Zavedení různých PON systémů
1. Technologie APON
V polovině 90. let někteří hlavní síťoví operátoři založili Full Service Access Network Alliance (FSAN), jejímž účelem je formulovat jednotný standard pro zařízení PON tak, aby výrobci a provozovatelé zařízení mohli vstoupit na trh zařízení PON a společně soutěžit.Prvním výsledkem je specifikace systémového standardu 155Mbit/s PON v řadě doporučení ITU-T G.983.Protože se jako nosný protokol používá ATM, nazývá se tento systém systém APON a často bývá mylně chápán tak, že poskytuje pouze služby ATM.Proto je přejmenován na systém BPON (Broadband Passive Optical Network), aby se ukázalo, že tento systém může poskytovat ethernetové širokopásmové služby, jako je přístup k síti, distribuce videa a vysokorychlostní pronajaté linky.Pro tuto generaci systémů FSAN je však nejčastěji používaný název APON.Později byl standard APON vylepšen a začal podporovat rychlost stahování 622 Mbit/s a byly přidány nové funkce v metodách ochrany, dynamické alokaci šířky pásma (DBA) a dalších aspektech.
APON používá ATM jako nosný protokol.Downstream přenos je nepřetržitý ATM stream s přenosovou rychlostí 155,52 Mbit/s nebo 622,08 Mbit/s.Do datového toku je vložena speciální buňka pro řízení a údržbu fyzické vrstvy (PLOAM).Aby bylo dosaženo shlukového vysílání a příjmu, je před každou 53bajtovou buňku přidána 3bajtová fyzická režie.Pro základní rychlost 155,52 Mbit/s je přenosový protokol založen na sestupném rámci obsahujícím 56 ATM buněk (53 bajtů na buňku);když se bitová rychlost zvýší na 622,08 Mbit/s, sestupný rámec se rozšíří na 224 buněk.Při základní rychlosti 155,52 Mbit/s je formát uplinkového rámce 53 buněk, každá buňka má 56 bajtů (53 bajtů buňky ATM plus 3 bajty režie).Kromě 54 datových buněk v sestupném rámci existují dvě buňky PLOAM, jedna na začátku rámce a druhá uprostřed rámce.Každá buňka PLOAM obsahuje uplinkovou vysílací autorizaci pro specifickou buňku v upstream rámci (53 upstream buněk rámce má 53 povolení mapovaných do PLOAM buněk) a informace OAM & P.APON poskytuje velmi bohaté a kompletní funkce OAM, včetně sledování bitové chybovosti, alarmu, automatického zjišťování a automatického vyhledávání.Jako bezpečnostní mechanismus může kódovat a šifrovat data pro stahování.
Z hlediska zpracování dat musí být v APON uživatelská data přenášena pod protokolovou konverzí (AAL1 / 2 pro TDM a AAL5 pro přenos datových paketů).Tento převod je obtížné přizpůsobit velké šířce pásma a zařízení, které tuto funkci provádí, zahrnuje některá související pomocná zařízení, jako je paměť buněk, Glue Logic atd., což také značně zvyšuje náklady na systém.
Nyní, ať už se jedná o dálkovou hlavní přenosovou síť nebo o konvergenční vrstvu metropolitní přístupové sítě, technologie digitální komunikace se postupně přesunula z ATM na IP, aby poskytovala video, audio a datovou komunikaci.Proto pouze struktura přístupové sítě, která se dokáže přizpůsobit jak současnému přístupu, tak budoucím technologiím jádra sítě, může budoucí plně optickou IP síť učinit realitou.
APON se postupně stáhl z trhu pro svou složitost a nízkou efektivitu přenosu dat.
2. EPON
Téměř ve stejnou dobu jako systém APON, IEEE také založila první míli Ethernet (EFM) výzkumnou skupinu, která uvedla na trh EPON (Ethernet Passive Optical Network) na bázi Ethernetu v oblasti optických přístupových sítí, což ukazuje dobré vyhlídky na trhu.Studijní skupina patří do skupiny IEEE 802.3, která vyvinula standard Ethernet.Podobně je rozsah jeho výzkumu také omezen na architekturu a musí odpovídat stávajícím funkcím vrstvy řízení přístupu k médiím (MAC) 802.3.V dubnu 2004 zavedla výzkumná skupina pro EPON standard IEEE 802.3ah s rychlostí uplinku a downlinku 1 Gbit/s (s použitím kódování 8B/10B a rychlostí linky 1,25 Gbit/s), čímž výrobci EPON ukončili ' použití soukromých protokolů k vytvoření standardního stavu zařízení.
