی که پورت های GEM و صف های TCONT را ترسیم می کنند به صف های TCONT اضافه می کنند.
3. صف های TCONT از شکاف های زمانی مبتنی بر DBA استفاده می کنند، سپس PDU های GEM بالادستی را به OLT ارسال می کنند.
4. OLT GEM PDU را کپسوله می کند، فریم اصلی اترنت اکنون دیده می شود.
5. OLT فریم های اترنت را از یک پورت uplink مشخص شده بر اساس قوانینی که پورت های سرویس و پورت های uplink را ترسیم می کند، ارسال می کند.

ساختار فریم پکت در بالا دست

اما فریم بالادست در تکنولوژی GPON چیست. هر فریم GPON بالادست دارای طول ثابت 125 میکرو ثانیه است. هر فریم بالادستی حاوی محتوایی است که توسط یک یا چند T-CONT/TCONT حمل می شود. همه ONU های متصل به پورت GPON پهنای باند بالادستی را به اشتراک می گذارند.
همه ONU ها داده های خود را در بازه های زمانی خود بر اساس نقشه پهنای باند (BWmap) مورد نیاز ارسال می کنند. هر ONU وضعیت داده هایی را که باید با استفاده از فریم های بالادستی به OLT ارسال شود گزارش می کند. OLT از DBA برای اختصاص شکاف های زمانی بالادستی به ONU ها استفاده می کند و به روز رسانی ها را در هر فریم ارسال می کند.

نکته: در مسیر های فیبر نوری برای اتصال فیبرها از فیوژن یا جوش فیبر نوری استفاده می شود. کیفیت انجام این اتصالات که توسط دستگاه انجام می شود در ارسال و دریافت پرتو های نوری بسیار تاثیر دارد. لذا فیوژن فیبر نوری در GPON بسیار پر رنگ است.

بیشتر بدانید: آموزش فیوژن فیبر نوری

بلوک عملکردی در GPON چیست

در زیر به بیان بلوک های عملکردی در GPON پرداخته ایم.

بلوک عملکردی OLT

یک OLT از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

1. عملکرد رابط پورت سرویس – ترجمه بین رابط های سرویس و رابط فریم TC بخش PON را ارائه می دهد.
2. عملکرد اتصال متقابل – یک مسیر ارتباطی بین پوسته PON و پوسته سرویس و همچنین عملکرد اتصال متقابل را فراهم می کند.
3. رابط شبکه توزیع نوری (ODN) – بیشتر به دو بخش تقسیم می شود:

• عملکرد رابط PON
• عملکرد PON TC – مسئولیت‌ها شامل کادربندی، کنترل دسترسی رسانه، OAM، DBA و تعیین واحد داده پروتکل (PDU) برای عملکرد اتصال متقابل و مدیریت ONU است.

بلوک عملکردی ONU/OLT

بلوک های عملکردی مشابه OLT هستند. در سناریویی که ONU/OLT با یک رابط PON (حداکثر 2 عدد برای اهداف حفاظتی) کار می کند، عملکرد اتصال متقابل حذف می شود. به جای این تابع، سرویس MUX و DEMUX اکنون مسئول ترافیک هستند.

تجهیزات مورد استفاده در GPON چیست

استاندارد مورد استفاده GPON ITU-T G.984 است. این تکنولوژی نشان دهنده افزایش پهنای باند در مقایسه با APON و BPON است. GPON را می توان در بسیاری از زمینه ها اعمال کرد. در برنامه فیبر به دسکتاپ (FTTD)، GPON از طریق کانکتورهای فیبر نوری سینگل مود، سیمپلکس و تقسیم کننده نوری غیرفعال که معمولاً از اتصال دهنده های زاویه دار (APC) برای ارائه پایانه های دقیق استفاده می کند، توزیع می شود.

چهار جزء اصلی در این سیستم GPON وجود دارد: پایانه خط نوری (OLT)، رسانه انتقال (کابل و قطعات)، تقسیم کننده فیبر نوری و پایانه شبکه نوری (ONT).

OLT چیست

OLT دستگاهی است که به عنوان نقطه پایانی ارائه دهنده خدمات یک شبکه نوری غیرفعال عمل می کند. این یک دستگاه تجمع اترنت فعال است که معمولاً در یک مرکز داده یا اتاق تجهیزات اصلی قرار دارد.

یک OLT سیگنال های نوری ارسال شده از طریق فیبر را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند و آنها را به یک سوئیچ اترنت هسته ای ارائه می کند. OLT چندین سوئیچ لایه 2 را در نقاط توزیع جایگزین می کند.

