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•12 min de leitura

GPON sem mistério

Como o GPON funciona, do básico ao técnico: camadas, frames, potência, problemas de campo e XGS-PON.

#redes#GPON#fibra#ISP

Muita gente da área mexe com GPON todo dia sem saber como ele funciona. Em que camada ele atua? Por que usa frames? O que é perda de quadro e como isso chega no cliente?

Este post responde isso. Se você é iniciante, lê o texto normal. Se já é da área, os blocos Pro pessoal técnico são pra você.

O que é GPON

Pensa na caixa d'água de um prédio: sai um cano só e ele vai se dividindo até cada apartamento.

GPON é isso com luz. A OLT fica no provedor. Sai uma fibra dela, passa por splitters que dividem o sinal e chega na ONU do cliente.

Uma fibra sai da OLT, passa por um splitter 1:8 e depois por splitters 1:8 nas CTOs até chegar nas ONUs das casas sem energia no caminho: só fibra e splitter +6 OLT provedor 1 fibra 1:8 splitter CTO 1:8 CTO 1:8 ONU ONU ONU ONU ONU ONU
Uma porta PON, uma fibra, dividida até as casas. 1:8 + 1:8 = até 64 clientes por porta.

No meio do caminho nada é energizado. O splitter só divide a luz. Por isso a rede é passiva, o "P" de GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network). Menos equipamento na rua, menos custo e menos falha.

Pro pessoal técnico: ITU-T G.984. 2,488 Gbps down e 1,244 Gbps up, compartilhados por porta PON. Divisão típica de 1:32 ou 1:64, normalmente em cascata (1:8 + 1:8). Cada splitter custa potência: 1:8 perde até 10,5 dB, 1:64 até 20,5 dB.

Como não vira bagunça

Todo mundo divide a mesma fibra. Tem uma regra pra cada sentido.

Downstream (OLT → casas): a OLT manda tudo pra todo mundo. Cada pacote tem destino, e cada ONU só pega o seu. O resto ela descarta, e ainda vai criptografado.

Upstream (casas → OLT): se todo mundo falar junto, colide. A OLT define quando cada ONU pode transmitir. Isso acontece milhares de vezes por segundo, então pro cliente parece contínuo.

Cada sentido usa um comprimento de onda diferente na mesma fibra.

No downstream, a OLT manda os pacotes A, B e C para todas as ONUs e cada uma fica só com o seu. No upstream, cada ONU manda só o seu pacote no horário liberado pela OLT e eles chegam em fila. Downstream: OLT → casas · 1490 nm OLT 1:8 A B C A BC A B C AB C ONU A ONU B ONU C chega tudo pra todo mundo, mas cada ONU só abre o que é dela Upstream: casas → OLT · 1310 nm OLT 1:8 A B C A B C ONU A ONU B ONU C cada ONU fala na sua vez, então os pacotes chegam em fila sem trombar
Downstream: todos recebem tudo, cada ONU fica com o seu. Upstream: cada ONU no seu horário.

Pro pessoal técnico: down em 1490 nm, broadcast, cada ONU filtra pelo GEM Port, payload em AES. Up em 1310 nm com TDMA: a OLT distribui os timeslots via DBA conforme os T-CONTs. O ranging mede a distância de cada ONU e compensa o atraso pra as rajadas não colidirem.

Os personagens da rede

OLT (Optical Line Terminal): fica no POP do provedor. Chassi com placas, cada placa com portas PON. Cada porta PON é uma árvore daquelas. Do outro lado, uplink pro resto da rede.

Splitter: divide a luz. Sem energia, sem configuração, sem firmware. Cada divisão diminui a potência.

No caminho:

  • CEO (Caixa de Emenda Óptica): emenda de cabos.
  • CTO (Caixa de Terminação Óptica): a caixa no poste, com splitter dentro.
  • Drop: cabo do poste até a casa.
  • PTO (Ponto de Terminação Óptica): a tomada de fibra na parede.

ONU e ONT: o equipamento do cliente. Pela norma, ONT é uma ONU instalada na casa do cliente. No mercado brasileiro, ONU costuma ser só a parte óptica (bridge) e ONT é a que já vem com roteador e Wi-Fi.

