Comment fonctionne un PON : TDM, ranging, DBA, activation, OMCI

Un réseau optique passif fait dialoguer un émetteur avec jusqu’à 128 récepteurs à travers la fibre et des coupleurs, et jusqu’à 128 émetteurs qui partagent un seul récepteur en retour. Faire fonctionner cela sans collisions, sans écoute indiscrète et sans configuration à chaque domicile est un travail de protocole. Cette page explique les mécanismes — diffusion descendante, créneaux temporels montants, télémétrie, bande passante dynamique, activation de l’ONU et canal de gestion — et relie chacun à ce que vous voyez sur un OLT et un stick.

Sens descendant : diffusion vers tout le monde

L’OLT émet en continu sur une seule longueur d’onde (1490 nm en GPON, 1577 nm en XGS-PON). Chaque ONU reçoit chaque trame et ne conserve que ce qui lui est adressé — par Port-ID dans les trames GEM du GPON ou XGEM en XG(S)-PON. Comme tout est visible par tous, la charge utile descendante est chiffrée par ONU (AES-128 en GPON, AES-128/256 en XGS-PON) avec des clés échangées pendant l’activation. Le sens descendant transporte aussi la carte de bande passante qui indique à chaque ONU quand il peut émettre.

Sens montant : salves à répartition temporelle

Les ONU partagent une longueur d’onde montante unique (1310 nm en GPON, 1270 nm en XGS-PON) par TDMA : chacun n’émet que dans le créneau que l’OLT lui a attribué, sous forme de salve avec préambule et délimiteur. Le laser est éteint entre les salves — c’est pourquoi la puissance Tx en DDM d’un ONU n’a pas de sens au repos, et pourquoi la Rx d’un OLT est une moyenne sur de nombreux émetteurs (précision et limites). Le récepteur de l’OLT réinitialise son seuil entre les salves provenant d’ONU situés à des distances et des puissances différentes.

Télémétrie (ranging)

Les créneaux ne fonctionnent que si la salve de chaque ONU arrive exactement au moment attendu. Pendant l’activation, l’OLT mesure le délai aller-retour vers chaque ONU et attribue un délai d’égalisation de sorte que tous les ONU semblent se trouver à la même distance logique (la distance différentielle de fibre est de 20 km, ou 40 km en option). La télémétrie se répète périodiquement pour suivre les variations de longueur de fibre dues à la température.

Attribution dynamique de bande passante (DBA)

La capacité montante est répartie entre des T-CONT (transmission containers, conteneurs de transmission) — des files par ONU et par classe de service :

L’algorithme DBA de l’OLT alloue les créneaux toutes les 125 µs, sur la base de rapports d’état envoyés par les ONU (SR-DBA) ou du trafic observé (NSR-DBA, surveillance du trafic). La latence montante et l’équité dépendent de cet algorithme, pas de l’optique.

Trames et FEC

Détail des normes : normes PON.

Activation de l’ONU

Un nouvel ONU traverse une séquence définie (états GPON O1–O5) :

Variantes d’authentification : numéro de série seul, LOID + mot de passe (courant chez certains opérateurs, réglé dans le firmware du stick), ou ID d’enregistrement. Un OLT exécute aussi une détection des ONU indisciplinés — un ONU qui émet hors de son créneau aveugle tout le monde sur le PON, et l’OLT peut lui ordonner d’éteindre son laser.

OMCI : le canal de gestion

Une fois en O5, l’OLT configure l’ONU via OMCI (ONU Management and Control Interface, G.988) : un canal de messages sur un port GEM dédié qui crée le modèle de service de l’ONU — ports UNI, VLAN, ports GEM, T-CONT, QoS — sous forme d'entités gérées. Un ONU qui s’enregistre mais ne fait passer aucun trafic présente généralement une incohérence OMCI/provisionnement (profil de service, VLAN, ou un modèle d’ONU auquel le profil de l’OLT ne correspond pas). Les sticks émulent l’OMCI d’un ONU complet pour que l’OLT voie un appareil familier.

Coexistence des longueurs d’onde

GPON, XGS-PON et la superposition vidéo peuvent partager un même ODN car leurs longueurs d’onde diffèrent ; un élément de coexistence (CEx, un filtre WDM au niveau de l’OLT) les combine au prix d’environ 1–1,5 dB. Plans et filtres : longueurs d’onde PON.

Ce que cela implique pour l’optique

• Descendant continu, montant en salves : le SFP de l’OLT a un récepteur en mode burst (APD à réinitialisation rapide), l’ONU un pilote laser en mode burst — ce sont ces deux caractéristiques qui différencient les modules PON des SFP point à point (transceivers PON).
• Les classes de budget (B+, C+, N1…) et les ratios de coupleur déterminent combien d’ONU et à quelle distance : classes ODN et budget.
• L’identité qu’un routeur hôte lit sur un stick (SFF-8472) est distincte de l’identité PON que voit l’OLT (série, LOID) ; CodingBox code la première.

Dans CodingBox

Pour un stick PON ou un module OLT, CodingBox affiche l’identité MSA, les codes de longueur d’onde et le DDM en direct sur DDM — en gardant à l’esprit que le Tx d’un stick n’est valable que pendant sa salve, et que le Rx d’un OLT est une moyenne. Les paramètres côté PON (série, LOID) se règlent dans l’interface de gestion propre au stick, pas dans l’EEPROM.

L’arbre PON à côté des autres architectures fibre — point à point, anneaux, WDM — avec les variantes FTTx, les nombres de fibres et les options de protection : topologies de réseau fibre.