فناوری GPON چیست ؟

GPON چیست؟

در چشم انداز همیشه در حال تحول فناوری های مخابراتی، شبکه نوری غیرفعال گیگابیتی (GPON) به عنوان یک پیشرفت قابل توجه برجسته می شود. به عنوان یک متخصص در این زمینه، هدف این مقاله ارائه یک کاوش دقیق در مورد فناوری GPON، اصول اساسی، کاربردها، مزایا و نقشی است که در شکل‌دهی شبکه‌های ارتباطی مدرن ایفا می‌کند.

GPON (Gigabit Passive Optical Network) یک معماری شبکه فیبر نوری نقطه به چند نقطه است که دسترسی پهنای باند را برای مشتریان مسکونی و تجاری فراهم می کند. این یکی از جدیدترین و گسترده‌ترین فناوری‌های شبکه دسترسی فیبر برای ارائه خدمات صوتی، داده‌ها و ویدیویی بر روی یک فیبر نوری است.

مروری بر GPON

GPON از تقسیم‌کننده‌های غیرفعال بین دفتر مرکزی ارائه‌دهنده خدمات و محل‌های مشتری استفاده می‌کند تا یک فیبر تغذیه‌کننده را قادر می‌سازد تا به چندین خانه و مشاغل خدمات دهد. این امر باعث می‌شود شبکه‌های GPON در مقایسه با شبکه‌های اترنت فعال که نیاز به تجهیزات برقی در میدان دارند، استقرار، کارکرد و نگهداری آنها را آسان کند. برخی از جنبه های کلیدی معماری GPON:

• توپولوژی نقطه به چند نقطه – یک فیبر تغذیه کننده از دفتر مرکزی اپراتور (CO) به چندین اتصال برای مشترکین جداگانه تقسیم می شود. این شبکه‌های GPON را قادر می‌سازد تا به 128 مشترک در فواصل حداکثر 20 کیلومتری از CO خدمات رسانی کنند.
• شکاف غیرفعال – اسپلیترهای نوری فیبر را بدون نیاز به برق تقسیم می کنند. این امر نیاز به تجهیزات فعال در زمینه را از بین می برد و در نتیجه هزینه های تعمیر و نگهداری کمتری را به همراه دارد.
• انتقال ناهمزمان – GPON از انتقال ناهمزمان استفاده می کند که ظرفیت های مختلف بالادستی و پایین دستی را امکان پذیر می کند. ترافیک پایین دستی پخش می شود در حالی که ترافیک بالادست با استفاده از TDMA ترکیب می شود.
• مبتنی بر اترنت – GPON داده ها را در فریم های اترنت کپسوله می کند و پشتیبانی بومی را برای خدمات IP ارائه می دهد. همچنین از خدمات TDM مانند صدا با استفاده از کپسوله سازی ATM پشتیبانی می کند.
• امنیت – شبکه های GPON دارای امنیت داخلی با استفاده از رمزگذاری و مجوز ONU در طول فعال سازی هستند. این امر از استراق سمع و دسترسی غیرمجاز جلوگیری می کند.
• مبتنی بر استاندارد – GPON با مشخصات ITU-T در سری G.984 تعریف شده است. این امکان همکاری بین فروشندگان را فراهم می کند.

انتقال داده های پایین دستی و بالادستی

GPON ارتباط دو طرفه را تسهیل می کند و امکان انتقال داده های پایین دستی و بالادستی را فراهم می کند. Downstream به داده هایی اشاره دارد که از OLT به ONU ها جریان می یابد و خدماتی مانند اینترنت، تلویزیون و صدا را ارائه می دهد. از سوی دیگر، upstream شامل انتقال داده از ONU به OLT است که از تعاملات کاربر، آپلودها و سایر الزامات انتقال داده پشتیبانی می کند.

