GPON چیست ؟

GPON یک شبکه نوری پسیو یک نقطه به چند نقطه‌ است (P2MP). GPON مخفف Gigabit Passive Optical Networks هست و توسط استاندارد‌های بین‌المللی ITU-T تحت استاندارد G.984.x تعریف شده. این شبکه از بقیه‌ی شبکه‌های نوری خیلی بهتره چون هم عملکرد خوبی داره و هم نسبتا قیمت پایین‌تری داره. اکثر کشور‌های توسعه‌یافته و در حال توسعه دارن روی این شبکه کار می‌کنن و به‌زودی در سطح وسیعی ازش استفاده میشه. با ما همراه باشین تا راجع به اینکه GPON چیست بیشتر بدونیم.

PON چیست ؟

PON به‌معنی Passive Optical Networks در سال 1995 توسط سازمان FSAN راه‌اندازی شد. این فناوری با هدف افزایش پهنای باند و پوشش‌دهی شبکه با وسعت بیشتر راه افتاده و به‌سرعت در حال پیشرفته. انواع مختلف این فناوری عبارت‌اند از: APON ،BPON ،EPON ،GPON ،GEPON.

APON از اولین استاندارد‌های PON محسوب میشه و توسط اتحادیه بین‌المللی ارتباطات از راه دور (ITU) بر اساس حالت انتقال ناهم‌زمان بررسی شده و استاندارد ITU-T G.983 رو دریافت کرده. این فناوری با عنوان ATM PON هم شناخته میشه. پیشرفت APON باعث ایجاد BPON شد. امروز APON/BPON تا سقف 622 مگابیت در ثانیه پهنای باند Downstream (پایین دست) و 155 مگابیت در ثانیه پهنای باند Upstream (بالا دست)، اطلاعات رو انتقال میده.

GPON

بعد از فناوری‌هایی که گفتیم، GPON با استاندارد ITU-T G.984 و با پهنای باند گیگابیتی خوش درخشید. علاوه بر این، روش کپسوله‌سازی اطلاعات برای انتقال توسط این فناوری امنیت خیلی بالایی داره و بسیار کارآمده. GPON در سال‌های اخیر پیشرفت زیادی داشته و در اکثر کشور‌های دنیا استفاده میشه.

تجهیزات GPON

• Optical Line Termination (OLT): فرستنده‌ی امواج نوری GPON هستش که به‌عنوان سرور در مراکز ارائه‌ی خدمات اینترنت قرار داره. OLT با یک فیبر از هسته داده‌ها رو منتقل می‌کنه.
• Optical Distribution Networks (ODN): قسمت پسیو فیبر نوریه که به کمک GPON Splitter فیبر هسته رو به توانی از 2 تقسیم می‌کنه، مثل 1:64 یا 1:128.
• Optical Network Unit (ONU)/Optical Network Termination (ONT): گیرنده‌ی این سیستم محسوب میشه و در خونه و محل کار شما قرار می‌گیره. قسمت کاربری GPON هستش. ONU/ONT پورت‌های مختلفی رو برای کاربر فراهم می‌کنه.

در شکل بالا:

• IFgpon:‌ واسط GPON
• SNI:‌ واسط گره‌های خدماتی
• UNI: واسط کاربر و شبکه
• CPE: تجهیزات مربوط به مشتری

مزایای GPON چیست ؟

تا قبل از GPON از کابل‌های مسی و شبکه‌ی اترنت برای اینترنت‌‌رسانی استفاده میشد. این سیستم در مقابل GPON نقطه ضعف‌هایی داره. وسیع نبودن برد خدمات‌ رسانی، پهنای باند و سرعت پایین، پایداری خیلی پایین نسبت به GPON و هزینه‌ی زیاد از جمله مشکلات اینترنت سیمیه.