Conectores: UPC vs APC

No GPON o conector mais comum é o SC, em duas versões:

  • UPC (azul): ponta polida reta.
  • APC (verde): ponta polida com 8°.

Todo conector reflete um pouco de luz. No UPC o reflexo volta pelo núcleo até o equipamento. No APC o ângulo joga o reflexo pra fora do núcleo. Por isso o GPON usa APC.

No conector UPC, de ponta reta, a luz refletida volta pelo núcleo da fibra. No APC, com ponta inclinada em 8 graus, a luz refletida escapa para fora do núcleo. UPC · azul · ponta reta o reflexo volta pelo núcleo, direto pro equipamento APC · verde · ponta a 8° 8° o reflexo escapa pra fora do núcleo
Ângulo do APC exagerado pra visualizar. Amarelo é a luz, tracejado é o reflexo.

Erro clássico: ligar UPC em APC. As faces não encostam, fica ar no meio, e a perda vai de 0,3 dB pra mais de 3 dB. Ainda pode danificar a ponta.

Conector sujo também derruba potência. O núcleo tem 9 µm, qualquer poeira atrapalha. Limpa antes de conectar.

Pro pessoal técnico: return loss ≥ 50 dB no UPC e ≥ 60 dB no APC (muito fabricante especifica 65 dB). Perda de inserção de conector: 0,2 a 0,5 dB. Fusão bem feita: < 0,1 dB. Funde sempre que der e deixa conector só onde tem manobra. Reflexão é mais crítica com overlay RF em 1550 nm. Além do splitter balanceado, é comum o desbalanceado (10/90, 20/80) em cascata na rua: 10% alimenta uma CTO, 90% segue pra próxima.

Camadas, frames e perda de quadro

Camada

GPON trabalha nas camadas 1 e 2. Camada 1 é a luz na fibra. Camada 2 é como os dados são empacotados e endereçados.

GPON não sabe o que é IP. Ele recebe Ethernet do cliente, encapsula, entrega e desencapsula. IP, rota e PPPoE ficam acima.

Frames

A OLT envia um frame a cada 125 µs, com ou sem tráfego. São 8.000 frames por segundo.

O cabeçalho de cada frame leva a agenda do upstream: qual ONU transmite em qual intervalo. É assim que o upstream se organiza.

Perda de quadro

Sinal fraco ou sujo faz bits chegarem errados. O GPON corrige parte disso sozinho. O problema é quando piora:

  1. Poucos erros: corrigidos, cliente não sente.
  2. Muitos erros: quadros descartados, TCP retransmite, cliente sente lentidão e travamento.
  3. Erros demais: a ONU perde sincronismo e cai e volta.

A causa quase sempre é física: potência no limite, conector sujo, UPC em APC, fibra dobrada. Cliente com lentidão, olha a potência primeiro.

Pro pessoal técnico: camadas PMD (física) e GTC (framing, ranging, DBA, criptografia, canais PLOAM e OMCI). Tráfego do cliente vai em GEM. Frame down: 125 µs, 38.880 bytes a 2,488 Gbps. O cabeçalho PCBd carrega o BWmap com os intervalos de cada Alloc-ID. Up: rajadas com preâmbulo e delimitador. FEC RS(255,239) corrige, BIP conta erros. BIP subindo = link degradando antes do cliente reclamar. Depois vêm SD/SF, LOF e LOS. Cuidado com ONU rogue: transmitindo fora do timeslot, derruba a PON inteira.

Potência

dBm

Potência óptica é medida em dBm. 0 dBm = 1 mW.

  • -3 dB = metade
  • -10 dB = um décimo
  • -20 dBm = 0,01 mW. -27 dBm ≈ 0,002 mW.

Quanto mais negativo, mais fraco. -18 dBm é melhor que -25 dBm.

Faixas pela ITU

A ITU-T G.984.2 define classes de orçamento óptico. As mais usadas são B+ e C+, definidas pelo módulo SFP da porta PON.

