Ftth-gpon
FTTH-GPON
GPON（ギガビットパッシブ光ネットワーク）は、ITU-T仕様 G.984 シリーズに基づいたアクセスネットワーク用の光システムです。 1:32スプリット比のクラスB +オプティクスを使用することにより、28dBの光バジェットで20 kmの到達距離を提供できます（次の図を参照）。
GPONシステムは次のレートをサポートしています-
- アップストリーム155 Mbps、ダウンストリーム1.24416 Gbps
- アップストリーム622 Mbps、ダウンストリーム1.24416 Gbps
- 1.24416 Gbpsアップストリーム、1.24416 Gbpsダウンストリーム
- 155Mbpsアップ、2.48832 Gbpsダウンストリーム
- 622 Mbpsアップ、2.48832 Gbpsダウンストリーム
- 1.24416 Gbpsアップ、2.48832 Gbpsダウンストリーム
- 2.48832 Gbpsアップ、2.48832 Gbpsダウンストリーム
GPONは、ATMとGEMの両方のカプセル化をサポートしています。 GEM（GPON Encapsulation Method）は、ネイティブTDMとデータの両方をサポートしています。
GPONの機能
この進化技術はBPON GEMに基づいています。 以下はその特徴です-
ダウンストリーム伝送
- 2.4 Gbps
- 1つのONTのBWは、複数のHDTV信号を供給するのに十分です
- QOSは遅延に敏感なトラフィック（音声）を許可します
アップストリーム伝送
- 1.24 Gbps
- 最小帯域幅を保証できます
- 未使用のタイムスロットをヘビーユーザーに割り当てることができます
- QoSにより、機密トラフィック（音声）を遅延させることができます
GPONを選ぶ理由
GPONは、次のような統合サービスソリューションを提供します-
- トリプルプレイサービスをサポートしています。
- ツイストペアケーブルを介したアクセスの帯域幅ハードルを解消するために、高帯域幅伝送をサポートしています。
- ネットワークノードを削減します。
- 最大20 kmのサービス範囲をサポートします。
GPON規格
GPON標準は、以前のBPON仕様に基づいています。 仕様は-
- G.984.1 -このドキュメントでは、ギガビット対応のパッシブ光ネットワークの一般的な特性について説明しています。
- G.984.2 -このドキュメントでは、ギガビット対応のパッシブ光ネットワークの物理メディア依存層の仕様について説明しています。
- G.984.3 -このドキュメントでは、ギガビット対応のパッシブ光ネットワーク伝送収束層の仕様について説明しています。
- G.984.4 -このドキュメントでは、ギガビット対応のパッシブ光ネットワークONT管理および制御インターフェイス仕様（OMCI）について説明しています。
GPONアーキテクチャ
GPON OLTは、PONポートを介して複数のONTに対応します。 通常、OLTからONTへのダウンストリーム伝送はTDMです。一方、ONTからOLTへのアップストリームトラフィックは通常TDMAです。
PONシステムは、対称または非対称の場合があります。 PONおよびファイバーインフラストラクチャは、一方向の分散サービスのサポートにも使用できます。 たとえば、異なる波長のビデオ。
GPON物理メディア依存層
G.984.2は、GPONシステムの物理層の仕様です。 物理層は次のような領域に対処します-
- データレートに関する光学性能。
- 光ファイバコンポーネントのクラス。
- 光パワーのタイミングと制御。
- 前方誤り訂正。
光学システムの基本的な要件の1つは、光信号を期待される範囲に拡張するのに十分な容量をコンポーネントに提供することです。 コンポーネントには、電力と感度に基づいた3つのカテゴリまたはクラスがあります。 コンポーネントのクラスは-
- クラスA光学：5〜20dB
- クラスB光学系：10〜25dB
- クラスCオプティクス：15〜30dB
光回線ターミナル（OLT）
OLTは、コアネットワークに向けてサービスノードインターフェイス（SNI）（通常1 Gbpsまたは10 GbpsイーサネットLANインターフェイス）を提供し、GPONを制御します。 OLTは3つの主要な部分で構成されています-
- サービスポートインターフェース機能
- クロスコネクト機能
- 光配信ネットワーク（ODN）インターフェイス
次の図は、典型的なOLT機能ブロック図を示しています。
