Tên đầy đủ của gpon là mạng quang thụ động gigabit (gpon) mạng quang thụ động gigabit. gpon là một giải pháp thay thế cho chuyển mạch ethernet trong các mạng của trường. gpon thay thế các thiết kế Ethernet ba lớp truyền thống bằng các mạng quang hai lớp bằng cách loại bỏ các bộ chuyển mạch Ethernet truy cập và phân phối bằng thiết bị quang thụ động. Cisco giới thiệu gpon với nền tảng chuyển đổi gpon chất xúc tác.
thuật ngữ mạng gpon Mạng gpon được tạo thành từ các thiết bị khác nhau, được kết nối với mạng và internet thông qua cáp quang, điều rất quan trọng là phải hiểu từng thiết bị là gì và dùng để làm gì, các bạn có thể đọc chi tiết của tất cả các thiết bị được sử dụng, đã sử dụng, nó hoạt động khi chúng ta nói về gpon. – Gigabit Passive Optical Network (gpon): Chuẩn mạng quang thụ động (pon) do itu-t công bố. – Mạng phân phối quang (odn): Đây là các thiết bị sợi quang vật lý phân phối tín hiệu đến các thuê bao trong mạng viễn thông. odn bao gồm các thành phần (pos) quang thụ động như sợi quang và một hoặc nhiều bộ tách quang thụ động. – Optical Network Terminals (ont)/Optical Network Units (onu): Đây là các thiết bị được lắp đặt cho người dùng cuối (máy tính để bàn, điện thoại,…) để kết nối vào mạng gpon. Chúng cung cấp chuyển đổi từ tín hiệu quang sang điện. ont cũng cung cấp mã hóa AES thông qua các khóa ont. – Bộ tách – Được sử dụng để thêm hoặc ghép tín hiệu sợi quang vào một sợi cáp quang ngược dòng duy nhất. Nói chung, tỷ lệ được sử dụng phổ biến nhất là 1:32. – Thiết bị đầu cuối đường quang (OLT): Thiết bị kết hợp tất cả các tín hiệu quang từ onts thành một chùm tổng hợp duy nhất, sau đó được chuyển đổi thành tín hiệu điện, được định dạng theo tiêu chuẩn gói Ethernet tpe, để chuyển tiếp lớp 2 hoặc lớp 3 Sử dụng riêng của các bước sóng khác nhau (tức là màu sắc) của ánh sáng. – phương thức đóng gói đá quý g-pon (gem): Đây là sơ đồ truyền khung dữ liệu cho hệ thống mạng quang thụ động (g-pon), hỗ trợ gigabit hướng kết nối và hỗ trợ khung dữ liệu phân mảnh. Dữ liệu người dùng trong các phần luồng có kích thước khác nhau. – Fiber x (fttx): fttx được tóm tắt là các cấu hình triển khai cáp quang khác nhau, được chia thành hai nhóm: fttp / ftth / fttb (đặt cáp quang đến cuối cơ sở/nhà/tòa nhà) và fttc/n (đặt cáp quang đến tủ / nút, dây đồng hoàn thành kết nối). – t-cont/tcont: Là container vận chuyển. – omcc: là kênh điều khiển và quản lý của khối mạng quang. – omci: là giao diện điều khiển và quản lý của Khối mạng quang. – pcbd : Là khối điều khiển vật lý hạ nguồn. – ct : ghép kênh phân chia theo thời gian. – tdma: Đa truy cập phân chia theo thời gian.
Sơ đồ hệ thống:
Tổng quan về kỹ thuật:
Đầu tiên, olt được kết nối với bộ chia quang thông qua một sợi quang, sau đó bộ chia quang sẽ được kết nối với onu/ont. Sau đó, gpon sẽ truyền dữ liệu có bước sóng tiến/lùi khác nhau trên cùng một odn qua wdm. Phạm vi bước sóng là 1290-1330 nm theo hướng đi lên và 1480-1500 nm theo hướng đi xuống. Nó sẽ bắt đầu truyền dữ liệu theo hướng tải xuống, tiếp theo là tải lên liên tục ở chế độ tdma (dựa trên khoảng thời gian). Cuối cùng, truyền dẫn điểm-đa điểm (p2mp) sẽ được hỗ trợ.