  • B+: ONU recebe de -8 a -27 dBm.
  • C+: ONU recebe até -30 dBm. Pra rede mais longa ou com mais divisão.
Régua de potência recebida na ONU: acima de -8 dBm satura; de -8 a -24 dBm é confortável; de -24 a -27 dBm está no limite; abaixo de -27 dBm está fora da classe B+. A classe B+ vai de -8 a -27 dBm e a C+ de -8 a -30 dBm. Potência recebida na ONU (RX, em dBm) mais forte mais fraco saturou confortável limite fora do B+ -8 -24 -27 -30 Classe B+ (ITU-T G.984.2): -8 a -27 dBm Classe C+: -8 a -30 dBm
-8, -27 e -30 são da ITU. O -24 é margem de campo, não é norma.

Tem problema dos dois lados:

  • Fraco demais: erro de bit, perda de quadro, ONU caindo.
  • Forte demais (acima de -8 dBm): o receptor satura. Acontece em bancada, com ONU ligada direto na OLT. Usa atenuador.

Margem

Instalar cliente em -26,5 dBm é voltar lá semana que vem. Conector suja, entra fusão nova, cabo dobra. Deixa 3 dB de margem. No B+, isso dá até -24 dBm. Esse número é prática de campo, não é da ITU.

Distância também conta

A fibra perde sinal a cada quilômetro: 0,25 dB/km em 1490 nm (downstream) e 0,35 dB/km em 1310 nm (upstream). Parece pouco, mas soma.

Num B+ com dois splitters 1:8, os splitters já levam 21 dB dos 28 dB de orçamento. Sobram 7 dB pra fibra, conectores, fusões e margem. Na prática, isso dá até 20 km entre a OLT e o cliente.

Por isso o provedor não atende uma região inteira com uma OLT só no centro. Precisa de uma OLT por cidade, e às vezes mais de uma na mesma cidade:

  • Distância: bairros ou distritos a mais de 20 km do POP.
  • Portas: cada porta PON atende até 64 clientes (128 em alguns equipamentos). Acabaram as portas, precisa de outra placa.
  • Slots: cada chassi tem um número fixo de slots pra placas PON. Chassi cheio, precisa de outra OLT.
  • Uplink: a soma do tráfego de todas as PONs passa pelo uplink da OLT. Se ele satura, divide a carga.
  • Redundância: com duas OLTs, uma falha não derruba a cidade inteira.

Pro pessoal técnico: a G.984 define alcance lógico de 60 km e distância diferencial de 20 km entre a ONU mais próxima e a mais distante da mesma PON. O limite prático vem do orçamento óptico da classe. Com C+ (32 dB) o alcance cresce, mas o limite diferencial continua.

Orçamento óptico

Soma as perdas antes de instalar. Exemplo com a rede do primeiro diagrama:

  • TX da OLT: +3 dBm
  • Splitter 1:8: -10,5 dB
  • Splitter 1:8 na CTO: -10,5 dB
  • 5 km de fibra (0,25 dB/km em 1490 nm): -1,25 dB
  • 4 conectores (0,5 dB cada): -2 dB
  • 4 fusões (0,1 dB cada): -0,4 dB

3 - 24,65 = -21,65 dBm na ONU. Dentro do B+, com 5,35 dB de folga. Se no papel já der perto de -27, tem splitter ou cabo demais.

Pro pessoal técnico: ITU-T G.984.2. B+: TX da OLT +1,5 a +5 dBm, RX da ONU -8 a -27 dBm, orçamento 13 a 28 dB. C+: TX da OLT +3 a +7 dBm, RX da ONU até -30 dBm, orçamento 17 a 32 dB. Upstream: sensibilidade da OLT -28 dBm (B+) e -32 dBm (C+), ONU transmitindo +0,5 a +5 dBm. Olha os dois sentidos. Atenuação G.652: 0,35 dB/km em 1310 nm, 0,25 dB/km em 1490 nm. Mede com power meter PON ou em 1490 nm. Comprimento de onda errado dá leitura errada.

VLANs na OLT (resumo)

Na mesma fibra passa internet, VoIP e IPTV. Quem separa é a VLAN: uma etiqueta em cada pacote. Por exemplo, 100 para internet, 200 para VoIP, 300 para IPTV.

Pra configurar:

  1. Cria a VLAN na OLT.
  2. Libera a VLAN no uplink, que sobe pro roteador/BNG.
  3. Autoriza a ONU na porta PON, normalmente pelo serial.
  4. Cria o service-port, que liga a VLAN do uplink àquela ONU.

