Gigabit Ethernet Passive Optical Network (GEPON)

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

Gigabit Ethernet Passive Optical Network (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 digunakan pada konfigurasi point to multipoint. Ketika ITU-T membangun  standar BPON dan GPON, sebuah working group IEEE yang bernama Ethernet-in-the-first-mile mengembangkan PON yang berbasis Ethernet. GPON merupakan salah satu teknologi yang dikembangkan oleh ITU-T via G.984. Lapis physical media dependent pada EPON/GEPON dapat mendukung  maksimum 1.25 Gbps (laju data efektif 1.0 Gbps) untuk trafik downstream dan upstream.

GPON menggunakan TDMA sebagai teknik multiple access upstream dengan data rate sebesar 1.2 Gbps dan menggunakan broadcast kearah downstream dengan data rate sebesar 2.5 Gbps. GEPON mengenkapsulasi dan men-transport data pengguna dalam frame Ethernet. 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"  Jadi, GEPON merupakan perluasan alami dari LAN pada premis pengguna, dan menghubungkan LAN-LAN menuju infrastruktur MAN/WAN berbasis Ethernet. Karena tidak ada fragmentasi atau penyusunan data pada GEPON dan kebutuhannya pada lapis physical-media dependent lebih longgar, peralatan GEPON lebih murah dibanding GPON. Seiring dengan luasnya penggunaan Ethernet pada LAN, GEPON menjadi teknologi akses yang sangat atraktif. Saat ini GEPON sudah tersebar dalam skala besar di Jepang, melayani jutaan pengguna.

A.   Prinsip Kerja GEPON

Standar Ethernet didefinisikan untuk shared medium dan link point-to-point (P2P) fullduplex. Hal ini menyebabkan GEPON mempunyai ciri yang merupakan kombinasi dari dua sifat standar Ethernet tersebut. 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 GEPON 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).

Pada arah downstream, GEPON bertindak sebagai shared medium, dengan frame-frame yang dikirim oleh OLT mencapai setiap ONU. Pada arah upstream, karena sifat direksional dari coupler pasif, frame-frame data hanya akan mencapai OLT, tidak menuju ONU lainnya. Artinya, pada arah upstream perilaku GEPON dapat dibandingkan dengan jaringan P2P. Tetapi, tidak seperti jaringan P2P sebenarnya, dalam GEPON frame-frame yang dikirimkan dari ONU yang berbeda bisa bertabrakan. Sehingga pada arah upstream terdapat syarat untuk berbagi serat trunk dan mengatur time slot transmisi ONU untuk mencegah tabrakan.  Untuk mengurus syarat koordinasi trafik yang unik pada sisi upstream GEPON menggunakan MPCP, yang merupakan protokol berbasis frame, berdasarkan pesan-pesan kontrol MAC 64-byte, yang mengkoordinasikan trafik upstream.

Hal ini menyebabkan mekanisme pengiriman data antara upstream dan downstream berbeda. Berikut prosedur masing-masing arah.

a.    Arah downstream Pada arah ini, frame-frame Ethernet yang dikirim oleh OLT melewati splitter pasif 1:N dan disebar secara broadcast menuju setiap ONU. Frame Ethernet diekstrak oleh ONU tujuan mereka berdasarkan alamat Medium Access Control (MAC), sehingga ini tidak berbeda dengan LAN Ethernet pada umumnya. Berikut gambar proses pengiriman data pada downstream.

Gambar 1.3 Trafik downstream GEPON

b.    Arah upstream Pada arah ini, frame-frame Ethernet dikirim oleh masing-masing ONU dalam mode burst dengan pemotongan waktu seperti TDM.  OLT menugaskan tiap ONU slot waktu transmisi tertentu.  Slot waktu transmisi ini mencegah fragmentasi dan tabrakan sinyal. Slot waktu dilengkapi dengan ukuran tetap tetapi pemberiannya lebih fleksibel.

Sebuh ONU menahan frame-frame yang diterima dari pelanggan sampai slot waktunya tiba.  Ketika slot waktunya tiba, ONU mengirimkan semua frame yang disimpan pada kecepatan kanal penuh, yang harus sesuai dengan salah satu dari laju data standar Ethernet dalam cara burst. 

Berikut gambar proses pengiriman data pada sisi upstream.

Gambar 1.4 Trafik upstream pada EPON

B.   Komponen GEPON

1.    Optical Line Terminal (OLT) 

OLT adalah elemen jaringan Fiber To The Home (FTTH) yang menyediakan antarmuka PON menuju core IP/Ethernet dan jaringan operasi. OLT dtempatkan pada CO (Central Office), dihubungkan ke ONU melalui PON dengan kabel fiber, splitter dan komponen pasif lain.

OLT diatur oleh EMS. Tanggung jawab fungsionalnya meliputi konversi sinyal optik-keelektrik dan elektrik-ke-optik, control transmisi bidireksional, multpleksing/demultipleksing sinyal dan layanan, perutean/switching paket, fungsi operasi, administrasi, dan pemeliharaan (OAM), konvesi PON dan jaringan, dan fungsi antarmuka.

2.    Optical Network Unit (ONU)

ONU merupakan elemen pada sisi pelanggan FTTH yang menyediakan antarmuka pelanggan menuju PON. 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. Tanggung jawab fungsionalnya meliputi konversi sinyal E/O dan O/E, multipleksing/demultipleksing sinyal dan layanan, dan konversi sinyal layanan pelanggan dan PON beriringan dengan proses menyediakan berbagai antarmuka customer premise equipment (CPE).  

