O que é GPON: como funciona a rede de fibra do provedor

Quem entra num provedor de fibra ouve GPON o dia inteiro: porta PON, sinal da ONU, CTO cheia, splitter queimado. Antes de decorar comando, vale entender o que é GPON e por que a rede é desenhada desse jeito. Quase todo chamado de campo que chega ao NOC tem a explicação num destes conceitos: a luz que desce para todo mundo, a janela de tempo de cada ONU na subida e a perda que cada splitter coloca no caminho.

Eu trabalho com OLT Huawei MA5800 no dia a dia, então cada conceito deste guia vem ligado ao que aparece na tela da OLT. A ideia é que o técnico iniciante, o pessoal do atendimento e quem está montando a primeira rede FTTH saiam daqui sabendo o que é GPON, como ler um projeto de rede óptica e um display sem tropeçar nos nomes.

Resposta rápida: o que é GPON

GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) é o padrão ITU-T G.984 para levar internet por fibra até a casa do cliente. Em resumo:

• Uma porta da OLT, no provedor, atende várias ONUs, na casa dos clientes, por uma única fibra.
• No meio do caminho só há splitters, peças passivas que dividem a luz. Nada ali precisa de energia.
• A descida (downstream) vai a 2,488 Gbit/s em 1490 nm, e todas as ONUs recebem o mesmo sinal.
• A subida (upstream) volta a 1,244 Gbit/s em 1310 nm, e cada ONU só transmite na janela que a OLT autoriza.
• A banda de cada cliente é organizada em T-CONT e GEM port, e a OLT distribui a subida com o DBA.

As peças da rede: OLT, splitter, CTO e ONU

Uma rede GPON tem dois equipamentos ativos, um em cada ponta, e tudo entre eles é vidro e conector. Esse trecho passivo se chama ODN (Optical Distribution Network). É por isso que a rede é barata de manter: não existe fonte nem bateria nos postes. Para entender o que é GPON na prática, comece por essas peças.

OLT: o lado do provedor

A OLT (Optical Line Terminal) fica no POP ou no armário do provedor. Ela tem placas de serviço com várias portas PON, e cada porta é a raiz de uma árvore de fibra. A OLT também tem as placas de uplink, que levam o tráfego para o roteador ou para o concentrador PPPoE. Na Huawei, a família MA5800 vem em tamanhos diferentes de chassi, assunto do post sobre as diferenças entre os modelos MA5800-X2, X7 e X17.

Splitter e CTO: onde a luz se divide

O splitter óptico pega a luz de uma fibra e reparte entre 2, 4, 8, 16 ou mais saídas. Não há eletrônica nenhuma: é uma peça de vidro moldada. O desenho mais comum no Brasil usa dois níveis. Um splitter primário 1:8 perto da OLT ou no meio do bairro, e splitters 1:8 dentro das CTOs (caixas de terminação óptica) nos postes. Oito vezes oito dá 64 clientes por porta PON.

A CTO é a caixa de onde sai o drop, a fibra fina que vai até a casa. Quando o técnico fala em “CTO cheia”, quer dizer que todas as saídas do splitter daquela caixa já têm cliente.

ONU e ONT: o lado do cliente

A ONU (Optical Network Unit) é o equipamento na casa do cliente. Muita gente usa ONT (Optical Network Terminal) como sinônimo, e a própria Huawei escreve ont nos comandos. Na prática, ONT é a ONU que já entrega as portas para o cliente, com roteador e Wi-Fi integrados ou não. Cada ONU tem um número de série (SN) único, e é por ele que a OLT identifica e autoriza o equipamento.

Como o sinal anda: downstream e upstream

A mesma fibra carrega os dois sentidos ao mesmo tempo porque cada um usa um comprimento de onda diferente. É como duas cores de luz que não se misturam. A tabela resume os três comprimentos de onda previstos para a rede.

Downstream em broadcast

Na descida, a OLT manda um fluxo único que chega igual em todas as ONUs da porta, porque o splitter só copia a luz. Cada ONU lê o cabeçalho e fica apenas com os quadros do seu GEM port. Para um cliente não ler o tráfego do vizinho, a descida é criptografada com AES, com chave própria de cada ONU. A banda de 2,488 Gbit/s é dividida entre todos os clientes daquela porta.

Upstream em TDMA

Na subida o problema é o contrário. Se duas ONUs transmitirem ao mesmo tempo, a luz das duas se soma no splitter e a OLT não entende nada. Por isso a OLT diz a cada ONU quando ela pode falar, numa janela de microssegundos, e a ONU manda a sua rajada (burst) só ali. Para isso funcionar, a OLT mede a distância de cada ONU no registro (ranging) e compensa o atraso, para que as rajadas cheguem enfileiradas.

