المقدمة

يصف هذا المستند تقنية شبكة جيجابت الضوئية الخاملة (GPON) وكيفية عملها.

المتطلبات الأساسية 

المتطلبات

لا توجد متطلبات خاصة لهذا المستند.

المكونات المستخدمة

لا يقتصر هذا المستند على إصدارات برامج ومكونات مادية معينة.

تم إنشاء المعلومات الواردة في هذا المستند من الأجهزة الموجودة في بيئة معملية خاصة. بدأت جميع الأجهزة المُستخدمة في هذا المستند بتكوين ممسوح (افتراضي). إذا كانت شبكتك قيد التشغيل، فتأكد من فهمك للتأثير المحتمل لأي أمر.

معلومات أساسية

إن GPON بديلة لتبديل Ethernet في شبكات الحرم الجامعي. تستبدل GPON تصميم Ethernet التقليدي ثلاثي الطبقات بشبكة ضوئية ثنائية الطبقات التي تمنع الوصول إلى مبدّلات Ethernet وتوزيعها باستخدام أجهزة ضوئية خاملة. تقدم Cisco تقنية GPON مع نظام Catalyst GPON الأساسي. 

المصطلح

• شبكة جيجابت الضوئية الخاملة (GPON) تم نشر معيار الشبكات الضوئية الخاملة (PON) بواسطة ITU-T.
• شبكة التوزيع الضوئي (ODN) - الأجهزة الضوئية والموصلات البينية المادية التي توزع الإشارات على المستخدمين في شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية. تتكون ODN من المكونات الضوئية الخاملة (POS)، مثل الموصلات البينية الضوئية، ومقسم واحد أو أكثر من المقسمات الضوئية الخاملة.
• وحدة إنهاء الشبكة الضوئية (ONT) /وحدات الشبكة الضوئية (ONU) - تقوم بتوصيل أجهزة المستخدم النهائي (سطح المكتب، والهواتف، وما إلى ذلك) بشبكة GPON. توفر تحويل الإشارة الضوئية إلى الكهربائية. كما توفر وحدات ONT تشفير AES عبر مفتاح ONT.
• المقسمات - تُستخدم للتجميع أو تجميع الإشارات الضوئية للموصلات البينية إلى كبل موصل بيني ضوئي واحد لنقل البيانات إلى الخادم. وعادةً بنسبة 1:32.
• الوحدة الطرفية للخط الضوئي (OLT) - جهاز يقوم بتجميع كل الإشارات الضوئية من وحدات ONT في حزمة واحدة مجمّعة من الضوء عندما يتم تحويلها بعد ذلك إلى إشارة كهربائية، منسقة إلى معايير نوع حزمة Ethernet لإعادة توجيه الطبقة 2 أو 3.
• التجميع بتقسيم الطول الموجي (WDM) - التجميع بتقسيم الطول الموجي (WDM) هي تقنية تقوم بتجميع عدد من إشارات الناقل الضوئية إلى موصل بيني ضوئي واحد يستخدم أطوال موجية مختلفة (وهي الألوان) لضوء الليزر. 
• طريقة تضمين GEM GPON ‫(GEM) -  مخطط نقل إطار البيانات المُستخدم في أنظمة شبكة جيجابت الضوئية الخاملة (GPON) الموجهة للاتصال والتي تدعم تجزئة إطارات بيانات المستخدم إلى أجزاء إرسال متغيرة الحجم
• الموصلات البينية إلى X (FTTX) - FTTX هي عملية تعميم للعديد من تكوينات نشر الموصلات البينية، وهي مرتبة في مجموعتين: FTTP/FTTH/FTTB (تم وضع الموصلات البينية على طول الطريق إلى الموقع/المنزل/المبنى) وFTTC/N (تم وضع موصلات بينية بالخزانة/العقدة، باستخدام أسلاك نحاسية لإكمال الاتصال).
• T-CONT/TCONT - حاوية الإرسال
• OMCC - إدارة وحدة الشبكة الضوئية وقناة التحكم فيها
• OMCI  - إدارة وحدة الشبكة الضوئية وواجهة التحكم فيها
• PCBd - نقل البيانات من الخادم لكتلة التحكم المادية
• TDM - التجميع بتقسيم الوقت
• TDMA - الوصول المتعدد لتقسيم الوقت

الرسم التخطيطي للشبكة 

نظرة عامة على التقنية  

• يتم توصيل OLT بالمقسم الضوئي من خلال موصل بيني ضوئي واحد، ومن ثم يتصل المقسم الضوئي بوحدات ONU/ONT.

