همه چیز در مورد فناوری GPON (شبکه نوری پسیو گیگابیتی)

فناوری GPON چیست؟ نحوه کار تکنولوژی جی پان چگونه است؟در این مقاله قصد دارید علاوه بر پاسخ دادن به این سوالات در مورد مزایا و معایب GPON صحبت کنیم. در حالی که فیبر فناوری جدیدی نیست، استفاده از آن و برآورده کردن نیازهای کاربران نیازمند استراتژی های دسترسی پیشرفته است. امروزه فیبر به یک ضرورت برای انجام و اجرا خدمات و شبکه های 5G و پهنای باند پر سرعت تبدیل شده است.

فناوری GPON چیست؟

GPON مخفف Gigabit Passive Optical Network است و یک استاندارد پیشرو در شبکه های نوری پسیو (PON) است که نوعی از فناوری شبکه Peer To Peer است که دسترسی پهن باند را از طریق کابل فیبر نوری به کاربر نهایی ارائه می دهد.

در اینجا، اصطلاح ” Gigabit” در GPON به حداکثر سرعتی که ارائه می دهد اشاره می کند که معمولاً 2.488 گیگابیت در ثانیه downstream و 1.244 گیگابیت در ثانیه upstream است. به خاطر داشته باشید که این پهنای باند بین کاربران نهایی به اشتراک گذاشته می شود که معمولاً منجر به سرعت دسترسی پهنای باند از 10 مگابیت بر ثانیه می شود. از طرف دیگر، “Passive” نشان می دهد که شبکه فیبر نوری در مسیر خود به تجهیزات برقی متکی نیست.

امروزه ثابت شده است که فناوری GPON رایج‌ترین نوع اتصال فیبر نوری است که تقریباً 95 درصد از یک شبکه کابلی مسی استاندارد از لحاظ انرژی کارآمدتر است. علاوه بر این، GPON همچنین دارای نسبت 1:64 در یک فیبر است. این بدان معناست که یک کابل فیبر در یک GPON می تواند ویدئو، داده و صدا را به حداکثر 64 کاربر نهایی انتقال دهد. این امر آن را به استاندارد کارآمد و مقرون به صرفه تبدیل می کند، زیرا GPON تعداد اجرای فیبر در یک شبکه فیبر نوری را کاهش می دهد.

یک ویژگی دیگر GPON استفاده از رمزگذاری حالت انتقال ناهمزمان (ATM) است تا ترافیک صوتی و داده را در همان شبکه یکپارچه کند. در نهایت، GPON امروزه در ارائه خدمات بازی سه گانه (داده، IPTV، VoIP) با نرخ داده بالاتر، پهنای باند بیشتر و فواصل طولانی تر به شیوه ای امن بسیار مفید است. GPON همچنین از انواع پروتکل های اترنت پشتیبانی می کند.

GPON چگونه کار می کند؟

کلید عملکرد GPON در توپولوژی شبکه فیبر نوری دسترسی Point-To-Multipoint آن نهفته است.

GPON از سه عنصر اصلی تشکیل شده است: OLT (ترمینال های خط نوری)، دستگاه ONU (واحد شبکه نوری)، و اسپلیتر پسیو. در اینجا، اسپلیتر نوری پسیو چیزی است که استفاده از یک کابل فیبر نوری را امکان پذیر می کند که ارائه دهنده خدمات اینترنت را به چندین کاربر نهایی متصل می کند، زیرا معمولا سیگنال را به حداکثر 64 کابل دیگر تقسیم می کند.

ابتدا، ترمینال خط نوری داده ها را در قالب سیگنال های نوری از طریق فرآیندی به نام Wavelength Division Multiplexing (WDM)  ارسال می کند. OLT معمولا ISP شما است و می تواند به عنوان نقطه شروع یک GPON در نظر گرفته شود.

سیگنال در طول یک فیبر از طریق یک شبکه توزیع نوری (ODN) منتشر می شود و در انتها به اسپلیتر پسیو می رسد. یک شبکه فیبر GPON می تواند به مسافت 20 کیلومتری برسد.

اسپلیتر پسیو GPON سیگنال نوری را دریافت می کند و آن را به حداکثر 64 سیگنال های متعدد تقسیم می کند. این همان چیزی است که دسترسی Point-To-Multipoint را امکان پذیر می کند، بنابراین تا 64 اتصال فیبر را ممکن می کند.

