GEPON

GE-PON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network) merupakan teknik akses optik kecepatan tinggi yang telah distandarisasi menurut IEEE 802.3ah EFM (Ethernet in the First Mile) sehingga dapat digunakanpada konfigurasi point to multipoint. GE-PON dikeluarkan sebagai jenis dari sistem high speed optical access. Hal tersebut dikarenakan sistem PON ini menggunakan teknologi Ethernet, yang biasanya disebut "EPON", tetapi karena pengaruh layanan yang diberikan maka lebih dikenal sebagai "gigabit".

Arsitektur GE-PON

Struktur Diagram GE-PON.JPG

 

 

Terdiri dari :

a. OLT (Optical Line Terminal/Termination)

  • OLT dtempatkan pada CO (Central Office), dihubungkan ke ONU melalui PON dengan kabel fiber, splitter dan komponen pasif lain.

b. Passive optical splitter

  • Sebagai penghubung antara OLT dengan ONU. Berfungsi untuk mentransmisikan sinyal input optik arah downlink menuju port multi output, dan bisa membagi satu serat optik kedalam multi user dimana bandwidth dari serat tersebut dibagi-bagi. Untuk arah uplink, me-multiplexing kanalkanal sinyal optik ONU menuju satu serat optik.

Optical splitter diklasifikasikan komponen pasif karena didalamnya tidak ada komponen aktif elektrik, hal ini berarti tidak sensitif terhadap temperatur ataupun elemen lain yang bisa menjadi masalah dalam komponen elektrik.

c. ONU (Optical Network Unit) atau ONT (Optical Network Terminal)

  • Dalam perangkat ONU menyediakan pengubah opto-electrical (melewatkan informasi yang diubah dari framework serat optik menjadi framework logam listrik. ONU merupakan suatu titik pembatasan, dimana merupakan akhir dari aliran optik jaringan pembawanya dan merupakan awal dari jaringan akses pelanggan. Perbedaan ONT dan ONU yaitu ONU masih membutuhkan perangkat NT (Network Terminal) di bagian pelanggan, sedangkan ONT bisa langsung dihubungkan dengan user equipment. Maksimal jumlah ONU/ONT dalam GE-PON yang bisa digunakan yaitu 32 ONU.

 

Prinsif Dasar GE-PON

a. Komunikasi OLT dan ONU antara lain :

  • GEPON menggunakan struktur enkapsulasi paket Ethernet untuk komunikasi pada layer 2. Saat ini terhitung hampir 95 % komunikasi LAN menggunakan aplikasi ethernet, karena strukturnya yang ekonomis dan efektif. Sehingga GE-PON menjadi sangat efektif dalam mode komunikasi access network. Data dikirimkan dengan panjang variabel paket data maksimum sebesar 1.518 Bytes sesuai dengan Ethernet standar IEEE 802.3ah Struktur Point to Multipoint, dimana satu OLT bisa dihubungkan sampai 32 ONU. Semua ONU saling berbagi bandwidth 1 G melalui TDM (Time Division Multiplex). Karena itu masing-masing ONU bisa menyediakan bandwidth max 1 Gbps untuk arah uplink atau downlink.

Transceiver optik menggunakan sistem WDM (Wavelength DivisionMultiplexer) dengan panjang gelombang yang digunakan berbeda antara pengirim dan penerima.

- Upstream : 1260 . 1360 nm (1310 ± 50)

- Downstream : 1480 . 1500 nm (1490 ± 10)

GEPON tidak membutuhkan beberapa protokol yang rumit untuk mentransmisikan sinyal optik secara tepat sampai ke pelanggan, karena sinyal dari pelanggan bisa ditransmisikan ke OLT secara terpusat

Pada NMS (Network Management System), menggunakan SNMP (Simple Network Management Protocol) untuk managemen elemen jaringan ONU sebagai fitur dari OAM (Operations, Administration and Maintenance).

b. Transmisi downstream :

  • OLT mengirim data secara multicast ke semua ONU dalam ODN (Optical Distribution Network), dimana arsitektur jaringannya berbentuk P2M (point to multipoint) dan ONU menerima data yang sesuai dengan alamatnya, dan menolak data lain yang tidak sesuai dengan alamatnya.

