GPON

GPON

วัตถุประสงค์และเป้าหมายของเทคโนโลยี GPON

1. แก้ไขปัญหาข้อจำกัดของ xDSL (ความเร็ว, ความยาวสาย, ความน่าเชื่อถือ, การใช้งานร่วมกัน)
2. ความหลากหลายของบริการในระดับชั้น Access Network (ประสิทธิภาพต่อการทำธุรกิจ)
3. นำโครงสร้างพื้นฐานระยะยาวมาใช้ประโยชน์

เนื้อหา

1. ความรู้ทั่วไปของ GPON
• ประวัตของมาตรฐาน GPON ...XGPON
• PON Tecnology Information
• ความรู้เบื้องต้นของ TDM/TDMA PON
• นิยามศัพย์
2. Physical Layer
• Medium access
• Framing
• Coding Aspects
• OAM messaging
• ONT bring-up
3. Network Integration
• Network convergence
• GEM Layer
• DBA
• QoS & vlan
4. GPON OMCI (G.984.4/G.988)
• Message Format
• Database representation
• Alarms
• Software download

ความรู้ทั่วไปของ GPON

ประวัติของมาตรฐาน GPON ...XGPON

APON, BPON, GPON ...XGPON

• 1995
• FSAN ได้เริ่มกิจกรรมเกี่ยวกับมาตรฐาน PON 155Mbps ที่ชื่อว่า APON ITU983.3Series
• 1999
• เกิดมาตรฐาน BPON 822/155Mpbs
• 2001
• FSAN ตั้งคณะทำงานมาตรฐาน GPON G.984 ที่ความเร็ว 2.4 Gbps
• EFM เริ่มทำงานเกี่ยวกับ 802.3ah บนมาตรฐาน EPON
• 2003
• ITU อนุมัติมาตรฐาน GPON
• 2004
• IEEE เผยแพร่มาตรฐาน EPON
• 2009
• GPON ให้บริการครั้งแรกที่ประเทศฝรั่งเศส
• เกิดเป็นมาตรฐานใน ITU ในกลุ่มของ G.984
• ได้เกิดมาตรฐานสำคัญสำหรับ GPON คือ G.984.3 และ G.984.4
• 2010
• ได้มีการสร้างมาตรฐานในการทำ Inter Operation(IOT) ระหว่าง GPON คือ WT-247 และ WT-255 ใน Broadband Forum (ภายหลังได้กลายมาเป็น TR-247 และ TR-255) (เกิดขึ้นช้าเกินไปทำให้เกิดปัญหา IOT)
• ได้มีการสร้างมาตรฐานสำหรับ OMCI Parameters คือ G.988 (เกิดขึ้นช้าเกินไป ทำให้บริษัทผู้ผลิตกำหนดมาตรฐานออกเองเป็นจำนวนมาก)
• 2011
• กระบวนการ BBF.247 ซึ่งใช้รับรองการ IOT ของ ONT เกิดขึ้นใน Broadband Forum 
• มาตรฐาน XGPON1 FSAN Plugfest เกิดขึ้น
• 2012
• G.988-2012 ถูกแก้ไขเพื่อเพิ่มเติม Parameter ของ OMCI ให้เหมาะสมยิ่งขึ้น
• 2015-2016-2017
• กำหนดระยะเวลาของการออกอนุมัติ NGPON2

PON Technical Information

Description	EPON	GPON	XG-PON	NG-PON
Standard	IEEE 802.3ah	ITU G.983	ITU G.987	ITU G.989
Downstream Speed	1.25 Gpps	2.5 Gbps	10 Gbps	40 Gps
UpStream Speed	1.25 Gbps	1.25 Gbps	2.5 Gbps(…10Gbps)	40 Gbps (Typical 10 Gbps)
Downstream Wavelenght	1500 nm	1490 nm	1577 nm	WDM
Upstream Wavelenght	1310 nm	1310 nm	1270 nm	WDM
Layer2 Support	Ethernet	Ethernet over GEM and /or ATM	Ethernet/MPLS over Gem	Ethernet
Voice Support	TDM Packet	Ethernet over ATM/IP or native TDM	VoIP	VoIP
Video Support	IP Video	RF overlay (over 1550 nm) and/or IP Video	RF overlay (over 1550 nm) and /or IP Video	RF overlay (over 1550 nm) and /or IP Video
Maximum PON Splitter	16	64(128)	up to 254	up to 254

