Come funziona una PON: TDM, ranging, DBA, attivazione, OMCI

Una rete ottica passiva ha un trasmettitore che parla con fino a 128 ricevitori attraverso vetro e splitter, e fino a 128 trasmettitori che condividono un ricevitore nella direzione opposta. Far funzionare tutto questo senza collisioni, senza intercettazioni e senza configurazione in ogni abitazione è compito del protocollo. Questa pagina spiega i meccanismi — broadcast downstream, slot temporali upstream, ranging, larghezza di banda dinamica, attivazione dell’ONU e il canale di gestione — e collega ciascuno a ciò che si vede su un OLT e su uno stick.

Downstream: broadcast a tutti

L’OLT trasmette in modo continuo su un’unica lunghezza d’onda (1490 nm GPON, 1577 nm XGS-PON). Ogni ONU riceve ogni frame e mantiene solo ciò che le è indirizzato — tramite il Port-ID nei frame GEM di GPON o XGEM in XG(S)-PON. Poiché tutto è visibile a tutti, il payload downstream è cifrato per singola ONU (AES-128 in GPON, AES-128/256 in XGS-PON) con chiavi scambiate durante l’attivazione. Il downstream porta anche la mappa della larghezza di banda che indica a ogni ONU quando può trasmettere.

Upstream: raffiche a divisione di tempo

Le ONU condividono un’unica lunghezza d’onda upstream (1310 nm GPON, 1270 nm XGS-PON) tramite TDMA: ciascuna trasmette solo nello slot assegnato dall’OLT, come una raffica con preambolo e delimitatore. Il laser è spento tra una raffica e l’altra — per questo la potenza Tx del DDM di un’ONU non ha senso quando è inattiva, e per questo l’Rx di un OLT è una media di molti mittenti (Precisione e limiti). Il ricevitore dell’OLT azzera la propria soglia da una raffica all’altra, perché le ONU si trovano a distanze e potenze diverse.

Ranging

Gli slot funzionano solo se la raffica di ogni ONU arriva esattamente quando previsto. Durante l’attivazione l’OLT misura il ritardo di andata e ritorno verso ogni ONU e assegna un ritardo di equalizzazione in modo che tutte le ONU risultino alla stessa distanza logica (la distanza differenziale in fibra è 20 km, opzionalmente 40 km). Il ranging si ripete periodicamente per seguire le variazioni di lunghezza della fibra indotte dalla temperatura.

Assegnazione dinamica della larghezza di banda (DBA)

La capacità upstream è divisa tra T-CONT (transmission container) — code per ONU e per classe di servizio:

L’algoritmo DBA dell’OLT assegna gli slot ogni 125 µs in base ai rapporti di stato delle ONU (SR-DBA) o al traffico osservato (NSR-DBA, monitoraggio del traffico). La latenza upstream e l’equità dipendono da questo algoritmo, non dall’ottica.

Framing e FEC

Dettagli sugli standard: Standard PON.

Attivazione dell’ONU

Una nuova ONU attraversa una sequenza definita (stati GPON O1–O5):

Varianti di autenticazione: solo numero di serie, LOID + password (comune presso alcuni operatori, impostata nel firmware dello stick), oppure ID di registrazione. Un OLT esegue anche il rilevamento delle ONU rogue — un’ONU che trasmette fuori dal proprio slot acceca tutti gli altri sulla PON, e l’OLT può ordinarle di spegnere il laser.

OMCI: il canale di gestione

Una volta raggiunto lo stato O5, l’OLT configura l’ONU tramite OMCI (ONU Management and Control Interface, G.988): un canale di messaggi su una porta GEM dedicata che crea il modello di servizio dell’ONU — porte UNI, VLAN, porte GEM, T-CONT, QoS — come entità gestite. Un’ONU che si registra ma non passa traffico ha di solito un disallineamento OMCI/provisioning (profilo di servizio, VLAN, o un modello di ONU che non corrisponde al profilo dell’OLT). Gli stick emulano l’OMCI di un’ONU completa, così l’OLT vede un dispositivo familiare.

Coesistenza delle lunghezze d’onda

GPON, XGS-PON e l’overlay video possono condividere un’unica ODN perché le loro lunghezze d’onda differiscono; un elemento di coesistenza (CEx, un filtro WDM presso l’OLT) le combina al costo di ~1–1,5 dB. Piani e filtri: Lunghezze d’onda PON.

Cosa significa questo per l’ottica

• Downstream continuo, upstream a raffiche: l’SFP dell’OLT ha un ricevitore burst-mode (APD a reset rapido), l’ONU un driver laser burst-mode — sono queste le caratteristiche che distinguono i moduli PON dagli SFP punto-punto (Ricetrasmettitori PON).
• Le classi di bilancio (B+, C+, N1…) e i rapporti di split decidono quante ONU e fino a che distanza: Classi ODN e bilancio.
• L’identità che un router host legge da uno stick (SFF-8472) è separata dall’identità PON che vede l’OLT (seriale, LOID); CodingBox codifica la prima.

In CodingBox

Per uno stick PON o un modulo OLT, CodingBox mostra l’identità MSA, i codici di lunghezza d’onda e il DDM in tempo reale nella schermata DDM — ricordando che il Tx di uno stick è valido solo durante la raffica e che l’Rx di un OLT è una media. I parametri lato PON (seriale, LOID) si impostano nell’interfaccia di gestione propria dello stick, non nell’EEPROM.

L’albero PON accanto alle altre architetture in fibra — punto-punto, anelli, WDM — con le varianti FTTx, i conteggi di fibre e le opzioni di protezione: Topologie delle reti in fibra.