3.    Optical Splitter

Splitter merupakan perangkat yang membagi daya optik menjadi N jalur terpisah menuju pelanggan. 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 dibagibagi. 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. Jika splitter dirancang untuk membagi daya optikdan jika P adalah daya optik yang masuk ke splitter, level daya yang masuk ke tiap pelanggan adalah P/N. Desain pembagi daya dengan rasio pembagi juga mungkin dan terdapat lebih dari satu splitter dalam jalur tertentu, tergantung penerapannya. Jumlah jalur yang terbagi bisa beragam dari 2 hingga 64, tetapi biasanya mereka berjumlah 8, 16, dan 32.

4.    Serat Optik

Serat optik yang biasa digunakan adalah yang berbasis standar ITU-T G.652 single mode.

C.    Keunggulan dan Kekurangan GEPON

GEPON sebagai teknologi tetap mempunyai kelebihan dan kekurangan.

Kelebihan yang dimiliki GEPON, antara lain :

1.    Biaya lebih murah dibanding GEPON

Ada beberapa alasan GEPON menjadi teknologi yang murah dibanding GPON. Salah satunya adalah karena perbedaan line coding yang digunakan. GPON menggunakan teknik Non-Return to Zero (NRZ) untuk pengkodean yang bertujuan untuk mencapai efisiensi bandwidth hingga 100%. Karena syarat yang cukup ketat inilah, desain perangkat transceiver menjadi lebih susah dan mahal. Berbeda dengan GEPON, ia menggunakan line coding 8B/10B yang dimaksudkan agar adanya transisi yang cukup antar bit. Dengan keadaan ini, desain perangkat receiver menjadi lebih mudah dan murah. 

Selain line coding, GEPON lebih murah karena waktu laser on/off lebih longgar, yaitu 512 ns. Berbeda dengan GPON, ia memiliki waktu laser on/off yang cukup cepat, yaitu 44 ns. Hal ini menyebabkan GPON memiliki komponen yang mahal. 

2.    Implementasi bersifat terbuka

Standar IEEE 802.3ah sengaja meninggalkan banyak detail di luar spesifikasi kecuali untuk layer fisik dan data link saja. Ini dilakukan untuk menjaga fleksibilitas implementasi dan mendorong inovasi dari vendor. Tujuan pembuat standar adalah untuk mempertahankan perangkat yang murah dan waktu yang cepat untuk pemasaran. Contoh, masalah alokasi bandwidth dinamis dan penyediaan tingkat layanan yang terjamin menjadi dua masalah yang menarik untuk diteliti.

3.    Penggunaan frame Ethernet yang menguntungkan

Untuk GPON ketika membawa trafik IP, paket-paket harus dipecah menjadi segmensegmen 48 byte dengan 5 byte header masing-masing. Proses ini memakan waktu dan rumit serta menambah biaya pada OLT dan ONU. Berbeda dengan Ethernet, dengan menggunakan paket yang panjangnya variabel, Ethernet dibuat untuk membawa trafik IP dan bisa mengurangi overhead secara signifikan. Sebagai tambahan, Ethernet juga mendukung protokol IGMP yang mendukung layanan multicast sehingga GEPON sangat cocok untuk layanan triple-play, seperti IPTV.

4.    Manajemen lebih mudah

GEPON hanya membutuhkan satu sistem pengaturan. Sedangkan GPON membutuhkan tiga sistem pengaturan untuk protokol layer 2. Hal ini berarti GEPON menghasilkan total biaya yang lebih rendah. GEPON juga tidak membutuhkan konversi multiprotokol dan hasilnya adalah biaya silikon yang lebih murah.

5.    Adanya fungsi Rapid Spanning Tree Protocol Fungsi RSTP di sini bertujuan untuk menyediakan redundansi jalur antara OLT dan jaringan backbone dan mencegah loop jaringan yang tidak diinginkan. RSTP menyediakan mekanisme kepada perangkat jaringan untuk mempelajari topologi jaringan, memilih bridgeroot, menghitung jalur dengan biaya terendah dari tiap bridge dan port menuju bridge root dan secara selektif memblok port, sehingga menjamin jaringan bebas looping.

Sedangkan kekurangan yang dimiliki oleh GEPON adalah:

1.    Bandwidth lebih rendah dibanding GPON

GPON pada arah downstream dapat membawa kecepatan hingga 2.448 Gbps. Sedangkan GEPON hanya bisa membawa 1.25 Gbps.

2.    Masalah interoperabilitas

Karena banyak detail dalam standar IEEE 802.3ah yang belum dijelaskan, maka ini mendorong vendor untuk berinovasi. Namun di satu sisi ini membuat bingung pasar dan kurangnya interoperabilitas. Misalnya, EPON Jepang tidak bisa bekerja dengan EPON Cina.

D.   Spesifikasi Layanan GEPON

Parameter	Deskripsi
Maximum reach	20 km/20km
Maximum split ratio	32
Line rate(up/down)	1250/1250 Mbps
Coding	8B/10B
Date rate	100 Mbps
Loss ODN toleransi	20/24 dB 29 dB
US overheads	Guard: 2 us
	Laser on/off:512 ns AGC/CDR: 400 us

Sumber : https://ahambali.staff.telkomuniversity.ac.id