GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON  در واقع شبکه فیبر نوری بین مراکز ارائه خدمات اینترنت و مشترکین خانگی است. در واقع کلمه GPON مخفف کلمات Gigabit Passive optical network است که به معنی ارتباط نوری با سرعت گیگابایت می باشد. یکی از مهم‌ترین دلایل استفاده از این شبکه سرعت بالا و عملکرد عالی این سیستم است.

 GPON چیست؟

همان‌طور که گفته شد GPON در واقع نوعی ارتباط بین مشترکین خانگی اینترنت اپراتور های ارائه دهنده اینترنت است که بر مبنای فیبر نوری ایجاد می شود. در این حالت تمام شبکه به حالت پسیو در آمده و دیگر نیازی به تجهیزات اکتیو در مسیر ارسال نمی باشد. در این حالت پایداری شبکه به مقدار 999% می رسد که به این معنی است که حداکثر مقدار قطعی اینترنت و یا تأخیر در ارسال اطلاعات به مقدار 5 دقیقه در سال می رسد که رقم بسیار عالی است. در مورد شبکه ای اینترنت معمولی این مقدار بیش از 3 ساعت در سال است که تفاوت بسیار بالایی با یکدیگر دارند.

از مزیت های عمده استفاده از تکنولوژی شبکه GPON همان‌طور که اعلام شد پسیو بودن باعث مزیت های زیادی می شود. این مزیت ها عبارت‌اند از:

  • کاهش هزینه ها به نحوی که در این حالت نیازی به خرید تجهیزات نگهداری نیست و سرویس های دوره ای ان به شدت کاهش پیدا می کند.
  • بهبود کارایی و عملکرد به نحوی که سرعت اتصال بر مبنای گیگا بیت بر ثانیه بوده و بسیار بیشتر از سرعت اتصال اینترنت معمولی بر مبنای مگابیت بر ثانیه است.
  • افزایش سرعت دریافت و ارسال اطلاعات در این حالت بسیار بیشتر بوده و دیگر محدودیت ارسال اطلاعات از این طریق وجود ندارد.
  • عدم نیاز به تغییر تجهیزات در دراز مدت به نحوی که با تغییر تکنولوژی نیازی نیست که کابل‌ها تعویض شوند بلکه فقط نیاز است که در ابتدای مسیر از تجهیزات جدید استفاده شود.
  • پایداری بهتر در این حالت کیفیت اینترنت بیشتر بوده و قطعی آن به مراتب بسیار کمتر از خطوط اینترنت معمولی است.
  • پوشش دهی مشترکین بیشتر در این حالت می توان مشترکین بسیار بیشتری را با استفاده از یک کابل فیبر نوری به اینترنت متصل کرد و به دلیل سرعت بالا تغییر محسوسی در کیفیت اینترنت آن ها مشاهده نمی شود.
  • قابل اعتماد تر به نحوی که قطعی کمتری داشته و سرعت بالاتری دارد و دیگر با خطای ارسال اطلاعات و یا دریافت اطلاعات مواجه نخواهیم بود.
  • پوش دهی وسیع تر به نحوی که با یک کابل فیبر نوری می توان تا مسیر 20 کیلومتری را به راحتی پوشش داد و نگرانی بابت کاهش سریع و با کیفیت ارائه خدمات و اینترنت وجود نداشته باشد.

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

تاریخچه ایجاد و استفاده از Passive optical network

با شروع سال 1995 کار روی فیبر نوری آغاز شد. این کار توسط گروه ایجاد شبکه و زیر ساخت های دسترسی یا همان FSAN ایجاد شد. این شبکه توسط ارائه دهندگان عمده خدمات اینترنت ایجاد شد. اتحادیه بین‌المللی ارتباطات از راه دور ITU نیز بخش های خاصی از این شبکه را راه اندازی کرد. در نهایت استاندارد های لازم بعد از دو نسل از PON ایجاد و بهینه سازی شد. در نهایت این استاندارد های به استاندارد ITU-T G.984 تبدیل شد.

استاندارد ITU-T G.984 در شبکه Passive optical network قابلیت های شبکه های نوری را بهبود بخشیده و در مقایسه با شبکه های PON پهنای باند را به مقدار بسیار بیشتری بهبود بخشیده است. این استاندارد روی پهنای باند 2.488 در مقدار کمترین (حداقل پهنای باند) ایجاد کرد و در نتیجه سرعت ارسال اطلاعات از این شبکه از این مقدار پایین تر نخواهد آمد.

