Standard Teknologi GPON dan XGPON

Standard Teknologi GPON dan XGPON

Access Network - GPON

GPON singkatan dari Gigabit Capable Passive Optical Network, merupakan Broadband Access Network yang distandardkan oleh ITU. Sedangkan XGPON merupakan pengembangan dari GPON

Standard GPON dan XGPON diatur pada :

	Standard ITU	Keterangan
GPON	G.984.1 (03/2008)	Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics
	G.984.2;	Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification
	G.984.3 (03/2008)	Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer specification
	G.984.4	Gigabit-capable Passive Optical Networks (G PON): ONT management and control interface specification
	G.984.5 (09/2007)	Enhancement band for gigabit capable optical access networks
	G.984.6 (03/2008)	Gigabit-capable passive optical networks (GPON): Reach extension
XGPON	G.987 (06/2012)	10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems: Definitions, abbreviations,and acronyms
	G.987.1 (01/2010)	10-Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON): General requirements
	G.987.1 Amendment 1 (04/2012)	10-Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON): General requirements, Amendment 1
	G.987.2	10-Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON): Physical media dependent (PMD)layer specification
	G.987.3	10-Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON): Transmission convergence (TC) layer specification
	G.988	ONU management and control interface (OMCI) specification

Referensi dan Karakteristik Umum GPON

Referensi dan Karakteristik Umum GPON

Access Network - GPON

Gigabit Capable Passive Optical Network (GPON)  adalah sebuah sistem PON yang mendukung transmisi dengan kecepatan akses diatas 1.0 Gbps dalam satu arahnya, dan menerapkan protocol suite yang ditentukan pada rekomendasi seri ITU-T G.984.x .


GPON terdiri dari tiga komponen, yaitu : OLT, ONU and ODN .

Konfigurasi Referensi untuk GPON digambarkan sebagai berikut :

Keterangan :

• ONU : Optical Network Unit
• ODN : Optical Distribution Network
• OLT : Optical Line Termination
• WDM : Wavelength Division Multiplex Module (jika WDM tidak digunakan, fungsi ini tidak perlu )
• NE : Network Element yang menggunakan panjang gelombang yang berbeda dari OLT dan ONU.
• AF : Adaptation Function (Kadang-kadang, kenungkinan terdapat didalam ONU.)
• SNI : Service Node Interface
• UNI : User Network Interface
• S : Titik referensi pada fiber optik setelah (Downstream)/ONU (Upstream), yaitu konektor optic atau splice optik.
• R : Titik referensi fiber oprik sebelum ONU (Downstream)/OLT (Upstream) yaitu konektor optic atau splice optik.
• (a) Reference point : Jika AF terdapat didalam ONU, titik ini tidak diperlukan.
• Point (A/B) : Jika WDM tidak digunakan, titik ini tidak diperlukan.

GPON secara umum, mempunyai karakteristik  :

1. Services
   • Service didefinisikan sebagai network service yang didefinisikan oleh operator. Service dideskripsikan dengan nama yang jelas dan diakui.
   • GPON mendukung service untuk residensial dan bisnis karena mempunya kapabilitas broadband
   • Contoh : Layanan Data berbasis ethernet ( Internet Residensial / produk indihome telkom,), Video berbasis IP (IPTV). 


2. User-network interface (UNI) and service node interface (SNI)
   • UNI/SNI tergantung pada service yang disediakan oleh operator service


3. Bit Rate GPON
   • GPON memberikan transmisi, dengan kombinasi : Upstream 1.2 Gbit/s dan downstream 2.4 Gbit/s ; atau Upstream 2.4 Gbit/s dan downstream 2.4 Gbit/s.
   • Sebagian besar, system GPON yang dikembangkan menggunakan transmisi upstream 1.2 Gbps.


