تاریخچه GPON

تاریخچه GPON:

از مهمترین عوامل برای تکنولوژی های جدید رشد روز افزون درخواست برای اینترنت با سرعت بالاتر می‌باشد که باعث به وجود آمدن تجربه‌های جدید در جهان گردیده است. این موضوع باعث شده است، اپراتورهای ارتباطات مخابراتی، شبکه‌هایی بر اساس فیبر نوری را در نظر بگیرند. همچنین اپراتورها باید اقداماتی در زمینه سازگار کردن شبکه های موجود با سیستم‌های فیبر نوری انجام دهند.

به همین دلیل اکثر ارائه دهندگان سرویس‌های مخابراتی بابت فراهم کردن ارتباطات سریع‌تر در حال کنار گذاشتن طراحی شبکه‌ها با کابل‌های مسی هستند و به سمت فیبر نوری گرایش پیدا کرده‌اند.

مناسب‌ترین انتخاب برای اهداف بلند مدت در زمینه شبکه هایی با فیبر نوری FTTH (فیبر به خانه) می‌باشد زیرا اگر سرویس دهی به مشترکین به طور کلی با فیبرهای نوری انجام شود، افزایش پهنای باند در آینده به راحتی انجام می‌شود.

FTTH راه حل مناسبی برای ارائه خدمات پهنای باند بالا که شناخته ترین آنها شامل بازی‌های آنلاین، تلویزیون با کیفیت HD، VOIP و غیره می باشد، ارائه می‌نماید.

شبکه‌های فیبری بر اساس FTTH به صورت یک نقطه به چند نقطه می‌تواند استفاده گردد به این صورت که طراحی به گونه ای در نظر گرفته شود که اسپلیتر های نوری بتوانند از یک فیبر نوری برای چند دستگاه استفاده کنند.

بررسی تاریخچه GPON:

برای نمونه از فیبرنوری سینگل مود می توان با تضعیف کم (0.2  dB/km تا 0.6 dB/km) و پهنای باند بالا (بیشتر از 30,000 GHz) جهت فراهم نمودن سرعت بسیار بالاتر از تکنولوژی های موجود استفاده کرد.

بنابراین شبکه‌های FTTH قادر هستند انواع سرویس های ارتباطی شامل داده، صدا و تصویر را به نوعی که با محدودیتی در آینده مواجه نشوند ارائه نماید.

چندین تکنولوژی TDM PON برای توسعه شبکه های FTTH استاندارد سازی گردیده است که در جدول زیر خلاصه این استاندارها به همراه پارامترهای مهم در آن ها ذکر شده است. همچنین تفکیک طول موج در شبکه های نوری WDM PONs   نسل بعدی این گونه شبکه ها است.

دو مزیت در این تکنولوژی به شرح زیر هستند:

1-امکان انتقال 4 تا 16 طول موجی در یک فیبر جهت پشتیبانی تعداد کاربران بیشتر در هر فیبر با نرخ بالاتر انتقال به این معنی که اپراتور ها می توانند با طول موج های مختلفی کار کنند.
2-امکان تخصیص طول موج به هر کاربر شبیه به ارتباط نقطه به نقطه است که قادر به پشتیبانی 1.25Gbps ظرفیت انتقال upstream و  downstream میباشد.

تاریخچه GPON:

GPON نوید نرخ ارسال بالاتر و کارایی بیشتر در زمان استفاده‌ی همزمان از چند سرویس را ارائه میکند.

مهم‌ترین ویژگی‌های GPON، طبق شرایط پیشنهادی گروه FSAN، به شرح زیر است:

•    پشتیبانی کامل سرویس، شامل صدا، تصویر و دیتا
•    برد فیزیکی حداقل 20 کیلومتر همراه با برد منطقی 60 کیلومتر.
•    پشتیبانی از نرخ‌های ارسال متفاوت در یک پروتکل، شامل622 Mbits/sec متقارن،.

1.25 Gbits/sec متقارن، 2.5 Gbits/sec از کامپیوترها به شبکه و 1.25 Gbits/sec از شبکه به کامپیوترها، و غیره.
•    توانایی‌ بالای عملیات، مدیریت، نگه‌داری و آماده‌سازی (O&M)، با قابلیت مدیریت سرویس در تمام مراحل.
•    امنیت در سطح شبکه برای ترافیک کامپیوترها به شبکه، به دلیل ماهیت چندپخشی PON.