امروزه شرکت ها و کشورهای زیادی برای زیر ساخت ارتباطی خود از فناوری شبکه Passive optical network استفاده می کند. از شرکت های مطرح می توان به Verizon با بیش از 800 هزار مشترک متصل، شرکت مخابرات بریتانیا، شرت مخابرات سعودی، شرکت مخابراتی AT&T و شرکت مخابراتی هند از استفاده کنندگان عمده این شبکه می باشند.

رشد شبکه Passive optical network در کشور ها نسبت به شبکه های PON و EPON در کشور های توسعه یافته بسیار بیشتر است. در سال 2014 مقدار سیستم های وصل شده به این شبکه در دنیا به بیش از 48.5 میلیون رایانه رسیده است.

دلیل این رشد سریع را می توان قابلیت های زیر این شبکه نامید:

  1. فاصله انتقال طولانی تر:

فیبر نوری امروزه می تواند تا فاصله 60 کیلومتری را پوشش دهد. این پوشش دهی مسافت بسیاری از مشکلات در شبکه های کابلی قدیمی را حل کرده است. همچنین وجود پیچ و تا ها در این فیبر نوری تأثیری در عملکرد آن ندارد.

  1. پهنای باند بالاتر:

هر فیبر نوری در GPON می تواند حداقل سرعت 2.5 گیگابایت بر ثانیه را پوشش دهی کند. این مقدار سرعت می تواند به راحتی پهنای باند مورد نیاز را برای سرویس های پخش آنلاین و تلویزیون های اینترنتی با کیفیت HDTV را به راحتی فراهم کند.

  1. تجربه بهتر کاربری و خدمات کامل تر:

انعطاف پذیری بالاتر، کنترل ترافیک، ارائه خدمات بهتر کاربر، پشتیبانی آسان تر، ارائه خدمات متفاوت تر به کاربر باعث می‌شود که کاربران در هنگام استفاده از این شبکه خدمات بهتر و کامل تری را دریافت کنند.

  1. استفاده بیشتر از منابع و هزینه کمتر GPON:

یک کابل فیبر نوری می تواند به حدود 128 سیستم خدمت رسانی کند. این به این معنی است که یک کابل می تواند تا 128 دستگاه را به شبکه متصل کرده و کیفیت خدمات آن افت پیدا کند. این امر باعث می‌شود که هزینه های اتصال رایانه ها به فیبر نوری کمتر شود.

 معرفی بخش های مختلف

شبکه های PON شامل انواع مختلف شبکه های broadband passive optical network یا همان BPON و Ethernet passive optical network یا همان EPON و همچنین شبکه gigabit passive optical network یا همان GPON می شود. از شبکه BPM در دستگاه های خودپرداز یا همان ATM ها استفاده می شود. شبکه EPON همچنان در سیستم شبکه ای اتر نت در حال فعالیت می باشد. از شبکه GPON به عنوان یک شبکه نسل آینده برای سرویس های استریم استفاده می شود.

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

همان‌طور که در تصویر بالا مشاهده میکنید در شبکه GPON از بخش GPON یک اتصال به اسپلیتر برقرار می شود. این اتصال به صورت دو طرف بوده و سیر رفت برگشت اطلاعات را پوشش می دهد. در این اتصال از طول موج های خاص استفاده می شود برای مسیر بالا دست از طول موج های 1260 نانومتر تا 1360 نانومتر استفاده شده در مسیر پایین دست از طول موج های 1480 نانومتر الی 1500 نانومتر استفاده می‌شود.

 

قابلیت انتقال پایین دست در شبکه

در شبکه GPON همه داده ها از OLT به سمت ONU پخش می شوند. در نتیجه ONU ها داده های مربوط به خود را دریافت کرده و سایر داده ها را از خود دور می کند. این کار در شکل زیر توضیح داده شده است:

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

ویژگی های این این حالت عبارت است از:

  • پشتیبانی از انتقال چند نقطه ای یا همان P2MP
  • در این حالت داده ها به صورت یکسان به تمامی ONU ها منتقل می شود و هر کدام بر اساس نیاز های ONU با شناسایی پورت GEM تفکیک شده و از یکدیگر متمایز می شوند.
  • به هر یک از ONU ها این اجازه داده می شود که داده های مورد نیاز خود را بر اساس شناسه ONU دریافت کنند.

