Uvođenje različitih PON sistema
1. APON tehnologija
Sredinom 1990-ih, neki veliki mrežni operateri osnovali su Alliance za pristup mreži sa punim servisom (FSAN), čija je svrha formulirati jedinstveni standard za PON opremu kako bi proizvođači opreme i operateri mogli ući na tržište PON opreme i zajedno se takmičiti.Prvi rezultat je specifikacija standarda PON sistema 155Mbit/s u ITU-T G.983 seriji preporuka.Budući da se ATM koristi kao protokol nosioca, ovaj sistem se naziva APON sistem i često se pogrešno shvata da pruža samo usluge bankomata.Stoga je preimenovan u sistem širokopojasne pasivne optičke mreže (BPON) kako bi pokazao da ovaj sistem može pružiti Ethernet širokopojasne usluge kao što su pristup mreži, distribucija videa i iznajmljene linije velike brzine.Međutim, za ovu generaciju FSAN sistema najčešće se koristi naziv APON.Kasnije je APON standard poboljšan i počeo je podržavati brzine za downlink 622 Mbit/s, a dodane su i nove karakteristike u metodama zaštite, dinamičkom raspodjeli propusnog opsega (DBA) i drugim aspektima.
APON koristi ATM kao protokol nosioca.Nizvodni prijenos je kontinuirani ATM tok sa bitrate-om od 155,52Mbit/s ili 622,08Mbit/s.Posebna ćelija za upravljanje i održavanje operacija fizičkog sloja (PLOAM) je umetnuta u tok podataka. Upstream prijenos je ATM ćelije u burst obliku.Da bi se postigao burst prijenos i prijem, 3-bajtna fizička nadređenost se dodaje ispred svake 53-bajtne ćelije.Za osnovnu brzinu od 155,52 Mbit/s, protokol za prijenos se zasniva na ramu za downlink koji sadrži 56 ATM ćelija (53 bajta po ćeliji);kada se brzina prijenosa poveća na 622,08 Mbit/s, okvir downlink-a se proširuje na 224 ćelije.Pri osnovnoj brzini od 155,52 Mbit/s, format okvira uzlazne veze je 53 ćelije, svaka ćelija je 56 bajtova (53 bajta ATM ćelije plus 3 bajta nadjačavanja).Pored 54 podatkovne ćelije u okviru downlink-a, postoje dvije PLOAM ćelije, jedna na početku okvira, a druga u sredini okvira.Svaka PLOAM ćelija sadrži autorizaciju prijenosa uzlazne veze za određenu ćeliju u uzvodnom okviru (53 ćelije uzvodnog okvira imaju 53 odobrenja mapirana u PLOAM ćelije) i OAM & P informacije.APON pruža vrlo bogate i potpune OAM funkcije, uključujući praćenje bitnih grešaka, alarmiranje, automatsko otkrivanje i automatsko pretraživanje.Kao sigurnosni mehanizam, može šifrirati i šifrirati podatke downlink-a.
Iz perspektive obrade podataka, u APON-u se korisnički podaci moraju prenositi po protokolu konverzije (AAL1/2 za TDM i AAL5 za prijenos paketa podataka).Ovu konverziju je teško prilagoditi velikom propusnom opsegu, a oprema koja obavlja ovu funkciju uključuje i neku srodnu pomoćnu opremu, kao što su ćelijska memorija, Glue Logic, itd., što također uvelike povećava cijenu sistema.
Sada, bilo da se radi o jezgrenoj prijenosnoj mreži na daljinu ili o sloju konvergencije pristupne mreže u gradskom području, digitalna komunikacijska tehnologija se postepeno pomjerila sa ATM-centrične na IP baziranu kako bi omogućila video, audio i podatkovnu komunikaciju.Stoga, samo struktura pristupne mreže koja se može prilagoditi i trenutnom pristupu i budućim tehnologijama jezgre mreže može pretvoriti buduću potpuno optičku IP mrežu u stvarnost.
APON se postepeno povukao sa tržišta zbog svoje složenosti i niske efikasnosti prenosa podataka.