EPON je širokopásmový přístupový systém založený na technologii Ethernet.K implementaci ethernetového přístupu využívá topologii PON.Mezi klíčové technologie vrstvy datového spojení patří především: Multiple Access Control Protocol (MPCP) pro uplink kanál, problém plug and play ONU, protokoly kompenzace rozsahu a zpoždění OLT a problémy s kompatibilitou protokolů.
Fyzická vrstva IEEE 802.3ah zahrnuje jak point-to-point (P2P) připojená optická vlákna a měděné dráty, tak i scénáře PON sítě pro point-to-multipoint (P2MP).Aby se usnadnil provoz sítě a oprava chyb, je zahrnut také mechanismus OAM.Pro topologii sítě P2MP je EPON založen na mechanismu zvaném Multipoint Control Protocol (MPCP), což je funkce v podvrstvě MAC.MPCP používá zprávy, stavové stroje a časovače k řízení přístupu k topologii sítě P2MP.Každá optická síťová jednotka (ONU) v topologii sítě P2MP má entitu protokolu MPCP, která komunikuje s entitou protokolu MPCP v OLT..
Základem protokolu EPON / MPCP je podvrstva simulace typu point-to-point, díky které vypadá síť P2MP jako soubor P2P spojení s vyššími vrstvami protokolu.
Aby se snížily náklady na ONU, jsou klíčové technologie fyzické vrstvy EPON soustředěny na OLT, včetně rychlé synchronizace burst signálů, synchronizace sítě, řízení výkonu optických modulů transceiveru a adaptivního příjmu.
EPON kombinuje výhody datových produktů PON a Ethernet a vytváří mnoho jedinečných výhod.Systém EPON může poskytovat uplink a downlink pásma až 1 Gbit/s, což může uspokojit potřeby uživatelů v budoucnu na dlouhou dobu.EPON využívá technologii multiplexování pro podporu více uživatelů a každý uživatel si může užít větší šířku pásma.Systém EPON nepoužívá drahá ATM zařízení a zařízení SONET a je kompatibilní se stávajícím Ethernetem, což výrazně zjednodušuje strukturu systému, má nízkou cenu a snadno se upgraduje.Díky dlouhé životnosti pasivních optických zařízení se výrazně snižují náklady na údržbu venkovních vedení.Standardní ethernetová rozhraní zároveň mohou využívat výhod stávajících levných ethernetových zařízení a šetřit náklady.Samotná struktura PON určuje, že síť je vysoce škálovatelná.Dokud dojde k výměně koncového zařízení, lze síť upgradovat na 10 Gbit/s nebo vyšší.EPON může nejen integrovat stávající kabelovou televizi, datové a hlasové služby, ale také být kompatibilní s budoucími službami, jako je digitální TV, VoIP, videokonference a VOD atd., aby bylo dosaženo integrovaného přístupu ke službám.
Komplexní využití nosiče EPON a dalších přístupových technologií dále obohacuje řešení technologie širokopásmového přístupu.
Použití EPON může přimět DSL prolomit tradiční omezení vzdálenosti a rozšířit pokrytí.Když je ONU integrována do DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), dosažitelný rozsah DSL a jeho potenciální uživatelské skupiny se výrazně zvýší.
Podobně integrací systému CMTS (Cable Modem Termination System) ONU může EPON poskytnout šířku pásma stávajícím kabelovým připojením a umožnit kabelovým operátorům implementovat skutečně interaktivní služby a zároveň snížit náklady na výstavbu a provoz.
V obou případech mohou operátoři rozšířit svou uživatelskou základnu na základě stávající struktury sítě a investic.EPON může také rozšířit point-to-point MSPP (Multiple Services Provisioning Platform) a IP / Ethernet.
Kromě toho lze technologii EPON také použít k vyřešení problému uplinkových dat základnové stanice v bezdrátové přístupové technologii sdružené do jádrové sítě.