Esse detalhe explica um problema clássico de campo: a ONU rogue. Uma ONU com defeito que deixa o laser ligado fora da janela atropela as outras e derruba a porta inteira. Entender o que é GPON no nível do TDMA ajuda a não culpar o splitter nesse caso.

T-CONT, GEM port e DBA: como a banda é dividida

Aqui está a parte que mais confunde quem começa: quem pergunta o que é GPON quase sempre trava neste ponto, e ele aparece em todo perfil da OLT. São três peças encaixadas uma na outra:

• GEM port (GPON Encapsulation Method): o canal lógico que carrega um tipo de tráfego, como internet, voz ou gerência. Cada serviço da ONU vira um GEM port, e a VLAN é mapeada nele.
• T-CONT (Transmission Container): o “balde” de subida da ONU. A OLT dá a janela de tempo para o T-CONT, não para o GEM. Um T-CONT pode carregar um ou mais GEM ports.
• DBA (Dynamic Bandwidth Allocation): a regra que diz quanto cada T-CONT pode subir e com que prioridade. Na Huawei isso fica no dba-profile, que tem os tipos abaixo.

Na OLT Huawei, T-CONT, GEM port e mapeamento de VLAN ficam no ont-lineprofile. As portas Ethernet e de telefone da ONU ficam no ont-srvprofile. Para ver os perfis que existem e abrir um deles:

display ont-lineprofile gpon all
display ont-lineprofile gpon profile-id 10

• display ont-lineprofile gpon all lista os perfis com ID e nome. O ID muda de uma OLT para outra, então procure sempre pelo nome.
• display ont-lineprofile gpon profile-id 10 abre o perfil 10 e mostra os T-CONTs com o DBA de cada um, os GEM ports e o mapeamento de VLAN.

Esses perfis são usados na hora de autorizar a ONU, assunto do guia de como provisionar ONU na OLT Huawei.

Razão de divisão e orçamento óptico

Cada vez que a luz passa por um splitter, ela se divide e perde potência. A perda aproximada de um splitter PLC está na tabela. Os valores exatos variam por fabricante, então use o datasheet do seu material no projeto.

O orçamento óptico é a conta de quanto a luz pode perder entre a OLT e a ONU sem que a ONU deixe de enxergar o sinal. Ele depende da classe do módulo óptico da porta PON. Na classe B+, a mais comum, o orçamento fica entre 13 e 28 dB. Na classe C+, entre 17 e 32 dB, o que permite mais divisão ou mais distância.

Um exemplo de conta

Pense numa porta B+ com o módulo transmitindo +3 dBm, um primário 1:8, uma CTO 1:8 e 5 km de fibra:

• Splitters: 10,5 + 10,5 = 21 dB.
• Fibra: 5 km x 0,35 dB/km = 1,75 dB (valor de pior caso; em 1490 nm a perda real é menor).
• Quatro conectores a 0,5 dB e seis emendas a 0,1 dB: 2,6 dB.
• Total: cerca de 25,4 dB. A ONU deve ler algo perto de -22,4 dBm.

Com a sensibilidade de -27 dBm de uma ONU B+, sobram uns 4,6 dB de margem para envelhecimento, conector sujo e emenda nova depois de um rompimento. Quem estuda o que é GPON costuma pular esta conta, e é ela que mais faz falta depois. Projeto que já nasce no limite vira chamado de sinal fraco no primeiro inverno. No campo, eu considero bom um Rx acima de -25 dBm e começo a investigar abaixo de -27 dBm.

Onde cada conceito aparece na OLT Huawei

Depois de entender o que é GPON no papel, vale ver as mesmas peças na CLI. Todos os comandos abaixo são de leitura. Eles rodam no modo config, menos os que aparecem depois de interface gpon 0/1, que rodam dentro da interface. Os exemplos usam frame 0, slot 1, porta 0 e ONU 1.

enable
config

Placas e portas PON

display board 0

Mostra as placas do frame 0 com o slot, o nome da placa e o estado. As placas GPON são as que têm as portas PON. As placas de controle e de uplink aparecem na mesma lista.

display ont info summary 0/1/0
interface gpon 0/1
display port state all
quit

O display ont info summary 0/1/0 lista as ONUs da porta 0 do slot 1 com o ID, o SN e o estado. Essa porta é a raiz da árvore do diagrama. O display port state all roda dentro da interface gpon 0/1 e mostra cada porta PON da placa, o estado do módulo óptico e quantas ONUs ela tem.