2. EPON
Gotovo istovremeno sa APON sistemom, IEEE je osnovao i istraživačku grupu prve milje Ethernet (EFM) koja je lansirala EPON (Ethernet Passive Optical Network) baziran na Ethernetu u pogledu mreža za pristup vlaknima, što pokazuje dobru tržišnu perspektivu.Studijska grupa pripada grupi IEEE 802.3 koja je razvila Ethernet standard.Slično tome, njegov istraživački opseg je također ograničen na arhitekturu i mora biti usklađen sa postojećim 802.3 funkcijama sloja kontrole pristupa medijima (MAC).U aprilu 2004, istraživačka grupa je predstavila standard IEEE 802.3ah za EPON, sa brzinom uplink-a i downlink-a od 1 Gbit/s (koristeći 8B/10B kodiranje i linijskom brzinom od 1,25 Gbit/s), čime je ukinuto proizvođače EPON-a. korištenje privatnih protokola za razvoj standardnog statusa opreme.
EPON je širokopojasni pristupni sistem baziran na Ethernet tehnologiji.Koristi PON topologiju za implementaciju Ethernet pristupa.Ključne tehnologije sloja veze podataka uglavnom uključuju: Protokol višestruke kontrole pristupa (MPCP) za uplink kanal, problem uključivanja i rada ONU-a, protokole kompenzacije raspona i kašnjenja OLT-a i probleme kompatibilnosti protokola.
Fizički sloj IEEE 802.3ah uključuje i optička vlakna povezana od tačke do tačke (P2P) i bakarne žice, kao i scenarije PON mreže za point-to-multipoint (P2MP).Kako bi se olakšao rad mreže i popravak kvarova, OAM mehanizam je također uključen.Za topologiju mreže P2MP, EPON je zasnovan na mehanizmu koji se zove Multipoint Control Protocol (MPCP), koji je funkcija unutar MAC podsloja.MPCP koristi poruke, automate stanja i tajmere za kontrolu pristupa topologiji mreže P2MP.Svaka optička mrežna jedinica (ONU) u topologiji mreže P2MP ima entitet MPCP protokola koji komunicira sa entitetom MPCP protokola u OLT-u..
Osnova EPON/MPCP protokola je podsloj simulacije od tačke do tačke, koji čini da P2MP mreža izgleda kao kolekcija P2P veza ka višim slojevima protokola.
Kako bi se smanjila cijena ONU-a, ključne tehnologije fizičkog sloja EPON koncentrisane su na OLT, uključujući brzu sinhronizaciju burst signala, mrežnu sinhronizaciju, kontrolu snage optičkih primopredajnih modula i adaptivni prijem.
EPON kombinuje prednosti PON i Ethernet proizvoda za prenos podataka kako bi formirao mnoge jedinstvene prednosti.EPON sistem može obezbijediti uplink i downlink propusni opseg do 1 Gbit/s, što može zadovoljiti potrebe korisnika u budućnosti na duže vrijeme.EPON koristi tehnologiju multipleksiranja kako bi podržao više korisnika, a svaki korisnik može uživati u većoj propusnosti.EPON sistem ne koristi skupu ATM opremu i SONET opremu, a kompatibilan je sa postojećim Ethernetom, što uvelike pojednostavljuje strukturu sistema, ima niske troškove i lako se nadogradi.Zbog dugog vijeka trajanja pasivnih optičkih uređaja, troškovi održavanja vanjskih vodova su znatno smanjeni.U isto vrijeme, standardna Ethernet sučelja mogu iskoristiti prednosti postojeće jeftine Ethernet opreme i uštedjeti troškove.Sama PON struktura određuje da je mreža visoko skalabilna.Sve dok je terminalna oprema zamijenjena, mreža se može nadograditi na 10 Gbit/s ili više.EPON ne samo da može integrirati postojeće kabelske TV, podatkovne i glasovne usluge, već i biti kompatibilan sa budućim uslugama kao što su digitalna TV, VoIP, video konferencije i VOD, itd., kako bi se postigao integrirani pristup uslugama.
Sveobuhvatna upotreba EPON nosioca i drugih pristupnih tehnologija dodatno obogaćuje tehnološka rješenja širokopojasnog pristupa.
Korištenje EPON-a može učiniti da DSL prekine tradicionalno ograničenje udaljenosti i proširi pokrivenost.Kada se ONU integriše u Multiplekser pristupa digitalnoj pretplatničkoj liniji (DSLAM), domet DSL-a i njegove potencijalne korisničke grupe će se značajno povećati.