· Enkripsi diperlukan untuk menjamin privasi data

c. Transmisi upstream :

  • · Tiap ONU membagi bandwidth menggunakan TDMA (Time Division Multiple Access)
  • · Transmisi upstream ONU secara multiple access ke OLT dalam mode M2P (Multipoint to Point), dimana sebelumnya saling        berkomunikasi terlebih dahulu (dedicated) dengan mode P2P (point to point).
  • · OLT mengatur timeslot ONU

· Proses ranging dilakukan untuk menentukan waktu propagasi antara ONU-OLT


d. Fungsi tambahan :

  • · Fungsi Layer fisik OAM (Operations, Administration and Maintenance)
  • · Fungsi DBA (Dynamic Bandwidth Allocation)
  • · Teknologi GE-PON mendukung solusi enkripsi pada jalur downstream dan upstream

Fitur dan kemampuan GE-PON[.JPG

Enkapsulasi Paket [2]

  • Ethernet mentransmisikan data melalui kabel jaringan dalam bentuk paketpaket data yang disebut dengan Ethernet Frame. Sebuah Ethernet frame memiliki ukuran minimum 64 Byte, dan maksimum 1518 Byte dengan 18 Byte di antaranya digunakan sebagai informasi mengenai alamat sumber, alamat tujuan, protokol jaringan yang digunakan, dan beberapa informasi lainnya yang disimpan dalam header serta trailer (footer). Dengan kata lain, maksimum jumlah data yang dapat ditransmisikan (payload) dalam satu buah frame adalah 1500 byte. Format GE-PON disesuaikan dalam bentuk frame Ethernet yang telah distandarkan oleh IEEE 802.3. IEEE 802.3 adalah sebuah kumpulan standar IEEE yang mendefinisikan lapisan fisik dan sublapisan MAC (media access control) lapisan data-link dari standar Ethernet berkabel.

Format Frame  aEthernet berdasarkan standar IEEE 802.3 dan.JPG

 

 

b. GE-PON[5]

  • Dalam switch VLAN, setiap header frame MAC Ethernet diperpanjang dengan 16 bit IEEE 802.1Q tag yang meliputi 12 bit VLAN ID, 3 bit priority 802.1p dan 1 bit dari tag 802.1Q yang digunakan untuk mengindikasikan token ring encapsulation. IEEE 802.1Q untuk melihat QoS dalam menentukan prioritas antrian yang didahulukan, tipe-tipe trafik seperti voice, video dan real time traffic.

Frame Ethernet berdasarkan IEEE 802.1Q Tagged dan.JPG

 

 

GE-PON Protocol[3]

Untuk mengendalikan jaringan optik P2MP, GE-PON menggunakan MPCP (Multi-Point Control Protocol). MPCP bertugas mengoptimalkan kerja bandwidth, permintaan bandwidth, proses auto discovery dan proses ranging. MPCP menyediakan hook untuk optimasi jaringan sumber. Ranging dilakukan untuk mengurangi slack (keterlambatan), dan laporan permintaan Bandwidth yang sesuai oleh ONU untuk DBA. Parameter optik dibahas untuk mendapatkan performansi yang diharapkan. Berikut gambar function stack OLT dan ONU yang terdiri dari lapis 1 dan lapis 2 yang didalamnya terdapat protokol MPCP dan fungsi DBA pada lapis 2.

Function Stack dari OLT dan ONU[5].JPG

Adapun blok diagram ONT yang terdiri dari lapis MAC, sistem antrian dan jaringan terlihat sebagai berikut :

Diagram blok fungsional ONT[5].JPG

Blok diagram dibawah ini menggambarkan proses komunikasi OLT dan ONT.