GPON به اکثر این نیاز‌ها پاسخ داده:

• وسیع کردن برد خدمات رسانی: فیبر نوری GPON میتونه تا 60 کیلومتر فاصله از سرور رو پوشش بده. البته با زیاد شدن فاصله، عملکرد GPON کاهش پیدا می‌کنه ولی این تفاوت خیلی کمه. GPON این مشکل رو با انتقال اطلاعات دو طرفه حل کرده.
• پهنای باند بالاتر: هر پورت GPON میتونه حداکثر سرعت انتقال 2.5 گیگابیت بر ثانیه رو در جهت پایین‌دست و 1.25 گیگابیت بر ثانیه رو در جهت بالادست پشتیبانی کنه. پهنای باند بیشتر، سرعت بیشتری ارائه میده و سرعت بیشتر میتونه تلویزیون (HDTV) و خیلی چیزای دیگه رو در دسترس قرار بده.
• تجربه کاربری بهتر: با اینکه یک سرور تعداد زیادی استفاده‌‌کننده داره اما سرعت هیچ‌کدوم تحت تاثیر اون یکی قرار نمی‌گیره و به‌ خاطر QoS انعطاف‌‌پذیری که داره میتونه بر اساس سرویس مورد نظر کاربر دقیقا همون خدمات رو به کاربر ارائه بده.
• استفاده‌‌‌ی کمتر از منابع و هزینه کمتر: GPON از نرخ اسپلیت 1:128 پشتیبانی می‌کنه. این یعنی هر هسته‌ی فیبر نوری میتونه به رشته تبدیل بشه و خدمات ارائه بده. از طرف دیگه تجهیزات GPON پسیوه و به قدرت‌دهنده‌های سیگنال نیازی نداره. همچنین مثل سیم‌های مسی داغ نمیشه و خنک کننده هم نمیخواد.

اصول کار شبکه GPON چیست ؟

GPON، BPON و EPON شبیه هم هستن چون همگی از فیبر نوری (PON) استفاده می‌کنن. یکی از وجه‌های مشترک این سه تا استفاده از کپسوله‌سازی ATM هستش که BPON از این فناوری بیشترین استفاده رو می‌کنه.

در شبکه‌ی GPON فیبر نوری OLT به یک اسپلیتر وصل شده و بعد از اون اسپلیتر به ONU وصل میشه. طول موجی که برای اطلاعات بالادست استفاده میشه 1260nm تا 1360nm و طول موج پایین دست 1480nm تا 1500nm هستش. GPON برای همه‌ی اطلاعات چه Upstream و چه Downstream از WDM استفاده می‌کنه و برای Upstream از TDMA هم پشتیبانی می‌کنه.

انتقال پایین‌دست (Downstream)

Downstream یعنی اطلاعاتی که از OLT به ONU منتقل میشه؛ یعنی داده‌هایی که سرور به کاربر ارائه میده. در GPON سرور OLT همه‌ی اطلاعات کاربران رو به تک تک ONU ها میفرسته و ONU ها اطلاعات مورد استفاده‌ی خودشون رو از بین اطلاعات ONU های دیگه جدا می‌کنن و بقیه‌ی داده‌ها رو دور میریزن.

ویژگی‌های اصلی Downstream در GPON

• انتفال یک نقطه‌ای به چند نقطه‌ای (P2MP)
• فرستادن همه‌ی داده‌های یک شبکه به اسپلیتر
• جدا کردن داده‌ها با استفاده از شناسه ONU و پورت GEM

انتقال بالادست (Upstream)

داده‌هایی که از کاربر ONU به سمت OLT میره Upstream نام داره. این داده‌ها به‌شکل خاصی برای انتقال آماده میشن. GPON با پشتیبانی از TDMA برای انتقال بالادست، این انتقال رو مطمئن کرده و از تصادف داده‌ها و از بین رفتن اون‌ها تا حد زیادی جلوگیری می‌کنه. TDMA به این معناست که هر ONU میتونه در یک زمان و توالی مشخص داده‌های خودش رو به OLT منتقل کنه.

ویژگی‌های اصلی Upstream در GPON

• پشتیبانی از TDMA (Time-division multiple access)
• داده‌های هر ONU در اسپلیتر جفت میشن و به سمت OLT میرن
• تصادف داده‌ها رو در مسیر تشخیص میده و از اون جلوگیری می‌کنه

مفاهیم اساسی GPON

فریم GEM

در سیستم شبکه نوری پسیو (GPON)، یک فریم کپسوله سازی GPON، کوچک‌ترین واحد حمل سرویس و ساختار اصلی کپسول سازیه. همه‌ی جریان‌های سرویس در فریم GEM کپسول شده و از طریق خطوط GPON منتقل میشن.