Slično, integracijom CMTS-a (Cable Modem Termination System) u ONU, EPON može obezbijediti propusni opseg postojećim kablovskim vezama i omogućiti kablovskim operaterima da implementiraju istinski interaktivne usluge uz smanjenje troškova izgradnje i rada.
U oba slučaja, operateri mogu povećati svoju korisničku bazu na osnovu postojeće mrežne strukture i ulaganja.EPON takođe može proširiti point-to-point MSPP (Multiple Services Provisioning Platform) i IP / Ethernet.
Osim toga, EPON tehnologija se također može koristiti za rješavanje problema uplink podataka bazne stanice u tehnologiji bežičnog pristupa spojenih na osnovnu mrežu.
3．GPON
2001. godine FSAN je pokrenuo novi pokušaj standardizacije PON mreža koje rade iznad 1 Gbit/s.Osim što podržava visoke stope, cijeli protokol je otvoren kako bi se ponovo razmislilo i pronašlo najbolje i najefikasnije rješenje u smislu podrške multi-servis, OAM & P funkcija i skalabilnosti.Kao dio rada GPON-a, FSAN je prvo prikupio zahtjeve svih svojih članova (uključujući velike operatere širom svijeta), a zatim na osnovu toga napisao dokument pod nazivom Gigabit Service Requirements (GSR) i napravio ga kao formalnu preporuku (G.GON). GSR) prema ITU-T.Glavni GPON zahtjevi opisani u GSR datoteci su sljedeći.
l Podržava kompletne usluge, uključujući govor (TDM, SONET / SDH), Ethernet (10/100 Base-T), ATM, iznajmljene linije, itd.
l Pređena fizička udaljenost je najmanje 20 km, a logička udaljenost je ograničena na 60 km.
l Podržava različite brzine prijenosa koristeći isti protokol, uključujući simetrične 622 Mbit/s, simetrične 1,25 Gbit/s, nizvodne 2,5 Gbit/s i upstream 1,25 Gbit/s, i druge brzine prijenosa.
l OAM & P moćne funkcije koje mogu pružiti upravljanje uslugama od kraja do kraja.
l Zbog karakteristika emitovanja PON-a, sigurnost downlink usluga mora biti zagarantovana na nivou protokola.
FSAN je predložio da dizajn GPON standarda treba da ispuni sljedeće ciljeve.
l Struktura okvira može se proširiti sa 622Mbit/s na 2,5Gbit/s i podržava asimetričnu brzinu prijenosa.
l Garantuje visoku iskorišćenost propusnog opsega i visoku efikasnost za bilo koje poslovanje.
l Inkapsulirajte bilo koju uslugu (TDM i paket) u okvir od 125 ms kroz GFP.
l Efikasan i besplatan prijenos čistih TDM usluga.
l Dinamička alokacija propusnog opsega za svaki ONU putem pokazivača propusnog opsega.
Budući da je GPON preispitao primjenu i zahtjeve PON-a odozdo prema gore, postavio je temelje za novo rješenje i više nije baziran na prethodnom APON standardu, pa ga neki proizvođači nazivaju native PON (prirodni način PON).S jedne strane, GPON zadržava mnoge funkcije koje nisu direktno povezane s PON-om, kao što su OAM poruke, DBA, itd. S druge strane, GPON je baziran na novom TC (transmission convergence) sloju.GFP (generalna procedura uokvirivanja) koju je odabrao FSAN je protokol baziran na okvirima koji prilagođava informacije o uslugama od korisnika na visokom nivou transportne mreže kroz opći mehanizam.Transportna mreža može biti bilo koja vrsta mreže, kao što su SONET / SDH i ITU-T G.709 (OTN), itd. Informacije o korisniku mogu biti bazirane na paketima (kao što su IP / PPP, tj. IP / Point to Point protokol , ili Ethernet MAC okviri, itd. ), također može biti tok konstantne brzine prijenosa ili druge vrste poslovnih informacija.GFP je zvanično standardizovan kao ITU-T standard G.7041.Budući da GFP pruža efikasan i jednostavan način za prijenos različitih usluga u sinkronoj prijenosnoj mreži, idealno je koristiti ga kao osnovu GPON TC sloja.Pored toga, kada se koristi GFP, GPON TC je u suštini sinhroni i koristi standardne SONET / SDH 8kHz (125ms) okvire, što omogućava GPON-u da direktno podržava TDM usluge.U zvanično objavljenom standardu G.984.3 usvojen je FSAN-ov prijedlog o GFP-u kao tehnologiji prilagođavanja TC sloja, te je urađena daljnja pojednostavljena obrada pod nazivom GPON enkapsulacioni metod (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Primena EPON sistema
EPON, kao nova tehnologija širokopojasnog pristupa, je platforma za pružanje kompletnih usluga koja može podržati usluge podataka kao i usluge u realnom vremenu kao što su glas i video.