اجزای کلیدی یک شبکه GPON

یک شبکه GPON از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:

• ترمینال خط نوری (OLT) – OLT که در CO اپراتور قرار دارد، تجهیزات مرکزی است که فیبر فیدر را خاتمه می دهد. با استفاده از یک پورت مشترک GPON با چندین ONU ارتباط برقرار می کند. ترافیک را در پایین دست پخش می کند و TDMA را برای ترافیک بالادست اعمال می کند.
• واحد شبکه نوری (ONU) – ONU دستگاه پایان مشترکی است که در محل مشتری نصب شده است. این رابط اترنت را برای مشترک فراهم می کند و از طریق یک رشته فیبر با OLT ارتباط برقرار می کند.
• شبکه توزیع نوری (ODN) – ODN OLT را با استفاده از تقسیم کننده ها و فیبرهای نوری غیرفعال به چندین ONU متصل می کند. یک پورت OLT GPON می تواند تا 128 ONU را در فواصل 10-20 کیلومتری پشتیبانی کند.
• شکاف نوری – اسپلیترها دستگاه های غیرفعالی هستند که فیبر تغذیه کننده GPON را به فیبرهای توزیع متعددی که به سمت ONU ها می روند تقسیم می کنند. هیچ منبع تغذیه مورد نیاز نیست.
• سیستم مدیریت – یک سیستم مدیریت که معمولاً در CO قرار دارد، برای نظارت، پیکربندی و مدیریت اجزای شبکه GPON استفاده می شود.

ویژگی ها و مزایای کلیدی GPON

GPON چندین مزیت را نسبت به روش‌های دسترسی باند پهن سنتی ارائه می‌کند:

• پهنای باند بالا – GPON پهنای باند پایین دستی 2.5 گیگابیت بر ثانیه و پهنای باند بالادستی 1.25 گیگابیت در ثانیه را ارائه می دهد. این ظرفیت بالا امکان پشتیبانی از خدمات با پهنای باند فشرده را فراهم می کند.
• استفاده کارآمد از فیبر – GPON به حداکثر 128 مشترک اجازه می دهد تا یک فیبر فیدر واحد را به اشتراک بگذارند و نیازهای فیبر را در مقایسه با معماری نقطه به نقطه بسیار کاهش می دهد.
• دسترسی طولانی – GPON می تواند تا فاصله 20 کیلومتری از دفتر مرکزی از طریق یک رشته فیبر به مشترکین دسترسی پیدا کند. این امر نیاز به تجهیزات را کاهش می دهد.
• مسیر ارتقای هموار – GPON با استفاده مجدد از فیبر موجود، از شبکه های قدیمی BPON به ظرفیت های بالاتر ارتقاء می دهد.
• خدمات پخش سه گانه – پشتیبانی بومی برای اترنت به GPON اجازه می دهد تا خدمات پخش سه گانه (صدا، ویدئو، داده) را در یک شبکه همگرا ارائه دهد.
• مقیاس پذیری – نسبت تقسیم را می توان به راحتی با تغییر اسپلیترها افزایش داد و امکان افزایش ظرفیت را فراهم می کند.
• سادگی عملیاتی – ONUهای راه دور و عدم وجود تجهیزات میدانی فعال منجر به کاهش هزینه های نگهداری می شود.
• امنیت – مکانیزم های رمزگذاری داخلی و مجوز مشترک یک شبکه دسترسی ایمن را فراهم می کند.
• مبتنی بر استاندارد – تجهیزات GPON از فروشندگان مختلف قابل همکاری است. این از قفل شدن فروشنده جلوگیری می کند.

فناوری GPON چیست ؟

مقیاس پذیری

شبکه‌های GPON ذاتاً مقیاس‌پذیر هستند و به ارائه‌دهندگان خدمات این امکان را می‌دهند که پوشش خود را گسترش دهند و مشترکان بیشتری را بدون تعمیرات اساسی زیرساختی در خود جای دهند. این مقیاس‌پذیری در برآوردن نیازهای پویا پایگاه‌های کاربر رو به رشد و نیازهای خدمات در حال تکامل بسیار مهم است.

امنیت پیشرفته

ارتباطات فیبر نوری در GPON در مقایسه با فناوری های سنتی مبتنی بر مس، امنیت بیشتری را ارائه می دهد. دشواری ضربه زدن به سیگنال های نوری و عدم وجود تداخل الکترومغناطیسی، GPON را به انتخابی مطمئن برای انتقال داده های حساس تبدیل کرده است.

معماری شبکه

دو معماری شبکه اصلی برای استقرار شبکه های دسترسی GPON استفاده می شود:

توپولوژی درختی

در یک توپولوژی درختی، هر پورت OLT GPON چندین ONU را به صورت نقطه به چند نقطه ارائه می کند. ONU ها به یکدیگر متصل نمی شوند – تمام ترافیک بین ONU و OLT از طریق یک فیبر تغذیه کننده منفرد جریان دارد. فیبر فیدر چندین بار از طریق اسپلیترهای آبشاری تقسیم می شود تا به مکان های فردی مشترک برسد.