PONコアシェル
PONコアシェルは2つの部分で構成されています。 最初の部分は* ODNインターフェース機能*で、一部は* PON TC機能*です。 PON TC機能には、OAM、メディアアクセス制御、フレーミング、DBA、クロスコネクト機能、およびONU管理用のProtocol Data Unit（PDU）の記述が含まれます。
- クロスコネクトシェル-このシェルは、PONコアシェルとサービスシェル間の通信パスを提供します。
- サービスシェル-このシェルは、PONセクションのサービスインターフェイスとTCフレームインターフェイス間の変換用です。
ONU/ONT
サービス MUX および DEMUX 機能は、お客様のデバイスをPON側に接続します。 オプティカルネットワークターミナル（ONT）はシングルサブスクライバー用に設計されており、ONU（オプティカルネットワーキングユニット）は複数のサブスクライバー用に設計されています。 スプリッタにより、PONを最大128個のONTまたはONUで共有できます。
ONT/ONUインターフェイス
サービスネットワークインターフェイスのアップリンク側でOLTに接続されている光ネットワーク端末（ONT）には、多くのユーザーネットワークインターフェイスポートがあります。 通常、UNIに向かって4つのFE/GEポートがあります。
- レジデンシャルONT用のUNIポート-通常、10/100Base-T高速インターネット（HSI）およびビデオオーバーIP、RFビデオオーバーレイシステム用RF同軸、VoIP PSTN音声用アナログFXS電話インターフェースなどの加入者サービスインターフェース。
- ビジネスONT用のUNIポート-上記に加えて、10/100/100Base-TルーターとL2/L3スイッチインターフェイス、およびキーシステム用のDS1/E1 PBXも含まれる場合があります。
光ネットワークユニット（ONU）は、GPONファイバーを終端し、複数の加入者に対してはるかに多くのユーザーネットワークインターフェイス（UNI）を備えています。 UNIインターフェースは、 ADSL2 +、VDSL2、電力線、MoCA 、または HPNA であり、加入者までの距離（10/100 Base-Tは100メートル、つまり330フィートに制限されます）です。
インターフェイスポートのタイプによっては、 UN UNI はサブスクライバCPE機器に直接接続できない場合があります。 この場合、UN UNIはネットワーク終端（NT）に接続します。これは、加入者の最終的な場所に配置されます。 NTは、PC、ワイヤレスルーター、電話、IPビデオセットトップボックス、セットトップボックス、RFビデオなど、加入者のCPE機器を終端します。
基本的に、ONTは、単一のデバイスにONUとNTの機能を組み合わせたものです。 この2つの組み合わせ。一緒になって、ONTは、ローカルおよび単一家族、中小企業にGPONサービスを提供する最もコスト効率の高いソリューションになります。 ただし、既にCAT-5銅線ケーブルが設置されている学生、ホステル、学校、大学、病院、または企業オフィスなどのキャンパスにクライアントが配置されている場合、ONUはより適切なソリューションとして機能します。
光配信ネットワーク
GPON ODN。シングルモードの光ファイバーとケーブルで構成されています。光ファイバリボンケーブル、スプライス、光コネクタ、受動光スプリッター、受動分岐コンポーネントは非常に受動的です。
ODN光スプリッターは、単一のファイバーを異なる建物や個々の家に向かう複数のファイバーに分割します。 スプリッタは、セントラルオフィス（CO）/ローカルエクスチェンジ（LE）から顧客構内まで、ODN内の任意の場所に配置でき、どのようなサイズでもかまいません。 スプリッターは[n：m]として指定されます。「n」は入力の数（OLTに向かって）= 1または2、「m」は出力の数（ONTに向かって）= 2,4,8,16です。 、32、64。
GPON多重化/フレーミング
GPONの多重化またはフレーミングは、次の要因で説明されます。
GPONカプセル化方法（GEM）
これは、指定されたGPON伝送コンバージェンスレイヤーのデータ転送スキームです。 GEMは、パッシブ光ネットワーク（PON）を介したデータサービスの転送のために、接続指向の可変長フレーミングメカニズムを提供します。 GEMは、OLTのサービスノードインターフェイスのタイプおよびONUのUNIインターフェイスのタイプに依存しないように設計されています。