Dizajn optičke putanje EPON-a može koristiti 3 valne dužine.Ako ne razmišljate o podršci CATV ili DWDM uslugama, obično se koriste dvije valne dužine.Kada se koriste 3 talasne dužine, uzvodna talasna dužina je 1310nm, nizvodna talasna dužina je 1490nm, a dodaje se dodatna talasna dužina od 1550nm.Povećana talasna dužina od 1550nm se koristi za direktan prenos analognih video signala.Budući da trenutnim analognim video signalom i dalje dominiraju radio i televizijski servisi, procjenjuje se da ga neće u potpunosti zamijeniti digitalni video servisi do 2015. Stoga bi trenutno dizajnirani EPON sistem trebao podržavati i digitalne video usluge i analogne video usluge.Originalni 1490 nm i dalje prenosi podatke na downlink, digitalne video i glasovne usluge, a 1310 nm prenosi korisničke glasovne signale uzlazne veze, digitalni video na zahtjev (VOD) i informacije o zahtjevu za preuzimanje podataka.
Glasovni signali imaju stroge zahtjeve u pogledu kašnjenja i podrhtavanja, a Ethernet ne obezbjeđuje odgodu paketa od kraja do kraja, stopu gubitka paketa i mogućnosti kontrole propusnog opsega.Stoga je hitan problem koji treba riješiti kako osigurati kvalitetu usluge kada EPON preklapa glasovne signale.
1. TDM poslovanje
Trenutno, najsumnjivija multi-servisna sposobnost EPON-a je njegova sposobnost da prenosi tradicionalne TDM usluge.
TDM usluge koje se ovdje pominju uključuju dvije vrste govornih usluga (POTS, Popularna stara telefonska usluga) i usluge kola (T1/El, N´64kbit/s iznajmljene linije).
Kada EPON sistemi nose usluge namenske linije za prenos podataka (2048kbit/s ili 13´64kbit/s data usluge), preporučuje se TDM preko Etherneta.EPON sistem može usvojiti komutaciju kola ili VolP kada prenosi govorne usluge.
U narednih nekoliko godina, pošto je potražnja na tržištu za uslugama kola i dalje veoma velika, od EPON sistema se zahteva da prenosi i usluge sa komutacijom paketa i usluge sa komutacijom kola.Kako EFM prenosi TDM na EPON i kako osigurati kvalitet TDM usluga.Ne postoje posebne odredbe u tehnologiji, ali one moraju biti kompatibilne s formatom Ethernet okvira.Multi-service EPON (MS-EPON) usvaja E1 Over Ethernet tehnologiju, koja efikasno rješava problem adaptacije TDM servisa na Ethernet okvire, omogućavajući EPON-u da realizuje multi-servisni prijenos i pristup.Istovremeno, MS-EPON prevazilazi jaz između OLT-a i ONU-a.Fenomen sukoba sa zajedničkim propusnim opsegom pruža korisnicima Etherneta zagarantovanu garanciju propusnosti.
Metoda enkapsulacije Etherneta čini EPON tehnologiju veoma pogodnom za prenos IP usluga, ali se takođe suočava sa velikim problemom - teško je preneti TDM usluge kao što su glasovni podaci ili podaci kola.EPON je asinhrona mreža za prijenos zasnovana na Ethernetu.Nema visoko precizan sat sinhronizovan preko mreže i teško je ispuniti zahtjeve vremena i sinhronizacije TDM usluga.Da bismo riješili problem vremenske sinhronizacije TDM usluga uz osiguravanje tehničkih poteškoća kao što je QoS TDM usluga, ne samo da moramo poboljšati dizajn samog EPON sistema, već moramo usvojiti i neke specifične tehnologije.
