در حدود سال 1995 مفهوم جدیدی به عنوان PON (Passive Optical Network) به عنوان یک مفهوم جدید در دنیای ارتباطات روی کار آمد. به زبان ساده شبکه دسترسی فیبر نوری که بین مرکز اپراتوری و مشترک خانگی وجود دارد و در آن هیچ تجهیزات اکتیوی وجود ندارد و از تجهیزات ساده ای مثل: فیلر نوری، اسپلیتر و... استفاده میشود، به همین دلیل آن را پسیو میگویند.
مهمترین مزیت پسیو بودن این است که هیچ دیوایس بین مشتری و اپراتور وجود ندارد. یهنی نیازی به اجازه دسترسی ، تعمیرات ، پاور، کانفیگ کردن وجود ندارد. نتیجه این میشود که پایداری این سیستم ها معمولا 999% (یعنی 5 دقیقه Down Time/year) باشد. در حالی که پایداری دستگاه های سوییچینگ اترنت در تکنلوژی APN در حدود 99.961% (یعنی 3 ساعت Down Time/year) میباشد.
بنابر این ، این شبکه بسیار قابل اعتماد و پایداری بالایی دارد و باعث کاهش هزینه برای عملکرد و بحث Troubleshoot صرف میشود.
این شبکه از یک اسپلیتر n:1 از یک توپولوژی یک به چند Point-to-multipoint استفاده میکند.
بعد از آشنایی با مفهوم PON به یکی از پروتکل های این شبکه به نام GPON میرسیم که امروزه سرتاسر بازان جهانی را فراگرفته است.
فناوری GPON (Gigabit Passive Optical Network) یک فناوری future-proof است . یعنی فناوری که با تغییر تکنولوژی نیازی به ارتقا ندارد.
توافق اصلی بر سر PON از سال 2004 بعد از پیاده سازی GPON یا EPON در آسیا، ژاپن، چین و کره شروع شد. پیاده سازی GPON در آمریکا و اروپا از سال 2008 آغاز شد. زمانیکه اپراتورهای سنتی شرکت های مخابراتی شروع به ارتقاء DSL شبکه های خود از مسی به فیبر (FTTB - FTTH) کردند. GPON انتخاب شد برای اینکه در آن زمان آخرین تکنولوژی استاندارد شده PON بود و بیشترین پهنای باند را داشت و مزایای بیشتری در مقایسه با EPON داشت.GPON در ابتدا به صورت دسترسی point to Multi point یعنی یک نقطه به چند نقطه طراحی شد و همچنین دارای یک ساختار خاصی که بتواند امکان اجرای انواع خدمات مختلف را فراهم کند. این امر صرفه جویی هزینه ها را در پی خواهد داشت و بهره وری ساختمان را افزایش خواهد داد.
GPON فناوری پیشرو فیبر برای ارائه خدمات اینترنت پر سرعت گیگابیت به مشترکان مسکونی و تجاری است.این فناوری نسبت 1 به 64 (1:64) را روی یک تک فیبر ارائه میدهد.
از سیستم WDM (Wavelength Division Multiplexing) طول موج نوری تقسیم شده استفاده میکنند. بنابر این یک تک فیبر را میتوان برای هر دو مورد داده Downstream و Upstream استفاده کرد.
شبکه GPON میتواند تا 20 کیلومتر استفاده کرد و سرویس ها را برای 64 کاربر نهایی فراهم کند.
GPON در نواحی شلوغ و پر جمعیت یک راه حل ارزان قیمت و مطلوب برای اضافه کردن کاربران از طریق تقسیم کننده ها (Splitter) است.
یک شبکه GPON از تجهیزات ONU، OLT و Splitter تشکیل شده است.
Optical Line Terminal :OLT تمام سیگنال های نوری را از ONU میگیرد و آنها را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
معمولا حداکثر 72 پورت را ساپورت میکنند. که معمولا قادر به سرویس رسانی به حداقل 1000 مشترک شبکه فیبر است و در مراکز اپراتوری مخابرات قرار دارد.
Optical Network Unit :ONU به کاربران نهایی وصل میشود و اطلاعات را به OLT بر میگرداند.