• تتبنى GPON التجميع بتقسيم الطول الموجي (WDM) لإرسال البيانات ذات أطوال موجية مختلفة لنقل البيانات إلى الخادم/نقل البيانات من الخادم عبر شبكة ODN نفسها. تتراوح الأطوال الموجية من 1290 - 1330 نانومتر في اتجاه نقل البيانات إلى الخادم ومن 1480 - 1500 نانومتر في اتجاه نقل البيانات من الخادم.

• البيانات هي البث في اتجاه نقل البيانات من الخادم، وفي اتجاه نقل البيانات إلى الخادم يتم دفع البيانات في وضع TDMA (بناءً على الفتحات الزمنية). 

• تدعم إرسال البث المتعدد من نقطة إلى عدة نقاط (P2MP).

حدود GPON

• الحد الأقصى للوصول المنطقي: 60 كم (هذه هي المسافة القصوى التي تديرها الطبقات العليا للنظام (MAC، وTC، وتحديد النطاق)، في ضوء المواصفات المعتمدة على الوسائط المادية المستقبلية (PMD). 

• الحد الأقصى لمسافة الموصلات البينية بين نقاط الإرسال/الاستلام (S/R) والاستلام/الإرسال (R/S): 20 كم

• أقصى مسافة للموصلات البينية المتباينة: 20 كم

• نسبة الانقسام: مقيدة بفقدان المسار، PON مع مقسمات خاملة (طريقة الانقسام 16، أو 32، أو 64)

• المعدل: 1.24416 جيجابت/ثانية للرفع، 2.48832 جيجابت/ثانية للتنزيل

موزانة الطاقة  

يجب حساب فقدان الطاقة الضوئية، كجزء من GPON. يمكن تقديم هذا الفقدان بعدة طرق، مثل:

• الفقدان داخل المقسمات

• الفقدان لكل كيلومتر من الموصلات البينية (حوالي 0.35 ديسيبل لكل كيلومتر لمسافة 1310، 1490 نانومتر)

• الفقدان في نقاط الاتصال (> 0.2 ديسيبل)  
  
  
• فقدان الموصل (0.6 ديسيبل)

• ثني الموصل البيني  

كما هو موضح في الصورة، مقدار الفقدان المتكبد من استخدام المقسمات المختلفة:

كما هو موضح في الصورة، الحد الأدنى والحد الأقصى لفقدان المسار الضوئي لكل فئة:

مسار الحزمة

مسار حزمة نقل البيانات من الخادم

كما هو موضح في الصورة، تنتقل الحِزم من OLT تجاه وحدات ONU المختلفة.  

تلميح: نقل البيانات من الخادم من منظور المقسم. يمكنك التفكير في الأمر على أنه حركة مرور متجهة نحو ONU/ONT، أو المستخدمين النهائيين.

• تتم إعادة توجيه حِزم نقل البيانات من الخادم كعمليات بث، مع إرسال البيانات نفسها إلى وحدة ONU/ONT نفسها ببيانات مختلفة يحددها معرف منفذ GEM.  

• تتيح لوحدة ONU/ONT استلام البيانات المطلوبة بواسطة معرف ONU.

• يتراوح نطاق الطول الموجي لنقل البيانات من الخادم من 1480 إلى 1500 نانومتر.

• تشغيل الوضع المستمر لنقل البيانات من الخادم - حتى في حالة عدم وجود حركة مرور للمستخدم من خلال GPON، توجد إشارة ثابتة، إلا في حالة إيقاف تشغيل الليزر إداريًا.

كما هو موضح في الصورة، الإجراء الخاص بإعادة توجيه حِزم نقل البيانات من الخادم.  

