Въвеждане на различни PON системи
1. APON технология
В средата на 90-те години на миналия век някои големи мрежови оператори създадоха Full Service Access Network Alliance (FSAN), чиято цел е да формулира унифициран стандарт за PON оборудване, така че производителите и операторите на оборудване да могат да навлязат на пазара на PON оборудване и да се конкурират заедно.Първият резултат е спецификацията на системния стандарт 155Mbit/s PON в серията препоръки ITU-T G.983.Тъй като ATM се използва като носещ протокол, тази система се нарича APON система и често се разбира погрешно като предоставяща само ATM услуги.Поради това тя е преименувана на система за широколентова пасивна оптична мрежа (BPON), за да покаже, че тази система може да предоставя Ethernet широколентови услуги като мрежов достъп, разпространение на видео и високоскоростни наети линии.За това поколение FSAN системи обаче най-често използваното име е APON.По-късно стандартът APON беше подобрен и започна да поддържа скорости на връзката надолу 622 Mbit/s и бяха добавени нови функции в методите за защита, динамичното разпределение на честотната лента (DBA) и други аспекти.
APON използва ATM като протокол на носител.Предаването надолу по веригата е непрекъснат ATM поток с побитова скорост от 155,52Mbit/s или 622,08Mbit/s.Специална клетка за управление и поддръжка на физически слой (PLOAM) се вмъква в потока от данни. Предаването нагоре е ATM клетки в пакетна форма.За да се постигне пакетно предаване и приемане, 3-байтово физическо натоварване се добавя пред всяка 53-байтова клетка.За основна скорост от 155,52 Mbit/s, протоколът за предаване се основава на рамка за връзка надолу, съдържаща 56 ATM клетки (53 байта на клетка);когато битрейтът се увеличи до 622,08 Mbit/s, рамката за връзка надолу се разширява до 224 клетки.При основната скорост от 155,52 Mbit/s, форматът на кадъра за връзка нагоре е 53 клетки, всяка клетка е 56 байта (53 клетъчни байта на ATM плюс 3 байта зареждане).В допълнение към 54-те клетки с данни в рамката за връзка надолу има две PLOAM клетки, едната в началото на рамката, а другата в средата на рамката.Всяка PLOAM клетка съдържа разрешението за предаване на връзката нагоре за конкретната клетка в рамката нагоре (53 клетки на рамката нагоре имат 53 разрешения, картографирани в PLOAM клетки) и OAM & P информация.APON предоставя много богати и пълни OAM функции, включително мониторинг на честотата на битовите грешки, алармиране, автоматично откриване и автоматично търсене.Като механизъм за сигурност, той може да кодира и криптира данни за връзка надолу.
От гледна точка на обработката на данни, в APON, потребителските данни трябва да се предават при преобразуване на протокол (AAL1 / 2 за TDM и AAL5 за предаване на пакети данни).Това преобразуване е трудно да се адаптира към висока честотна лента и оборудването, което изпълнява тази функция, включва някои свързани спомагателни устройства, като клетъчна памет, Glue Logic и т.н., което също добавя много към цената на системата.
Сега, независимо дали става дума за основна преносна мрежа на дълги разстояния или конвергентен слой на мрежа за достъп до столична зона, цифровата комуникационна технология постепенно се измести от ATM-центрирана към IP-базирана, за да осигури видео, аудио и комуникации с данни.Следователно само структурата на мрежата за достъп, която може да се адаптира както към текущия достъп, така и към бъдещите мрежови основни технологии, може да превърне бъдещата изцяло оптична IP мрежа в реалност.
APON постепенно се оттегли от пазара поради своята сложност и ниска ефективност на предаване на данни.