3.GPON
V roce 2001 FSAN zahájila nové úsilí o standardizaci sítí PON pracujících nad 1 Gbit/s.Kromě podpory vysokých rychlostí byl celý protokol otevřený, aby bylo možné přehodnotit a najít nejlepší a nejefektivnější řešení z hlediska podpory více služeb, funkcí OAM & P a škálovatelnosti.V rámci práce GPON FSAN nejprve shromáždil požadavky všech svých členů (včetně hlavních operátorů po celém světě), poté na základě toho sepsal dokument s názvem Gigabit Service Requirements (GSR) a učinil z něj formální doporučení (G.GON. GSR) na ITU-T.Hlavní požadavky GPON popsané v souboru GSR jsou následující.
l Podporuje kompletní služby, včetně hlasových (TDM, SONET / SDH), Ethernetu (10/100 Base-T), ATM, pronajatých linek atd.
l Fyzická vzdálenost je minimálně 20 km a logická vzdálenost je omezena na 60 km.
l Podporuje různé přenosové rychlosti pomocí stejného protokolu, včetně symetrických 622 Mbit/s, symetrických 1,25 Gbit/s, downstream 2,5 Gbit/s a upstream 1,25 Gbit/s a další přenosové rychlosti.
l Výkonné funkce OAM & P, které mohou poskytovat komplexní správu služeb.
l Vzhledem k vysílacím charakteristikám PON musí být bezpečnost downlinkových služeb zaručena na úrovni protokolu.
FSAN navrhl, že návrh standardu GPON by měl splňovat následující cíle.
l Strukturu rámce lze rozšířit z 622 Mbit/s na 2,5 Gbit/sa podporuje asymetrickou přenosovou rychlost.
l Zaručit vysoké využití šířky pásma a vysokou efektivitu pro jakýkoli podnik.
l Zapouzdřit jakoukoli službu (TDM a paket) do rámce 125 ms prostřednictvím GFP.
l Efektivní a bezplatný přenos čistých služeb TDM.
l Dynamické přidělování šířky pásma pro každou ONU prostřednictvím ukazatele šířky pásma.
Protože GPON přehodnotil aplikaci a požadavky PON zdola nahoru, položil základ novému řešení a již nevychází z předchozího standardu APON, takže jej někteří výrobci nazývají nativní PON (natural mode PON).Na jedné straně si GPON zachovává mnoho funkcí, které s PON přímo nesouvisí, jako jsou zprávy OAM, DBA atd. Na druhé straně je GPON založen na nové vrstvě TC (transmission convergence).GFP (obecná procedura rámování) vybraná FSAN je protokol založený na rámcích, který přizpůsobuje informace o službách od vysoce postavených zákazníků transportní sítě prostřednictvím obecného mechanismu.Transportní síť může být jakýkoli typ sítě, jako je SONET / SDH a ITU-T G.709 (OTN), atd. Informace o zákazníkovi mohou být založené na paketech (jako je IP / PPP, tj. protokol IP / Point to Point nebo rámce Ethernet MAC atd.), Může to být také proud s konstantní přenosovou rychlostí nebo jiné typy obchodních informací.GFP byl oficiálně standardizován jako ITU-T standard G.7041.Protože GFP poskytuje efektivní a jednoduchý způsob přenosu různých služeb na synchronní přenosové síti, je ideální jej použít jako základ vrstvy GPON TC.Navíc při použití GFP je GPON TC v podstatě synchronní a používá standardní SONET / SDH 8kHz (125 ms) rámce, což umožňuje GPON přímo podporovat TDM služby.V oficiálně vydaném standardu G.984.3 byl přijat návrh FSAN na GFP jako technologii adaptace vrstvy TC a bylo provedeno další zjednodušené zpracování s názvem GPON encapsulation method (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Aplikace systému EPON
EPON, jako nová technologie širokopásmového přístupu, je platforma pro poskytování kompletních služeb, která může podporovat datové služby i služby v reálném čase, jako je hlas a video.
Návrh optické dráhy EPON může používat 3 vlnové délky.Pokud neuvažujete o podpoře služeb CATV nebo DWDM, obecně se používají dvě vlnové délky.Při použití 3 vlnových délek je vlnová délka upstream 1310nm, downstream vlnová délka je 1490nm a přidá se další vlnová délka 1550nm.Zvýšená vlnová délka 1550nm se používá k přímému přenosu analogových videosignálů.Protože současnému analogovému videosignálu stále dominují rozhlasové a televizní služby, odhaduje se, že nebude zcela nahrazen digitálními video službami dříve než v roce 2015. V současnosti navržený systém EPON by proto měl podporovat jak digitální video služby, tak analogové video služby.Původní 1490nm stále přenáší sestupná data, digitální video a hlasové služby a 1310nm přenáší uplink uživatelské hlasové signály, digitální video na vyžádání (VOD) a informace o požadavku na stahování dat.
Hlasové signály mají přísné požadavky na zpoždění a jitter a Ethernet neposkytuje možnosti end-to-end zpoždění paketů, ztrátovost paketů a možnosti řízení šířky pásma.Proto je naléhavým problémem, který je třeba vyřešit, jak zajistit kvalitu služeb, když EPON překrývá hlasové signály.