giới hạn phạm vi logic tối đa của gpon: 60 km (đây là khoảng cách tối đa được quản lý bởi lớp trên của hệ thống (mac, tc, phạm vi), từ góc độ của các thông số kỹ thuật trong tương lai, kết hợp phụ thuộc vào phương tiện vật lý (pmd)) .Điểm gửi/nhận (s /r) đến điểm nhận/gửi (r/s): 20 km. Khoảng cách sợi vi sai tối đa: 20km. Tỷ lệ phân chia: hạn chế mất định tuyến, pon với bộ chia thụ động (16, 32 hoặc 64 lần chia). Tốc độ: tải lên 1,24416 gbps, tải xuống 2,48832 gbps. Ngân sách năng lượng là một phần của gpon và việc mất năng lượng quang phải được xem xét. Mất mát này có thể được đưa ra theo nhiều cách khác nhau, ví dụ: mất mát trong một dải phân cách. Suy hao sợi quang trên mỗi km (khoảng 0,35 dB/km đối với 1310 và 1490 nm). Suy hao mối nối (>0,2 db). Sợi uốn cong.
Như thể hiện trong hình, lượng tổn thất do sử dụng các bộ chia khác nhau:
Như trong hình, suy hao đường truyền quang tối thiểu và tối đa của mỗi lớp:
Nguyên lý làm việc của truyền gói tin trong công nghệ gpon Đường dẫn gói tin xuôi dòng (từ olt đến ont) được thể hiện trong hình, gói tin được xuôi dòng từ olt đến onu hoặc ont khác nhau.
Mẹo để hiểu sơ đồ: Hạ lưu được nhìn từ quan điểm của bộ chia, chúng ta có thể coi đó là lưu lượng truy cập đến onu/ont hoặc người dùng cuối. Gói dữ liệu đường xuống được chuyển tiếp dưới dạng vượt qua, cùng một dữ liệu được gửi đến cùng một onu/ont và dữ liệu khác nhau được xác định bởi id cổng đá quý. Cho phép onu/ont tìm nạp dữ liệu cần thiết theo id onu. Phạm vi bước sóng phóng điện là 1480 – 1500 nm. Hoạt động ở chế độ liên tục theo hướng hạ lưu – ngay cả khi không có lưu lượng người dùng trên gpon, sẽ có tín hiệu liên tục trừ khi tắt laser.
Như minh họa trong hình, quá trình chuyển tiếp gói dữ liệu đi xuống.
Quá trình giao tiếp olt gửi các khung Ethernet từ cổng đường lên tới mô-đun trình xử lý dịch vụ gpon dựa trên quy tắc được định cấu hình cho cổng pon. Mô-đun xử lý dịch vụ gpon đóng gói khung Ethernet trong gói dữ liệu cổng đá quý để tải xuống. Khung hội tụ vận chuyển gpon (gtc) chứa đá quý pdu được vận chuyển tới tất cả các ont/onu được kết nối với cổng gpon. Ont/onu lọc dữ liệu nhận được theo id cổng đá quý có trong tiêu đề đá quý pdu và chỉ giữ lại dữ liệu quan trọng cho cổng đá quý trong ont/onu này. ont giải mã dữ liệu và gửi khung Ethernet tới người dùng cuối thông qua cổng dịch vụ.
Cấu trúc khung đóng gói phía sau khung gpon định hướng xả với chiều dài cố định là 125 giây bao gồm hai phần: khối điều khiển vật lý (pcbd) cho hướng xả và tải trọng. olt truyền pcbd tới tất cả các onu/ont. ONU/ONT nhận PCBD và thực hiện các hoạt động dựa trên thông tin nhận được. pcbd bao gồm tiêu đề gtc và bwmap tiêu đề gtc – để phân chia khung, điều chỉnh thời gian và chuyển tiếp (fec). bwmap: Trường thông báo cho onu về phân bổ băng thông ngược dòng của chính nó. Chỉ định khoảng thời gian bắt đầu và kết thúc tăng dần cho mỗi t-cont của onu, điều này đảm bảo rằng tất cả onu gửi dữ liệu theo khoảng thời gian được chỉ định bởi olt để tránh xung đột dữ liệu. Như trong hình, chế độ xem phóng to của pcbd và nội dung chứa trong tải trọng gtc.
Từ khóa psync (dài 4 byte): trường đồng bộ hóa vật lý, cho biết phần đầu của mỗi pcbd. ident (dài 4 byte): đề cập đến cấu trúc khung lớn hơn, bao gồm bộ đếm siêu khung được sử dụng bởi hệ thống mã hóa. ploamd (dài 13 byte) – Trường xuôi dòng của lớp vật lý oam (ploam), có thể được coi là kênh quản lý và vận hành dựa trên thông báo giữa olt và onu/ont. bip (độ dài 1 byte): tính chẵn lẻ xen kẽ bit, số lỗi trong liên kết được đo bởi bộ thu. plend (dài 4 byte): Trường để giảm độ dài của tải trọng. Đường dẫn gói ngược dòng (từ ONT đến OLT) được hiển thị trong hình và gói ngược dòng chảy từ nhiều ONU đến OLT.
