Passive Optical Network (PON)G-PON: Gigabit PON
Existem alguns tipos diferentes de modelos de redes que utilizam a arquitetura básica de PON. Nas páginas a seguir elas serão explicadas brevemente ressaltando as principais características de cada uma.
A G-PON (Gigabit PON) foi normatizada pela ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) na série de normas G.984 (de 1 a 4).
Como ilustrado na Figura 4 (retirada do artigo An Introduction to PON Technologies, ver referência bibliográfica [5]), o modelo GPON possui as seguintes características:
- Sentido downstream de dados: comprimento de onda 1490 nm, link budget de 28 dB e taxa de transferência de 2.488 Gb/s.
- Sentido downstream de vídeo: comprimento de onda 1550 nm.
- Sentido upstream: comprimento de onda 1310 nm, link budget de 28 dB e taxa de transferência de 1.244 Gb/s.
A G-PON possui então 3 fluxos de informação em comprimentos de onda distintos. Desse modo, os dados não disputam por banda. Repare que há uma freqüência reservada para vídeo, o que corresponde às perspectivas mundiais de que a qualidade do vídeo irá aumentar drasticamente, bem como as aplicações que fazem uso intensivo de vídeo, como conseqüência tem-se um aumento da demanda por banda.
Figura 4 - Topologia da G-PON.
Conexão de nova ONU
O processo de conexão de uma ONU (equipamento instalado no local do cliente) ao OLT (equipamento instalado no servidor) se dá segundo os seguintes passos: ONU começa em um estado inicial de alarme depois de ligada, depois que a ONU sai do estado de alarme e começa a escutar dados, ela entra em estado de standby até escutar a mensagem Upstream-Overhead do OLT, a qual é enviada periodicamente por este. Em seguida a ONU entra num estado chamado Power-Setup na qual ela envia ao OLT uma mensagem de Serial-Number-State e aguarda a mensagem de Serial-Number-Request.
Depois de recebida esta mensagem a ONU envia seu Serial-Number, essas duas últimas etapas são repetidas até que o OLT receba duas vezes o Serial-Number da ONU. Depois disso o OLT atribui uma ONU-ID àquela ONU e a informa a através da mensagem Assign_ONU-ID.
Após esse processo de reconhecimento e identificação, entra em cena a fase de medida da distância do OLT para a ONU, chamado pela literatura de ranging. O OLT atribui a cada ONU um tempo de burst, que é o tempo que a ONU tem para enviar dados, entre o tempo de burst destinado a cada ONU, deve haver um intervalo de guarda para garantir que as informações enviadas por duas ONU's consecutivas não colidam. Tal intervalo de guarda varia de acordo com a diferença entre as distâncias do OLT para cada ONU consecutiva.
O mecanismo de medida de distância adotado pela G-PON é o Round Trip Delay (RTD), o qual leva em consideração o tempo de ida e volta do sinal, a velocidade de propagação da luz na fibra, o atraso dos transdutores óptico-elétrico e elétrico-óptico e também o tempo de processamento da ONU. Mais especificamente, o RTD mede a diferença de tempo entre o 1º bit da mensagem Ranging-Transmission e a recepção do último bit da mensagem Ranging-Transmission enviada pela ONU.
Após todo esse processo a ONU está pronta para transferir dados efetivamente com o OLT.
O OLT fala com uma ONU de cada vez, para tanto, cada pacote contém o identificador ONU-ID que é lido pelas ONU's para elas saberem se o pacote é destinado a ela ou não, visto que os pacotes enviados pelo OLT atingem todas as ONU's, como uma transmissão em broadcast. Dessa maneira apenas aqueles pacotes que contêm o seu identificador é lido pela ONU.
Segurança da rede
Apesar de que cada ONU deve escutar apenas o que é destinado a ela, existe a possibilidade da ONU ser modificada por alguém e então passar a escutar o que é enviado para outras ONU's. Ao contrário de outros tipos de redes, a topologia de PON não permite que outras ONU's vejam os dados no sentido upstream enviados pelas outras ONU's. Isso simplifica o processo de segurança de modo que a encriptação apenas necessita ser aplicada no sentido downstream e o sentido upstream pode carregar chaves de encriptação sem muita segurança.
Alocação dinâmica de banda
A norma G.983.4 especifica dois métodos para realizar a Dynamic Band Allocation (DBA).
No primeiro método a ONU tem um papel passivo. O OLT monitora quanta banda cada ONU está usando baseado na quantidade de pacotes com determinados campos vazios. Caso uma ONU envie uma quantidade de pacotes com estes campos completos acima de um certo limiar, mais banda é alocada para ela. Por aumentar a banda de um assinante entende-se aumentar o seu tempo de burst. Este método tem como vantagem não ocupar o tráfego upstream com informações de demanda por banda, entretanto tem uma resposta mais lenta por parte do OLT.
O segundo método baseia-se na ONU enviando a situação do seu buffer para o OLT. Desse modo a ONU tem um papel ativo e por isso essa estratégia chama-se Status Reporting (SR), em contraposição ao método anterior que se chama Non-Status Reporting (NSR). Nada impede também de o OLT utilizar uma perspectiva mista dos dois métodos.
Correção de erros
Para implementar a FEC (Forward Error Correction), é utilizado o código Reed Solomon (RS), mais especificamente o RS(255,239). Nesse algoritmo 16 bytes de verificação de paridade são adicionados a cada 239 bytes de dados para criar um bloco de 255 bytes.