شبکه نوری غیرفعال با قابلیت گیگابیت (Gigabit-capable Passive Optical Network یا به اختصار GPON) یکی از پیشرفتهترین و پرکاربردترین فناوریهای دسترسی به اینترنت پرسرعت در فیبرنوری محسوب میشود. این فناوری که توسط اتحادیه بینالمللی مخابرات (ITU) در استاندارد سری G.984 تعریف شده است، برای پاسخگویی به نیاز روزافزون به پهنای باند بالا در Last Mile (آخرین نقطه اتصال شبکه به کاربر) طراحی شده است.
مهمترین ویژگی GPON که آن را از شبکههای فعال (Active Networks) متمایز میکند، استفاده از تقسیمکنندههای غیرفعال نوری (Passive Optical Splitter) است. برخلاف شبکههای فعال که برای توزیع سیگنال به تجهیزات برقی مانند سوئیچ نیاز دارند، در GPON از تقسیمکنندههای کاملاً غیرفعال استفاده میشود که نیازی به منبع تغذیه ندارند و هزینههای نگهداری و پیچیدگی شبکه را به شدت کاهش میدهند .
اجزای اصلی شبکه GPON
یک شبکه GPON از سه بخش اساسی تشکیل شده است:
- OLT (Optical Line Terminal): این دستگاه در مرکز یا دفتر مرکزی اپراتور قرار میگیرد و نقش کنترلکننده اصلی شبکه را ایفا میکند. OLT وظیفه مدیریت ترافیک، تخصیص پهنای باند و ارتباط با شبکههای بالادست (مانند اینترنت) را بر عهده دارد.
- ONU/ONT (Optical Network Unit / Optical Network Terminal): این دستگاه در سمت کاربر نصب میشود و وظیفه دریافت سیگنال نوری و تبدیل آن به سیگنالهای قابل استفاده برای کاربر (مانند اترنت، تلفن و تلویزیون) را دارد. تفاوت ONU و ONT اغلب در محل قرارگیری و کاربرد آن است، اما در بسیاری از متون به جای یکدیگر استفاده میشوند.
- ODN (Optical Distribution Network): شبکه توزیع نوری شامل تمام المانهای غیرفعال بین OLT و ONU/ONT است. مهمترین بخش ODN، تقسیمکننده غیرفعال نوری (Splitter) است که سیگنال نوری را از یک فیبر ورودی به چندین فیبر خروجی (معمولاً 32 یا 64 انشعاب) تقسیم میکند و امکان اتصال یک OLT به تعداد زیادی کاربر را فراهم میسازد.
نحوه عملکرد و اصول فنی
GPON برای انتقال داده در هر دو جهت (بالادست و پاییندست) از تکنیک مولتیپلکس کردن با تقسیم طول موج (WDM) بر روی یک فیبر نوری استفاده میکند:
- مسیر Downstream (از OLT به کاربر): در این مسیر از طول موج 1490 نانومتر استفاده میشود. دادهها به صورت Broadcast برای تمام ONU/ONTها ارسال میشود. هر ONU/ONT بر اساس شناسه اختصاصی خود (GEM Port ID) فقط دادههای مربوط به خود را از این جریان داده استخراج میکند . این دادهها برای امنیت بیشتر با استاندارد AES-128 رمزنگاری میشوند .
- مسیر Upstream (از کاربر به OLT): از طول موج 1310 نانومتر استفاده میشود. برای جلوگیری از برخورد دادههای ارسالی از سوی کاربران مختلف، از روش دسترسی چندگانه با تقسیم زمان (TDMA) استفاده میشود . در این روش، OLT برای هر ONU/ONT یک وقفه زمانی (Time Slot) اختصاصی تعیین میکند و هر کاربر تنها در زمان تعیینشده خود مجاز به ارسال داده است.
ساختار انتقال داده در GPON
GPON از ساختاری خاص و کارآمد برای انتقال انواع سرویسها (داده، صدا، ویدئو) استفاده میکند که آن را از فناوریهای رقیب مانند EPON متمایز میسازد. هسته اصلی این ساختار، روش محصورسازی GPON (GEM) است.
- GEM (GPON Encapsulation Method): در قلب فناوری GPON، روش GEM قرار دارد. این روش، یک فریم یا قالب استاندارد برای بستهبندی دادههای دریافتی از کاربر (مانند فریمهای اترنت) است. فریمهای GEM دارای یک شناسه منحصربهفرد به نام Port-ID هستند که مسیریابی دادهها را در مسیر پاییندست ممکن میسازد.
- T-CONT (Transmission Container): برای مدیریت ترافیک بالادست و تخصیص پویای پهنای باند، مفهوم T-CONT تعریف شده است. T-CONT یک بافر یا ظرف منطقی در ONU/ONT است که سرویسهای مختلف (مثلاً داده و صدا) را بر اساس اولویت و نیاز به پهنای باند، دستهبندی میکند. هر ONU/ONT میتواند یک یا چند T-CONT داشته باشد که هر کدام به یک یا چند فریم GEM متصل میشوند. این ساختار باعث میشود تا OLT بتواند به صورت پویا و بر اساس نیاز واقعی کاربران، پهنای باند را بین آنها تقسیم کند (DBA یا تخصیص پویای پهنای باند).
ویژگیها و مزایای کلیدی GPON
- ظرفیت پهنای باند بالا: در لایه فیزیکی، GPON به طور معمول از سرعت 2.488 گیگابیت بر ثانیه در مسیر DownStream و 1.244 گیگابیت بر ثانیه در مسیر UpStream پشتیبانی میکند . این پهنای باند بین کاربران متصل به یک OLT به اشتراک گذاشته میشود.
- بازدهی بالای پهنای باند: راندمان (بهرهوری) انتقال داده در GPON به دلیل ساختار فریمهای GEM بسیار بالا و بیش از 90 درصد است که در مقایسه با فناوری EPON با راندمان حدود 70 درصد یک مزیت قابل توجه محسوب میشود.
- پوشش جغرافیایی گسترده: فاصله منطقی پوشش در GPON تا 20 کیلومتر است و به صورت منطقی امکان پوشش تا 60 کیلومتر نیز وجود دارد.
- نسبت تقسیم بالا: یک پورت OLT میتواند به طور معمول 64 کاربر (و در برخی موارد تا 128 کاربر) را پوشش دهد که این امر موجب صرفهجویی در فیبر و تجهیزات میشود.
- قابلیت حمل انواع سرویسها: ساختار GEM به GPON اجازه میدهد تا به طور بومی از انواع سرویسها از جمله اترنت، TDM (برای صدا) و ATM پشتیبانی کند.