4. Panjang Gelombang
   • GPON dengan system single fiber, panjang gelombang yang digunakan untuk arah downstream adalah 1480-1500 nm sedangkan jika menggunakan system dua fiber, arah dowmstream beroperasi pada panjang gelombang 1260-1360 nm
   • Arah upstream, panjang gelombang yang digunakan berada pada range 1260-1360 nm 


5. Logical reach
   • Logical reach didefinisikan sebagai jarak maksimum yang dapat dicapapai oleh sistem transmini tanpa memperhatikan optical budget.
   • Batasan Logical reach ditentukan oleh protocol yang bersangkutan (contoh : ranging protocol) dan differential reach (jarak antara ONU tedekat dengan dan yang terjauh)
   • Logical reach pada teknologi GPON adalah 60 Km.


6. Physical reach
   • jarak yang dapat dicapai antara ONU/ONT dengan OLT, terdapat dua opsi, yaitu 10 km dan 20 km.
   Hal ini diasumsikan bahwa jarak maksimum 10 km digunakan untuk ONU yang membutuhkan bit rate tinggi, seperti 1,25 Gbps atau lebih.
   • Physical reach dibatasi dari optical budget.


7. Differential fibre distance
   
   • OLT dihubungkan ke beberapa ONU/OLT. Differential fibre merupakan selisih jarak ONT terjauh dari OLT dengan ONU terdekat dengan ONU dalam satu port PON.
   • Maximum : 20 km


8. Maximum mean signal transfer delay
   • Mean signal transfer delay adalah nilai rata-rata pengukuran delay antara titik referensi untuk upstream adan downstream. Nilai ini ditentukan dengan mengukur round trip delay kemudian dibagi 2.
   • GPON mengakomodasi service dengan mean transfer delay = 1.5 ms


9. Split ratio
   Pada dasarnya, semakin besar split ratio, operator semakin tertarik. Namun semakin besat split ratio, power budget semakin meningkat untuk mendukung physical reach.
   • Pada physical Layer pada teknologi ini memberikan split ratio 1:64
   • Pada TC layer mengantisipasi untuk split ratio 1:128
   • Pada implementasi, split ratio tergantung pada layanan yang didelivery dengan memperhatikan power budget. Misalkan : Telkom FTTH : 1:32.

---

Referensi :

• ITU-T G.984.1, Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics

Functional block dalam Arsitektur Sistem GPON

Functional block dalam Arsitektur Sistem GPON

Access Network - GPON

GPON terdiri dari tiga komponen, yaitu : OLT, ONU and ODN. Artikel ini menjelaskan fungsi masing-masing komponen pada konfigurasi umum.



Optical line termination (OLT)

• OLT dikoneksikan ke network switching melalui interface standard. Pada sisi distribusi, OLT menggunakan interface akses optik dan menyesuaikan dengan standard GPON, seperti bit rate, power budget, jitter dan lain-lain.
• OLT mempunyai tiga bagian utama :
  • fungsi interface port service
  • fungsi cross connect
  • interterface optical distribution network (ODN)

Gambar : Blok Diagram Fungsi OLT

Fungsi OLT

• PON core shell.
  Blok ini terdiri dari dua bagian, fungsi interface ODN yang dispesifikasikan dalam [ITU-T G.984.2] dan fungsi PON TC yang dispesifikasikan dalam [ITU-T G.984.3] yang meliputi framing, media access control, OAM, DBA, delineation of protocol data unit (PDU) for the cross-connect function, and ONU management.
• Cross-connect shell.
  Cross-connect shell menyediakan komunikasi antara PON core shell dan service shell. Teknologi untuk mengkoneksikan bagian ini tergantung pada service, arsitektur internal OLT dan faktor-faktor lain.
• Service shell.
  Shell ini menyediakan translasi antara interface service dan interface frame TC pada PON.

Optical Distribution Network (ODN)

Secara umum, optical distribution network (ODN) menyediakan media transmisi optic sebagai koneksi fisik antara ONU dan OLT.

• ODN terdiri dari elemen-elemen pasif :
• single-mode optical fibres and cables;
• optical fibre ribbons and ribbon cables;
• optical connectors;
• passive branching components;
• passive optical attenuators;
• splices.
• Informasi yang berkaitan dengan komponen optik pasif ditentukan dalam [b-ITU-T G.671].
• Informasi yang berkaitan dengan optical fiber dan cable ditentukan dalam [b-ITU-T G.652].