Proses komunikasi OLT dan ONUON.JPG

 

 

DBA (Dinamic Bandwidth Alocation)

DBA berfungsi untuk mengalokasikan bandwidth ke masing-masing ONU. Untuk fitur yang menyediakan layanan tergantung pada fungsi ini, dengan pemanfaatan fungsi DBA untuk mencapai keseimbangan antara efisiensi bandwidth yang tinggi dan delay yang rendah. Dalam sistem GE-PON, 1 Gbps bandwidth dibagikan ke semua ONU. Suatu metoda pengalokasian bandwidth dengan menetapkan bandwidth ke masing-masing ONU dengan nilai tetap (alokasi statis) tanpa mempertimbangkan trafik upstream. Ketika bandwidth dialokasikan ke sebuah ONU meskipun tidak ada trafik upstream, hal ini membuang banyak bandwidth. Untuk mengurangi hal ini, algoritma DBA dipasangkan pada OLT. Secara flexible, algoritma DBA menempatkan bndwidth sesuai dengan jumlah trafik upstream-nya. Sehingga bandwidth yang tidak digunakan dialokasikan pada ONU yang lain, dengan memanfaatkan bandwidth yang tersedia akan lebih efisien. Dengan mengembangkan secara khusus algoritma DBA, dirancang dengan mengemasi variable panjang frame Ethernet untuk mengatasi delay yang rendah dan efisiensi bandwidth yang tinggi. Fitur ini dijelaskan dibawah ini :

 

- Kendali bandwidth

Untuk mengatur beban bandwidth yang digunakan dan memaksimalkan penggunaan bandwidth dari masing-masing ONU. Bandwidth disalurkan secara proporsional ke ONU dengan beban bandwidth seminimal mungkin dan harus lebih kecil dari maksmimal bandwidth-nya. Dengan pembatasan ini menghasilkan kelebihan bandwidth yang tidak terdistribusi, dan akan dibagikan secara berulang.

 

- Kendali delay

Hal ini memungkinkan untuk memilih salah satu dari dua jenis, delay rendah atau delay normal, sesuai kebutuhan. Jenis delay rendah digunakan untuk layanan delay yang sensitif seperti VoIP (Voice over Internet Protocol) atau komunikasi video. Dengan jenis delay rendah bisa mencapai throughput TCP (Transmission Control Protocol) yang tinggi dengan mengirimkan pesan balasan TCP ACK pada delay rendah.

 

Prioritas Layanan Yang Diatur oleh DBA

 

QoS (Quality of Service) merupakan suatu konsep yang mengatur sejumlah strategi dalam transmisi trafik data jaringan, dengan mengurangi dampak packet delay ketika permintaan transmisi melebihi kapasitas jaringan. Prioritas layanan teknologi GE-PON mengacu pada standar 802.1p, dari  terlihat untuk user priority berisikan 3 bit. Yang berarti 23 = 8

tingkat prioritas antrian, namun dalam hal ini tidak dijadikan suatu keharusan hubungan tingkatan hierarki. Berikut gambar prioritas antrian yang mengacu kepada standar 802.1p]

Tingkatan antrian yang mengacu kepada standar 802.1p[16].JPG

Dengan proses buffering yang mengacu kepada standar 802.1p sebagai berikut :

proses buffering standar 802.1p[16].JPG

Dari delapan tingkatan antrian ini diklasifikasikan dalam CoS (Class of Service), yang difokuskan pada alokasi bandwidth untuk tiga layanan prioritas, dimana pengaturan bandwidth-nya dilakukan oleh DBA yang telah digunakan untuk mengklasifikasi layanan.

Pertama prioritas tinggi, layanan dengan fixed bandwidth yang mendukung aplikasi yang sensitive terhadap end-to-end delay atau jitter. Sebagai contoh, digunakan untuk layanan voice dan video CBR (Constant Bit Rate) dengan end-to-end delay atau jitter yang rendah.

Kedua medium priority, layanan dengan prioritas sedang digunakan untuk aplikasi yang tidak begitu sensitive terhadap delay tapi membutuhkan jaminan bandwidth. Seperti layanan VBR (variable bit rate) dengan layanan yang tidak real time.

Yang terakhir, layanan dengan prioritas rendah digunakan untuk kelas trafik best

effort. Yang tidak sensitive terhadap end-to-end delay atau jitter. Seperti terlihat di Gambar sebagai berikut :

Bandwidth GE-PON[14].JPG