1. ترسل OLT إطارات Ethernet من منافذ الارتباط العلوي إلى وحدة معالجة خدمة GPON بناءً على القواعد المكونة لمنافذ PON.
   
   
2. وبعد ذلك تقوم وحدة معالجة خدمة GPON بتضمين إطارات Ethernet في حِزم بيانات منفذ GEM لإرسال نقل البيانات من الخادم.  
   
   
3. إن إطارات تقارب إرسال GPON ‫(GTC)‬ التي تحتوي على وحدات PDU لـ GEM هي بث إلى جميع وحدات ONT/ONU المتصلة بمنفذ GPON.
   
   
4. تقوم وحدة ONT/ONU بتصفية البيانات المستلمة بناءً على معرف منفذ GEM الموجود في رأس PDU لـ GEM وتحتفظ بالبيانات المهمة فقط لمنافذ GEM على وحدة ONT/ONU هذه.
   
   
5. تقوم ONT بفك ضغط البيانات وإرسال إطارات Ethernet إلى المستخدمين النهائيين عبر منافذ الخدمة.

بنية إطار حزمة نقل البيانات من الخادم

• لإطار GPON لنقل البيانات من الخادم طول ثابت يبلغ 125 ميكروثانية، ويتكون من مكونَين: نقل البيانات من الخادم لكتلة التحكم المادية (PCBd) والحمولة.

• تبث OLT نقل البيانات من الخادم لكتلة التحكم المادية إلى جميع وحدات ONU/ONT. تستقبل وحدات ONU/ONT نقل البيانات من الخادم لكتلة التحكم المادية (PCBd) وتنفذ العمليات بناءً على المعلومات المستلمة.

• يتكون PCBd من رأس GTC وخريطة النطاق الترددي (BW):
  
  
  • رأس GTC - يُستخدم لتعيين حدود الإطارات والمزامنة وتصحيح أخطاء إعادة التوجيه (FEC).
    
    
  • خريطة النطاق الترددي - يُبلغ الحقل وحدة ONU عن تخصيص النطاق الترددي لنقل البيانات إلى الخادم. يحدّد الفتحات الزمنية لنقل البيانات إلى الخادم الخاصة بالبدء والانتهاء لوحدات T-CONT لكل وحدة ONU. ويضمن ذلك أن ترسل جميع وحدات ONU البيانات بناءً على الفتحات الزمنية المحددة بواسطة OLT لمنع تعارض البيانات.

كما هو موضح في الصورة، عرض موسع من PCBd وما هو متضمن داخل حمولة GTC.

المصطلحات الأساسية:

• Psync (الطول 4 بايت) - حقل المزامنة المادية. يشير إلى بداية كل PCBd.

• Ident (الطول 4 بايت) - يُستخدم للإشارة إلى هياكل الإطارات الأكبر. يحتوي على عدّاد الإطارات الفائقة الذي يشغله نظام التشفير.

• PLOAMd (الطول 13 بايت) - حقل نقل البيانات من الخادم الخاص بالتشغيل والإدارة والصيانة (OAM) للطبقة المادية (PLOAM). فكّر في ذلك كقناة إدارة وتشغيل تستند إلى رسالة بين OLT ووحدات ONU/ONT.  

• BIP (الطول1 بايت) - تماثل تداخل البت بواسطة المستلم لقياس عدد الأخطاء على الارتباط.

• Plend (الطول 4 بايت) - حقل نقل البيانات من الخادم لطول الحمولة.

مسار حزمة نقل البيانات إلى الخادم

كما هو موضح في الصورة، تدفق حزمة نقل البيانات إلى الخادم من وحدات ONU المختلفة إلى OLT.

تلميح: يمكن التفكير في نقل البيانات إلى الخادم من منظور المقسم، أو حركة المرور المُرسلة من وحدة ONU/UNT، والمستخدمين النهائيين تجاه OLT. 

• يحدث إرسال حزمة نقل البيانات إلى الخادم من خلال TDMA (الوصول المتعدد لتقسيم الوقت)
  
  
  • يتم قياس المسافة بين OLT ووحدة ONT/ONU.
    