Mẹo để hiểu biểu đồ: Bạn có thể nghĩ ngược dòng về bộ chia hoặc lưu lượng được gửi từ onu/ont, người dùng cuối đến olt. Việc truyền gói đường lên diễn ra thông qua tdma (đa truy cập phân chia theo thời gian). Đo khoảng cách giữa olt và ont/onu. Các vị trí được chỉ định dựa trên khoảng cách ont/onu và lưu lượng được gửi ngược dòng dựa trên vị trí được chỉ định. Phân bổ băng thông động (dba) cho phép OLT giám sát tắc nghẽn, sử dụng băng thông và cấu hình trong thời gian thực. Phát hiện và ngăn chặn va chạm trong phạm vi. Bước sóng ngược dòng nằm trong khoảng từ 1290 đến 1330 nm.
Như thể hiện trong hình, quá trình chuyển tiếp gói ngược dòng.
Giao tiếp ont/onu gửi các khung Ethernet đến cổng đá quý theo các quy tắc được định cấu hình để ánh xạ cổng dịch vụ và cổng đá quý. Cổng đá quý đóng gói các khung Ethernet trong đá quý pdus và thêm các pdus này vào hàng đợi tcont theo sự phân công cổng đá quý và kỷ luật hàng đợi tcont. Hàng đợi tcont sử dụng các vị trí dựa trên dba và sau đó ngược dòng đá quý pdu tới olt. olt giải mã đá quý pdu và hiện hiển thị các khung ethernet thô. OLT gửi các khung Ethernet từ cổng đường lên được chỉ định theo quy tắc phân bổ cổng đường lên và cổng dịch vụ. Cấu trúc khung gói ngược dòng Mỗi khung gpon ngược dòng có thời lượng cố định là 125 giây. Mỗi khung ngược dòng chứa dữ liệu được mang bởi một hoặc nhiều t-conts/tconts. Tất cả onu được kết nối với cổng gpon chia sẻ băng thông ngược dòng. Tất cả các onu gửi dữ liệu ngược dòng theo các khoảng thời gian riêng của chúng theo yêu cầu của bản đồ băng thông (bwmap). Mỗi ONU sử dụng các khung ngược dòng để báo cáo trạng thái của dữ liệu sẽ được gửi đến OLT. olt sử dụng dba để chỉ định các vị trí ngược dòng cho onu và gửi các bản cập nhật trên mọi khung hình.
Lưu ý: Các khung đường lên được gửi theo cụm bao gồm tiêu đề lớp vật lý đường lên (plou) và một hoặc nhiều vị trí phân bổ băng thông được liên kết với một id cấp phát cụ thể. Như thể hiện trong hình, sự khác biệt giữa khung xuống và khung lên.
Thuật ngữ chính Quá tải lớp vật lý ngược dòng (plou) – Quá tải lớp vật lý ngược dòng. lớp vật lý oam ngược dòng (ploamu) – Dữ liệu bản tin ploam ngược dòng. Hãy coi đây là một kênh quản lý và vận hành dựa trên thông báo giữa olt và onu/onts. trình tự nâng cấp mức năng lượng (plsu) – Trình tự nâng cấp mức năng lượng. Báo cáo băng thông ngược dòng động (dbru) – Báo cáo băng thông ngược dòng động. Tải trọng: dữ liệu người dùng. khối chức năng công nghệ gpon khối chức năng olt olt bao gồm ba phần chính: chức năng giao diện cổng dịch vụ – nó cung cấp chuyển đổi giữa giao diện dịch vụ và giao diện khung tc của phần pon. Tính năng kết nối chéo – Cung cấp đường dẫn giao tiếp giữa vỏ pon và vỏ dịch vụ, cũng như tính năng kết nối chéo. Giao diện mạng phân phối quang (odn) – được chia thành hai phần:
Chức năng giao diện pon chức năng pon tc – Các trách nhiệm bao gồm căn chỉnh khung, kiểm soát truy cập phương tiện, nhận dạng oam, dba và đơn vị dữ liệu giao thức (pdu) để kết nối và quản lý onu.
các chức năng giao diện pon Các chức năng pon tc – Các trách nhiệm bao gồm nhận dạng khung, kiểm soát truy cập phương tiện, oam, dba và đơn vị dữ liệu giao thức (pdu) cho chức năng kết nối chéo và quản lý onu. Khối chức năng onu/olt là một khối chức năng tương tự như olt. Nếu onu/olt sử dụng một giao diện pon đơn (tối đa 2 cho mục đích bảo vệ), chức năng phân tần sẽ bị bỏ qua. Thay vì chức năng này, các dịch vụ mux và demux hiện đảm nhận lưu lượng.