2. EPON
Почти по същото време със системата APON, IEEE също създаде първата миля Ethernet (EFM) изследователска група за стартиране на Ethernet базирана EPON (Ethernet пасивна оптична мрежа) по отношение на мрежи за достъп до оптични влакна, показвайки добра пазарна перспектива.Проучвателната група принадлежи към групата IEEE 802.3, която разработи стандарта Ethernet.По същия начин обхватът му на изследване също е ограничен до архитектурата и трябва да съответства на съществуващите функции на слоя за контрол на достъпа до медиите (MAC) 802.3.През април 2004 г. изследователската група въведе стандарта IEEE 802.3ah за EPON със скорост на връзката нагоре и надолу от 1 Gbit/s (използвайки 8B/10B кодиране и скорост на линията от 1,25 Gbit/s), слагайки край на производителите на EPON използване на частни протоколи за разработване на стандартен статус на оборудването.
EPON е система за широколентов достъп, базирана на Ethernet технология.Той използва топологията PON за реализиране на Ethernet достъп.Ключовите технологии на слоя за връзка за данни включват главно: Протокол за контрол на множествен достъп (MPCP) за канала за връзка нагоре, проблемът с включване и пускане на ONU, протоколите за обхват и компенсиране на забавянето на OLT и проблеми със съвместимостта на протокола.
Физическият слой на IEEE 802.3ah включва оптични влакна и медни проводници, свързани от точка до точка (P2P), както и мрежови сценарии на PON за точка до много точки (P2MP).За да се улесни работата на мрежата и отстраняването на повреди, е включен и OAM механизъм.За P2MP мрежова топология, EPON се основава на механизъм, наречен Multipoint Control Protocol (MPCP), който е функция в MAC подслоя.MPCP използва съобщения, държавни машини и таймери, за да контролира достъпа до мрежовата топология на P2MP.Всяка оптична мрежова единица (ONU) в мрежовата топология на P2MP има MPCP протоколен обект, който комуникира с MPCP протоколен обект в OLT..
Основата на протокола EPON / MPCP е подслой за симулация от точка до точка, който прави една P2MP мрежа да изглежда като колекция от P2P връзки към по-високи слоеве на протокола.
За да се намалят разходите за ONU, ключовите технологии на физическия слой EPON са съсредоточени върху OLT, включително бърза синхронизация на пакетни сигнали, мрежова синхронизация, контрол на мощността на оптични приемо-предавателни модули и адаптивно приемане.
EPON съчетава предимствата на PON и Ethernet продукти за данни, за да формира много уникални предимства.Системата EPON може да осигури честотна лента нагоре и надолу до 1 Gbit / s, което може да отговори на нуждите на потребителите в бъдеще за дълго време.EPON използва технология за мултиплексиране, за да поддържа повече потребители и всеки потребител може да се радва на по-голяма честотна лента.Системата EPON не използва скъпо ATM оборудване и SONET оборудване и е съвместима със съществуващия Ethernet, значително опростявайки структурата на системата, ниска цена и лесна за надграждане.Благодарение на дългия живот на пасивните оптични устройства, разходите за поддръжка на външни линии са значително намалени.В същото време стандартните Ethernet интерфейси могат да се възползват от съществуващото евтино Ethernet оборудване и да спестят разходи.Самата структура на PON определя, че мрежата е силно мащабируема.Докато терминалното оборудване е подменено, мрежата може да бъде надстроена до 10 Gbit/s или по-висока.EPON може не само да интегрира съществуващата кабелна телевизия, данни и гласови услуги, но и да бъде съвместим с бъдещи услуги като цифрова телевизия, VoIP, видеоконференции и VOD и т.н., за да постигне интегриран достъп до услуги.
Цялостното използване на носител на EPON и други технологии за достъп допълнително обогатява технологичните решения за широколентов достъп.
Използването на EPON може да накара DSL да наруши традиционното ограничение на разстоянието и да разшири покритието.Когато ONU се интегрира в мултиплексора за достъп до цифрова абонатна линия (DSLAM), обхватът на достъп на DSL и неговата потенциална потребителска група ще се увеличи значително.