A ONU e o seu sinal

display ont info 0 1 0 1

Detalhe de uma ONU: estado (online ou offline), se casa com o perfil, causa da última queda e a distância medida no ranging. A distância é o mesmo número que a OLT usa para encaixar a rajada da ONU na subida.

interface gpon 0/1
display ont optical-info 0 1
quit

Dentro da interface gpon 0/1, a forma curta 0 1 quer dizer porta 0, ONU 1. A saída traz o Rx da ONU (a luz de 1490 nm que chegou na casa), o Tx dela e o sinal que a OLT recebeu de volta em 1310 nm. É aqui que o orçamento óptico do projeto vira número real. O quit fecha a interface. Para mais comandos do dia a dia, veja os comandos básicos da OLT Huawei MA5800.

GPON x XGS-PON

XGS-PON é a geração de 10 Gbit/s simétricos. Como usa outros comprimentos de onda, pode dividir a mesma fibra e os mesmos splitters com o GPON. O provedor coloca na OLT placas que trabalham com as duas tecnologias e migra o cliente trocando só a ONU.

A lógica de OLT, ONU, T-CONT, GEM e DBA é a mesma. Quem sabe o que é GPON aprende XGS-PON em uma tarde. O que muda é a conta de banda por porta e o orçamento óptico dos módulos de 10G.

Erros comuns de quem está começando

Estes são os tropeços mais frequentes de quem acabou de aprender o que é GPON:

• Achar que a banda da porta é por cliente. Os 2,488 Gbit/s da descida são da porta inteira. Com 64 clientes de 500 Mbit/s, a conta só fecha porque nem todos usam ao mesmo tempo.
• Colocar splitter a mais “só para atender mais um”. Cada nível novo come o orçamento óptico de todos os clientes daquele ramo.
• Ler o Tx da ONU como sinal recebido. Rx é o que chega; Tx é o que a ONU transmite. A conta de projeto é feita em cima do Rx.
• Culpar a fibra quando a porta toda cai. Uma ONU rogue derruba a PON sem nenhum rompimento. Veja o alarme da porta antes de mandar equipe.
• Misturar ONU e ONT na conversa com o cliente. Para quem está do outro lado da linha, é “o aparelho da fibra”. Use o nome que o cliente entende.

Quando uma ONU some da rede, o roteiro completo de diagnóstico está no post de diagnóstico de ONU com LOS ou offline.

Perguntas frequentes

O que é GPON em poucas palavras?

É uma rede de fibra em que uma porta da OLT atende várias ONUs por splitters passivos, sem equipamento ativo no caminho. A descida vai a 2,488 Gbit/s e a subida a 1,244 Gbit/s, compartilhadas entre os clientes da porta.

O que é GPON e o que é FTTH?

FTTH (Fiber to the Home) é a arquitetura: fibra até a casa do cliente. GPON é a tecnologia que roda nessa fibra e define OLT, ONU, taxas e comprimentos de onda. Dá para fazer FTTH com outras tecnologias, mas no provedor brasileiro o GPON é o mais comum.

Qual a diferença entre OLT e ONU?

A OLT fica no provedor e controla a porta PON inteira. A ONU fica na casa do cliente e só transmite quando a OLT autoriza. Uma OLT tem dezenas ou centenas de portas PON; cada ONU se liga a uma só.

Quantos clientes cabem em uma porta GPON?

O mais comum é 64, com dois níveis de divisão 1:8. Dá para chegar a 128 com módulo C+ e um projeto bem calculado, mas a banda de cada porta é dividida entre todos.

Qual a distância máxima do GPON?

A distância física costuma ficar em 20 km entre OLT e ONU. Na prática, o que manda é o orçamento óptico: mais divisão significa menos distância possível.

Por que a fibra GPON não precisa de energia no poste?

Porque splitters e CTOs são peças passivas, só vidro e conectores. Só a OLT e a ONU são ligadas na tomada. Isso reduz custo de manutenção e pontos de falha na rua.

Conclusão

Saber o que é GPON é saber três coisas: a luz desce para todos e cada ONU pega a sua parte, a subida é organizada pela OLT em janelas de tempo, e todo splitter cobra seu preço em dB. Com isso, um display ont optical-info deixa de ser um número solto e passa a dizer se o projeto está saudável.

Agora que você sabe o que é GPON, o próximo passo é autorizar a primeira ONU. O guia de como provisionar ONU na OLT Huawei mostra o caminho completo, com os perfis que você viu aqui.