در نهایت، سیگنال‌های نوری تقسیم‌شده به دستگاه‌های GPON ONT /ONU منفرد می‌رسند که در محل اقامت یا کسب‌وکار نصب شده‌اند. این نقطه پایانی GPON است و امکان تبدیل سیگنال داده نوری به سیگنال الکتریکی را فراهم می کند. به صورت معکوس، داده ها نیز از GPON ONT/ GPON ONU به سمت  OLT ارسال می شوند.

اجزای GPON

وقت آن رسیده است که درباره عملکرد مولفه های GPON به صورت جداگانه صحبت کنیم. استاندارد GPON توسط G.984 ITU-T برای شبکه های PON تعریف شده است. در ادامه در مورد این مولفه ها صحبت خواهیم کرد:

ترمینال خط نوری یا OLT

OLT  (مخفف Optical Line Terminal) را می توان به عنوان مدیر شبکه GPON در نظر گرفت. نقش آن ارسال و دریافت سیگنال های نوری ویدئویی، داده ها و صدا به ONT در سمت گیرنده است. OLT سیگنال های نوری Downstream را در 1550 نانومتر برای ویدئو و 1490 نانومتر برای صدا و داده ارسال می کند، در حالی که سیگنال های نوری Upstream را در 1310 نانومتر دریافت می کند. این از تداخل جلوگیری می کند.  GPON OLT در سمت ارائه‌دهنده خدمات وجود دارد (معمولاً در یک دیتا سنتر). مانند  GPON ONT، OLT همچنین سیگنال های نوری دریافتی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند. از طریق کابل بک بون به اسپلیتر نوری متصل می شود.

اسپلیتر فیبر نوری

اسپلیتر فیبر نوری یک مولفه پسیو است که یک کابل فیبر نوری را قادر می‌سازد تا به چندین رشته فیبر نوری تقسیم شود که منشعب می‌شوند و به ترمینال های شبکه نوری جداگانه در محل کاربر نهایی متصل می‌شوند. یک اسپلیتر GPON اغلب دارای نسبت تقسیم مشخصی است که بسته به تعداد خروجی های مورد نیاز می تواند 1:64، 1:32، 1:16، 1:8، 1:4 باشد. چنین تقسیم‌کننده‌ای را می‌توان برای تقسیم متمرکز که در آن سیگنال‌ها به مثلاً 64 کاربر نهایی تقسیم می‌شوند، یا برای تقسیم آبشاری که در آن اسپلیتر به سایر تقسیم‌کننده‌های پایین برای شبکه‌ای منشعب‌تر وصل می‌شود، استفاده کرد.

ترمینال شبکه نوری

نقطه پایانی کاربر GPON ، ONT  یا ترمینال شبکه نوری است. ONT یک مودم تخصصی برای تبدیل سیگنال های نوری به سیگنال های الکتریکی در محل کاربر نهایی است. بنابراین، دسترسی پهنای باند را برای تجهیزاتی مانند WiFi، تلویزیون ها، سیستم های دسکتاپ و غیره امکان پذیر می کند. ONT همچنین داده های جمع آوری شده و بهینه شده را از کاربر نهایی به OLT می فرستد.

رسانه های انتقال

رسانه انتقال شامل سخت افزار فیزیکی و پسیو به شکل کابل کشی و اجزای مختلف است که در امتداد زیرساخت GPON استفاده می شود. این رسانه ها شامل کابل‌های مسی، پچ‌کوردهای فیبر نوری، اسپلیترها، پانل‌های آداپتور، کانکتورها و غیره می‌شود. رسانه‌های انتقال نقش بزرگی در تعیین و بهینه‌سازی افت سیگنال نوری به اندازه کافی دارند.

مزایای GPON

GPON به دلیل مقرون به صرفه بودن و راحتی برای استقرار کابل های فیبر نوری در بازار انبوه، از مدت ها قبل در حال افزایش است. در سال 2021، سهم بازار جهانی GPON حدود 10 میلیارد دلار تخمین زده شد که پیش بینی می شود تا سال 2028 به 30 میلیارد دلار افزایش یابد. همچنین در سال 2021 بیش از 250 میلیون واحد از محصولات GPON به سراسر جهان ارسال شد.