توپولوژی حلقه

در توپولوژی حلقه، ONU ها یک اتصال حلقه ای را تشکیل می دهند، اما همچنان با OLT از طریق فیبر تغذیه کننده که به صورت حلقه ای مسیریابی می شود، ارتباط برقرار می کنند. سوئیچ های نوری یا مولتی پلکسرهای نوری قابل تنظیم مجدد (ROADM) برای افزودن/کاهش ترافیک استفاده می شود. حلقه ها در برابر برش فیبر افزونگی ایجاد می کنند اما به پیچیدگی و هزینه می افزایند.

شبکه های ترکیبی حاوی حلقه ها و درختان نیز برای بهبود انعطاف پذیری و انعطاف پذیری رایج هستند. OLT اغلب در CO مترو قرار دارد در حالی که ONU ها در اعماق محله های نزدیک به مشترکین قرار دارند.

انتقال در GPON

GPON از WDM برای انتقال پایین و بالادست روی یک فیبر استفاده می کند. پایین دست از طول موج 1490 نانومتر استفاده می کند در حالی که بالادست از 1310 نانومتر استفاده می کند.

انتقال پایین دست

جهت پایین دست از OLT به ONU است. OLT با استفاده از فریم های GEM، ترافیک را به صورت نقطه به چند نقطه برای همه ONU ها پخش می کند. هر ONU داده های مورد نظر خود را بر اساس شناسه پورت و هدر GEM فیلتر می کند.

انتقال پخش، چندپخش کارآمد ترافیک (مانند ویدئوی IPTV) را برای چندین کاربر امکان پذیر می کند. ظرفیت پایین دستی 2.5 گیگابیت بر ثانیه است.

انتقال بالادست

جهت بالادست از ONU به OLT است. برخلاف پایین دست، ظرفیت بالادستی با استفاده از TDMA بین ONU ها به اشتراک گذاشته می شود. OLT بر اساس پهنای باند درخواستی، اسلات های انتقال را به هر ONU اختصاص می دهد. حداکثر سرعت خط بالادست 1.25 گیگابیت بر ثانیه است.

تخصیص پهنای باند منعطف است و می تواند پویا باشد تا ترافیک پراکنده را در خود جای دهد. محدوده برای جبران تفاوت در فواصل ONU از OLT استفاده می شود.

خدمات ارائه شده از طریق GPON

یکی از مزایای اصلی GPON توانایی آن در ارائه خدمات بازی سه گانه از طریق یک شبکه همگرا است:

• اینترنت پرسرعت – حمل و نقل بومی اترنت امکان تحویل دسترسی به اینترنت تا حداکثر 1 گیگابیت در ثانیه را به مشترکین می دهد.
• خدمات صوتی – خدمات تلفنی VoIP و PSTN را می توان با استفاده از کپسوله سازی ATM از طریق GPON ارائه کرد.
• خدمات ویدیویی – IPTV با کیفیت HD/UHD با استفاده از انتقال چندپخشی از طریق GPON قابل ارائه است.
• خدمات تجاری – GPON اتصال پرسرعت را برای مشتریان تجاری و بک هاول موبایل ارائه می دهد.
• خدمات تلفن همراه – شبکه های GPON را می توان با زیرساخت 5G برای backhaul و fronthaul مبتنی بر فیبر ادغام کرد.

پشتیبانی از TDM، ATM و Ethernet از طریق یک فیبر مشترک امکان همگرایی سرویس و صرفه جویی عملیاتی را فراهم می کند. سرویس‌های پیشرفته مانند اینترنت اشیا، محافظت از راه دور، و میکروسرویس‌ها نیز می‌توانند از اتصال GPON استفاده کنند.

مقایسه با سایر فناوری های شبکه دسترسی

برخی از تفاوت های کلیدی بین GPON و سایر شبکه های دسترسی فیبر:

GPON در مقابل اترنت فعال

• GPON از تقسیم کننده های غیرفعال استفاده می کند در حالی که اترنت فعال از سوئیچ های فعال در میدان استفاده می کند. این امر استقرار GPON را ساده تر و ارزان تر می کند.
• اترنت فعال پهنای باند اختصاصی (غیر اشتراکی) را برای هر مشترک ارائه می دهد. پهنای باند GPON با استفاده از TDMA به اشتراک گذاشته می شود.
• انتقال GPON بر اساس اترنت و TDM است. اترنت فعال فقط به اترنت متکی است.
• دسترسی GPON می تواند تا 20 کیلومتر از CO به مشترک گسترش یابد. دسترسی فعال اترنت معمولاً کمتر از 10 کیلومتر است.