ویژگیهای تکنولوژی جی پان (GPON) :

امروزه با توجه به نیاز های گوناگون مردم ،تقاضای آنها برای داشتن اینترنت با پهنای باند بالا افزایش پیدا کرده است. ترویج دور کاری، تماشای کانال های تلویزیونی HD متعدد و گاهاً استفاده از چندین تلویزیون به صورت همزمان در خانه، آپلود و دانلود فایل های چند رسانه ی و استفاده از سرویس های Peer-to-Peer، بازی های آنلاین ،استفاده از شبکه های اجتماعی،اشتراک گذاری داده ها همه و همه منجر به ایجاد نیاز به ظرفیت بالا در اینترنت گردیده است و پاسخی قطعی به این تقاضا استفاده از فیبر نوری در منازل است.

تکنولوژی جی پان GPON یک مکانیزم دسترسی Point-to-Multi point است و مشخصه اصلی آن استفاده از اسپلیترهای پسیو (غیرفعال) در شبکه های توزیع فیبر نوری است و به این صورت است که تنها یک فیبر از مراکز ارائه دهنده ، دریافت و به چندین مصرف کننده شامل منازل و مشاغل کوچک ارائه خواهد گردید.

سرعت اشتراک گذاری جی پان GPON در ظرفیت downstream (انتقال داده از سرویس دهنده به سرویس گیرنده- دانلود)، 2.488 Gbps و در ظرفیت Upstream (انتقال داده از سرویس گیرنده به سرویس دهنده- آپلود)، 1.244Gbps است. در اغلب موارد سیگنال های downstream به تمام نقاط اشتراک گذاری شده broadcast می گردد، اما جهت حفظ داده های خصوصی هر کاربر از استراق سمع سایر کاربران، داده ها در این تکنولوژی رمزنگاری می گردند. گرچه فناوری‌های دیگری نیز قادر هسند زمینه FTTH (فیبر تا منازل) را پیاده کنند، اما بطور کلی تکنولوژی جی پان GPON قوی ترین کاندیدا برای استفاده گسترده است.

EPON و GPON

ایپان (EPON) و جیپان (GPON) نسخه های محبوب شبکه های نوری پسیو یا همان PON ها هستند.

این شبکه‌های نوری برای دسترسی اینترنت، VoIP و تلویزیون های دیجیتال در محیط‌های شهری دارای کاربرد هستند.

دیگر کاربرد ها شامل اتصالات Backhaul ایستگاه های سلولی، هات اسپات های وای فای و حتی سیستم‌های توزیع آنتن (DAS)  هستند.

تفاوت های اصلی بین آنها در پروتکل های بکار رفته در ارتباطات دریافتی و ارسالی است.

اجزای شبکه GPON

OLT (Optical Line Terminal)
OLT عنصر اصلی شبکه می باشد که معمولا در محل مبادلات محلی شبکه قرار می گیرد.

و موتور هدایت گر سیستم FTTH است. این دستگاه معمولا از یک پاور برق 48VDC استفاده می کند،.

حداقل یک کارت برای دریافت اینترنت، یک کارت برای تنظیمات و یک کارت GPON با تعدادی پورت خروجی دارد. برای آشنایی بیشتر با OLT کلیک کنید.

Splitter
اسپلیترهای مورد استفاده در GPON توان سیگنال نوری را تفکیک میکنند.

یعنی هر لینک (فیبر) که به splitter وارد می شود می تواند به تعدادی فیبر که معمولا بیش از دو تا است جدا گردد.

این موضوع اشتراک گذاری هر فیبر  با تعداد زیادی کاربر را  فراهم می کند. این قطعه می بایست ویژگی های زیر را دارا باشد:
•    قابلیت عملکرد روی رنج وسیعی از طول موج ها
•    insertion loss کم
•    یکسانی عملکرد در شرایط مختلف
•    حداقل ابعاد

ONT (optical network terminal)
ONT در سمت کاربران یا مشتریان عمل می کند و به OLT به وسیله فیبر نوری متصل می گردد.