По същия начин, чрез интегриране на CMTS (Система за терминален кабелен модем) на ONU, EPON може да осигури честотна лента на съществуващи кабелни връзки и да позволи на кабелните оператори да внедряват наистина интерактивни услуги, като същевременно намаляват строителните и оперативните разходи.
И в двата случая операторите могат да увеличат своята потребителска база въз основа на съществуващата мрежова структура и инвестиции.EPON може също да разшири MSPP (платформа за предоставяне на множество услуги) от точка до точка и IP / Ethernet.
В допълнение, технологията EPON може да се използва и за решаване на проблема с данните за връзката нагоре на базовата станция в технологията за безжичен достъп, обединена към основната мрежа.
3．GPON
През 2001 г. FSAN стартира нови усилия за стандартизиране на PON мрежи, работещи над 1 Gbit/s.В допълнение към поддържането на високи скорости, целият протокол е отворен, за да се преосмисли и намери най-доброто и най-ефективно решение по отношение на поддръжка на мулти-услуги, OAM & P функции и мащабируемост.Като част от работата на GPON, FSAN първо събра изискванията на всичките си членове (включително големи оператори по света), след което въз основа на това написа документ, наречен Gigabit Service Requirements (GSR) и го направи официална препоръка (G.GON. GSR) към ITU-T.Основните GPON изисквания, описани в GSR файла, са както следва.
l Поддържа пълни услуги, включително глас (TDM, SONET / SDH), Ethernet (10/100 Base-T), банкомат, наети линии и др.
l Изминатото физическо разстояние е поне 20 км, а логическото разстояние е ограничено до 60 км.
l Поддържа различни побитови скорости, използвайки един и същ протокол, включително симетрични 622 Mbit/s, симетрични 1,25 Gbit/s, низходящи 2,5 Gbit/s и възходящи 1,25 Gbit/s, и други побитови скорости.
l OAM & P мощни функции, които могат да осигурят цялостно управление на услугата.
l Поради характеристиките на излъчване на PON, сигурността на услугите за връзка надолу трябва да бъде гарантирана на ниво протокол.
FSAN предложи дизайнът на стандарта GPON да отговаря на следните цели.
l Структурата на рамката може да бъде разширена от 622Mbit/s до 2,5Gbit/s и поддържа асиметрична битова скорост.
l Гарантиране на високо използване на честотната лента и висока ефективност за всеки бизнес.
l Капсулирайте всяка услуга (TDM и пакет) в 125ms рамка чрез GFP.
l Ефективно и безплатно предаване на чисти TDM услуги.
l Динамично разпределение на честотната лента за всяко ONU чрез указател на честотната лента.
Тъй като GPON преразгледа приложението и изискванията на PON отдолу нагоре, той постави основата за новото решение и вече не се основава на предишния стандарт APON, така че някои производители го наричат естествен PON (естествен режим PON).От една страна, GPON запазва много функции, които не са пряко свързани с PON, като OAM съобщения, DBA и т.н. От друга страна, GPON се основава на нов слой TC (конвергенция на предаване).GFP (обща процедура за кадриране), избрана от FSAN, е протокол, базиран на рамка, който адаптира информацията за услугата от клиенти на високо ниво на транспортната мрежа чрез общ механизъм.Транспортната мрежа може да бъде всякакъв тип мрежа, като SONET / SDH и ITU-T G.709 (OTN) и др. Информацията за клиента може да бъде базирана на пакети (като IP / PPP, т.е. IP / протокол от точка до точка , или Ethernet MAC рамки и т.н.), може също да бъде поток с постоянна побитова скорост или други видове бизнес информация.GFP е официално стандартизиран като ITU-T стандарт G.7041.Тъй като GFP предоставя ефективен и лесен начин за предаване на различни услуги в мрежата за синхронно предаване, идеално е да се използва като основа на GPON TC слоя.В допълнение, когато се използва GFP, GPON TC е по същество синхронен и използва стандартни SONET / SDH 8kHz (125ms) рамки, което позволява на GPON директно да поддържа TDM услуги.В официално пуснатия стандарт G.984.3 беше прието предложението на FSAN за GFP като технология за адаптиране на TC слоя и беше направена допълнителна опростена обработка, наречена метод на капсулиране на GPON (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Приложение на системата EPON
EPON, като нова технология за широколентов достъп, е платформа за предоставяне на пълна услуга, която може да поддържа услуги за данни, както и услуги в реално време като глас и видео.