Upstream
برای توزیع upstream، از ONU به OLT ، یک تکنولوژی تسهیم زمانی (time division multiplex :TDM) استفاده شده است. در آن هر کاربر یک بازه زمانی بر روی طول موج های مختلف نور اختصاص داده است. با این ترتیب، اسپلیتر ها به عنوان power combiner عمل می کنند.
مخابره های upstream، عملیات burst-mode نامیده می شوند. Upstream به صورت Random برحسب نیاز یک کاربر برای نیاز به ارسال داده، رخ می دهد. سیستم برحسب نیاز یک slot اختصاص می دهد. به دلیل اینکه روش TDM شامل چند کاربر بر روی تک سیستم انتقال است. نرخ داده upstream، همیشه کندتر از سرعت downstream است.
Downstream
برای توزیع downstream در یک طول موج نوری از OLT بهONU / ONT ، همه مشتریان داده های مشابه دریافت میکنند. ONU داده هدفمند برای هر کاربر را تشخیص می دهد.
Port GPON
پورت GPON به صورت پیش فرض db(B+) 28 برای دستیابی به مسافت km 20 و یا db(C+) 31 برای دستیابی به مسافت 40km میباشد.
دیتای Uplink به وسیله تکنولوژی TDMA ارسال میشود . به این معنی که هر ONT زمان مخصوص خودش را دارد (برای اینکه دیتا به OLT مربوطه انتقال یابد. دیتای Downlink به صورت broadcast میباشد) به این معنی که هر ONT همه دیتا های دریافتی به سوی دیگرONT ها را در همان شاخه دریافت میکند. (تمام این اطلاعات و دیتاها با استفاده ار رمز گذاری AES128 رمز گذاری شده است.)
در شبکه های GPON ، OLT هر ONT را با ID که دارد شناسایی میکند. برای هر ONT یک T-CON یا شمارنده ترافیک وجود دارد.
T-CON شامل گروهی از پورتها به نام GEM Port می باشد که معمولا در هر T-CON مجموعه ای از یک نوع ترافیک وجود دارد.
Port GEM
پورت (GPON Encapsulation method) GEM یک مخزن مجازی است که برای انواع مختلف Encapsulation ترافیک استفاده می شود و نشان دهنده ارتباط منطقی بین OLT و ONT میباشد. با استفاده از این ساختار اپراتورها می توانند QOS های دانه ای و خدمات مختلف را به مشتریان مختلف و پورت های فیزیکی دستگاه ONT ارایه دهند.
DBA
پهنای باند پویا (DBA (Dynamic Bandwidth Allocation یک مکانیزمی است که در آن سیستم GPON ، SLA را برای هر ONU تنظیم میکند. (حداکثر و حداقل پهنای باند و اولویت های مختلف را برای سرویس های مختلف برای هر ONU صدا، ویدیو و داده ها بر اساس کل ترافیک و شرایط واقعی ONT فراهم می کند.)
OMCI
(ONT Management Control Interface) OMCI یک پروتکلی است که کانال مدیریتی بین OLT و ONT برای کانفیگ کردن ONT فراهم میکند. این پروتکل بوسیله ITU-T استاندارد سازی شده است تا هماهنگی بین وندور ها را تسهیل کند. اگرچه بسیاری از وندورها از پروتکل OMCI تخصصی خود استفاده میکنند که در عمل سازگاری بین تولید کننده های مختلف ONT و OLT را سخت میکند.
تکنولوژی PON بسیار پایدار است و نیاز به نگهداری بسیار کمتری دارد. در شبکه های PON نقاط ضعف کمتر و همچنین مقدار پارامتر MTBF بالاتر است. آنچه میدانیم این است که مشتریان بسیار سخت قبول میکنند ولی وقتی که آن را پذیرفتند و آن را بدست آوردند نسبت به آن وفادار خواهند بود.
تجربه نشان داده که در آینده علاوه بر GPON فناوری نسل بعدی نیز خواهد آمد که در آن امکان افزایش پهنای باند دسترسی به شبکه را فراهم میکند.اما وقتی این طرح تجاری محاسبه و برآورد میشود نتیجه نشان دهنده این است که دوره عمر سیستم GPON در مقایسه با شبکه های سوییچ اترنت بسیار طولانی تر است.