قابلیت انتقال در بالادست در شبکه GPON:

در جهت بالا دست داده ها را فقط میتوان با استفاده از OLT  فقط در بازه زمانی مجاز و اختصاص یافته به هر یک از PLT ها دریافت و ارسال کرد. در نتیجه این فرآیند تضمین می کند که هر ONU داده ها را در یک توالی مشخص دریافت می‌کند. این کار باعث می‌شود که داده ها در سیستم بالادستی خود دچار اختلال و ادغام نشوند.

 شکل زیر جزییات این فرایند را نشان می دهد:

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

 GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

ویژگی های این این حالت عبارت است از:

  1. تقسیم زمانی دسترسی چندگانه ای همان TDMA در این حالت پشتیبانی می شود.
  2. داده ها با یک لیست زمانی اختصاصی منتقل می شوند.
  3. چندین سیگنال نوری در یک اسپلیتر وارد می شود و تبدیل به یک سیگنال نوری می شود.
  4. طیف وسیعی از سیگنال ها شناسایی شده و از ترکیب و برخورد آنها جلوگیری می شود.

 مفاهیم اساسی

در سیستم شبکه GPON تمام جریان ها و خدمات ارائه شده محصور در همین سیستم است. این کار از طریق خطوط GPON انجام می شود. به همین دلیل باید از درگاه های GEM در این سیستم استفاده شود. در این حالت شبکه این پورت ها را شناسایی کرده و از آنها استفاده می کند. در واقع در این سیستم از پورت GEM برای شناسایی خدمات و سرویس های مجاز حامل جریان بین OLT و ONU استفاده می‌شود.

شکل زیر ساختار قاب GEM را نشان می دهد.

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

در تصویر بالا همان‌طور که مشاهده می شود یک هدر GEM از PLI, Port ID, PTI و بخش مربوط به بررسی خطای هدر HEC تشکیل شده است. این کار برای تمایز داده ها از درگاه های مختلف GEM انجام می شود. بخش های مختلف این هدر عبارت‌اند از:

  1. PLI: اندازه و طول داده را نشان می دهد
  2. Port ID: در این بخش GEM یک پورت را به صورت اختصاصی و منحصر به فرد مشخص می شود.
  3. PTI: نوع بار داده ها را نشان می دهد. از این عامل برای شناسایی وضعیت و نوع دادهایی که منتقل می شوند، استفاده می شود. به عنوان مثال آیا پیام عملیات انتقال داده به بخش های نگهداری منتقل می شود؟ آیا انتقال داده کامل انجام شده است. یا خیر؟
  4. HEC عملکرد و خطای پیش فرض FEC و کیفیت انتقال را تضمین می کند.
  5. Fragment payload: قطعه آماده موجود در قاب را نشان می دهد.

در شکل زیر نیز شما می توانید ساختار قاب GEM را بر اساس نقشه برداری از سرویس اتر نت در حالت GPON مشاهده کنید. نمای کامل آن در شکل زیر نشان داده شده است.

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

همان‌طور که در شکل بالا ملاحظه می کنید، سیستم GPON فریم های اتر نت را تجزیه کرده و داده ها را در بارهای مختلف GEM برای انتقال آماده می کند. در این حالت بار نقشه های انتقال در باره ای GEM آماده می شوند.

اطلاعات هدر به صورت خودکار در بین فریم های GEM محصور می شود.

قالب نقشه برداری برای انتقال به صورت واضح مشخص می شود و سازگاری آن بررسی شده و تأیید می شود.

بررسی T-CONT یا همان ظرف انتقال

ظرف انتقال یا همان T-CONT در واقع حامل سرویس در جهت بالادستی در سیستم GPON است. تمام درگاه های GPON به T-CONT متصل می‌شود. در این حالت جریان خدمات ارائه شده به استفاده از روش های برنامه ریزی شده قبلی به بخش‌ های بالادست منتقل می شوند. در واقع T-CONT واحد کنترل اساسی جریان خدمات بالادستی در سیستم GPON است.

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

پنج نوع مختلف T-CONT وجود دارد. انتخاب T-CONT در طول برنامه ریزی های مختلف برای استفاده در جریان های بالا دست می تواند متفاوت باشد. هر نوع خدمات ارائه شده در پهنای باند T-CONT کیفیت خدمات QoS مخصوص به خود را دارا می باشند. QoS به صورت کامل پهنای باند را ضمانت می‌کند. در این شرایط حالت های fixed، assured، non-assured، best-effort و hybrid modes طبقه بندی می شود.