Дизайнът на оптичния път на EPON може да използва 3 дължини на вълната.Ако не смятате да поддържате CATV или DWDM услуги, обикновено се използват две дължини на вълната.Когато използвате 3 дължини на вълната, дължината на вълната нагоре е 1310 nm, дължината на вълната надолу е 1490 nm и се добавя допълнителна дължина на вълната от 1550 nm.Увеличената дължина на вълната от 1550 nm се използва за директно предаване на аналогови видео сигнали.Тъй като настоящият аналогов видеосигнал все още е доминиран от радио и телевизионни услуги, изчислено е, че той няма да бъде напълно заменен от цифрови видео услуги до 2015 г. Следователно, текущо проектираната система EPON трябва да поддържа както цифрови видео услуги, така и аналогови видео услуги.Оригиналният 1490nm все още носи данни за връзка надолу, цифрово видео и гласови услуги, а 1310nm предава потребителски гласови сигнали за връзка нагоре, цифрово видео при поискване (VOD) и искане на информация за изтегляне на данни.
Гласовите сигнали имат строги изисквания за забавяне и трептене, а Ethernet не осигурява забавяне на пакети от край до край, скорост на загуба на пакети и възможности за контрол на честотната лента.Следователно, как да се осигури качество на услугата, когато EPON наслагва гласови сигнали, е спешен проблем за решаване.
1. TDM бизнес
Понастоящем най-съмнителната мултисервизна способност на EPON е способността му да предава традиционни TDM услуги.
Споменатите тук TDM услуги включват два вида гласови услуги (POTS, популярна стара телефонна услуга) и верижни услуги (T1 / El, N´64kbit/s наети линии).
Когато системите EPON пренасят услуги за специализирана линия за данни (2048kbit/s или 13´64kbit/s услуги за данни), се препоръчва TDM през Ethernet.Системата EPON може да приеме превключване на верига или VolP при пренасяне на гласови услуги.
През следващите няколко години, тъй като пазарното търсене на верижни услуги е все още много голямо, от системата EPON се изисква да предоставя както услуги с комутация на пакети, така и услуги с комутация на вериги.Как EFM пренася TDM на EPON и как да се гарантира качеството на TDM услугите.Няма специфични разпоредби в технологията, но те трябва да са съвместими с формата на Ethernet рамка.Мултисервизният EPON (MS-EPON) приема технологията E1 Over Ethernet, която ефективно решава проблема с адаптирането на TDM услуги към Ethernet рамки, позволявайки на EPON да реализира мултисервизно предаване и достъп.В същото време MS-EPON преодолява разликата между OLT и ONU.Феноменът на конкуренцията за споделена честотна лента предоставя на потребителите на Ethernet гарантирана честотна лента.
Методът на капсулиране на Ethernet прави технологията EPON много подходяща за пренасяне на IP услуги, но също така е изправена пред основен проблем - трудно е да се пренасят TDM услуги като глас или верижни данни.EPON е базирана на Ethernet асинхронна преносна мрежа.Той няма часовник с висока точност, синхронизиран в мрежата, и е трудно да се изпълнят изискванията за време и синхронизация на TDM услугите.За да разрешим проблема със синхронизирането на времето на TDM услугите, като същевременно гарантираме технически трудности като QoS на TDM услугите, трябва не само да подобрим дизайна на самата система EPON, но също така трябва да приемем някои специфични технологии.