Indeks performansi govorne usluge sa komutacijom kola pokazuje da kada EPON sistem koristi metodu komutacije kola za prenos govornih usluga, on treba da ispuni zahteve YDN 065-1997 „Opšta tehnička specifikacija za telefonsku komutatorsku opremu Ministarstva pošte i telekomunikacija ” i YD / T 1128-2001 Tehničke specifikacije „Oprema za opću telefonsku komutaciju” (Dodatak 1) „zahtjevi za čisti kvalitet glasa sa komutacijom kola.Stoga EPON trenutno ima sljedeće probleme sa TDM uslugama.
① Garancija QoS usluge TDM: Iako je propusnost koju zauzima TDM usluga mala, ona ima visoke zahtjeve u pogledu indikatora kao što su kašnjenje, podrhtavanje, odstupanje i stopa greške u bitu.Ovo zahtijeva ne samo da se razmotri kako smanjiti kašnjenje u prijenosu i podrhtavanje TDM usluge tokom dinamičke alokacije propusnog opsega uzlazne veze, već i osigurati da TDM usluga striktno kontrolira kašnjenje i podrhtavanje u strategiji kontrole propusnog opsega downlink.
② Vrijeme i sinhronizacija TDM usluga: TDM usluge imaju posebno stroge zahtjeve u pogledu vremena i sinhronizacije.EPON je u suštini asinhrona prijenosna mreža zasnovana na Ethernet tehnologiji.Ne postoji visokoprecizan telekomunikacijski sat koji je sinhronizovan u celoj mreži.Preciznost sata definisana Ethernetom je ± 100´10, a tačnost sata koja se zahteva za tradicionalne TDM usluge je ± 50´10.Osim toga, dok je telekomunikacijski sat sinhronizovan u cijeloj mreži, TDM podaci se moraju prenositi što je moguće periodično kako bi se ispunili zahtjevi za podrhtavanje i greške.
③ Preživljavanje EPON-a: TDM usluga također zahtijeva da mreža nosioca mora imati dobru sposobnost preživljavanja.Kada dođe do većeg kvara, usluga se može pouzdano prebaciti u najkraćem mogućem roku.Budući da se EPON uglavnom koristi za izgradnju pristupne mreže, relativno je blizak korisnicima, a različite aplikacije i okruženja korištenja su složena.Na njega lako utiču nepoznati faktori kao što je urbana gradnja, što uzrokuje nesreće kao što su prekidi veze.Zbog toga je hitno potreban EPON sistem da obezbedi isplativo rešenje za zaštitu sistema.
2. IP usluge
EPON prenosi IP pakete podataka bez konverzije protokola i ima visoku efikasnost, što je vrlo pogodno za data servise.
VolP tehnologija, kao vruća tehnologija u razvoju, posljednjih godina je postigla određenu skalu primjene, te je efikasno sredstvo za prenos govornih usluga preko IP mreža.U EPON sistemu je takođe moguće implementirati pristup tradicionalnim telefonskim uslugama dodavanjem određene VoIP opreme ili funkcija.Koristeći VoIP tehnologiju, sve dok su karakteristike kašnjenja i podrhtavanja govorne usluge EPON zagarantovane, ostale funkcije su prepuštene uređaju za integrisani pristup na strani korisnika (IAD, Integrated Access Device) i centralnom pristupnom uređaju za obradu govorne usluge Prijenos.Ova metoda je relativno jednostavna za implementaciju i može direktno prenositi postojeće tehnologije, ali zahtijeva skupu opremu za pristup centralnoj kancelariji, veće troškove izgradnje mreže i ograničena je nedostacima same VoIP tehnologije.Osim toga, E1 i N´64kbit/s podatkovne usluge se ne mogu pružiti.
Kada EPON sistem koristi VoIP za prijenos govornih usluga, trebao bi zadovoljiti sljedeće pokazatelje performansi za VoIP glasovne usluge.
① Dinamičko vrijeme prebacivanja kodiranja glasa je manje od 60ms.
② Trebao bi imati kapacitet memorije bafera od 80 ms kako bi se osiguralo da ne dođe do prekida govora i podrhtavanja.