ساختار شبکه GPON به صورت کامل را می توان در شکل زیر دید:

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

 GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

با توجه به تصویر بالا می توان ساختار اصلی شبکه GPON را مشخص کرد. در این حالت به این نکته اشاره کرد که تکنولوژی های استفاده شده در ساختار شبکه GPON بر اساس تکنولوژی های 10G EPON و XG-PON1 است. این تکنولوژی ها در حال حاضر در فاز سیگاری هستند. دلیل این امر هم گران بودن ساختار و قطعات این تکنولوژی ها است. با توجه به رشد ساختار این شبکه در کشور های پیشرفته به نظر می رسد در مدت زمان کوتاهی این ساختار در شبکه های شهری و بین شهری در دیگر کشور ها نیز فعال شود.

بخش های اصلی مشخص شده در ساختار شبکه GPON بر اساس شکل بالا عبارت‌اند از:

  • بخش OLT – Optical Line Terminal در این بخش در مراکز مخابراتی قرار دارد و می تواند به بیش از 1000 مشترک فیبر نوری خدمت رسانی کند.
  • بخش ONT/ONU – Optical Network Terminal-Unit که مربوط به کاربران نهایی و منازل می باشد. هر GPON OLT می تواند تا 128 QNT را سرویس دهی کند.
  • اسپلیتر POE که از آن برای انشعاب گیری از ساختار شبکه GPON استفاده می‌شود. اسپلیتر دارای پورت های متفاوت بوده و از 2 تا 128 پورت را پشتیبانی می کند.

با توجه به شکل ارائه شده در بالا برنامه های کاربردی زیاد در شبکه های FTTx در دسترس کاربران شبکه GPON قرار می گیرد. این موارد می تواند شامل صدا، اطلاعات و تصویر  و داده های دیگر باشد که برای کاربران در ترمینال های ONU ارسال می‌شود.

در این حالت سیگنال ها به بسته های اتر نت تبدیل می شود و سپس با استفاده از پیوند GPON اطلاعات را از طریق فیبر های نوری به OLT منتقل می کنند.

تفاوت EPON و GPON چیست؟

EPON  و GPON هر دو از نسخه های رایج در ساختار شبکه فیبر نوری است. این شبکه ها از کابل های فیبر نوری برای اتصال دستگاه های مختلف به شبکه جهانی اینترنت استفاده می کنند. عمده ترین استفاده از این شبکه برای استفاده در سیستم های VoIP و یا ارسال صدا و تصویر در تلویزیون های دیجیتال است. اصلی ترین تفاوت بین EPON و GPON در واقع پروتکل هایی است که در آنها استفاده می شوند. یکی دیگر از مهم‌ترین تفاوت ها در ساختار EPON و GPON را می توان تعداد ONU ها نامید. با این حال در حالت کلی هر دوی این شبکه ها اتر نت را به عنوان محصول نهایی به دست کاربر می رساند.