Индексът на производителност на гласовата услуга с комутирана верига показва, че когато системата EPON използва метода с комутирана верига за пренасяне на гласови услуги, тя трябва да отговаря на изискванията на YDN 065-1997 „Обща техническа спецификация за оборудване за телефонно комутиране на Министерството на пощите и телекомуникациите ” и YD / T 1128-2001 „Общо телефонно комутационно оборудване” Технически спецификации (Допълнение 1) „изисквания за качество на глас с чисто комутиране на верига.Следователно EPON в момента има следните проблеми с TDM услугите.
① Гаранция за QoS на услугата TDM: Въпреки че честотната лента, заета от услугата TDM, е малка, тя има високи изисквания към индикатори като забавяне, трептене, дрейф и честота на битови грешки.Това изисква не само да се обмисли как да се намали забавянето на предаването и трептенето на TDM услугата по време на динамичното разпределение на честотната лента на връзката нагоре, но и да се гарантира, че TDM услугата стриктно контролира забавянето и трептенето в стратегията за контрол на честотната лента на връзката надолу.
② Тайминг и синхронизация на TDM услуги: TDM услугите имат особено строги изисквания за тайминг и синхронизация.EPON е по същество асинхронна преносна мрежа, базирана на Ethernet технология.Няма високоточен телекомуникационен часовник, синхронизиран в мрежата.Точността на часовника, определена от Ethernet, е ± 100´10, а точността на часовника, изисквана от традиционните TDM услуги, е ± 50´10.В допълнение, докато осигурява телекомуникационния часовник, синхронизиран в цялата мрежа, TDM данните трябва да се предават възможно най-периодично, за да отговорят на изискванията за трептене и грешки.
③ Устойчивост на EPON: Услугата TDM също така изисква носещата мрежа да има добра устойчивост.Когато възникне голяма повреда, услугата може да бъде надеждно превключена в най-кратки срокове.Тъй като EPON се използва главно за изграждане на мрежа за достъп, той е относително близо до потребителите и различните приложения и среди за използване са сложни.Лесно се влияе от неизвестни фактори като градско строителство, причинявайки аварии като прекъсвания на връзката.Следователно системата EPON е спешно необходима, за да осигури рентабилно решение за защита на системата.
2. IP услуги
EPON предава IP пакети данни без преобразуване на протокол и има висока ефективност, което е много подходящо за услуги за данни.
Технологията VolP, като гореща технология в процес на разработка, постигна определен мащаб на приложение през последните години и е ефективно средство за пренасяне на гласови услуги през IP мрежи.В системата EPON също е възможно да се реализира достъп до традиционните телефонни услуги чрез добавяне на определено VoIP оборудване или функции.Използвайки VoIP технологията, докато характеристиките на забавяне и трептене на гласовата услуга EPON са гарантирани, другите функции са оставени на устройството за интегриран достъп от страна на потребителя (IAD, устройство за интегриран достъп) и устройството за централен шлюз за достъп за обработка на гласовата услуга Предаване.Този метод е относително лесен за изпълнение и може директно да пренася съществуващи технологии, но изисква скъпо оборудване за шлюз за достъп до централен офис, по-високи разходи за изграждане на мрежа и е ограничен от недостатъците на самата VoIP технология.Освен това не могат да се предоставят услуги за данни E1 и N´64kbit/s.
Когато системата EPON използва VoIP за пренасяне на гласови услуги, тя трябва да отговаря на следните показатели за ефективност за VoIP гласови услуги.
① Времето за динамично превключване на гласовото кодиране е по-малко от 60 ms.
② Трябва да има 80 ms буферен капацитет за съхранение, за да се гарантира, че няма прекъсване на речта и трептене.