    
  • يتم تخصيص الفتحات الزمنية بناءً على المسافة.
    
    
  • يرسل وحدة ONT/ONU نقل البيانات إلى الخادم لحركة المرور بناءً على الفتحة الزمنية الممنوحة.

• يمكن تخصيص النطاق الترددي الديناميكي (DBA) لـ OLT المراقبة في الوقت الفعلي، والازدحام، واستخدام النطاق الترددي، والتكوين.

• يكتشف ويمنع التصادمات من خلال تراوح النطاق . 

• يتراوح الطول الموجي لنقل البيانات إلى الخادم من 1290 إلى 1330 نانومتر.

كما هو موضح في الصورة، الإجراء الخاص بإعادة توجيه حِزم نقل البيانات إلى الخادم.  

1. ترسل وحدة ONT/ONU إطارات Ethernet إلى منافذ GEM بناءً على القواعد المكونّة التي تعيّن منافذ الخدمة ومنافذ GEM.
   
   
2. تقوم منافذ GEM بتضمين إطارات Ethernet في وحدات PDU لـ GEM وتضيف وحدات PDU هذه إلى قوائم انتظار TCONT بناءً على القواعد التي تعين منافذ GEM وقوائم انتظار TCONT.
   
   
3. تستخدم قوائم انتظار TCONT فتحات زمنية بناءً على DBA، ثم ترسل وحدات PDU لـ GEM الخاصة بنقل البيانات إلى الخادم إلى OLT.
   
   
4. تقوم OLT بفك وحدة PDU لـ GEM، وتتم رؤية إطار Ethernet الأصلي الآن.
   
   
5. ترسل OLT إطارات Ethernet من منفذ ارتباط علوي محدد بناءً على القواعد التي تعين منافذ الخدمة ومنافذ الارتباط العلوي.  

بنية إطار حزمة نقل البيانات إلى الخادم

• لكل إطار من إطارات GPON لنقل البيانات إلى الخادم طول ثابت يبلغ 125 ميكروثانية.

• يحتوي كل إطار لنقل البيانات إلى الخادم على المحتوى المنقول بواسطة وحدة واحدة أو أكثر من وحدات T-CONT/TCont.

• تشترك جميع وحدات ONU المتصلة بمنفذ GPON في النطاق الترددي لنقل البيانات إلى الخادم.

• ترسل جميع وحدات ONU نقل البيانات إلى الخادم للبيانات في الفتحات الزمنية الخاصة بها بناءً على متطلبات خريطة النطاق الترددي (BWmap).  

• تبلغ كل وحدة ONU عن حالة البيانات المطلوب إرسالها إلى OLT باستخدام إطارات نقل البيانات إلى الخادم. تستخدم OLT النطاق الترددي الديناميكي (DBA) لتخصيص فتحات زمنية لنقل البيانات إلى الخادم إلى وحدات ONU وإرسال التحديثات في كل إطار.

ملاحظة: تُرسل الإطارات نقل البيانات إلى الخادم كدفعات، تتألف من عبء الطبقة المادية (PLOu) لنقل البيانات إلى الخادم وفاصل زمني واحد (فواصل زمنية) لتخصيص النطاق الترددي المرتبط بمعرف تخصيص محدد.

كما هو موضح في الصورة، الاختلاف بين إطار نقل البيانات من الخادم ونقل البيانات إلى الخادم.  

المصطلحات الأساسية:

• نقل البيانات إلى الخادم لعبء الطبقة المادية (PLOu) - نقل البيانات إلى الخادم لعبء الطبقة المادية.

• نقل البيانات إلى الخادم لـ OAM للطبقة المادية (PLOAMu) - رسائل PLOAM لبيانات نقل البيانات إلى الخادم. فكّر في ذلك كقناة إدارة وتشغيل تستند إلى رسالة بين OLT ووحدات ONU/ONT.  

