Wie ein PON funktioniert: TDM, Ranging, DBA, Aktivierung, OMCI

Ein passives optisches Netz hat einen Sender, der über Glas und Splitter mit bis zu 128 Empfängern spricht, und im Gegenzug bis zu 128 Sender, die sich einen Empfänger teilen. Das ohne Kollisionen, ohne Mithören und ohne Konfiguration an jedem Haushalt zum Laufen zu bringen, ist Aufgabe des Protokolls. Diese Seite erklärt die Mechanismen — Downstream-Broadcast, Upstream-Zeitschlitze, Ranging, dynamische Bandbreite, ONU-Aktivierung und den Management-Kanal — und verknüpft jeden davon mit dem, was auf einem OLT und einem Stick zu sehen ist.

Downstream: Broadcast an alle

Das OLT sendet kontinuierlich auf einer Wellenlänge (1490 nm GPON, 1577 nm XGS-PON). Jede ONU empfängt jeden Frame und behält nur, was an sie adressiert ist — anhand der Port-ID in GPON-GEM-Frames oder XGEM in XG(S)-PON. Weil alles für jeden sichtbar ist, wird die Downstream-Nutzlast pro ONU verschlüsselt (AES-128 bei GPON, AES-128/256 bei XGS-PON) mit Schlüsseln, die während der Aktivierung ausgetauscht werden. Downstream trägt außerdem die Bandbreitenkarte, die jeder ONU mitteilt, wann sie senden darf.

Upstream: Bursts im Zeitmultiplex

ONUs teilen sich eine Upstream-Wellenlänge (1310 nm GPON, 1270 nm XGS-PON) per TDMA: Jede sendet nur in dem Zeitschlitz, den das OLT zugewiesen hat, als Burst mit Präambel und Delimiter. Zwischen den Bursts ist der Laser aus — weshalb die DDM-Tx-Leistung einer ONU im Leerlauf bedeutungslos ist und weshalb die Rx-Leistung eines OLT ein Mittelwert vieler Sender ist (Genauigkeit und Grenzen). Der OLT-Empfänger setzt seine Schwelle zwischen den Bursts von ONUs in unterschiedlicher Entfernung und mit unterschiedlicher Leistung zurück.

Ranging

Zeitschlitze funktionieren nur, wenn der Burst jeder ONU genau dann ankommt, wenn er erwartet wird. Während der Aktivierung misst das OLT die Umlaufverzögerung zu jeder ONU und weist eine Ausgleichsverzögerung zu, sodass alle ONUs auf derselben logischen Distanz zu sitzen scheinen (die differenzielle Faserdistanz beträgt 20 km, optional 40 km). Ranging wiederholt sich periodisch, um temperaturbedingte Änderungen der Faserlänge nachzuführen.

Dynamische Bandbreitenzuweisung (DBA)

Die Upstream-Kapazität wird auf T-CONTs (Transmission Container) aufgeteilt — Warteschlangen je ONU und Diensteklasse:

Der DBA-Algorithmus des OLT weist alle 125 µs Zeitschlitze zu, basierend auf Statusmeldungen der ONUs (SR-DBA) oder auf beobachtetem Verkehr (NSR-DBA, Verkehrsüberwachung). Upstream-Latenz und Fairness hängen von diesem Algorithmus ab, nicht von der Optik.

Framing und FEC

Standards im Detail: PON-Standards.

ONU-Aktivierung

Eine neue ONU durchläuft eine definierte Sequenz (GPON-Zustände O1–O5):

Varianten der Authentifizierung: nur Seriennummer, LOID + Passwort (bei manchen Betreibern üblich, in der Firmware des Sticks eingestellt) oder Registration-ID. Ein OLT führt außerdem eine Rogue-ONU-Erkennung aus — eine ONU, die außerhalb ihres Zeitschlitzes sendet, blendet alle anderen am PON, und das OLT kann ihr befehlen, den Laser abzuschalten.

OMCI: der Management-Kanal

Sobald sich die ONU in O5 befindet, konfiguriert das OLT sie über OMCI (ONU Management and Control Interface, G.988): ein Nachrichtenkanal über einen dedizierten GEM-Port, der das Dienstmodell der ONU aufbaut — UNI-Ports, VLANs, GEM-Ports, T-CONTs, QoS — als verwaltete Entitäten. Eine ONU, die sich registriert, aber keinen Verkehr durchlässt, hat meist eine OMCI-/Provisionierungs-Fehlanpassung (Dienstprofil, VLAN, oder ein ONU-Modell, zu dem das Profil des OLT nicht passt). Sticks emulieren die OMCI einer vollständigen ONU, sodass das OLT ein vertrautes Gerät sieht.

Wellenlängenkoexistenz

GPON, XGS-PON und Video-Overlay können sich ein ODN teilen, weil ihre Wellenlängen verschieden sind; ein Koexistenzelement (CEx, ein WDM-Filter am OLT) fasst sie zum Preis von ~1–1,5 dB zusammen. Pläne und Filter: PON-Wellenlängen.

Was das für die Optik bedeutet

• Downstream kontinuierlich, Upstream im Burst: Das OLT-SFP hat einen Burst-Mode-Empfänger (APD mit schnellem Reset), die ONU einen Burst-Mode-Lasertreiber — genau diese beiden Merkmale unterscheiden PON-Module von Punkt-zu-Punkt-SFPs (PON-Transceiver).
• Budgetklassen (B+, C+, N1…) und Splitverhältnisse entscheiden, wie viele ONUs und wie weit: ODN-Klassen und -Budget.
• Die Identität, die ein Host-Router von einem Stick ausliest (SFF-8472), ist getrennt von der PON-Identität, die das OLT sieht (Seriennummer, LOID); CodingBox codiert Erstere.

In CodingBox

Für einen PON-Stick oder ein OLT-Modul zeigt CodingBox die MSA-Identität, Wellenlängencodes und Live-DDM auf DDM — wobei zu beachten ist, dass der Tx-Wert eines Sticks nur während des Bursts gilt und der Rx-Wert eines OLT ein Mittelwert ist. Die PON-seitigen Parameter (Seriennummer, LOID) werden in der eigenen Verwaltungsoberfläche des Sticks eingestellt, nicht im EEPROM.

Der PON-Baum neben den anderen Faserarchitekturen — Punkt-zu-Punkt, Ringe, WDM — mit FTTx-Varianten, Faserzahlen und Schutzoptionen: Glasfaser-Netzwerktopologien.