ساختار فریم GEM

یک GEM از چند بخش تشکیل شده:

• PLI: طول داده بارگذاری‌شده رو نشون میده.
• پورت ID: پورت GEM رو به‌طور منحصربه فرد قابل شناسایی می‌کنه.
• PTI: نوع بارگذاری رو نشون میده. وضعیت و نوع داده‌هایی در حال انتقال رو مشخص می‌کنه. مثلا اینکه آیا پیامی که در حال انتقاله مدیریتیه یا اینکه آیا انتقال داده کامل انجام شده یا نه؟
• HEC:‌ ارور‌هایی که ممکنه برای انتقال پیش بیاد رو چک می‌کنه و انتقال‌های سالم رو نشون میده.
• Fragment Paylord: فرگمنت فریم رو نشون میده.

شکل پایین مقایسه‌ی دو فریم GEM و فریم اترنت رو نمایش داده:

• سیستم GPON فریم‌های اترنت رو تجزیه می‌کنه و داده‌ها رو در GEM می‌نویسه و کپسوله می‌کنه.
• اطلاعات هدر به‌طور خودکار داخل GEM کپسوله میشن.
• نوشتن داده‌ها در GEM نقشه‌ی مشخصی داره و سازگاره.

T-CONT

کانتینر انتقال (T-CONT) یک سرویس انتقاله که در سیستم GPON در جهت بالادست استفاده میشه و این انتقال رو کنترل و مدیریت می‌کنه. تمام پورت‌های GEM به T-CONT وصل میشن. سپس جریان‌های سرویس با برنامه‌ریزی مخصوص پهنای باند پویا (DBA) به OLT منتقل میشن (جریان بالادست).

پنج نوع T-CONT وجود داره که هرکدوم پهنای باند و QoS متفاوتی دارن:

• Fixed
• Assured
• Non-assured
• Best-Effort
• Hybrid

شبکه بندی GPON چیست ؟

GPON میتونه از طرق مختلف خدمات مختلف مثل صوتی، ویدیویی، خط خصوصی و… رو ارائه بده. این خدمات با FTTx شناخته میشن که عبارت‌اند از:

• فیبر به ساختمان (FTTB)
• فیبر به پیاده رو (FTTC)
• فیبر به درب (FTTD)
• فیبر به خانه (FTTH)
• فیبر به ایستگاه پایه تلفن همراه (FTTM)
• فیبر به دفتر (FTTO)
• فیبر به WLAN (FTTW)

FTTx هر گونه اطلاعاتی از جمله صوتی، ویدیویی یا داده رو به ترمینال ONU می‌فرسته و ONU این سیگنال رو به فریم اترنت تبدیل می‌کنه تا برای کاربر قابل استفاده باشه. این روند برعکس هم اتفاق میفته.

شبکه FTTx

• FTTB / FTTC: از xDSL استفاده می‌کنه و در جوامع مسکونی پرجمعیت یا ساختمان‌های اداری قابل استفاده است.
• FTTD: مشکلات افت فیبر نوری در شبکه FTTH رو حل می‌کنه.
• FTTH: این شبکه برای منطقه‌های دورتر و برای ویلاها و آپارتمان‌های تازه‌ساز استفاده میشه و از پهنای باند بالایی برخورداره. این شبکه کیفیت خیلی بالایی داره.
• FTTM :‌ در این شبکه ONU ها به شبکه بی‌‌سیم پایه تلفن E1 وصل میشن. این شبکه از شبکه معمولی تلفن همراه هزینه‌ی کمتری داره و میتونه تعداد بیشتری از کاربران رو پشتیبانی کنه.
• FTTO:‌ این سیستم برای دفتر‌های مختلف طراحی شده و امنیت بالایی داره.
• FTTW :‌ این شبکه برای ارائه‌ی خدمات به‌صورت Wi-Fi استفاده میشه.

حرف آخر

در این مقاله راجع به اینکه GPON چیست توضیح دادیم. GPON یک نوع شبکه فیبر نوریه از فناوری‌های جدید و پرکاربرد محسوب میشه و به علت پسیو بودنش نسبت به رشد تکنولوژی مقاومه؛ یعنی در دراز مدت به ارتقا دادن نیاز نداره. همچنین پایداری این شبکه نسبت به شبکه‌های قدیمی سیمی خیلی بالاتره که از ویژگی‌های خیلی خوب اونه. اگه سوالی در مورد GPON داشتین در قسمت نظرات برامون کامنت بذارین.

دانلود فایل PDF این مقاله :

فایل PDF این مقاله

سوالات متداول