سیستم GPON چیست؟ اجرای خدمات جی پان

GPON یا جی پان یک استاندارد پیشرو در شبکه‌های نوری غیرفعال (PON) است. این سیستم نوعی از فناوری شبکه نقطه به چند نقطه که دسترسی پهنای باند را از طریق کابل فیبر نوری به کاربر نهایی ارائه می‌دهد.
GPON مخفف عبارت Gigabit Ethernet Passive Optical Network است. عبارت گیگابایت در جی پان به حداکثر سرعتی که ارائه می‌کند اشاره دارد که معمولاً 2.488 گیگابیت در ثانیه (در حالت downstream) و 1.244 گیگابیت در ثانیه (در حالت upstream) است. البته این پهنای باند بین کاربران نهایی به اشتراک گذاشته می شود که معمولا منجر به سرعت دسترسی پهنای باند از 10 مگابیت بر ثانیه می شود. از سوی دیگر، پسیو (Passive) نشان می‌دهد که شبکه فیبر نوری در مسیر خود به هیچ تجهیزات برقی متکی نیست.
این سیستم جریان ضعیف در واقع به منظور به حداکثر رساندن محدوده تحت پوشش با حداقل نسبت تقسیم و در نتیجه کاهش توان نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
امروزه ثابت شده است که فناوری GPON رایج‌ترین نوع اتصال فیبر نوری است که از نظر مصرف انرژی تقریبا 95 درصد از یک شبکه کابلی مسی استاندارد کارآمدتر است. همچنین، GPON دارای نسبت 1:64 در یک فیبر نوری است. این بدان معناست که یک کابل فیبر نوری در یک GPON می‌تواند ویدئو، داده و صدا را به حداکثر 64 کاربر نهایی برساند. به همین دلیل است که استفاده از سیستم جربان ضعیف جی پان به یک استاندارد برای اجرای مقرون به صرفه تبدیل شده است، زیرا یک GPON تعداد اجراهای فیبر را در یک شبکه فیبر نوری کاهش می دهد.

GPON چگونه کار می کند؟

اکنون که فهمیدیم GPON چیست،‌ لازم است که بدانیم جی پان چگونه کار می‌کند. کلید عملکرد GPON در توپولوژی شبکه فیبر نوری، در دسترسی نقطه به چند نقطه آن نهفته است.

GPON از سه عنصر اصلی تشکیل شده است:

• یک OLT (ترمینال‌های خط نوری)
• دستگاه ONU (واحد شبکه نوری)
• اسپلیتر (تقسیم کننده) غیرفعال

اسپلیتر نوری غیرفعال 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.

اگر بخواهیم روش کار GPON را به صورت ساده توضیح دهیم:

مرحله اول:

ابتدا، پایانه خط نوری، داده‌ها را در قالب سیگنال‌های نوری از طریق فرآیندی به نام تقسیم چندگانه طول موج نوری (WDM) ارسال می‌کند. OLT معمولا ISP شما است و می‌تواند به عنوان نقطه شروع یک GPON در نظر گرفته شود.
سیگنال در طول یک فیبر از طریق یک شبکه توزیع نوری (ODN) منتشر می‌شود و در انتها به تقسیم کننده غیرفعال می‌رسد. یک شبکه فیبر GPON می‌تواند تا مسافت 20 کیلومتری اجرا شود.

مرحله دوم:

تقسیم کننده غیرفعال GPON سیگنال نوری را دریافت می‌کند و آن را به سیگنال‌های متعدد تا 64 تقسیم می‌کند. این همان چیزی است که دسترسی نقطه به چند نقطه را امکان پذیر می‌کند، بنابراین تا 64 اتصال فیبر را ممکن می‌کند.

مرحله سوم:

در نهایت، در آخرین مایل، 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 می‌کند. به صورت معکوس، داده‌ها نیز از GPON ONT/ GPON ONU به سمت بالا به OLT ارسال می‌شوند.

اجزای تشکیل دهنده GPON چیست؟

حال که با عملکرد کلی سیستم جی پان آشنا شدیم، لازم است تا درباره عملکرد اجزای جداگانه در GPON بیشتر بدانیم. استاندارد GPON توسط توصیه G.984 ITU-T برای شبکه‌های PON تعریف شده است. طبق این استاندارد اجزای اصلی سیستم جی پان از 4 جزء اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

1: ترمینال خط نوری

ترمینال خط نوری یا همان OLT را می‌توان به عنوان مدیر شبکه نوری چی پان معرفی کرد. نقش اصلی OLT ارسال و دریافت سیگنال‌های نوری ویدئویی، داده‌ها و صدا از/به ONT در انتهای گیرنده است. OLT سیگنال‌های نوری پایین دست (داون استریم) را در 1550 نانومتر برای ویدئو و 1490 نانومتر برای صدا و داده ارسال می‌کند. در حالی که سیگنال‌های نوری بالادست (آپ استریم) را در 1310 نانومتر دریافت می‌کند. این تفاوت در ارسال داده‌ها از بروز تداخل جلوگیری می‌کند. OLT در انتهای سیستم جی پان و معمولا در یک مرکز داده قرار دارد.