Optical Network Unit (ONU)

Fungsi GPON ONU 

Fungsi GPON ONU sebagian besar mirip dengan fungsi GPON OLT. ONU beroperasi dengan hanya sebuah PON interface (atau maksimum 2 interface untuk kebutuhan proteksi), fungsi cross-connect dapat diabaikan. Namun, disamping fungsi ini, fungsi service MUX dan DEMUX ditentukan untuk menangani traffic.

Gambar : Blok Diagram Fungsi ONU

---

Referensi :
ITU-T G.984.3, (03/2008), Gigabit-capable Passive Op.tical Networks (G-PON): Transmission convergence layer specification

Definisi GPON, XGPON dan NGPON

Definisi GPON, XGPON dan NGPON

Access Network - GPON

download slide teknologi GPON

Gigabit-capable passive optical network (G-PON)

Sebuah sistem PON yang mendukung transmisi dengan kecepatan akses diatas 1.0 Gbps dalam satu arahnya, dan menerapkan protocol suite yang ditentukan pada rekomendasi seri ITU-T G.984.x .

Next generation PON (NGPON)

Dalam konteks pengembangan standard ITU-T, merupakan istilah umum untuk referensi sistem evolusi PON setelah GPON. Konsep NG-PON saat ini meliputi NG-PON1, dimana ODN di-maintain dari B-PON dan G-PON, dan dan NG-PON2, di mana redefinisi ODN diperbolehkan dari yang didefinisikan dalam B-PON dan G-PON .

Passive optical network (PON) system

Kombinasi elemen-elemen network dalam network ODN-based optical access yang mencakup OLT dan beberapa ONU dan mengimplementasikan koordinasi dengan rangkaian protocol dari physical medium dependent layer, transmission convergence layer, dan management .

10-gigabit-capable passive optical network (XG-PON)

Sistem PON yang mendukung nominal rate transmisi minimum 10 Gbps dalam satu arah, dan mengimplementasikan rangkaian protocol yang dispesifikasikan didalam rekomendasi ITU seri ITU-T G.987.x. XG-PON adalah subclass dari NG-PON1.

XG-PON1

Sebuah variasi dari sistem XG-PON yang beroperasi pada nominal line rate downstream 10 Gbps dan upstream 2.5 Gbps.

XG-PON2

Sebuah variasi dari sistem XG-PON yang beroperasi pada nominal line rate downstream dan upstream 10 Gbps

Referensi

• Recommendation ITU-T G.987 (06/2012), 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems: Definitions, abbreviations and acronyms.

Teknologi GPON : Frame dan Encapsulation

Teknologi GPON : Frame dan Encapsulation

Access Network - GPON

---

Frame pada GPON

Secara umum, protocol data unit pada layer 2 OSI dikatakan 'Frame'. Pada teknologi GPON, terdapat empat konsep frame yang distandardkan dalam Rec. ITU.T G.984.3, yaitu :

• User Frame : sebuah Service Data Unit (SDU) dari GTC Layer, biasanya merupakan sebuah frame ethernet.
  User frame selain frame ethernet, dapat juga berupa frame TDM (Time Division Multiplexing), SDH (synchronous Digital Hierarchy) atau IP (Internet Protocol). User frame merupakan data yang akan diencapsulasi dalam frame GEM
• GEM Frame : sebuah Protocol Data Unit (PDU) dari frame sublayer GTC yang berisi sebuah header GEM 5-byte dan Payload GEM yang panjangnya bervariasi.
• Downstream GTC Frame : interval 125 μs dengan definisi yang jelas (well-defined) dan fixed, format data berulang berisi header GTC (Field PCBd) dan Payload GTC.
• Upstream GTC Frame :interval 125-μs dengan boundary "well-defined" berisi multiple upstream transmission burst yang dicontrol oleh BWmaps secara individual.