③ Objektivna procena glasa: Kada su uslovi mreže dobri, prosečna vrednost PSQM je manja od 1,5;kada su uslovi mreže loši (stopa gubitka paketa = 1%, podrhtavanje = 20ms, kašnjenje = 100ms), prosječna vrijednost PSQM je <1,8;Kada su uslovi loši (stopa gubitka paketa = 5%, podrhtavanje = 60ms, kašnjenje = 400ms), prosečan PSQM je manji od 2,0.
④ Subjektivna procjena govora: Kada su uslovi mreže dobri, prosječna vrijednost MOS-a je> 4,0;kada su uslovi mreže loši (stopa gubitka paketa = 1%, podrhtavanje = 20ms, kašnjenje = 100ms), prosječna vrijednost MOS-a je <3,5;mreža Kada su uslovi loši (stopa gubitka paketa = 5%, jitter = 60ms, kašnjenje = 400ms), prosječna vrijednost MOS-a <3.0.
⑤ Brzina kodiranja: G.711, brzina kodiranja = 64kbit/s.Za G.729a, potrebna brzina kodiranja je <18kbit/s.Za G.723.1, G.723.1 (5.3) brzina kodiranja je <18kbit/s, a G.723.1 (6.3) brzina kodiranja je <15kbit/s.
⑥ Indeks kašnjenja (kašnjenje povratne petlje): VoIP kašnjenje uključuje kašnjenje kodeka, kašnjenje ulaznog bafera na kraju prijema i interno kašnjenje u redu čekanja.Kada se koristi G.729a kodiranje, kašnjenje povratne petlje je <150ms.Kada se koristi G.723.1 kodiranje, kašnjenje povratne petlje je <200ms.
3．CATV posao
Za analogne CATV usluge, EPON se takođe može prenositi na isti način kao GPON: dodajte talasnu dužinu (u stvari ovo je WDM tehnologija i nema nikakve veze sa EPON-om i samim GPON-om).
PON tehnologija je najbolji način za postizanje FTTx širokopojasnog pristupa.EPON je nova tehnologija optičke pristupne mreže stvorena kombinacijom Ethernet tehnologije i PON tehnologije.Može se koristiti za prijenos glasa, podataka i video usluga i kompatibilan je.Za neke nove usluge u budućnosti, EPON će postati dominantna tehnologija širokopojasnog optičkog pristupa sa punom uslugom sa svojim apsolutnim prednostima kao što su veliki propusni opseg, visoka efikasnost i lako proširenje.
Šema zaštite PON sistema
U cilju poboljšanja pouzdanosti mreže i preživljavanja, u PON sistemu se može koristiti mehanizam za komutaciju za zaštitu vlakana.Preklopni mehanizam zaštite optičkih vlakana može se izvesti na dva načina: ① automatsko prebacivanje, pokrenuto detekcijom kvara;② prisilno prebacivanje, pokrenuto događajima upravljanja.
Postoje tri glavna tipa zaštite vlakana: zaštita od redundantnosti okosnih vlakana, zaštita od redundanse OLT PON porta i potpuna zaštita, kao što je prikazano na slici 1.16.
Zaštita od redundantnosti okosnih vlakana (slika 1.16 (a)): korištenje jednog PON porta sa ugrađenim 1´2 optičkim prekidačem na OLT PON portu;koristeći 2:N optički razdjelnik;OLT detektuje status linije;Ne postoje posebni zahtjevi za ONU.
Zaštita od redundanse OLT PON porta (Slika 1.16 (b)): PON port u stanju pripravnosti je u hladnom stanju pripravnosti, koristeći 2: N optički razdjelnik;OLT detektuje status linije, a prebacivanje vrši OLT, bez posebnih zahteva za ONU.
Potpuna zaštita (Slika 1.16 (c)): i glavni i rezervni PON port su u radnom stanju;koriste se dva 2: N optičkih razdjelnika;optički prekidač je ugrađen ispred ONU PON porta, a ONU detektuje status linije i određuje glavnu upotrebu. Linije i prebacivanje vrši ONU.
Mehanizam zaštite PON sistema može podržati automatski ili ručni povratak zaštićenih usluga.Za režim automatskog povratka, nakon otklanjanja kvara na prebacivanju, nakon određenog vremena čekanja povratka, zaštićena usluga bi se trebala automatski vratiti na prvobitnu radnu rutu.Vrijeme čekanja povratka može se podesiti.