• نقل البيانات إلى الخادم لتسلسل مستوى الطاقة (PLSu) - نقل البيانات إلى الخادم لتسلسل مستوى الطاقة  

• تقرير نقل البيانات إلى الخادم للنطاق الترددي الديناميكي (DBRu) - تقرير نقل البيانات إلى الخادم للنطاق الترددي الديناميكي

• الحمولة - بيانات المستخدم  

الكتل الوظيفية

كتل OLT الوظيفية

تتكون OLT من ثلاثة أجزاء رئيسية:

1. وظيفة واجهة منفذ الخدمة - توفر الترجمة بين واجهات الخدمة وواجهة إطار TC لقسم PON.
2. وظيفة التوصيل البيني - توفر مسار اتصال بين طبقة PON وواجهة الخدمة، بالإضافة إلى وظائف التوصيل البيني.
3. واجهة شبكة التوزيع الضوئي (ODN) - تنقسم أيضًا إلى جزأَين:
   
   

• وظيفة واجهة PON 
  
  
• وظيفة تغيير هيكل PON - تتضمن المسؤوليات التأطير والتحكم في الوصول إلى الوسائط وOAM وDBA وتعيين حدود وحدة بيانات البروتوكول (PDU) لوظيفة الاتصال البيني وإدارة ONU.

كتل ONU/OLT الوظيفية  

تتشابه الكتل الوظيفية مع OLT. في السيناريو حيث تعمل فيه وحدة ONU/OLT مع واجهة PON واحدة (بحدٍ أقصى 2 لأغراض الحماية)، يتم حذف وظيفة الاتصال البيني. وبدلاً من هذه الوظيفة، يتحمل MUX وDEMUX للخدمة المسؤولية الآن عن حركة المرور.

مجموعات البروتوكولات

يحتوي بروتوكول GPON على مجموعته الخاصة، فقط Ethernet أو IP.

كما هو موضح في الصورة، مجموعة بروتوكولات GPON:

المصطلحات الأساسية:

• طبقة PMD - تعادل واجهات GPON الموجودة بين وحدات OLT ووحدات ONU.

• طبقة GTC - مسؤولة عن تضمين الحمولات باستخدام خلايا ATM أو إطارات GEM. يمكن أن تنقل إطارات GEM خلايا Ethernet وPOTS وE1 وT1. 

تعيين حركة المرور - Ethernet  

• يحل إطارات Ethernet ويعين مباشرةً بيانات إطارات Ethernet في حمولة GEM.

• تقوم إطارات GEM بتضمين معلومات الرأس تلقائيًا.

•  1:1 المحاذاة الثنائية بين إطار Ethernet وإطار GEM . 

كما هو موضح في الصورة، كيف يتم تعيين إطار Ethernet على إطار GEM:

OMCI

• تُستخدم رسائل واجهة الإدارة والتحكم في ONU ‫(OMCI)‬ لاكتشاف وحدات ONT/ONU للإدارة والتحكم.

• يتم إرسال هذه الرسائل المتخصصة عبر منافذ GEM المخصصة التي تم تأسيسها بين OLT ووحدة ONT/ONU.

• يتيح بروتوكول OMCI لـ OLT:
  
  
  • إنشاء الاتصالات وتحريرها باستخدام ONT.
    
    
  • إدارة واجهات UNI على ONT.
    
    
  • طلب معلومات التكوين وإحصائيات الأداء.
    
    
  • تنبيه الأحداث بشكل مستقل، مثل فشل الارتباط.
    
    

النقاط الرئيسية:

• يعمل البروتوكول عبر اتصال GEM بين OLT وONT.

• يتم إنشاء اتصال GEM أثناء تهيئة ONT.

• عملية البروتوكول غير متزامنة - تعمل وحدة التحكم في OLT كوحدة تحكم أساسية، وتعمل وحدة التحكم في ONT كوحدة تحكم ثانوية. 

التقنيات المهمة  

تحديد النطاق  

لمنع تعارض البيانات (التصادمات)، يجب أن تكون OLT قادرة على قياس المسافة بينها وبين كل وحدة من وحدات ONU بدقة لتوفير فتحة زمنية مناسبة لتسهيل نقل البيانات إلى الخادم. ويتيح ذلك لوحدات ONU إرسال البيانات في فتحات زمنية محددة، لمنع حدوث مشكلات في نقل البيانات إلى الخادم. يتم تحقيق هذه العملية من خلال تقنية تسمى تحديد النطاق.  