ダウンストリームトラフィック（ONU/ONTへのOLT）
- ダウンストリームトラフィック*の場合、トラフィック多重化機能はOLTに集中化されます。 OLTによって個々の論理接続に割り当てられた12ビット番号の形式のGEMポートIDは、異なるダウンストリーム論理接続に属するGEMフレームを識別します。 各ONUは、GEMポートIDに基づいてダウンストリームGEMフレームをフィルタリングし、ONUに属するGEMフレームのみを処理します。
アップストリームトラフィック（OLUへのONU/ONT）
ONU内のトラフィックを運ぶエンティティは、OLTによってアップストリーム送信の機会（または帯域幅の割り当て）が許可されます。 これらのトラフィックエンティティは、*割り当てID *（Alloc-ID）で識別されます。 割り当て識別子（Alloc-ID）は、OLTがONUに割り当ててトラフィックを運ぶエンティティを識別する12ビットの番号です。 ONU内のアップストリーム帯域幅割り当ての受信者です。
異なるAlloc-IDへの帯域幅の割り当ては、ダウンストリームに送信される帯域幅マップのOLTによって指定された時間で多重化されます。 各帯域幅割り当て内で、ONUはGEMポートIDを多重化キーとして使用して、異なるアップストリーム論理接続に属するGEMフレームを識別します。
送信コンテナ（T-CONT）は、論理接続のグループを表すONUオブジェクトです。 PONでアップストリーム帯域幅を割り当てるために、単一のエンティティとして表示されます。 マッピングスキームに基づいて、サービストラフィックは異なるGEMポートに運ばれ、次に異なるT-CONTに運ばれます。
GEMポートとT-CONT間のマッピングは柔軟です。 GEMポートはT-CONTに対応できます。または、複数のGEMポートが同じT-CONTに対応できます。
G-PON伝送収束層（GTC）
物理メディア依存（PMD）レイヤーとG-PONクライアントの間に位置するG-PONプロトコルスイートのプロトコルレイヤー。 GTCレイヤーは、GTCフレーミングサブレイヤーとGTC適応サブレイヤーで構成されます。
ダウンストリーム方向では、GEMフレームはGTCペイロードで運ばれ、すべてのONUに到着します。 ONUフレーミングサブレイヤーがフレームを抽出し、GEM TCアダプターが12ビットのポートIDに基づいてフレームをフィルタリングします。 適切なポートIDを持つフレームのみがGEMクライアント機能を通過できます。
アップストリーム方向では、GEMトラフィックは1つ以上のT-CONTで伝送されます。 OLTはT-CONTに関連付けられた送信を受信し、フレームはGEM TCアダプターに転送され、次にGEMクライアントに転送されます。
GTCレイヤーフレーミング
- ダウンストリームフレーム*の持続時間は125マイクロ秒で、38880バイト長です。これは、ダウンストリームデータレート2.48832 Gbit/sに相当します。 ダウンストリームGTCフレームは、物理制御ブロックダウンストリーム（PCBd）とGTCペイロードセクションで構成されます。
GPON伝送収束フレームの長さは常に125ミリ秒です-
- 1244.16レートで19440バイト/フレーム
- 2488.32レートで38880バイト/フレーム
各GTCフレームは、物理制御ブロックダウンストリーム+ペイロードで構成されます
- PCBdには、同期、OAM、DBA情報などが含まれます。
ペイロードには、ATMおよびGEMパーティション（一方または両方）がある場合があります
- 上流GTCフレーム*の継続時間は125μsです。 1.24416 Gbit/sアップリンクを備えたG-PONシステムでは、アップストリームGTCフレームサイズは19,440バイトです。 各アップストリームフレームには、1つ以上のONUからの多数の送信バーストが含まれます。
各アップストリーム送信バーストには、アップストリーム物理層オーバーヘッド（PLOu）セクションと、個々のAlloc-IDに関連付けられた1つ以上の帯域幅割り当て間隔が含まれます。 ダウンストリームGTCフレームは、PONの共通時間基準とアップストリームの共通制御シグナリングを提供します。
GPONペイロード
GTCペイロードには潜在的に2つのセクションがあります-
- ATMパーティション（Alen＆ast; 53バイトの長さ）
- GEMパーティション（現在推奨されている方法）
ATMパーティション
ATMパーティションには次の特性があります。