Dalam evolusinya, yaitu pada XGPON, User Frame diencapsulasi didalam frame XGEM, dan XGEM diencapsulasi didalam XGTC.

---

Frame Ethernet

SFD	Start Frame Delimiter
DA	Destination Address
SA	Source Address
MAC	Medium Access Control
MAC Client Data (Payload)	minimun 42 oktet jika terdapat standard tag 802.1Q atau 46 oktet jika tidak. Maksimum 1500 oktet.
FCS	Frame Check Sequence
EOF	End of Frame

---

Frame GEM

PLI	payload length indicator
PTI	payload type indicator
HEC	header error control

---

Frame GTC
Frame GTC upstream dan downstream :

Frame GTC downstrean
Pada Frame GTC (GPON Transmission Convergence) downstream berisi physical control block downstream (PCBd) dan bagian GTC payload .
Frame GTC downstream, mempunyai durasi 125 μs dan mempunyai 38880 byte yang berkorespondensi dengan data rate downstream 2.48832 Gbit/s. Panjang range PCBd tergantung pada jumlah struktur alokasi per frame.

Frame GTC upstream
Frame GTC upstream berisi multiple transmission bursts. Setiap upstream burst berisi bagian upstream physical layer overhead (PLOu) dan satu atau beberapa bandwidth allocation interval yang terkait dengan Alloc-ID tertentu. Frame GTC upstream mempunyai durasi 125 μs.
Pada sistem GPON yang mempunyai data rate upstream 1.24416 Gbit/s, ukuran frame GTC upstream adalah 19 440 bytes. Pada sistem GPON yang mempunyai data rate upstream 2.48832 Gbit/s, ukuran framenya 38 880 byte. Setiap frame upstream berisi sejumlah transmisi burst yang berasal dari satu atau beberapa ONU.

---

GPON Encapsulation

Pada teknologi GPON, User frame (bisa berupa Frame ethernet, TDM atau SDH) diencapsulasi didalam frame GEM (GPON Encapsulation Mehod), kemudian frame GEM diencapsulasi didalam frame GTC (GPON Transmission Convergence).

Ethernet over GEM

Frame ethernet dibawa secara langsung didalam payload frame GEM. Byte-byte preamble dan SFD dibuang terlebih dahulu sebelum dienkapsulasi ke GEM. Setiap frame ethernet akan dimappingkan kedalam sebuah frame GEM tunggal atau frame-frame GEM multiple. Sebuah frame GEM membawa tidak lebih dari satu frame ethernet.
Struktur Frame Ethernet over GEM digambarkan sebagai berikut :

Mapping frame GEM kedalam payload GTC

Traffic GEM dilakukan melalui protokol GTC dalam mode transparan.

• Pada arah downsrteam, frame GEM (sebagai payload) ditransmisikan dari OLT menuju ONU menggunakan frame GTC . OLT dapat mengalokasikan sebanyak durasi yang dibutuhkan untuk arah downstream, sampai semua frame downstream masuk kedalamnya. ONU framing sublayer menyaring frame yang masuk berdasarkan Port-ID, dan memberikan frame kepada klien ONU GEM yang sesuai.
• Pada arah upstream, frame ditransmisikan dari ONU ke OLT menggunakan alokasi waktu yang dikonfigurasi GEM . ONU mem-buffer frame GEM saat sampai di ONU, kemudian mengirimkannya dalam 'burst' sebagaimana alokasi waktu yang diberikan oleh OLT. OLT menerima frame dan memultiplexnya dengan burst-burst dari ONU-ONU yang lain, menuju ke klien OLT GEM.

---

Referensi

• Recommendation ITU-T G.984.3 (03/2008), Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layerspecification
• [ITU-T G.987.3] Recommendation ITU-T G.987.3 (2014), 10-Gigabit-capable passive optical networks (XG-PON): Transmission convergence (TC) layer specification.