در GPON،  فرستنده و گیرنده در ONT ارتباط فیزیکی بین مشتری و مرکز مخابراتی است.

همچنین ماژول WDM سه طول موج 1310nm, 1490nm, 1550nm را جدا می کند.

ONT داده ها را در 1490 دریافت می کند و ترافیک را رد 1310 ارسال می کند.  ویدیو آنالوگ در  1550  دریافت می گردد.
همچنین MAC ، upstream را کنترل می کند و اطمینان می دهد .

که تداخلی به دلیل upstream  در انتقال داده ها از home های مختلف وجود نخواهد داشت.
GPON از تخصیص طول موج پویا استفاده می کند که وابسته به تعداد packet های قابل دسترس در T-Cont است.

وقتی که OLT تعداد packet های در حال انتظار در T-CONT را می خواند، پهنای باند را تخصیص می دهد.

در صورتی که packet در انتظار وجود نداشته باشد،.

OLT پهنای باند را به T-CONT دیگری که packet در حال انتظار دارد اختصاص می دهد.

اگر یک ONT دارای صف بزرگی باشد می تواند چند T-CONT به آن ONT اختصاص دهد.

معماری GPON

معماری GPON FTTH قابلیت پشتیبانی سرویس های داده و صدا تا حداکثر سرعت 2.5 Gbps را دارد.

همچنین این معماری قادر به انتقال چندین سرویس در قالب محلی می باشد به ویژه داده و TDM.

به منظور انتقال آسان از BPON به GPON، توابع بسیاری در BPON  قابل بکارگیری در GPON می باشند.

استاندارد های GPON به عنوان ITU-T Recommendations G.984.1  یا G.984.5 شناخته می‌شوند.

GPON از پروتکل GFP (Generic Framing Procedure) جهت فراهم کردن پشتیبانی سرویس های صدا و داده استفاده می کند.

یک مزیت بزرگ در GPON نسبت به دیگر طرح های فیبر نوری به این صورت است .

که، اینترفیس همه سرویس‌ها فراهم شده و در GFP بسته های شبکه متعلق به توپولوژی های مختلف قادر به انتقال در فرمت های محلیشان گردیده اند.

اجزای صدا می توانند به صورت سرویس VOIP ارائه شوند و با اجزای داده در لایه فیزیکی شبکه ترکیب گردند.

در پایان اجزای ویدئویی می توانند به صورت سیگنالهای RF ارائه شوند یا به صورت سیگنال های IPTV که قادر به ترکیب با داده می باشند.

GPONاز تکنولوژی درختی که با حداقل جداسازی طول موج، حداکثر توان پوششی در شبکه را فراهم می نماید استفاده می کند.

بنابراین نیاز به قدرت نوری را کاهش می دهد.

یک شبکه FTTH دارای 5 ناحیه ی هسته، مرکز مخابراتی، شبکه تغذیه، شبکه توزیع توزیع و کاربر است که در شکل زیر قابل مشاهده است.
توجه: ناحیه هسته جزئی از شبکه FTTH محسوب نمیشود.

ناحیه یک- هسته
این ناحیه شامل تجهیزات سرویس دهی مانند سوییچهای مخابراتی و سرورها میباشد.

ناحیه دو- مرکز مخابراتی
میزبانی OLT  و  ODF وظیفه مرکز مخابراتی می باشد. در برخی موارد این ناحیه می تواند شامل تجهیزات ناحیه هسته نیز باشد.

ناحیه سه- تغذیه دهنده شبکه FTTH (ناحیه Feeder)
این ناحیه از(optical distribution frame)  ODF در مرکز مخابراتی  به نقاط توزیع بسط می یابد.

این نقاط معمولا کابینت های در خیابان هستند که در اسپلیترهای سطح 1 هستند .

و تحت عنوان FDT(Fiber Disruption Frames) بیان می شود.

کابل feeder به صورت توپولوژی رینگ متصل می گردد که از یک پورت GPON شروع شده و در پورت دیگر GPON به پایان می رسد.

(شکل 1). جداکننده (splitter) که در اینجا استفاده می گردد، .