- Alen（12ビット）はPCBdで指定されます。
- Alenは、ATMパーティション内の53Bセルの数を指定します。
- Alen = 0の場合、ATMパーティションはありません。
- Alen =ペイロード長/53の場合、GEMパーティションはありません。
- ATMセルはGTCフレームに揃えられます。
- ONUは、ATMヘッダーのVPIに基づいてATMセルを受け入れます。
GEMパーティション
GEMパーティションには、次の特性があります。
- ATMセルとは異なり、GEMで区切られたフレームの長さは任意です。
- GEMパーティションには、GEMフレームをいくつでも含めることができます。
- ONUは、GEMヘッダーの12bポートIDに基づくGEMフレームを受け入れます。
GPONカプセル化モード
BPONに対する一般的な不満は、ATMセル税による非効率性でした。 GEMはATMに似ています。 一定サイズのHECで保護されたヘッダーがあります。 ただし、可変長フレームを許可することで大きなオーバーヘッドを回避します。 GEMは汎用です。すべてのパケットタイプ（およびTDMも）がサポートされています。 GEMはフラグメンテーションと再アセンブリをサポートしています。
GEMはGFPに基づいており、ヘッダーには次のフィールドが含まれています-
- ペイロード長インジケータ-バイト単位のペイロード長。
- ポートID-ターゲットONUを識別します。
- ペイロードタイプインジケータ（GEM OAM、輻輳/フラグメンテーションの表示）。
- ヘッダーエラー修正フィールド（BCH（39,12,2）コード+ 1b偶数パリティ）
GEMヘッダーは、送信前にB6AB31E055とXORされます。
Ethernet/TDM over GEM
GEM経由でイーサネットトラフィックを転送する場合
- MACフレームのみがカプセル化されます（プリアンブル、SFD、EFDなし）
- MACフレームが断片化する場合があります（次のスライドを参照）。
Ethernet over GEM
TDMトラフィックをGEMで転送する場合-
- TDM入力バッファは125ミリ秒ごとにポーリングされました。
- TDMのPLIバイトがペイロードフィールドに挿入されます。
- TDMフラグメントの長さは、周波数オフセットにより±1バイト変動する場合があります。
- 3ミリ秒に制限された往復遅延。
TDM over GEM
GEMは、ペイロードを*断片化*できます。 たとえば、次の図に示すような断片化されていないイーサネットフレーム。
次の図は、フラグメント化されたイーサネットフレームを示しています。
GEMは、次の2つの理由のいずれかのためにペイロードを断片化します-
- 理由1 *-GEMフレームがGTCフレームにまたがっていない可能性があります。
- 理由2 *-遅延の影響を受けやすいデータの場合、GEMフレームが横取りされる可能性があります。
GPON暗号化
OLTは、カウンターモードでAES-128を使用して暗号化します。 ペイロードのみが暗号化されます（ATMまたはGEMヘッダーは暗号化されません）。 暗号化ブロックはGTCフレームに揃えられます。 カウンターは、次のようにOLTとすべてのONUで共有されます-
- 46b = 16bフレーム内+ 30ビットフレーム間。
- フレーム内カウンターは、4データバイトごとに増分します。
- DS GTCフレームの開始時にゼロにリセットします。
OLTと各ONUは、一意の対称キーに同意する必要があります。 OLTはONUにパスワードを要求します（PLOAMdで）。 ONUはパスワードUSを平文で（PLOAMuで）送信します-
- 堅牢性のためにキーを3回送信
OLTは、新しいキーの使用を開始する正確な時間をONUに通知します。
QoS – GPON
GPONはQoSを明示的に扱います。 固定長フレームは、時間に敏感なアプリケーションのQoSを促進します。 伝送コンテナの5種類があります-
- タイプ1-固定帯域幅。
- タイプ2-保証帯域幅。
- タイプ3-割り当てられた帯域幅+非保証帯域幅。
- タイプ4-ベストエフォート。
- タイプ5-上記のすべてのスーパーセット。
GEMはいくつかのPON層QoS機能を追加します-
- フラグメンテーションにより、優先順位の低い大きなフレームを横取りできます。
- PLI-明示的なパケット長は、キューイングアルゴリズムで使用できます。
- PTIビットは輻輳表示を伝えます。
次の章では、イーサネットパッシブ光ネットワークとは何かを理解します。