Giao thức ngăn xếp giao thức gpon có ngăn xếp giao thức riêng, chỉ ethernet hoặc ip. Như trong hình, đây là stacking protocol của gpon:
mức độ quan trọng pmd – tương đương với giao diện gpon giữa olt và onu. lớp gtc – chịu trách nhiệm gói trọng tải bằng cách sử dụng đơn vị atm hoặc khung đá quý. Hộp đá quý có thể mang thiết bị ethernet, xe tăng, e1 và t1. ánh xạ lưu lượng: ethernet phân tích khung ethernet và ánh xạ dữ liệu khung ethernet trực tiếp tới tải trọng đá quý. Khung đá quý tự động đóng gói thông tin tiêu đề. Căn chỉnh 1:1 giữa khung ethernet và khung đá quý. Khung ethernet được ánh xạ tới khung đá quý như được hiển thị:
Thông báo bảng điều khiển và quản lý omci onu (omci) được sử dụng để khám phá ont/onu để quản lý và kiểm soát. Những tin nhắn riêng tư này được gửi qua một cổng đá quý chuyên dụng được thiết lập giữa olt và ont/onu. Giao thức omci cho phép olt: thiết lập và giải phóng các kết nối với ont. Quản lý Đại học Ontario. Yêu cầu thông tin cấu hình và thống kê hiệu suất. Cảnh báo tự động về các sự kiện như lỗi liên kết. Quan trọng: Giao thức chạy trên kết nối đá quý giữa olt và ont. Kết nối đá quý được thiết lập khi khởi tạo ont. Giao thức hoạt động không đồng bộ – bộ điều khiển olt đóng vai trò là bộ điều khiển chính và bộ điều khiển ont đóng vai trò là bộ điều khiển phụ.
Công nghệ khóa cấp Để tránh xung đột dữ liệu (xung đột), olt phải có khả năng đo chính xác khoảng cách giữa chính nó và từng onu/ont, để cung cấp khoảng thời gian chính xác để cung cấp dữ liệu đường lên dữ liệu. Điều này cho phép onu gửi dữ liệu theo các khoảng thời gian được chỉ định để tránh các sự cố ngược dòng. Quá trình này được thực hiện thông qua một kỹ thuật gọi là xếp hạng. Quá trình xếp hạng olt bắt đầu với onu khi onu lần đầu tiên đăng ký với olt và nhận được độ trễ khứ hồi (rtd) từ onu. Dựa trên rtd, các thành phần chính khác được xác định để tính toán phạm vi vật lý của onu cụ thể đó vì olt này cần cung cấp độ trễ cân bằng thích hợp (eqd) cho mỗi onu dựa trên phạm vi vật lý. rtc và eqd đồng bộ hóa tất cả các khung dữ liệu do onu gửi. Như được hiển thị, việc triển khai được minh họa, đặt tất cả các onu/olt ở cùng một khoảng cách ảo với olt.
Công nghệ bùng nổ luồng gói đường lên được thực hiện thông qua cụm và mỗi onu/ont chịu trách nhiệm truyền dữ liệu trong khe thời gian được chỉ định của nó. Khi một onu/ont không nằm trong khe thời gian của nó, thiết bị sẽ tắt truyền bộ thu phát quang của nó để tránh các lần truy cập onu/ont khác. Mô-đun onu/ont hỗ trợ chức năng truyền liên tục. Tương thích với chức năng nhận liên tục của mô-đun olt. Khoảng cách khác nhau giữa mỗi onu/ont và olt gây ra sự suy giảm tín hiệu quang. Vì vậy, cường độ và mức độ của các gói mà olt nhận được sẽ thay đổi trong các khoảng thời gian khác nhau. Điều chỉnh ngưỡng động cho phép OLT tự động điều chỉnh ngưỡng của mức công suất quang. Điều này đảm bảo rằng tất cả các tín hiệu onu có thể được khôi phục. Như thể hiện trong hình, các dữ liệu khác nhau được truyền theo đợt và sau đó được khôi phục:
dba Phân bổ băng thông động (dba) cho phép mô-đun OLT giám sát tắc nghẽn mạng pon trong thời gian thực. Điều này cho phép OLT điều chỉnh băng thông dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm tắc nghẽn, sử dụng băng thông và cấu hình. các điểm chính của dba Mô-đun dba được tích hợp trong olt liên tục thu thập các báo cáo dba, tính toán và thông báo cho onu thông qua trường bwmap trong khung hạ nguồn. Do thông tin bwmap, onu gửi dữ liệu ngược dòng trong khoảng thời gian được phân bổ, chiếm băng thông ngược dòng. Băng thông cũng có thể được phân bổ theo cách tĩnh/cố định.