ความรู้เบื้องต้น TDM/TDMA PON

1. PON ย่อมาจาก Passive Optical Network
2. PON ใช้การส่งแบบ TDM สำหรับฝั่ง Download ของ ONU เป็นการแบ่ง Slot เวลาในการส่งโดยทุก ONU จะได้รับข้อมูลของ ONU ตัวอื่น ๆ ด้วย ตามภาพด้านล่าง
3. PON ใช้การส่งแบบ TDMA สำหรับฝั่ง Upload ของ ONU เป็นการตกลงเวลาของ ONU แต่ละตัวว่าจะส่งออกมาเวลาใดแล้วจะถูกรวมด้วย Splitter แล้วส่งมายัง OLT ตามภาพด้านล่าง

(ภาพจาก ALU Document-2012)

นิยามศัพท์

OLT = Optical Line Terminal

ONU = Optical Network Unit

ONT = Optical Network Terminal

TDMA = Time Division Multiple Access

FSAN = Ful Service Access Network

BPON = Broadband PON

GPON = Gigabit-capable PON

XGPON = 10 Gigabi-capable PON

EPON = Ethernet PON

NGPON = Next Generation PON2
GTC = GPON Transmission Convergence
PLOAM = Physical Layer Operation Administration and Maintenance
OMCI = ONT Management and Control Interface
GEM = GPON Encapsulation Method
PCB = Physical Control Block

Physical Layer

Physical Layer and Topology

• OLT เรื่องที่ต้องพิจารณา
• จำนวน interface ที่ OLT ให้บริการได้
• ประสิทธิภาพของการควบคุม Bandwidth ระหว่าง ONT
• การจัดการ ONT
• การเชื่อมต่อระหว่างบริการและ WAN
• ONT เรื่องที่ต้องพิจารณา
• ปัญหาเรื่องต้นทุน
• การรวมระหว่าง ONU-RG และ SFP-ONUs
• การสูญเสียของ Splitter

	จำนวน Port	การสูญเสีย(Insertion Loss) dB
	1:2	3
	1:4	6
	1:8	9
	1:16	12
	1:32	15
	1:64	18
	1:128	21

• การสูญเสียทางแสง
• การเข้มในการส่งสัญญาณแสง 0 ถึง 5 dBm (ตามมาตรฐานทั่วไปใช้ 1.5 dBm)
• ความไวในการรับสัญญาณแสง (APD) -28 dBm
• การสูญเสียของใยแก้วนำแสง 20 กิโลเมตรมาสุดไม่เกิน 7 dB
• Optical Transceivers ควรเลือกเป็นแบบ Class C ขึ้นไป

	คำอธิบาย	การสูญเสีย	จำนวน/Link	รวมสูญเสีย
	Splitter (1:64)	18 dB	1	18 dB
	Splices	0.1 dB	4	0.4 dB
	Connectors	0.5 dB	4	2 dB
	Fiber Loss
	1310 nm	0.35 dB/km	10 km	3.5 dB
	1490 nm	0.22 dB/km	10 km	2.2 dB
	1550 nm	0.2 dB/km	10 km	2 dB
		1310 nm	1490 nm	1550 nm
	รวมสูญเสียทั้งหมด(dB)	23.9 dB	22.6 dB	22.4 dB

• Modulation
• การ Modulation ทางแสงเป็นแบบ NRZ (Non Return to Zero) เป็นการ modulation ที่ไม่ได้เปลี่ยนตามการขอบขาลงของ Clock โดยจะค้างค่าไว้จนกว่าจะได้รับสัญญาณ Clock ในขอบขาขึ้นถัดไป
• สัญญาณ 1 มีความเข้มแสงประมาณ 2 dBm ในการส่ง
• สัญญาณ 0 มีความเข้มแสงประมาณ -8 dBm ในด้านส่ง
• ขณะที่เลเซอร์ปิดค้าความเข้มแสงจะน้อยกว่า -45 dBm