③ Обективна оценка на гласа: Когато мрежовите условия са добри, средната стойност на PSQM е по-малка от 1,5;когато мрежовите условия са лоши (степен на загуба на пакети = 1%, трептене = 20 ms, забавяне = 100 ms), средната стойност на PSQM е <1,8;Когато условията са лоши (степен на загуба на пакети = 5%, трептене = 60 ms, забавяне = 400 ms), средният PSQM е по-малък от 2,0.
④ Субективна оценка на речта: Когато мрежовите условия са добри, средната стойност на MOS е> 4,0;когато мрежовите условия са лоши (процент на загуба на пакети = 1%, трептене = 20ms, забавяне = 100ms), средната стойност на MOS е <3,5;мрежа Когато условията са лоши (степен на загуба на пакети = 5%, трептене = 60ms, забавяне = 400ms), средната стойност на MOS <3,0.
⑤ Скорост на кодиране: G.711, скорост на кодиране = 64kbit/s.За G.729a необходимата скорост на кодиране е <18kbit/s.За G.723.1 скоростта на кодиране на G.723.1 (5.3) е <18kbit/s, а скоростта на кодиране на G.723.1 (6.3) е <15kbit/s.
⑥ Индекс на забавяне (закъснение при обратна връзка): забавянето на VoIP включва забавяне на кодека, забавяне на входния буфер в приемащия край и вътрешно забавяне на опашката.Когато се използва кодиране G.729a, забавянето на обратната връзка е <150 ms.Когато се използва G.723.1 кодиране, забавянето на обратната връзка е <200 ms.
3．CATV бизнес
За аналогови CATV услуги EPON може да се пренася по същия начин като GPON: добавете дължина на вълната (всъщност това е WDM технология и няма нищо общо с EPON и самия GPON).
PON технологията е най-добрият начин за постигане на FTTx широколентов достъп.EPON е нова технология за оптична мрежа за достъп, създадена чрез комбиниране на Ethernet технология и PON технология.Може да се използва за предаване на глас, данни и видео услуги и е съвместим.За някои нови услуги в бъдеще EPON ще се превърне в доминираща технология за широколентов оптичен достъп с пълна услуга със своите абсолютни предимства като висока честотна лента, висока ефективност и лесно разширяване.
Схема за защита на PON система
За да се подобри надеждността и жизнеспособността на мрежата, в системата PON може да се използва механизъм за превключване на защита от влакна.Механизмът за превключване на защитата на оптични влакна може да се извърши по два начина: ① автоматично превключване, задействано от откриване на повреда;② принудително превключване, задействано от събития за управление.
Има три основни типа защита на влакната: защита от резервиране на опорни влакна, защита от резервиране на OLT PON порт и пълна защита, както е показано на Фигура 1.16.
Защита от резервиране на опорно влакно (Фигура 1.16 (a)): използване на единичен PON порт с вграден 1´2 оптичен превключвател на OLT PON порта;използване на 2: N оптичен сплитер;OLT открива състоянието на линията;Няма специални изисквания за ONU.
OLT PON порт резервна защита (Фигура 1.16 (b)): Резервният PON порт е в състояние на студен режим на готовност, използвайки 2: N оптичен сплитер;OLT открива състоянието на линията и превключването се извършва от OLT, без специални изисквания за ONU.
Пълна защита (Фигура 1.16 (c)): както основният, така и резервният PON порт са в работно състояние;използвани са два 2: N оптични сплитера;оптичен превключвател е изграден пред ONU PON порта и ONU открива състоянието на линията и определя основната употреба. Линиите и превключването се извършват от ONU.
Защитният превключващ механизъм на PON системата може да поддържа автоматично или ръчно връщане на защитените услуги.За автоматичния режим на връщане, след отстраняване на повредата при превключване, след определено време за изчакване за връщане, защитената услуга трябва автоматично да се върне към първоначалния работен маршрут.Времето за изчакване за връщане може да бъде зададено.