GPON در مقابل XGSPON/NG-PON2

• XGSPON و NG-PON2 تکامل یافته های GPON با ظرفیت بالاتر هستند – به ترتیب 10 گیگابیت در ثانیه پایین دست و 2.5/10 گیگابیت در ثانیه بالادست.
• NG-PON2 اتصال کانال را با استفاده از چندین لامبدا برای ترافیک فراهم می کند. این پیچیدگی می‌افزاید، اما امکان مقیاس‌بندی ظرفیت بالاتر را فراهم می‌کند.
• XGSPON و NG-PON2 با GPON ODN موجود سازگار هستند و امکان یک مسیر ارتقا را فراهم می کنند.

GPON در مقابل 5G/FTTx

• 5G اتصال بی سیم گیگابیت + را به عنوان جایگزینی برای فیبر فراهم می کند. با این حال، GPON قابلیت اطمینان و ظرفیت بالاتری را ارائه می دهد.
• فن آوری های مختلف FTTx اتصال فیبر را تا کابین (FTTC)، حاشیه (FTTC) یا محل (FTTH) فراهم می کند. GPON یک فناوری FTTH با استفاده از اپتیک غیرفعال است.

چالش با GPON

در حالی که GPON عرضه فیبر را ساده می کند، برخی از چالش ها باید در نظر گرفته شوند:

• پهنای باند مشترک – مشاجره بین کاربران می تواند بر عملکرد در طول بارهای اوج تاثیر بگذارد.
• برنامه ریزی نسبت تقسیم – برآورد دقیق نفوذ و رشد مشترک کلید تعیین نسبت تقسیم است.
• امنیت – رمزگذاری و کنترل دسترسی به پیچیدگی اضافه می کند و باید قوی باشد.
• استقرار چند خانه – خدمات رسانی به چندین خانواده از یک فیبر ممکن است به شبکه سازی در ساختمان نیاز داشته باشد.
• مدیریت QoS – DiffServ و تخصیص پهنای باند پویا برای کیفیت سرویس سه گانه ضروری است.
• نصب و راه اندازی ONU – رول کامیون برای نصب و راه اندازی ONU مورد نیاز است. کیت های DIY می تواند کمک کند.
• پشتیبان گیری از باتری – ONU ها فاقد باتری داخلی هستند. اختلال در سرویس در هنگام قطع برق رخ می دهد.
• قابلیت همکاری – علیرغم استانداردها، برخی از مسائل مربوط به تعامل فروشنده ممکن است در صورت نیاز به آزمایش رخ دهد.

مهندسی شبکه و برنامه ریزی دقیق برای عرضه موفقیت آمیز GPON در مقیاس بزرگ مورد نیاز است. با افزایش حجم استقرار در سطح جهانی، این چالش ها به طور موثر توسط اپراتورها برطرف می شود.

آینده GPON

GPON در سال های آینده با سرعت بخشیدن به استقرار در سطح جهانی به تسلط بر شبکه های دسترسی فیبر ادامه خواهد داد. در اینجا برخی از روندها وجود دارد که آینده GPON را شکل می دهند:

• بهبود مستمر استانداردهای GPON توسط ITU برای همگام شدن با تقاضای پهنای باند بالاتر. G.9807.1 دسترسی گسترده تا 40 کیلومتر را معرفی می کند.
• موارد استفاده جدید مانند backhaul و fronthaul موبایل، تحویل چند سرویس، و پشتیبانی از خدمات تخصصی، کاربرد GPON را گسترش می‌دهد.
• تست قابلیت همکاری و پلاگین فست ها، همکاری چند فروشنده را بهبود می بخشد و مشکلات یکپارچه سازی را کاهش می دهد.
• پس از کاهش هزینه ها، پذیرش نسل بعدی انواع PON مانند 10G XGS-PON و NG-PON2 افزایش یافت. اینها با GPON وجود خواهند داشت.
• ادغام SDN/NFV GPON مجازی شده را با ارائه پویا، OAM بهبود یافته و چابکی خدمات فعال می کند.
• تفکیک OLT و ONU اجازه می دهد تا بهترین اجزای نژاد را از فروشندگان مختلف مخلوط کنید.
• نرم افزار منبع باز در GPON Gear نوآوری سریعتر را از طریق همکاری تقویت می کند.
• طرح‌های باند پهن توسط دولت‌ها در سراسر جهان، استقرار GPON را تسریع می‌بخشد و اتصال را افزایش می‌دهد.