عواملی مانند رشد برنامه های کاربردی با پهنای باند فشرده، شهرهای هوشمند، نفوذ اینترنت اشیا، گسترش 5G، GPON برای بک هاولینگ تلفن همراه و غیره به این معنی است که GPON و ارتقاهای آتی آن مانند NG-PON2 شبکه های نوری انتخابی هستند.

این محبوبیت شبکه اپتیکال غیرفعال گیگابیت بر اساس یک سری مزایا است:

انرژی کارآمد: به عنوان یک سیستم پسیو، GPON از برق بسیار کمی برای کار استفاده می کند. همچنین نسبت به شبکه های مسی 95 درصد مصرف انرژی کمتری را به همراه دارد.

مقرون به صرفه: با استنباط مستقیم از نکته قبلی، GPON به سختی برای عملکرد به انرژی نیاز دارد، بنابراین هزینه های عملیاتی کاهش می یابد. همچنین نیازی به پشتیبانی فناوری اطلاعات زیادی ندارد. GPON به‌عنوان یک سیستم فیبر نوری که می‌تواند مستقیماً با استفاده از فناوری اسپلیتر به چندین کلاینت متصل شود، به تجهیزات کمتری نیاز دارد و آن را به یک راه‌حل بسیار کارآمد و مقرون‌به‌صرفه تبدیل می‌کند.

سرعت بالا: با توجه به اینکه سرعت تقاضای قابل توجهی برای مصرف کنندگان و مشاغل مدرن است، GPON مدیریت ترافیک روان تا 10 گیگابیت بر ثانیه برای هر مشترک را به همراه توان عملیاتی 40 گیگابیت در ثانیه برای شبکه نوری تضمین می کند.

امن: GPON از یک استاندارد رمزگذاری پیشرفته برای دور نگه داشتن هکرها استفاده می کند. همچنین یک مدار بسته است و سیگنال های فیبر نوری ایزوله شده است و آن را به یک شبکه فیبر نوری بسیار امن تبدیل می کند.

پایدار: مزیت GPON این است که حتی در مناطق شلوغ و تقاضای ترافیک سنگین چقدر قابل اعتماد و پایدار است. این تخصیص حداقل پهنای باند به کاربران نهایی را همیشه تضمین می کند، بنابراین اتصال پایدار با استفاده از تقسیم کننده های نوری را تضمین می کند. همچنین به دلیل ماهیت ذاتی فیبر نوری، عاری از تداخل الکترومغناطیسی یا رادیویی است.

معایب GPON

علیرغم مفید بودن فناوری GPON ، این فناوری بدون عیب نیست:

در مقایسه با سیستم های P2P، فناوری GPON بر اساس تقسیم و به اشتراک گذاری پهنای باند بین کاربران متعدد است. این ممکن است کمتر ایده‌آل باشد.

یکی دیگر از معایب GPON، آسیب پذیری کابل های فیبر نوری به علت خم شدن، پیچ خوردگی یا شکستگی است. کابل های فیبر نوری به چنین اعوجاج های فیزیکی بسیار حساس هستند. اگر آنها بدون جهت گیری و حفاظت مناسب نصب شوند، ممکن است مستعد کاهش عملکرد یا خرابی شوند.

تکنولوژی جی پان کجا استفاده می شود؟

GPON  یا Gigabit Passive Optical Network  که به معنای شبکه اپتیکال پسیو گیگابیتی است به طور فزاینده ای در شبکه های FTTH و FTTP برای ارائه خدمات صوتی، داده و ویدئو با سرعت گیگابیت استفاده می شود. این یک استاندارد برای شبکه های نوری پسیو است که توسط ITU-T منتشر شده است و برای ارائه اتصالات فیبر استفاده می شود و سریعتر از EPON (شبکه نوری پسیو اترنت) است و سرعت 2.5 گیگابیت در ثانیه، دسترسی کاربر نهایی به اترنت، کیفیت خدمات برتر و بسیار ایمن و عملکردهای OAM کامل را نوید می دهد.

آیا GPON یک فیبر است؟

نه، GPON فیبر نیست. بلکه نوعی شبکه نوری پسیو است که برای دسترسی پهنای باند فیبر به خانه ها و کسب و کارها استفاده می شود. G در GPON مخفف Gigabit است. ویژگی کلیدی آن استفاده از اسپلیترهای پسیو در شبکه توزیع فیبر است.

منابع: stl