Medium Access

GTC Framing

• ในระดับชั้นของ GTC Frame แต่ละเฟรมจะมีขนาด 125 ไมโครวินาที หรือ 8,000 เฟรม/วินาที
• ใน 1 เฟรมของดาวน์สตรีม (จาก OLT ไป ONU) จะมีทั้งหมด 38,880 ไบท์
• ดังนั้นแบนด์วิดท์ในฝั่งดาวน์สตรีมจะคิดเป็น 8,000 เฟรม/วินาที x 38,880 ไบท์ x 8 บิท/ไบท์ = 2.48832 กิกะบิท/วินาที
• ในส่วนของอัพสตรีมเฟรมได้รับการกำหนดเวลาให้ ONT/ONU ส่งเฟรมมายัง OLT จาก OLT โดยใช้ดาวน์สตรีมในการกำหนดช่วงเวลาดังกล่าว
• ในลำดับชั้น GTC Frame สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 รูปแบบ คือ
• GTC Framing Downstream(ส่งจาก OLT ไปยัง ONT/ONU)
• GTC Framing Upstream(ส่งจาก ONT/ONU ไปยัง OLT)

GTC Framing Downstream

ภาพรวมของการ Encapsulation ในระดับชั้นของ GTC Framing Download


PLOAM มีหน้าที่ส่งข้อมูลในการควบคุมช่องทางการขนส่ง 
OMCI มีหน้าที่ในการส่งข้อมูลในการควบคุมการทำงานของ ONT หรือ ONU
GEM มีหน้าที่ในการขนส่งขอมูลโดยจาก Layer 2 ของ Technology อื่น เช่น Ethernet Frame เป็นต้น

GTC Layer Framing Downstream Structure

โครงสร้างของ GTC Layer Framing Downstream แบ่งออกอกเป็น 2 ส่วน คือ
• GTC Frame Header ที่เรียกว่า PCBd(Physical Control Block Downstream)
• GTC Payload

• PCBd (GTC Frame Header)

• Psync เป็นฟิลด์ที่ใช้ในการซิงค์เวลา โดยเป็นค่าคงที่คือ 0xB6AB31E0 มีกระบวนการเปลี่ยนสถานะของการการซิงค์ดังนี้ 
  
เริ่มจาก Hunt State เมื่อตรวจจับเจอ Psync 1 ครั้ง จะเปลี่ยนเป็น Pre-Sync State และเมื่อเจอ Psync อีก M1-1 ครัั้งจะเป็นสถานะ Sync และหากตรวจสอบไม่เจอ Psync เป็นจำนวน M2 ครั้งสถานะการซิงค์จะเปลี่ยนเป็น Hunt State (ค่า Default ของ M1 และ M2 คือ 2 และ 5 ตามลำดับ)

• Ident เป็น big counter ขนาด 30 bit ว่าง 1 bit และ FCS 1 bit
• PLOAMd เป็น Message ที่ใช้ในการควบคุมช่องทางการส่งซึ่งจะพูดถึงรายละเอียดในเรื่อง PLOM ซึ่งอยู่ถัดไป
• BIP ใช้ในการตรวจสอบบิต (Check Sum) ทั้งเฟรม
• Plend เป็นความยาวของ Upstream BWmap โดยจะส่งซ้ำกัน 2 ครั้ง ซึ่งประกอบด้วย

• Blen ขนาดความยาวของ Upstream BWmap มีขนาด 12 bit
• 0x000 ค่าคงที่ 0 จำนวน 12 bit
• CRC ไว้สำหรับตรวจสอบข้อมูล Plen ทั้งหมด
• Upstream BWmap เป็นส่วนที่ใช้บอกว่าจะให้ ONT แต่ละตัวส่งข้อมูลมาใน Upstream ในเวลาใด
  
  
  
  
• Alloc-ID
• Flags
• StartTime
• StopTime
• CRC
• 
  

GTC Framing Upstream

PLOAM Messaging

Ranging

Coding

An ONT Life

Security Aspects

Datapath Process Overview

GTC Framing Downstream