Vamos ver no artigo de hoje a arquitetura de Rede GPON. Antes de mais nada, veremos um cenário em que nossa rede PON é uma rede ponto-a-multiponto. Nesta topologia, podemos ver serviços na camada superior, o que significa que nossa rede GPON pode fornecer serviço triple-play, como dados, voz e vídeo. Nossa rede de acesso consiste em OLT, fibra, POS (splitter), e o terminal como ONT ou ONU conectado aos usuários.
Arquitetura de Rede GPON
Portanto, a rede GPON consiste em três partes, incluindo OLT, ODN e ONU/ONT.
O ODN inclui a fibra principal, o divisor e as fibras de distribuição E esta parte é o nosso ODN, que é passivo. Então dizemos que a rede GPON é uma rede óptica passiva.
Assim, podemos conceituar nossa arquitetura GPON da seguinte forma:
- PON é uma rede óptica passiva ponto-a-multiponto (P2MP).
- GPON: Rede óptica passiva com capacidade de Gigabit.
- Composição da rede PON:
- Terminal de linha óptica (OLT)
- Uma rede de distribuição óptica (ODN) consiste em divisor óptico e fibras ópticas.
- Unidade de rede óptica (ONU) ou terminal de rede óptica (ONT)
Entidade Funcional de Rede GPON FTTx
A rede GPON pode suportar vários cenários conhecidos como cenários FTTx.
A letra x pode ser alterada para nomes diferentes em diferentes cenários, como FTTH, FTTB, FTTC e FTTO.
Em diferentes cenários, implantaremos diferentes dispositivos.
Por exemplo, em alguns cenários, implantaremos o SFUS, que pode fornecer portas FE, voz e RF.
Para alguns outros cenários, implantaremos o SFUS. Para alguns outros cenários, implantaremos o MDUS, que pode fornecer portas FE, voz, RF e xDSL.
Abaixo temos nossas ONUS:
- Unidade Unifamiliar (SFU)
- Unidade de Negócios Única (SBU)
- Unidade de residência múltipla (MDU)
- Unidade multilocatário (MTU)
- Unidade Base da Célula (CBU)
Em cenários diferentes, eles têm nomes diferentes.
Podemos ver na topologia exposta acima que o CATV combina diferentes sinais em um comprimento de onda de 1550/nm em uma única fibra através do WDM e os envia para diferentes dispositivos.
Alguns dos dispositivos podem fornecer interface de RF, para poderem receber os sinais de CATV.
Evolução da rede XDSL x FTTx
No passado, usávamos xDSL para arquitetura de rede de acesso GPON.
XDSL
Em XDSL podemos ver ADSL, VDSL ou G.fast.
Se usarmos a tecnologia xDSL, o dispositivo é chamado DSLAM. Esta tecnologia usa linha de cobre ou linha telefônica do DSLAM para o usuário.
O XDSL pode fornecer 2-20 Mbit/s e a distância de transmissão é de apenas 3,5-6 km.
Como sabemos, essa largura de banda não atende aos requisitos dos usuários.
FTTC
Então, estamos em um movimento natural no mercado de substituir o cobre por fibra.
Podemos usar o cobre no lado do usuário e substituir a fibra apensa do lado do backbone, pois a fibra pode transmitir os dados a longa distância com alta largura de banda.
Usamos fibra do lado CO (Center Equipment Room) para o MDU. Então aqui, temos um dispositivo chamado OLT. Ele é conectado ao MDU por meio da fibra de backbone, spliters e fibra de distribuição. A fibra pode fornecer 2,5 Gbit/s downstream e 1,25 Gbit/s upstream.
A linha de cobre pode ser reutilizada do lado do usuário. Perceba que a distância do MDU ao lado do usuário é menor que 700 m.
Por que adotamos o uso desta rede híbrida? Como sabemos, há atenuação ou ruído no cobre.
Assim, podemos reduzir a distância para aumentar a largura de banda. Também podemos usar novas tecnologias como G.fast. G.fast pode fornecer uma largura de banda de 1 Gbit/s, mas a distância deve ser inferior a 800 m. Nesse caso, podemos implantar ou reutilizar o cobre.
Além disso, em alguns cenários, o cliente não deseja implantar novas fibras porque isso mudaria o ambiente físico, o usuário final, e às vezes isso não é possível ou não é desejável. Então optamos em reaproveitar a linha de cobre. Nesse caso, podemos implantar o cenário FTTC, Fiber to the Curb.
FTTB
Para o cenário FTTB, podemos conectar a OLT à ONU. Esta ONU é um dispositivo grande de 1U de altura, enquanto o MDU é normalmente um dispositivo de 2U de altura.
No cenário FTTB, podemos usar fibra, spliters e fibra de distribuição para conectar à ONU para usuários do grupo.
FTTH
O cenário FTTH pode implantar fibra até a residência para um único usuário. ONT é um pequeno dispositivo com nomes diferentes para diferentes cenários, conforme explorando quando conhecemos as ONUs nos artigos passados.
Parâmetros básicos de desempenho da rede GPON
Então, por que usamos a tecnologia GPON? Porque assim podemos fornecer alta largura de banda.
Por exemplo, na direção downstream, pode fornecer uma largura de banda de 2,5 Gbit/s. Por outro lado, na direção upstream, pode fornecer uma largura de banda de 1,25 Gbit/s.
Quanto à distância de transmissão, a distância lógica máxima pode ser de 60 km e a distância de transmissão física máxima é de 40 km.