Faltou um passo: ONU com luz verde, potência boa e cliente sem internet.

Pro pessoal técnico: caminho completo: VLAN do uplink → service-port → GEM port → T-CONT → ONU → porta/WAN. O line profile define T-CONT, GEM port e mapeamento VLAN→GEM. O service profile define as portas da ONU. Exemplo em Huawei (MA5600/MA5800):

vlan 100 smart
port vlan 100 0/3 0
interface gpon 0/1
 ont add 0 1 sn-auth "HWTC12345678" omci ont-lineprofile-id 10 ont-srvprofile-id 10 desc "cliente-teste"
 quit
service-port vlan 100 gpon 0/1/0 ont 1 gemport 1 multi-service user-vlan 100 tag-transform translate

ZTE, Nokia e Fiberhome mudam a sintaxe, a lógica é a mesma.

Configuração de OLT vai ter post próprio.

Problemas do dia a dia

ONU com LOS (luz vermelha): não chega sinal. Fibra rompida, drop arrancado, conector solto ou porta errada na CTO. Mede na CTO e vai descendo até achar onde a luz some.

Potência ruim: conector sujo, UPC em APC, fusão ruim ou fibra dobrada demais. Mede, limpa, troca o cordão, refaz a fusão.

Lentidão sem queda: potência no limite com BIP e FEC subindo. O link está degradando. Resolve a potência antes de virar queda.

ONU caindo e voltando: potência oscilando, geralmente perto do limite. Olha o histórico de RX e os alarmes de LOF/LOS na OLT.

PON inteira caindo: suspeita de ONU rogue. É uma ONU com defeito no TX, o laser que transmite pra rede (upstream). No upstream cada ONU só pode transmitir no seu timeslot. A rogue transmite fora da hora, ou fica com o laser ligado direto. Como todas dividem a mesma fibra de volta até a OLT, a luz dela se mistura com a das outras e a OLT não consegue ler ninguém. Resultado: a PON inteira cai ou fica instável.

As causas mais comuns são laser com defeito de hardware, firmware com bug, ONU incompatível com a OLT ou dano por surto elétrico. Pra achar, isola desligando ONUs ou ramais de splitter até a PON estabilizar. Muitas OLTs têm detecção de rogue que aponta a suspeita.

ONU autorizada e sem navegar: configuração. VLAN, service-port ou profile errado.

Todo mundo lento no horário de pico: porta PON saturada. São 2,5 Gbps divididos por todos. Divide a PON ou migra pra XGS-PON.

Pro pessoal técnico: em Huawei, dentro de interface gpon 0/1, o display ont optical-info 0 1 mostra RX/TX da ONU e o RX na OLT. O display ont info 0 all mostra o estado de todas as ONUs da porta. Antes de mandar técnico, compara o RX atual com o da instalação. Queda gradual aponta pra degradação (conector, curvatura). Queda brusca aponta pra rompimento ou manobra.

GPON vs XGS-PON

XGS-PON é a evolução pra 10G.

  • Velocidade: GPON tem 2,5G down e 1,25G up. XGS-PON tem 10G simétrico.
  • Comprimento de onda: GPON usa 1490/1310 nm. XGS-PON usa 1577/1270 nm.
  • Norma: GPON é ITU-T G.984. XGS-PON é ITU-T G.9807.1.
  • Convivência: como os comprimentos de onda são diferentes, os dois rodam na mesma fibra e nos mesmos splitters. Dá pra migrar cliente por cliente, sem refazer a rede.

Quando migrar: quando o provedor vende plano acima de 1 Giga ou quando as PONs vivem cheias no pico.

Pro pessoal técnico: no XGS-PON o FEC é sempre ativo (RS(248,216)). As classes de orçamento são N1 (14–29 dB), N2 (16–31 dB) e E1 (18–33 dB). A convivência exige WDM na OLT: placas Combo PON trazem GPON e XGS-PON na mesma porta com WDM integrado. A ONU precisa ser XGS-PON, então a migração acontece na troca do equipamento do cliente.

Fechamento

GPON é luz, divisão e hora certa pra falar. Com isso na cabeça, boa parte dos chamados de fibra se resolve olhando potência e alarme.

Próximo post: configuração de OLT.