عملية تحديد النطاق:

• تبدأ OLT العملية على وحدة ONU عندما يتم تسجيل وحدة ONU لأول مرة باستخدام OLT وتحصل على تأخير الذهاب والعودة (RTD) الخاص بوحدة ONU. وبناءً على RTD، يتم تحديد المكونات الرئيسية الأخرى:

• حساب الوصول المادي لوحدة ONU المحددة، حيث تتطلب OLT هذه تأخير تعادل مناسب (EqD) لكل وحدة ONU بناءً على الوصول المادي.

• يقوم RTC وEqD بمزامنة إطارات البيانات المُرسلة بواسطة جميع وحدات ONU

كما هو موضح في الصورة، عرض توضيحي لما تحققه العملية، لوضع جميع وحدات ONU/OLT على المسافة الافتراضية نفسها من OLT.

تقنية الاندفاع

يتم تحقيق تدفق حِزم نقل البيانات إلى الخادم عبر الدفعات، حيث تتحمل كل وحدة من وحدات ONU/ONT مسؤولية إرسال البيانات خلال فتحاتها الزمنية المخصصة. عندما لا تكون وحدة ONU/ONT موجودة في فتحتها الزمنية، يقوم الجهاز بتعطيل إرسال جهاز الإرسال والاستقبال الضوئي الخاص بها لمنع تأثير وحدة ONU/ONT الأخرى.  

• يتم دعم وظيفة إرسال الاندفاع بواسطة وحدات ONU/ONT.
  
  
• يتم دعم وظيفة استلام الاندفاع بواسطة وحدات OLT . 
  
  
• ينتج عن المسافة المتنوعة بين كل وحدة ONU/ONT وOLT توهين الإشارة الضوئية. ونتيجةً لذلك، تختلف الطاقة ومستوى الحِزم المستلمة بواسطة OLT في فتحات زمنية مختلفة.
  
  
•  يتيح ضبط الحد الديناميكي لـ OLT ضبط حد مستويات الطاقة الضوئية ديناميكيًا. ويتضمن ذلك أنه يمكن استرداد جميع إشارات ONU.
  
  

كما هو موضح في الصورة، عرض توضيحي للبيانات المختلفة المنقولة عبر الدفعة، ومن ثم يتم استردادها:

تخصيص النطاق الترددي الديناميكي (DBA)

يتيح DBA لوحدة OLT مراقبة الازدحام على شبكة PON في الوقت الفعلي. ويتيح ذلك لـ OLT ضبط النطاق الترددي بناءً على مجموعة متنوعة من العوامل، والتي تتضمن الازدحام واستخدام النطاق الترددي والتكوين.

نقاط DBA الرئيسية:

• يجمع DBA المضمنة داخل OLT تقارير DBA باستمرار ويجري العمليات الحسابية ويبلغ ONU من خلال حقل خريطة النطاق الترددي (BWMap) داخل إطار نقل البيانات من الخادم.
  
  
• ونتيجةً لمعلومات BWMap، ترسل وحدة ONU نقل البيانات إلى الخادم في الفتحات الزمنية المخصصة لشغل النطاق الترددي لنقل البيانات إلى الخادم.
  
  
• كما يمكن تخصيص النطاق الترددي في الوضع الثابت/المستقر.
  
  
• يتيح استخدام تخصيص النطاق الترددي الديناميكي (DBA):
  
  
  • استخدام عرض النطاق الترددي المحسن لنقل البيانات إلى الخادم على منفذ PON.
    
    
  • نطاق ترددي أعلى للمستخدمين ودعم المزيد من المستخدمين على منفذ PON.

تصحيح الخطأ في إعادة التوجيه (FEC)

يمكن أن ينتج عن إرسال الإشارات الرقمية حدوث أخطاء في وحدات البت والتذبذب، مما قد يؤدي إلى خفض جودة إرسال الإشارة. يمكن أن تستفيد GPON من FEC، الذي يمكِّن طرف RX من التحقق من أخطاء وحدات البت في الإرسال.  

