Bölüm 61: Pasif Optik Ağlar

Bakır kısaldıkça fiber eve yaklaştı ve sonunda kapıya dayandı. Ama eve giren o lif yalnızca senin değildir.

Sokaktaki bir kutuda ışığın otuz iki komşununkiyle aynı damarı paylaşıyor. Peki otuz iki ev birbirinin sözünü nasıl kesmiyor?

Arada hiçbir cihaz elektrik istemiyor

Bir pasif optik ağı (passive optical network, PON) üç parçaya ayırabilirsin. Santralde OLT (optical line terminal) durur, yani optik hat sonlandırıcısı. Abone tarafında ONT (optical network terminal) durur, yani evdeki optik ağ sonlandırıcısı. İkisinin arasında da ODN (optical distribution network), yani pasif optik dağıtım ağı uzanır.

Adın içindeki pasif sözcüğünü bir övgü olarak okuma; orada bir kısıt duruyor. O iki uç arasında elektrikle çalışan hiçbir cihaz bulamazsın. Standart ODN’i bir ağaç olarak tanımlar: lifler, ışığı kollara bölen ayırıcılar (optical splitter), dalga boylarını ayıran filtreler, konnektörler.

OLT ile ONT’ler arasındaki ilişki birden çoğa ilişkisidir. Noktadan noktaya Ethernet ile pasif optik ağın bütün farkı bu tek cümlede; aklında tutman gereken cümle de bu.

ONT ile ONU’yu da karıştırmamak gerekiyor. ONU genel terim ve çok aboneli cihazı da içine alıyor; ONT ise onun tek aboneli özel hâli. Apartman girişindeki kutu ONU, dairenin duvarındaki kutu ONT olur. İkisini karıştırmak sahada sık görülüyor; ayrım kaç aboneye baktıklarında.

Fiberin nerede bittiğine göre değişen bir aile adlandırması da var ve kısaltmaları sık sık karşına çıkacak. FTTH eve kadar, FTTB binaya kadar, FTTC kaldırıma kadar, FTTCab sokak dolabına kadar gider. FTTH dışındakilerde kalan yolu bakır tamamlar ve dördü de aynı optik erişim ağını kullanır.

FTTC’de o son birkaç yüz metreyi 60. bölümdeki telefon bakırı tamamlıyor; FTTB’de ise çoğu zaman binanın içindeki, 56. bölümde kendin sonlandırdığın türden Ethernet kablosu.

ONT’nin işi ışığı elektriğe çevirmekle de bitmiyor. Standart, içine routing, 46. bölümdeki NAT ve 49. bölümdeki firewall giren bir konut geçidi senaryosunu ayrıca sayar. Evdeki tek kutunun aynı anda router olması bir üretici tercihi değil, standardın kendi senaryosudur.

Aynı camda üç yön birden yaşıyor

GPON tek bir tek modlu damarla yetiniyor; gidiş ile dönüş için ayrı lif çekmene gerek kalmıyor.

Downstream 1480-1500 nm bandını kullanıyor, upstream ise 1310 nm çevresini. Standardın upstream için ilk ayırdığı bant 1260-1360 nm’ydi; yeni kuşakla aynı camda yaşayabilmek için sahada 1290-1330 nm’ye, hatta 1300-1320 nm’ye daraltılıyor. İki yönü ayıran şeyi zaman ya da lif sanma; ayıran şey dalga boyu.

XGS-PON’un temel kümesinde downstream 1575-1580 nm, upstream 1260-1280 nm’dir. Bantlar GPON’unkilerle üst üste binmiyor. İki kuşağı bu yüzden aynı life birlikte koyabiliyorsun ve işletmeci aboneleri teker teker taşıyabiliyor.

Üçüncü bir yön daha var. Radyo frekanslı video yayını downstream’de 1550-1560 nm bandından geçer.

54. bölümde dalga boyu bölmeli multiplexing kanalları ayırıyordu; erişim ağı aynı numarayı tek bir abone lifinde çeviriyor.

Hız tarafında GPON iki birleşim tanımlıyor ama sahada kurulanların neredeyse tamamı tek birleşime dayanıyor: downstream 2488,32 Mbit/s, upstream 1244,16 Mbit/s. Asimetriyi burada bir istisna olarak değil, kuralın kendisi olarak göreceksin.

XGS-PON iki yönde de nominal 10 Gbit/s taşır ve o asimetriyi kapatır. Sonraki kuşak ise ITU-T G.9804.3 ile 50 Gbit/s’e çıkıyor.