Arsitektur Network XGPON

Arsitektur Network XGPON

Access Network - GPON

---

Evolusi GPON dibagi menjadi dua, yaitu NG-PON1 dan NG-PON2. NG-PON1 adalah mid-term update dari sistem GPON, sedangkan NG-PON2 solusi long-term. NG-PON1 dibagi menjadi dua generasi yaitu XG-PON1 dan XG-PON2. XG-PON1 merupakan perbaikan dari GPON, mewarisi arsitektur point-to-multipoint (P2MP) dari GPON dan mendukung bermacam-macam skenario akses.


Arsitektur Network XGPON digambarkan sebagai berikut :

Definisi dan singkatan

Access Network (AN)	Sebuah implementasi yang terdiri dari entitas (seperti jaringan kabel, fasilitas transmisi, dll) yang menyediakan kemampuan transport bearer yang diperlukan untuk penyediaan jasa telekomunikasi antara layanan service node interface (SNI) dan berkaitan dengan masing-masing user network interface (UNI).
Service Node (SN)	Sebuah Network Element yang menyediakan akses ke berbagai switch dan/atau permanent telecommunication services.
Service Node Interface (SNI)	Sebuah interface yang menyediakan akses dari customer ke service node. Contoh : ethernet 1000BASE-[b-IEEE 802.3], ethernet 10GigE [b-IEEE 802.3], V5.2 untuk POTS.
User Network Interface (UNI)	Interface antara perangkat terminal dan terminasi network pada interface yang mengaplikasikan beberapa protocol. Contoh : Ethernet 1000/100/10BASE-T [b-IEEE 802.3], POTS [b-ITU-T Q.522].
Optical Line Termination (OLT)	Sebuah network element pada suatu ODN berbasiskan optical access network sebagai terminasi 'root' ODN dan menyediakan OAN SNI.
Optical Network Unit (ONU)	Sebuah network element didalam sebuah ODN-based optical access network yangmenterminasi 'leaf' dari ODN dan menyediakan OAN UNI.
Optical Network Termination (ONT)	Suatu ONU yang digunakan untuk mendukung pelanggan tunggal / ONU yang digunakan untuk mendukung FTTH.

---

Skenario FTTx

Fttx terdiri dari FTTB, FTTC, FTTH, FTTO dan FTTCell

Skenario FTTB

Skenario FTTB dibagi menjadi dua yaitu, untuk Multi-Dwelling Units (MDU) dan Multi-Tenant Units (MTU)
FTTB for MDU-served residential users

• Asymmetric broadband service (IPTV, digital broadcast service, video on demand (VOD), file download, dll)
• Symmetric broadband service (content broadcast,e-mail, file exchange, distance learning, telemedicine, online-games, dll)
• POTS - access network harus sanggup menyediakan layanan telepon narrowband (emulation atau simulation)

FTTB for MTU-served business users

• Symmetric broadband service (group software, content broadcast, e-mail, file exchange, dll)
• POTS - access network harus sanggup menyediakan layanan telepon narrowband (emulation atau simulation)
• Private Line

Skenario FTTC dan FTTCab

• Asymmetric broadband service
• Symmetric broadband service
• POTS
• Backhaul xDSL

Skenario FTTH

• Asymmetric broadband services
• Symmetric broadband service
• POTS

Skenario FTTO

• Symmetric broadband service
• POTS
• Private Line

Skenario FTTCell Wireless

• Symmetric TDM services (2G cell site backhaul)
• Symmetric/asymmetric packet-based broadband services (3G/4G cell-site backhaul)
• hot spot

Skenario tersebut digambarkan sebagai berikut :

Sedangkan di standard G.984.1 GPON, skenario ini didefinisikan sebagai : FTTB, FTTC and FTTCab, FTTH. Walaupun prinsipnya adalah mirip, dapat juga digunakan sebagai FTTO dan FTTCell.

---

Referensi

• Recommendation ITU-T G.987 (06/2012), 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) system : Definition, abbreviation and acronyms.
• Recommendation ITU-T G.987.1 (01/2010), 10-Gigabit capable passive optical network (XG-PON) : General requirement.
• www.fsan.org