Atenuação
Como sabemos, há atenuação na fibra, mas a atenuação é muito pequena. Dados de diferentes comprimentos de onda podem gerar diferentes atenuações. Por exemplo, na direção da downstream, o comprimento de onda é de 1490 nm, enquanto na direção da upstream é de 1310 nm.
Para 1490 nm, a atenuação é de 0,25 dB/km. Por outro lado, para a direção upstream, a atenuação é de 0,35 dB/km.
Distância Diferencial
A distância diferencial máxima é de 40 km. Ou seja, a OLT está conectado ao ONT. E a distância entre a ONT mais próxima da OLT e a ONT mais distante da OLT é chamada de distância diferencial.
Por exemplo, a distância da OLT até a ONT 1 é chamada de L1. Enquanto a distância do OLT até a ONT 2 é chamada de L2. A distância diferencial é igual a L2 menos L1 e não pode ser superior a 40 km.
A taxa máxima do divisor é 1:128, o que significa que um divisor pode dividir a luz em 128 dispositivos.
E, como sabemos, se configurarmos a relação do splitter para 1:129, haverá mais atenuações no splitter.
Normalmente, usamos uma proporção de 1:64 ou 1:32 em nossa rede real.
Modos de multiplexação de dados GPON
O GPON implementa transmissão bidirecional de fibra única e o sistema usa a tecnologia WDM.
Para separar os sinais de vários usuários na mesma fibra óptica, são utilizadas as duas tecnologias a seguir:
- A tecnologia de broadcast é usada para fluxos de dados de downlink.
- A tecnologia TDMA é usada para fluxos de dados de uplink.
Então, como funciona a tecnologia GPON entre a OLT e a ONU?
Como são transmitidos os sinais em uma fibra?
Ele usa a tecnologia WDM, também chamada de tecnologia Wavelength Division Multiplexing.
Com esta tecnologia, podemos transmitir dois ou múltiplos comprimentos de onda em uma única fibra.
Mas, como sabemos, a rede GPON é uma rede P2MP, o que significa que uma fibra está conectada a várias ONUS através do divisor!
Downstream, Visão Geral
Em primeiro lugar, vamos ver esta topologia.
- O OLT é conectado ao spliter óptico através das fibras do Backbone.
- Em seguida, o spliter óptico é conectado a ONT através da fibra de distribuição.
Na direção da Downstreams, o comprimento de onda é de 1490 nm. Ainda no sentido downstream, se a OLT enviar dados para a ONU, o splitter, sendo um passivo, pode apenas copiar ou duplicar os dados. Assim todas as ONUS receberão os mesmos dados.
Então nesse modo temos o que chamamos de modo broadcast, o que significa que quando a OLT envia dados para a ONU, todas as ONUS receberão os mesmos dados.
Upstream, Visão Geral
Agora, vamos ver o sentido do fluxo de dados da ONU em direção a OLT.
Na direção upstream, o comprimento de onda é 1310 nm. Ainda no sentido upstream, as ONTs e ONUS enviarão dados para a OLT. No entanto, se os dados forem recebidos no spliter simultaneamente, haverá um conflito. Então, como resolver este problema?
Com base no intervalo de tempo, adotamos a tecnologia TDMA, Multiplexação por Divisão de Tempo.
A ONU1, ONU2 e ONT3 enviarão dados em momentos diferentes com base no intervalo de tempo.
Downstream, fluxo de dados sentido ONU
Modo de broadcast: O comprimento do frame GPON na downstream é fixado em 125 us. Neste modo, todas as ONUs irão receber os mesmos dados. Os dados de diferentes ONUS são diferenciados pelo ID da porta GEM. As ONUS recebem seus próprios dados através de filtragem.
Por exemplo, nesta topologia, a OLT envia os dados 1, 2 e 3 para o ONT, passando pelo splitter. O splitter duplica esses dados e os envia para todas as ONUs.
Quando o ONUs recebem os dados, eles filtrarão seus próprios dados com base no ID da porta GEM.
Este ID identifica apenas o frame. As ONUs filtrarão seus próprios dados com base no ID da porta GEM e descartarão os outros dados. Assim, para este modo chamamos de modo broadcast.
Upstream Fluxo de dados sentido OLT
Modo TDMA: Na direção upstream GPON, os dados são transmitidos no modo TDMA. O link upstream é dividido em diferentes intervalos de tempo. Os timeslots upstream são alocados para cada ONU conforme o campo de mapa de largura de banda upstream do frame downstream.
Conforme exposto acima, na direção upstream, ONU1, ONU2 e ONU3 enviarão dados para a OLT. Mas eles não podem enviar dados ao mesmo tempo. Eles devem enviar dados com base nos intervalos de tempo. ONU1, ONU2 e ONU3 enviam dados em intervalos de tempo diferentes. Portanto, chamamos esse modo de modo TDMA, multiplexação por divisão de tempo.
O link upstream é dividido em diferentes intervalos de tempo. Isso ocorre Ccm base nos timeslots, então as ONUS enviam dados um a um.
Conclusão
Portanto, no artigo de hoje, conhecemos três conceitos da rede GPON, incluindo WDM, transmissão e TDMA. Além disso, conhecemos como funcionam os diferentes comprimentos de onda na rede GPON. Vimos que o comprimento de onda no sentido da downstream é de 1490 nm, enquanto o comprimento de onda no sentido da upstream é de 1310 nm.
No próximo artigo falaremos sobre análise de protocolos GPON
Até o próximo artigo.