Bu sayıları bir abonenin payı olarak okuma; bütün ağacın toplam kapasitesini veriyorlar. Otuz iki abone aynı anda etkinken GPON’da abone başına taban 77,76 Mbit/s’ye iniyor; XGS-PON’da 1:64 bölmeyle aynı hesap 155,52 Mbit/s verir. Hepsi aynı anda tam hızla çekmediği için her abone pratikte bunun çok üstünü görüyor; 54. bölümdeki istatistiksel multiplexing burada da çalışıyor.

Downstream fiziksel frame’i her kuşakta 125 µs sürer. Sayı tanıdık: saniyede 8.000 frame, 54. bölümde telefon sesinin saniyede 8.000 örneğinden kalan ritim. Değişen, içine sığan bayt sayısıdır:

downstream frame'i                       125 µs
  9,95328 Gbit/s hatta               155 520 bayt
  2488,32 Mbit/s hatta                38 880 bayt

XGS-PON’da her frame 24 baytlık bir fiziksel eşitleme bloğuyla (PSBd) başlıyor; GPON’da aynı işi 4 baytlık bir eşitleme deseni yapıyor. ONT önce o blokla saatini oturtuyor, sonra yükü okumaya geçiyor.

Upstream rekabetle değil tarifeyle çalışıyor

Aynı PON üzerindeki bütün ONU’lar downstream verisinin tamamını alıyor. Bunu bir kusur olarak görme; mimarinin tanımı bu. Kusura dönüşmesini engelleyen şey şifreleme.

Standart güvenliği doğrudan multicast doğasının sonucu olarak kurar ve iki şart sayar: komşunun downstream verisini çözememen ve bir ONT’nin başka bir ONT gibi davranamaması.

Downstream’de giden tekil trafiği bu yüzden şifresiz bırakamıyorsun; standart örnek algoritma olarak 9. bölümdeki AES’i gösteriyor. Upstream’de ise şifreleme seçmeli kalıyor, çünkü bir ONT’nin ışığı komşularına değil yalnızca OLT’ye ulaşıyor.

Upstream’in asıl sorununu gizlilikte de arama. Otuz iki cihaz aynı damara aynı anda ışık yakarsa hiçbiri okunamıyor.

Çözümü tarifede buluyorsun. OLT her frame’in içine bir bant genişliği haritası koyuyor ve downstream’de herkese gönderiyor. Harita her ONU’ya ayrı bir sıra veriyor ve iki sıra asla çakışmıyor.

Sıralar sabit dilimler hâlinde de dondurulmaz. Dinamik bant genişliği tahsisi (dynamic bandwidth allocation, DBA), upstream kapasitesini trafik göstergesine ve sözleşmeye göre dağıtır. Boş geçen dilim başkasına verilir; 54. bölümdeki senkron zaman bölmesinin bilinen kusuru böyle kapatılır.

Tarifenin tutması için OLT’nin her cihazın ne kadar uzakta olduğunu bilmesi gerekir. Mesafe ölçümü bunu yapar: OLT ile her ONU arasındaki gidiş-dönüş gecikmesini ölçer ve uygun bir denkleştirme gecikmesi atar. Yakındaki cihaz daha çok bekler, uzaktaki daha az. Böylece ikisinin ışığı OLT’ye aynı frame referansında varır.

Ölçümün bir bedeli var. Yeni bir ONT ağa katılırken OLT çalışan bütün ONU’lara tahsisi keser; bu aralığa sessiz pencere denir. Ağa abone eklemenin bedeli, o an bütün ağacın susmasıdır.

Fişe takmakla hizmet almak arasındaki fark da üç aşamadır: parametre öğrenme, seri numarası edinme ve mesafe ölçümü.

Santralden eve uzanan ağacın hangi noktada bölündüğünü izleyelim:

Bölme oranıyla mesafe aynı bütçeden besleniyor

Bölme oranını büyütmek işletmeci için caziptir. Aynı besleme lifi daha çok abone taşırsa abone başına maliyet düşer. Bedeli optik güç bütçesinden çıkar.

Her ikiye bölmenin bedeli sabit 3 dB, yani gücün yarısıdır. 1:32 bölmenin ideal kaybı 15,05 dB, 1:64’ünki 18,06 dB olur. Gerçek bir 1:32 ayırıcı üretim kayıplarıyla birlikte 17 dB civarına çıkar.

