Fundamentos de GPON
Last update.: 06/09/2018
O que é GPON
Por meio das Soluções FBS (Furukawa Broadband System), a Furukawa Electric disponibiliza equipamentos, cabos e acessórios para implementar servic¸os sobre redes o´pticas de tecnologia PON (Passive Optical Network). Uma rede óptica passiva conecta a central à vários clientes finais sem a necessidade de equipamentos ativos no caminho. O padrão mais utilizado mundialmente é o GPON (Gibabit Passive Optical Network) definido pela ITU G.984.
A parte ativa da rede é composta por dois elementos:
- OLT (Optical Line Terminal), instalado em site central;
- ONU (Optical Network Unit) ou ONT (Optical Network Terminal), instalada próximo ao cliente final.
A parte passiva, também chamada de ODN ou rede de distribuição óptica, é formada por: fibra óptica, divisores ópticos, DIO, bandejas de passagens, ou seja, qualquer elemento entre a OLT e as ONTs/ONUs. Um bom projeto e produtos homologados garantem qualidade da rede, alta disponibilidade do sinal, e grande satisfação dos seus clientes. Uma rede em fibra tem vida útil prolongada e suporta diversas tecnologias, sendo um investimento de grande retorno.
Topologia
A topologia usada nas redes GPON é do tipo árvore, com a OLT figurando como elemento central e as ONUs posicionadas nas ramificações. Ao utilizar divisores ópticos até 64 ONUs podem ser conectadas a uma OLT. Essa rede é capaz de fornecer taxas de downstream de 2,5 Gbps e para upstream de 1,25 Gbps com cobertura de até 20km. As variações da topologia se diferenciam com base nas posições e níveis (número de saídas) dos divisores ópticos.
Funcionamento upstream/downstream
O GPON adota a tecnologia de WDM (Wavelength Division Multiplexing) para possibilitar a comunicação bi-direcional em uma única fibra óptica. Os tráfegos upstream e downstream de múltiplos usuários (em uma única fibra) utilizam dois mecanismos distintos de multiplexação.
- Downstream: os pacotes de dados são transmitidos através de broadcast.
- Upstream: os pacotes de dados são transmitidos com TDMA.
Downstream
No sentido de downstream os quadros GPON (GEM frames) são identificados pela OLT com um identificador (ONU-ID) único de cada ONU. A OLT então multiplexa e transmite os quadros em modo broadcast para todas as ONUs conectadas a ela. Cada ONU reconhece seu identificador e processa somente os quadros GPON pertencentes a ela.
Upstream
No sentido do upstream a ONU recebe o tráfego de dados das portas do assinante e o transmite em rajadas (burst). Para efeito de sincronização, cada ONU transmite seu tráfego segundo um estrito mapa de transmissão (bandwidth map) gerado pela OLT.
Usando um mecanismo de alocação de banda dinâmica (DBA) a OLT pode rearranjar o tráfego de upstream para prover mais recursos a ONUs com excesso de tráfego. Para uma transmissão síncrona dentro do fluxo TDMA, cada ONU introduz um atraso de equalização. A OLT então filtra e trata o tráfego com base na identificação de cada ONU.
Ainda no sentido do upstream, o tráfego de dados dos usuários representado por diferentes tipos de serviços (dados, VoIP, IPTV, TDM) é adaptado em quadros de formato conveniente para a transmissão. Essa adaptação é realizada em entidades lógicas chamadas GEM port. Um agrupamento dessas entidades lógicas é chamado de container de transmissão (T-CONT). Um T-CONT representa uma entidade única para a separação de tráfego e para a atribuição de banda no sentido de upstream. Um T-CONT pode conter uma ou várias GEM ports.
Alocação de banda
Como citado acima, os T-CONTs são usados somente no sentido do upstream e uma de suas funções é a atribuição de banda. Existem quatro tipos de T-CONTs, cada um com sua particularidade.
| Prioridade | T-Cont | Descrição | Explicação sobre a banda |
|---|---|---|---|
| Alta | Tipo 1 | Alocação de banda fixa para aplicações sensíveis ao tempo (VoIP). | Banda fixa: Banda do upstream reservada, não importando se é usada ou não. |
| Média | Tipo 2 | Garantia de alocação de banda para aplicações não sensíveis ao tempo. | Banda garantida: Similar a fixa, mas a banda não é dada se não houver demanda. |
| Média | Tipo 3 | Combinação de uma mínima banda garantida somada com uma banda adicional, não garantida. | Não assegurada: Banda só é alocada se estiver disponível, mas não é garantida. |
| Baixa | Tipo 4 | Alocação best effort, dinamicamente aloca banda sem qualquer garantia. | Best effort: Demanda somente é cumprida se houver banda disponível. |
A alocação de banda no GPON utiliza um mecanismo chamado DBA, Dynamic Bandwidth Allocation. Esse mecanismo permite que a banda seja atribuída dinamicamente, melhora a utilização do uplink das portas GPON e permite que mais usuários possam ser adicionados a uma determinada porta GPON. Com essa atribuição dinâmica a OLT pode garantir banda adicional para usuários que necessitem em detrimento de recursos ociosos de outros usuários.
Para saber o quanto de recurso uma determinada ONU necessita, a OLT coleta informações a respeito da utilização dos recursos das ONUs. Essa coleta de informações pode ser realizada de dois modos:
- Non Status Reporting DBA – OLT observa o padrão de tráfego das ONTs.
- Status Reporting DBA – OLT recebe informação sobre as filas de serviço das ONTs.
Resumo
- O tráfego downstream acontece em modo broadcast em cada porta GPON.
- A OLT passa as informações de upstream para as ONUs, que transmitem em "rajada" com um identificador (ONU-ID) adicionado ao quadro GEM. Para separar o tráfego dos usuários de acordo com o tipo e prioridade do serviço, entidades lógicas chamadas T-CONTs são usadas para atender o nível de SLA.