GPON به لطف بلوغ فنی، کارایی هزینه و تکامل مستمر، جایگاه خود را به عنوان فناوری دسترسی قطعی فیبر برای سال‌های آینده تثبیت کرده است. با برنامه‌های ملی پهنای باند که عرضه فیبر را در اولویت قرار می‌دهند، بازار GPON برای رشد گسترده آماده است.

کاربردهای GPON

خدمات پهنای باند مسکونی

GPON به طور گسترده برای ارائه خدمات اینترنت پرسرعت به مناطق مسکونی استفاده می شود. پهنای باند بالا و مقیاس پذیری GPON آن را به گزینه ای ایده آل برای ارائه اتصال پهن باند مطمئن و سریع به خانه ها تبدیل کرده است.

ارتباط تجاری

در بخش تجاری، GPON برای ایجاد اتصالات با ظرفیت بالا، پشتیبانی از طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی مانند کنفرانس ویدیویی، خدمات ابری و انتقال داده استفاده می‌شود. مقیاس پذیری GPON تضمین می کند که مشاغل می توانند به راحتی زیرساخت شبکه خود را در صورت نیاز گسترش دهند.

نتیجه

به طور خلاصه، GPON یک فناوری دسترسی کامل فیبر به محل است که پهنای باند بالا، استفاده کارآمد از منابع فیبر، مسیر ارتقای هموار و همگرایی سرویس سه گانه را ارائه می دهد. ظرفیت بالا، مقرون به صرفه بودن و قابلیت اطمینان آن را به روش غالب دسترسی فیبر تبدیل کرده است.

با بهبود مستمر استاندارد و تجهیزات، ادغام با معماری‌های جدید مانند SDN/NFV و سرمایه‌گذاری‌های عظیم دولت در زیرساخت‌های باند پهن، GPON همچنان در خط مقدم شبکه‌های دسترسی فیبر برای آینده قابل پیش‌بینی خواهد بود. درک معماری، پروتکل‌ها، خدمات و تکامل GPON بینش‌های مهمی را در مورد یکی از پرکاربردترین فناوری‌های باند پهن فیبر در سراسر جهان ارائه می‌کند.

سوالات متداول

1. GPON چیست؟

GPON یا شبکه نوری غیرفعال گیگابیتی، یک فناوری دسترسی پهن باند پرسرعت است که از ارتباطات فیبر نوری برای ارائه انتقال داده در سطح پایین و بالادست گیگابیتی بین دفتر مرکزی ارائه دهنده خدمات (OLT) و محل کاربر (ONU) استفاده می کند.

2. GPON چه تفاوتی با فناوری های باند پهن سنتی دارد؟

GPON با استفاده از کابل های فیبر نوری برای ارتباطات، ارائه پهنای باند بالاتر، امنیت افزایش یافته و کارایی هزینه به دلیل ماهیت غیرفعال شبکه توزیع نوری آن، با فناوری های سنتی متفاوت است.

3. اجزای کلیدی یک شبکه GPON چیست؟

اجزای کلیدی شامل پایانه خط نوری (OLT) است که شبکه را کنترل می کند. واحد شبکه نوری (ONU)، واقع در محل کاربر؛ و شبکه توزیع نوری (ODN) که شامل اجزای غیرفعال مانند فیبرها، اسپلیترها و کانکتورها است.

4. مزایای اصلی GPON چیست؟

GPON پهنای باند بالا، کارایی هزینه، مقیاس پذیری و امنیت بالا را ارائه می دهد. شبکه نوری غیرفعال آن از دست دادن سیگنال را به حداقل می‌رساند و امکان دسترسی طولانی‌تر را فراهم می‌کند و آن را به انتخابی ایده‌آل برای پهنای باند مسکونی، اتصال تجاری و خدمات سه‌گانه تبدیل می‌کند.

5. روند آینده در فناوری GPON چیست؟

روندهای آینده شامل نسل بعدی PON 2 (NG-PON2) برای سرعت های بالاتر، 10 گیگابیت PON (10G-PON) برای پهنای باند فوق العاده سریع، و ادغام GPON با شبکه های نرم افزاری تعریف شده (SDN) برای کنترل شبکه و خدمات پیشرفته است. گسترش.