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

GPON چیست و چه کاربردی دارد؟

تفاوت های EPON و GPON را می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  1. پهنای باند ارائه شده در ساختار GPON بسیار بالاتر است نسبت به ساختار در ساختار GPON پهنای باندی بین 1.25 الی 2.5 گیگابایت در ثانیه ارائه می دهند. این در حالی است که ساختار EPON پهنای باندی در حدود 1 گیگابایت در ثانیه را ارائه می دهد.
  2. ساختار GPON بر اساس یک ساختار نقطه به نقطه ایجاد شده است این در حالی است که از EPON به صورت غیرمستقیم برای استفاده از اتر نت به کار برده می شود.
  3. استفاده از EPON در سال 2005 در حدود 20 هزار عدد بوده است این مقدار در سال 2012 به 1.2 میلیون عدد رسیده است با این حال ساختار های کشوری و بزرگ در آمریکا مانند بیمارستان ها ، ارتش آمریکا، بخش انرژی، سازمان امنیت داخلی، مجموعه ناسا از GPON استفاده می کنند. دلیل این امر هم سرعت بالاتر این نوع شبکه نسبت به EPON است.
  4. در خصوص دیگر تفاوت های EPON و GPON می توان به این موارد اشاره کرد که ساختار EPON کاملاً بر اساس استاندارد های اتر نت سازگار است. در نتیجه در هنگام اتصال به شبکه های مبتنی بر اتر نت در هر دو طرف نیازی به تبدیل و یا محوطه سازی نیست.
  5. در EPON از روش دسترسی CSMA/CD استفاده می‌شود. از آنجا که اتر نت فناوری اصلی شبکه جهانی است و در تمامی شبکه ها از شبکه های محلی LAN و شبکه های بزرگ MAN مورد استفاده قرار می گیرد در نتیجه نیازی به تغییر پروتکل و تبدیل آن در زمان استفاده از EPOn و یا GPON نیست.
  6. در حالت کلی GPON از شاخص عملکرد بهتری نسبت به EPON برخوردار است. با این حال استفاده از EPON نسبت GPON از لحاظ زمان و هزینه برتری بهتری دارد. در واقع EPON در مدت زمان کوتاه تر و هزینه کمتری نسبت به GPON راه اندازی می شود.
  7. در شبکه های GPON فرآیند تقسیم تعداد واحدهای شبکه های نوری یا همان ONU بر اساس یک ترمینال OLT در حد 128 عدد است. این در حالی است که در ساختار EPON محدودیت در تعداد ONU ها به مقدار 32 یا 64 عدد می باشد.
  8. فرآیند رمز نگاری در سیستم GPON عموماً روی ساختار پایین دستی یا همان Downstream انجام می شود. این در حالی است که در ساختار EPON فرایند رمز نگاری در هر دو بخش بالا دست و پایین دست انجام می شود.
  9. محبوبیت سیستم GPON بیشتر در امریکا وجود دارد این در حالی است که ساختار EPON عموماً در آسیا و اروپا مورد استفاده قرار می گیرد.

سؤالات متداول:

  1. یک شبکه GPON چگونه کار می کند؟

یک شبکه GPON شامل بخش های مختلفی است. این بخش ها شامل OLT یا همان پایه های فیبر نوری و ONU یا همان واحد های شبکه نوری است و یک اسپلیتر (تقسیم کننده) است. کار تقسیم کننده در واقع این است که در صورت نیاز سیگنال را به واحد های هم اندازه و متناسب تقسیم کند. در ساختار GPON بخش OLT تمام سیگنال های نوری را که به صورت پرتو های نوری است از بخش ONU در یافت میکنند و آنها را به سیگنال های الکترونیکی و دیجیتالی تبدیل می کند. هر OLT معمولاً از 72 پورت پشتیبانی می کند.

  1. چرا شبکه GPON را غیر فعال یا همان Passive می نامند؟

 همان‌طور که گفته شده است شبکه GPON یک شبکه دسترسی به صورت نقطه به نقطه است. در این حالت از از تعدادی تقسیم کننده یا همان اسپلیتر استفاده می‌شود. در واقع تنها بخش هایی که برای این شبکه مورد نیاز است یک متصل کننده به ابتدا و یک متصل کننده به پایان کابل فیبر نوری است. در این حالت دیگر نیازی به تقویت کننده ها و یا افزایش دهنده های فرکانسی نیست. تمام فرایند در یک ساختار غیر فعال و پسیو انجام می شود. به همین دلیل است که شبکه های GPON را یک شبکه پسیو می‌نامند. آخرین نقطه اتصال در این شبکه ها منازل کاربران و یا حتی فروشگاه ها و مشاغل کوچک آنها است.

  1. تفاوت Gpon و FTTH چیست؟

به صورت غیر مستقیم می توان گفت که FTTH همان اتصال فیزیکی فیبر به منازل مسکونی است. در حالی که ساختار GPON یک نوع فناوری و تکنولوژی است که خدماتی نظیر تلفن، تلویزیون، اینترنت و غیره را روی فیبر های نوری ارائه می دهد.

  1. در ساختار شبکه GPON شما تا چه تعدادی می توانید آن را تقسیم کند؟

 همان‌طور که گفته شد ساختار شبکه Gpon به صورت نقطه به نقطه است با این حال شما می توانید با استفاده از اسپلیتر آن را به تعداد مشخصی تقسیم کنید. در حالت عادی شما می توانید یک فیبر نوری را به 32 یا 64 عدد تقسیم کند. بیشترین مقدار تقسیم شده یک فیبر بر اساس ساختار GPON در حدود 128 عدد است. در هر کدام از این تقسیم ها GPON از کی طول موج جداگانه برای انتقال امواج و دریافت ترافیک استفاده می‌کند.

No votes yet.
Please wait...

    دیدگاهتان را بنویسید

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

    منو اصلی