سیگنال توزیع کننده OLT با کابل کشی ستون فقرات یا کابل کشی افقی از طریق اسپلیترهای نوری، که به ترمینال شبکه نوری در هر خروجی منطقه کاری متصل هستند، متصل می شود.

بیشتر بدانید: طراحی دیتاسنتر

رسانه های انتقال دهنده

GPON سیگنال ها را از طریق زیرساخت کابل کشی فیزیکی غیرفعال منتقل می کند. رسانه های انتقال دهنده شامل مس، پچ کوردهای فیبر نوری، محفظه ها، پانل های آداپتور، کانکتورها، اسپلیترها و مواد دیگر است. همه این اجزای رسانه انتقال باید در بودجه از دست دادن کانال لحاظ شوند تا عملکرد سیستم بهتری داشته باشند.

اسپلیتر فیبر نوری

اسپلیتر فیبر نوری، همچنین به عنوان تقسیم کننده پرتو شناخته می شود، یک دستگاه توزیع برق نوری موجبر موج یکپارچه است. با این اسپلیتر فیبر نوری می توان چندین دستگاه را از یک فیبر واحد سرو کرد. این یکی از مهم ترین دستگاه های غیرفعال در شبکه فیبر نوری است. این به ویژه در GPON، EPON و FTTx و غیره مفید است. PON معمولاً یک فیبر واحد را از یک OLT به چندین ONU متصل می‌کند.

اتصال بین OLT و ONU با استفاده از اسپلیترهای فیبر نوری به دست می آید. تعداد خروجی ها در اسپلیتر تعداد تقسیم ها را تعیین می کند. نسبت های تقسیم اغلب شامل 1:4، 1:8، 1:16، 1:32 و 1:64 است. افت درج یک اسپلیتر نوری معمولی 1×32 از 17 دسی بل تا 18 دسی بل است. اسپلیتر فیبر نوری شامل تقسیم‌کننده مخروطی دو مخروطی (FBT) و شکاف‌کننده‌های مدار موج نور مسطح (PLC) است.

ONT چیست

ONT که مودم فیبر نوری نیز نامیده می شود، با یک کابل فیبر نوری به نقطه پایانی (TP) متصل می شود و از طریق کابل LAN / Ethernet به روتر شما متصل می شود. این سیگنال‌های نوری را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند تا به دستگاه نهایی برسد. ONT همیشه دارای چندین پورت اترنت برای اتصال به خدمات IP مانند CPU، تلفن، نقاط دسترسی بی سیم و سایر اجزای ویدیویی است.

نتیجه گیری

در جواب این سوال که تکنولوژی GPON چیست باید گفت جی پان پیچیده ترین نوع PON است. اما این بهترین PON ها نیز است. GPON دارای مزایای صرفه جویی در هزینه ها برای جابجایی ها و اضافه ها یا تغییرات دیگر، قیمت پایین هر پورت در تجهیزات پسیو شبکه، نصب آسان و هزینه نصب پایین است. بنابراین GPON در برنامه‌های کاربردی فناوری متنوع و همیشه در حال تغییر امروزی، محبوبیت پیدا می‌کند.

سوالات متداول (FAQ)

• gpon چیست

در واقع gpon تکنولوژی انتقال اطلاعات بر بستر فیبر نوری است. در این تکنولوژی دو تفاوت اساسی با سیستم های گذشته وجود دارد. اولین تفاوت استفاده از یک رشته فیبر برای ارسال و دریافت اطلاعات است. در روش های قدیمی تر یک رشته برای ارسال و یک رشته برای دریافت داده استفاده می شد. تفاوت بعدی عدم استفاده از تجهیزات اکتیو در طول مسیر است. به نحوی که تجهیزات اکتیو فقط در سمت مرکز مخابراتی و مصرف کننده نهایی قرار می گیرد. در طول مسیر کلا از تجهیزات پسیو فیبر نوری استفاده می گردد.

• تجهیزات مورد استفاده در GPON چیست

به عنوان تجهیز اکتیو از OLT در مرکز مخابراتی و ONT در سمت مشترک استفاده می گردد. اما فاصله بین این دو تجهیزات پسیو مانند کابل فیبر نوری، کابل دراپ، پیگتیل و پچ کورد فیبر نوری، باکس تقسیم فیبر OTB، اسپلیتر فیبر نوری و … قرار می گیرد.