Sử dụng dba có thể cải thiện việc sử dụng băng thông ngược dòng trên các cổng pon. Cung cấp băng thông cao hơn cho người dùng và hỗ trợ nhiều người dùng hơn trên một cổng pon. Chuyển tiếp sửa lỗi (fec). Truyền tín hiệu kỹ thuật số gây ra lỗi bit và jitter, làm giảm chất lượng truyền tín hiệu. gpon có thể tận dụng lợi thế của fec, cho phép các điểm cuối rx kiểm tra lỗi bit trong quá trình truyền. Lưu ý: fec là một chiều và không hỗ trợ nhận xét thông báo lỗi. Các điểm chính của FEC: Không cần truyền lại dữ liệu. Nó chỉ hỗ trợ fec theo hướng hạ lưu. Cải thiện chất lượng truyền pcbd và khả năng xử lý tải.
Mã hóa tất cả dữ liệu xuôi dòng được truyền tới tất cả các onu. Một rủi ro là nó không được phép. Onu nhận dữ liệu đường xuống của onu được ủy quyền. Để giải quyết vấn đề này, gpon sử dụng thuật toán aes128 để mã hóa các gói dữ liệu. Các điểm mã hóa chính thống sử dụng mã hóa trong dây mà không phải trả thêm phí hoặc giảm mức sử dụng băng thông. Sử dụng mã hóa dây không làm tăng độ trễ dây. Trao đổi khóa và công tắc olt bắt đầu yêu cầu trao đổi khóa tới onu. lhq đáp ứng yêu cầu bằng khóa mới. Sau khi olt nhận được khóa, nó sẽ mã hóa dữ liệu bằng khóa mới. Số khung tại đó olt gửi người dùng khóa mới tới onu. onu lấy số khung và chuyển khóa xác thực trên khung dữ liệu đến. Như minh họa trong hình, quy trình trao đổi khóa:
Các chế độ bảo vệ mạng trong công nghệ gpon Có một số loại chế độ bảo vệ mạng khác nhau mà gpon có thể sử dụng. Nhập một
Nó không yêu cầu một cổng olt pon bổ sung. Khi sợi chính bị lỗi, doanh nghiệp được chuyển sang sợi dự phòng. Thời gian mất điện phụ thuộc vào thời gian phục hồi của đường dây. Nếu sự cố xảy ra khi tách thành un, sẽ không có bản sao lưu. gõ b
olt cung cấp hai cổng gpon là cổng hợp lệ và được bảo vệ. Bảo vệ được giới hạn cho cáp quang từ OLT đến bộ chia và bo mạch OLT. Không có dự phòng thiết bị trên onu hoặc quang điện. Không có bảo vệ onu hoặc odn hoàn chỉnh. Nó sử dụng bộ chia 2 x n và không thêm bất kỳ suy hao quang học nào. Nhập c
Sao lưu cho (các) olt, odn và onu, cung cấp 2 liên kết dự phòng đầy đủ đến các cơ sở của khách hàng. Hai tùy chọn: bảo vệ tuyến tính 1+1 và tuyến tính 1:1. Bảo vệ 1+1: bảo vệ pon được dành riêng cho các pon hợp lệ. Lưu lượng bình thường được sao chép và gửi đến hai cầu bằng một cây cầu vĩnh viễn giữa hai olt. Lưu lượng được gửi đến onu đồng thời và việc lựa chọn giữa hai tín hiệu dựa trên các tiêu chí được xác định trước. Bảo vệ 1:1: Lưu lượng truy cập bình thường đi trên một pon hợp lệ hoặc được bảo vệ. Bảo vệ chuyển đổi tự động giữa các pons. Đắt hơn, nhưng cung cấp tính khả dụng tối đa.
Xem thông tin chi tiết về cisco tại đây