Jak działa PON: TDM, ranging, DBA, aktywacja, OMCI

W pasywnej sieci optycznej jeden nadajnik rozmawia z maksymalnie 128 odbiornikami przez szkło i splittery, a w drugą stronę maksymalnie 128 nadajników dzieli jeden odbiornik. Sprawienie, by działało to bez kolizji, bez podsłuchu i bez konfiguracji w każdym domu, to zadanie protokołu. Ta strona wyjaśnia mechanizmy — rozgłoszenie w dół, szczeliny czasowe w górę, ranging, dynamiczne pasmo, aktywację ONU i kanał zarządzania — i wiąże każdy z nich z tym, co widać na OLT i na sticku.

W dół: rozgłoszenie do wszystkich

OLT nadaje w sposób ciągły na jednej długości fali (1490 nm GPON, 1577 nm XGS-PON). Każda ONU odbiera każdą ramkę i zachowuje tylko to, co jest do niej zaadresowane — po Port-ID w ramkach GEM GPON albo XGEM w XG(S)-PON. Ponieważ wszystko jest widoczne dla każdego, ładunek w kierunku w dół jest szyfrowany dla każdej ONU osobno (AES-128 w GPON, AES-128/256 w XGS-PON) kluczami wymienianymi podczas aktywacji. Kierunek w dół przenosi też mapę pasma, która mówi każdej ONU, kiedy wolno jej nadawać.

W górę: transmisje burst w podziale czasu

ONU dzielą jedną długość fali w górę (1310 nm GPON, 1270 nm XGS-PON) metodą TDMA: każda nadaje tylko w szczelinie przydzielonej przez OLT, jako burst z preambułą i ogranicznikiem. Między burstami laser jest wyłączony — dlatego moc Tx z DDM ONU jest bez znaczenia w stanie bezczynności, a Rx OLT to średnia z wielu nadawców (Dokładność i ograniczenia). Odbiornik OLT resetuje swój próg między burstami od ONU znajdujących się w różnych odległościach i o różnych mocach.

Ranging

Szczeliny działają tylko wtedy, gdy burst każdej ONU dociera dokładnie w oczekiwanym momencie. Podczas aktywacji OLT mierzy opóźnienie sygnału w obie strony do każdej ONU i przydziela opóźnienie wyrównawcze, tak by wszystkie ONU wydawały się znajdować w tej samej odległości logicznej (różnicowa odległość światłowodu wynosi 20 km, opcjonalnie 40 km). Ranging powtarza się okresowo, by nadążać za zmianami długości światłowodu wywołanymi temperaturą.

Dynamiczny przydział pasma (DBA)

Pojemność w górę jest dzielona między T-CONT (kontenery transmisyjne) — kolejki dla każdej ONU w ramach każdej klasy usługi:

Algorytm DBA w OLT przydziela szczeliny co 125 µs na podstawie raportów stanu z ONU (SR-DBA) albo obserwowanego ruchu (NSR-DBA, monitorowanie ruchu). Opóźnienie w górę i sprawiedliwość podziału zależą od tego algorytmu, a nie od optyki.

Ramkowanie i FEC

Szczegóły standardów: standardy PON.

Aktywacja ONU

Nowa ONU przechodzi przez zdefiniowaną sekwencję (stany GPON O1–O5):

Warianty uwierzytelniania: tylko numer seryjny, LOID + hasło (spotykane u części operatorów, ustawiane w firmware sticka) albo identyfikator rejestracyjny. OLT prowadzi też wykrywanie ONU łamiących zasady — ONU nadająca poza swoją szczeliną oślepia wszystkich w danym PON, a OLT może nakazać jej wyłączenie lasera.

OMCI: kanał zarządzania

Po osiągnięciu O5 OLT konfiguruje ONU przez OMCI (ONU Management and Control Interface, G.988): kanał komunikatów przez dedykowany port GEM, który buduje model usług ONU — porty UNI, VLAN-y, porty GEM, T-CONT, QoS — jako zarządzane jednostki. ONU, która się rejestruje, ale nie przepuszcza ruchu, zwykle ma niezgodność OMCI/provisioningu (profil usługi, VLAN albo model ONU, do którego nie pasuje profil OLT). Sticki emulują OMCI pełnej ONU, dzięki czemu OLT widzi znajome urządzenie.

Koegzystencja długości fal

GPON, XGS-PON i nakładka wideo mogą współdzielić jeden ODN, ponieważ ich długości fal się różnią; element koegzystencji (CEx, filtr WDM przy OLT) łączy je kosztem ~1–1,5 dB. Plany i filtry: długości fal PON.

Co to oznacza dla optyki

• W dół w sposób ciągły, w górę burst: SFP OLT ma odbiornik burst-mode (APD z szybkim resetem), a ONU — sterownik lasera burst-mode; to właśnie te dwie cechy odróżniają moduły PON od zwykłych SFP punkt-punkt (transceivery PON).
• Klasy budżetu (B+, C+, N1…) i współczynniki podziału splitterów decydują, ile ONU i jak daleko: klasy ODN i budżet.
• Dane identyfikacyjne, które router hosta odczytuje ze sticka (SFF-8472), są odrębne od identyfikacji PON widzianej przez OLT (numer seryjny, LOID); CodingBox koduje te pierwsze.

W CodingBox

Dla sticka PON albo modułu OLT CodingBox pokazuje dane identyfikacyjne MSA, kody długości fal i DDM na żywo w DDM — pamiętając, że Tx sticka jest ważny tylko podczas bursta, a Rx OLT to średnia. Parametry po stronie PON (numer seryjny, LOID) ustawia się we własnym interfejsie zarządzania sticka, a nie w EEPROM.

Drzewo PON na tle innych architektur światłowodowych — punkt-punkt, pierścienie, WDM — z wariantami FTTx, liczbą włókien i opcjami ochrony: Topologie sieci światłowodowych.