امکان اتصال feeder به دو GPON را فراهم می کند. کابلی که بین CO و اسپلیتر سطح 1 است، را فیبر سطح 11 می نامند.

ناحیه چهار- شبکه توزیع FTTH
یک کابل به نام کابل توزیع، splitter سطح 1 (در FDT) را به splitter سطح 2 متصل می گرداند.

Splitter سطح 2 معمولا در جعبه ای به نام FAT(Fiber Access Terminal) قرار دارد. همان طور که در شکل مشاهده می شود.

هر FAT از نوع 1:16 می باشد به این معنا که هر FAT 16 خانه را سرویس می دهد.

همچنین کابل فیبری که بین splitter سطح 1 و سطح 2 است را فیبر سطح 22 نامیده می شود.
باکسها و ترمینالهای توزیع را OTB (Optical Termination Box) نیز می نامند.

ناحیه پنج -کاربر یا مشتری
در این ناحیه drop cable یا فیبر سطح 3 برای اتصال splitter های سطح 2 در  FAT به کاربران استفاده می گردد.
نکته حائژ اهمیت در این بخش این است که فیبرنوری باید به نوعی توزیع شود.

که طراحی مفید، ساختار، نگهداری و پشتیبانی مناسب فراهم گردد.

بنابراین، جهت تعیین معماری شبکه – طراحی، ساختار، نگهداری و عملکرد به همراه اجزای استفاده شونده- در FTTH باید ملاحظات زیر را در نظر گرفت:

• مقیاس پذیری
• عملکرد مناسب
• هزینه های ساخت و پشتیبانی
• قابلیت ارتقای شبکه

جریان ترافیکی در شبکه های GPON FTTH

داده ها از OLT به ONT  به صورت broadcast در downstream .

و به صورت TDM (time division multiplexing) در upstream انتقال می یابند. طول موج داده ها nm 1490 در downstream  است.

سرویس‌های صدا و داده از هسته شبکه به روی شبکه نوری به OLT می رسند .

و به ONT ها به وسیله splitterها توزیع می گردند. هر خانه، پکیج های اطلاعاتی خود را از طریق ONT دریافت می کند.

Upstream داده هایی را ارائه می دهد که از ONT به OLT منتقل می شوند.

که در این حالت طول موج upstream  nm1310 است.

اگر سیگنال‌ها از ONT های مختلف به  splitter در یک زمان با طول موج یکسانی برسند.

(1310nm)، TDMA از تداخل سیگنال‌ها جلوگیری می کند.

در این حالت یکی از پورت ها به صورت Active  و دیگری به صورت standby پیکربندی می گردد.

در شکل زیر شکل معمولی ترافیک در شبکه قابل مشاهده است.

اگر یک خطا در رشته فیبر رخ دهد، OLT به صورت خودکار پورت standby را در GPON فعال می کند.

تا یک کپی از ترافیک downstream را در جهت دیگر به FDT های در شبکه broadcast  می کند.

(شکل زیر- دومی). شکل سومی موقعیتی را نشان می دهد که در آن پورت فعال GPON خودش خطا دارد،.

در این مورد OLT به صورت اتوماتیک سیگنال نور به خط دیگر (برای حفاظت) از طریق پورت Standby ارسال میکند.

GPON پیشرفته‌ترین پروتکل PON در بازار امروز می باشد، که امکان پشتیبانی از چند سرویس را دارد،.

غنی‌ترین مجموعه ویژگیهای O&M را ارائه می‌کند و بازدهی‌ای بسیار بالاتر از تکنولوژی‌های مبتنی بر ATM و اترنت PON دارد.
علاوه بر این، GPON  پایین‌ترین قیمت را برای همه‌ی مدل‌های کارکرد دارد.

نه تنها قیمت احتمالی خود سیستم به دلیل عدم نیاز به تطبیق خارجی پایین می باشد،.

بازدهی بسیار بالای آن نیز باعث تولید “بیت‌های سودمند” بیشتر در همان سیستم نیز می گردد، یعنی دوره‌ی بازگشت سرمایه بسیار کوتاه‌تر است.
GPON  با تضمین سادگی و مقیاس‌پذیری در مواجهه با سرویس‌های جدید و نوظهور،.