2: تقسیم فیبر نوری

جداکننده فیبر نوری یک جزء غیرفعال است که یک کابل فیبر نوری را قادر می‌سازد تا به چندین رشته فیبر نوری تقسیم شود که منشعب می‌شوند و به پایانه‌های شبکه نوری جداگانه در محل کاربر نهایی متصل می‌شوند. یک تقسیم کننده GPON اغلب دارای نسبت تقسیم مشخصی است که بسته به تعداد خروجی‌های مورد نیاز می‌تواند 1:64، 1:32، 1:16، 1:8، 1:4 باشد.

چنین تقسیم‌کننده‌ای را می‌توان برای تقسیم متمرکز که در آن سیگنال‌ها به مثلا 64 کاربر نهایی تقسیم می‌شوند، یا برای تقسیم آبشاری که در آن اسپلیتر به سایر تقسیم‌کننده‌ها در پایین خط برای شبکه‌ای منشعب‌تر وصل می‌شود، استفاده کرد.

3: پایانه شبکه نوری ONT

پایانه شبکه نوری یا Optical Network Terminal در سیستم جی پان، نقطه پایانی کاربر است. این یک مودم تخصصی برای تبدیل سیگنال‌های نوری به سیگنال‌های الکتریکی در محل کاربر نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین، دسترسی پهنای باند را برای تجهیزاتی مانند WIFI، تلویزیون‌ها، رایانه‌های رومیزی و غیره امکان پذیر می‌کند. ONT همچنین داده‌های جمع آوری شده و بهینه شده را از کاربر نهایی به OLT می فرستد.

4: رسانه های انتقال دهنده

رسانه انتقال یا Transmitting Media شامل سخت افزار فیزیکی و غیرفعال به شکل کابل کشی و اجزای مختلف است که در امتداد زیرساخت GPON استفاده می‌شود. این بخش 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 چیست؟

GPON به دلیل مقرون به صرفه بودن و راحتی برای استقرار کابل‌های فیبر نوری در بازار انبوه، از مدت‌ها قبل در حال استفاده و اجرا است. در سال 2021، اندازه بازار جهانی GPON حدود 10 میلیارد دلار تخمین زده شد که پیش بینی می‌شود تا سال 2028 به 30 میلیارد دلار افزایش یابد. همچنین در سال 2021 بیش از 250 میلیون واحد از محصولات جی پان 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 شبکه‌های نوری انتخاب بهتری هستند.

از مزایای سیستم جی پان می‌توان به این موارد اشاره کرد:

• انرژی کارآمد:
  به عنوان یک سیستم غیرفعال، GPON از برق بسیار کمی برای کار استفاده می‌کند. همچنین از نظر مصرف انرژی 95 درصد کارآمدتر از شبکه‌های مسی است.
• مقرون به صرفه بودن:
  GPON سیستمی است که نیازی به پشتیبانی فناوری اطلاعات زیادی ندارد، حوزه دیگری که هزینه‌ها را می‌توان به طور عمده کاهش داد. GPON به‌عنوان یک سیستم فیبر نوری که می‌تواند مستقیما با استفاده از فناوری اسپلیتر به چندین مشتری متصل شود، به تجهیزات کمتری نیاز دارد و به همین دلیل این سیستم اجرا بسیار کارآمد و مقرون‌به‌صرفه است.
• سرعت بالا:
  با توجه به اینکه سرعت تقاضای قابل توجهی برای مصرف کنندگان و مشاغل مدرن است، جی پان مدیریت ترافیک روان تا 10/10 گیگابیت بر ثانیه برای هر مشترک را به همراه توان عملیاتی 40 گیگابیت در ثانیه برای شبکه نوری تضمین می‌کند.
• امنیت بالا:
  GPON از یک استاندارد رمزگذاری پیشرفته برای جلوگیری از نفوذ هکرها استفاده می‌کند. همچنین این سیستم یک سیستم مدار بسته است و سیگنال‌های فیبر نوری ایزوله شده است که آن را به یک شبکه فیبر نوری بسیار امن تبدیل می‌کند.
• پایداری بالا:
  مزیت جی پان این است که حتی در مناطق شلوغ و تقاضای ترافیک سنگین نیز بسیار قابل اعتماد و پایدار است. این موضوع تخصیص حداقل پهنای باند به کاربران نهایی را همیشه تضمین می‌کند، بنابراین اتصال پایدار با استفاده از تقسیم کننده‌های نوری را تضمین می‌کند. همچنین به دلیل ماهیت ذاتی فیبر نوری، عاری از تداخل الکترومغناطیسی یا رادیویی است.

سایر مزایای جی پان عبارتند از:

• ارائه خدمات سه گانه (VoIP، Data و IPTV)
• سرعت انتقال داده و پهنای باند بالاتر
• پوشش دوربرد
• پشتیبانی از انواع پروتکل‌های اترنت
• کیفیت برتر خدمات (QoS)
• قابلیت تخصیص پهنای باند پویا
• انعطاف پذیری