ملاحظة: FEC أحادي الاتجاه ولا يدعم ملاحظات معلومات الخطأ.

نقاط FEC الرئيسية:

• لا يتطلب إعادة إرسال البيانات.
  
  
• يدعم FEC في اتجاه نقل البيانات من الخادم فقط . 
  
  
• جودة الإرسال المحسنة من PCBd ومعالجة الحمولة.

تشفير الخط

يتم بث جميع بيانات نقل البيانات من الخادم إلى جميع وحدات ONU. ويتمثل الخطر في أن وحدات ONU غير المصرح بها تتلقى بيانات نقل البيانات من الخادم المخصصة لوحدات ONU المعتمدة. ولمكافحة هذا، يستخدم GPON خوارزمية AES128 لتشفير حزم البيانات.

نقاط تشفير الخطوط الرئيسية:

• لا يزيد استخدام تشفير الخط من العبء أو يقلل استخدام النطاق الترددي.
  
  
• لا يطيل استخدام تشفير الخط فترات تأخير الإرسال

تبادل المفتاح والتبديل

• يبدأ OLT تشغيل طلب تبادل مفتاح إلى وحدة ONU. تستجيب وحدة ONU للطلب بمفتاح جديد.
  
  
• وبعد استلام المفتاح، تستخدم OLT المفتاح الجديد لتشفير البيانات.
  
  
• ترسل OLT رقم الإطار المُستخدَم للمفتاح الجديد إلى وحدة ONU.
  
  
• تستقبل ONU رقم الإطار وتقوم بتبديل مفتاح التحقق على إطارات البيانات الواردة.  
  
  

كما هو موضح في الصورة، عملية تبادل المفتاح:

أوضاع حماية الشبكة

توجد عدة أنواع مختلفة من أوضاع حماية الشبكة التي يمكن أن تستخدمها GPON، راجع الصورة لمعرفة الأنواع المختلفة.

النوع أ

• لا يتطلب منفذ OLT PON إضافي.
  
  
• عند فشل الموصلات البينية الأساسية، يتم نقل الخدمات إلى الموصلات البينية الثانوية.
  
  
• تعتمد مدة الانقطاع على وقت استرداد الخط.
  
  
• في حال حدوث فشل في الخط من المقسم إلى وحدة ONU، لا يوجد نسخ احتياطي.
  
  

النوع ب

• توفر OLT منفذي GPON كمنافذ OLT صالحة وللحماية.
  
  
• تقتصر الحماية على الموصل البيني من OLT إلى المقسم ولوحات OLT.
  
  
• لا يوجد تكرار للأجهزة في وحدة ONU أو موصلات بينية لوحدة التغذية.
  
  
• لا توجد حماية كاملة لشبكة ODN أو وحدة ONU.
  
  
• يستخدم مقسم 2 × N وبدون أي فقدان ضوئي إضافي.
  
  

النوع ج

• تكرار وحدة (وحدات) OLT وODN وONU.
  
  
• يوفر 2 من الارتباطات المتكررة بشكل كامل على طول الطريق إلى موقع المشترك.
  
  
• الخياران: حماية 1 + 1 الخطية والحماية الثنائية الخطية
  
  

حماية 1 + 1:

• يتم تخصيص PON للحماية لـ PON صالحة.
  
  
• يتم نسخ حركة المرور العادية وإرسالها إلى شبكتَي PON، مع وجود جسر دائم بين شبكتَي OLT.
  
  
• يتم إرسال حركة المرور إلى وحدة ONU في وقت واحد، ويستند الاختيار بين الإشارتين إلى معايير محددة مسبقًا.
  
  

الحماية الثنائية:

• يتم نقل حركة المرور العادية إما على PON الصالحة أو للحماية.  
  
  
• مبدّلات الحماية التلقائية بين شبكات PON.
  
  
• الأكثر تكلفة، ولكنها توفر الحد الأقصى من التوافر.