راه انتقال روشنی را برای استفاده از سرویس‌های نوظهور بدون اختلال در تجهیزات فعلی GPON یا تغییر در لایه‌ی انتقال ارائه کرده است.

بازدهی و عملکرد سیستم در GPON FTTH

مهم‌ترین فاکتور در بررسی هزینه‌ی کلی یک راهکار، فاکتور بازدهی است.

که همه‌ی پهنای باند قابل فروش به عنوان سرویس در سیستم را مشخص می‌کند.

در مقایسه‌ی سیستم‌هایPON، مانند  APON، EPON  یا GPON، با فرض نرخ ارسال مساوی 1.25 Gbits/sec،.

با اطمینان می‍توان گفت که قیمت خود سیستم در همه‌ی آن‌ها بسیار نزدیک می باشد.

بخش بزرگی از هزینه‌ی سیستم، بابت واسط نوری وابسته به پروتکل PON می باشد.

بقیه‌ی اجزای سیستم نیز به همین صورت و بر طبق مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC) و دیگر اجزای استاندارد قیمت‌گذاری می گردند.

با فرض هزینه‌ی یکسان برای خود سیستم‌ها، بازدهی تنها فاکتور مهم در تعیین هزینه‌ی هر بیت، یا میزان “بیت‌های سودمند” می باشد.

که می‌توان از هر شبکه انتظار داشت. شبکه‌ای با بازدهی 100% ،1.25 Gbits/sec ظرفیت پذیرش آزاد فراهم می‌کند، .

در حالی که شبکه‌ای با بازدهی 50% تنها 622 Mbits/sec ظرفیت دارد.

در نتیجه دو سیستم برای ارائه‌ی همان میزان ظرفیت مورد نیاز می باشد، و هزینه‌ی فعالیت شبکه دو برابر می گردد.

جدول بالا بازدهی کلی PON در پروتکل‌های مختلف، بر اساس یک آنالیز مدل ترافیک انجام شده توسط گروه FSAN را نمایش می‌دهد.

با در کنار هم گذاشتن درصدهای بازدهی و نرخ‌های انتقال متفاوت هر پروتکل، .

میتوان پنهای باند کل دردسترس برای سرویس‌ها یا ترافیک مشتری را به دست آورد،.

که به صورت “بیت‌های سودمند” در دسترس برای هر سیستم تعریف گردیده است.

مقیاس‌ پذیری در محیط چند سرویسی

GPON نه تنها بازدهی بسیار بیشتری به عنوان شبکه ی انتقال دارد.

، بلکه سادگی و مقیاس‌پذیری بالا آن را گزینه‌ی مناسبی برای پشتیبانی از سرویس‌های دیگر در آینده کرده است.

GPON، از طریق متد تطبیق مبتنی بر روش فریم‌های عمومی (GFP)،.

راه انتقال روشنی برای افزودن سرویس‌های دیگر به PON بدون اختلال در تجهیزات فعلی یا تغییر لایه‌ی انتقال ارائه می‌کند.

در مقایسه با APON و EPON  که هر دو به روش خاص تطبیق برای هر سرویس،.

و توسعه روش‌های جدید برای سرویس‌های نوظهور نیاز دارند- بنیان اصلی GPON یک روش تطبیق کلی می باشد،.

که روشهای تطبیقی برای همه‌ی سرویس‌های ممکن را مورد پوشش قرار می‌دهد.

علاوه بر این،GPON  پایین‌ترین قیمت را برای همه‌ی مدل‌های کارکرد دارد.

نه تنها قیمت احتمالی خود سیستم به دلیل عدم نیاز به تطبیق خارجی پایین است،.

بازدهی بسیار بالای آن نیز باعث تولید “بیت‌های سودمند” بیشتر در همان سیستم نیز می گردد.

یعنی دوره‌ی بازگشت سرمایه بسیار کوتاه‌تر خواهد بود.

GPON با تضمین سادگی و مقیاس‌پذیری در مواجهه با سرویس‌های جدید و نوظهور،.

راه انتقال روشنی را برای استفاده از سرویس‌های نوظهور بدون اختلال در تجهیزات فعلی یا تغییر در لایه‌ی انتقال ارائه کرده است.