Bunun üstüne lifin kendi kaybı biner. Yirmi kilometrelik bir G.652 lifi 1310 nm’de en çok 8 dB kaybeder. İdeal 1:32 ile birlikte 23,05 dB eder ve B+ sınıfının 28 dB’lik bütçesinde konnektörlere, eklere ve yaşlanma payına yaklaşık 5 dB kalır.

Kayıp bütçesi bu yüzden sınıflara ayrılmıştır:

Physical layer’da gerçekçi bölme 1:64’e kadardır; iletim yakınsama katmanı ise 1:128’e kadar bölmeyi hesaba katar. Protokol, optiğin henüz yetişemediği bir geleceğe yer açmıştır.

Sahadaki ODN altyapıları çoğunlukla 1:32 ile 1:64 arasında kuruldu. XGS-PON’un asgari şartı 1:64’ü desteklemektir, çünkü yeni kuşak döşeli camı değiştirmeden gelmek zorundadır. Aynı sebeple G.652 üzerine kurulur ve 58. bölümdeki bükülme kaybına duyarsız G.657 lifleriyle de uyumludur.

Zayıflama penceresini ve konnektör kaybını 58. bölümde kendin hesaplamıştın; erişim ağında aynı bütçeye bir de bölme kaybı ekleniyor.

Mesafe tarafında GPON’un temel fiziksel erişimi 20 km, ikinci seçeneği 10 km’dir. Mantıksal erişimi 60 km’ye çıkar. Aradaki farkı kapatan erişim uzatma cihazı ise artık pasif değildir.

Asıl kısıt mutlak mesafe de sayılmaz. En yakın ve en uzak ONT arasındaki farktır; GPON’da bu diferansiyel lif mesafesi en çok 20 km olabilir. Sessiz pencerenin genişliğini doğrudan o sayı belirler.

Sebebi ışığın hızıyla hesaplanır. Fiber core’unda ışık 204.082 km/s ile ilerlediği için yirmi kilometrelik lifte tek yön 98 µs, gidiş-dönüş 196 µs sürer. Pencerenin örtmek zorunda olduğu belirsizlik budur.

Ayırıcıya çok yakın ve çok uzak aboneler aynı ağaçta bulunduğu için alıcının doymaması gerekir. Optik zayıflatıcı bu yüzden gücü artırmak için değil düşürmek için konur ve 0-25 dB aralığında ayarlanır.

Ağaç topolojisinin bilinen zayıflığı da burada duruyor. Santral ile ayırıcı arasında tek bir besleme lifi uzanıyor. Koptuğunda otuz iki abone birden düşer. Kritik abonelere bu yüzden iki ayrı güzergâhtan beslenen, korumalı bir ağaç kuruluyor.

ODN elektriksiz çalışır ama ONT çalışmaz. Bakır telefon hattı elektrik kesildiğinde de çalışırdı, çünkü akımını santral veriyordu. Fiberde bu yok; bazı ülkeler acil çağrı yapılabilsin diye ONT’nin pille 8, hatta 24 saat ayakta kalabilmesini şart koşuyor. Çalışan bir ağda arızayı bulmanın yolu da kabloyu sökmek değil, gücü yerinde ölçmektir. Fiber tanımlayıcı, 58. bölümdeki kıvrım bağlaştırıcıyla aynı hileyi kullanıp hattı kesmeden optik gücü okur.

Özet

• Pasif optik ağ: santraldeki OLT ile abonedeki ONT arasında elektrikle çalışan hiçbir cihaz yoktur; arada yalnızca cam, ayırıcı ve filtre kalır.
• Bir aile, dört durak: FTTH, FTTB, FTTC ve FTTCab fiberin nerede bittiğini söyler; FTTH dışındakilerde kalan yolu bakır tamamlar ve dördü de aynı optik erişim ağına bağlanır.
• Tek damar, üç yön: downstream, upstream ve video aynı lifte ayrı dalga boylarında taşınır, iki PON kuşağı da bu yüzden aynı camda birlikte yaşayabilir.
• Tarifeli upstream: ONT’ler sırayı kendileri kapmaz; OLT bant genişliği haritasıyla dağıtır ve mesafe ölçümüyle her cihaza ayrı bir denkleştirme gecikmesi atar.
• Ortak bütçe: bölme oranı ile mesafe aynı optik güç bütçesinden beslenir, o yüzden daha çok abone her zaman daha kısa mesafe demektir.

Fiber artık duvarındaki kutuda bitiyor ve o son metreyi de ışık taşıyor. Peki fiberi hâlâ sokağına inmemiş evlere, çoktan döşenmiş başka bir kablo aynı işi yapabilir mi?