1. TDM podnikání
V současnosti je nejspornější schopností EPON multi-service jeho schopnost přenášet tradiční TDM služby.
Zde uvedené služby TDM zahrnují dva typy hlasových služeb (POTS, Popular Old Telephone Service) a okruhové služby (T1 / El, N´64kbit/s pronajaté okruhy).
Pokud systémy EPON přenášejí datové vyhrazené linkové služby (2048 kbit/s nebo 13´64 kbit/s datové služby), doporučuje se TDM přes Ethernet.Systém EPON může používat přepínání okruhů nebo VolP při přenosu hlasových služeb.
V příštích několika letech, protože tržní poptávka po okruhových službách je stále velmi velká, bude systém EPON vyžadovat, aby přenášel jak služby s přepojováním paketů, tak služby s přepojováním okruhů.Jak EFM přenáší TDM na EPON a jak zajistit kvalitu služeb TDM.Neexistují žádná specifická ustanovení v technologii, ale musí být kompatibilní s formátem rámce Ethernet.Multi-service EPON (MS-EPON) využívá technologii E1 Over Ethernet, která efektivně řeší problém přizpůsobení TDM služeb na ethernetových rámcích a umožňuje EPON realizovat multi-service přenos a přístup.MS-EPON zároveň překonává propast mezi OLT a ONU.Fenomén sporu o sdílenou šířku pásma poskytuje uživatelům Ethernetu garantovanou záruku šířky pásma.
Díky metodě zapouzdření Ethernetu je technologie EPON velmi vhodná pro přenos IP služeb, ale také čelí velkému problému – je obtížné přenášet TDM služby, jako jsou hlasová nebo okruhová data.EPON je asynchronní přenosová síť založená na Ethernetu.Nemá vysoce přesné hodiny synchronizované po síti a je obtížné splnit požadavky na časování a synchronizaci služeb TDM.Abychom vyřešili problém časové synchronizace služeb TDM a zároveň zajistili technické potíže, jako je QoS služeb TDM, musíme nejen zlepšit návrh samotného systému EPON, ale také přijmout některé specifické technologie.
Index výkonu hlasové služby s přepojováním okruhů ukazuje, že když systém EPON používá k přenosu hlasových služeb metodu s přepojováním okruhů, měl by splňovat požadavky YDN 065-1997 „Všeobecná technická specifikace pro telefonní spojovací zařízení Ministerstva pošt a telekomunikací“. “ a YD / T 1128-2001 “Všeobecné telefonní přepínací zařízení” Technické specifikace (Dodatek 1) “požadavky na čistou kvalitu hlasu s přepojováním okruhů.Proto má EPON v současnosti se službami TDM následující problémy.
① Záruka QoS služby TDM: Přestože je šířka pásma obsazená službou TDM malá, má vysoké požadavky na indikátory, jako je zpoždění, jitter, drift a bitová chybovost.To vyžaduje nejen zvážit, jak snížit přenosové zpoždění a jitter služby TDM během uplinkové dynamické alokace šířky pásma, ale také zajistit, aby služba TDM přísně kontrolovala zpoždění a jitter ve strategii řízení šířky pásma pro stahování.
② Načasování a synchronizace služeb TDM: Služby TDM mají obzvláště přísné požadavky na časování a synchronizaci.EPON je v podstatě asynchronní přenosová síť založená na technologii Ethernet.V celé síti nejsou synchronizovány žádné vysoce přesné telekomunikační hodiny.Přesnost hodin definovaná Ethernetem je ± 100´10 a přesnost hodin požadovaná tradičními službami TDM je ± 50´10.Kromě toho, zatímco jsou telekomunikační hodiny synchronizovány v celé síti, musí být data TDM přenášena co nejpravidelněji, aby byly splněny požadavky na jitter a chyby.
③ Přežití EPON: Služba TDM také vyžaduje, aby nosná síť měla dobrou schopnost přežití.Při větší poruše lze službu spolehlivě přepnout v nejkratším možném čase.Protože se EPON používá hlavně pro výstavbu přístupových sítí, je relativně blízko uživatelům a různé aplikace a prostředí použití jsou složité.Je snadno ovlivněn neznámými faktory, jako je městská výstavba, což způsobuje nehody, jako je přerušení spojení.Proto je naléhavě nutné, aby systém EPON poskytoval nákladově efektivní řešení ochrany systému.
2. IP služby
EPON přenáší datové pakety IP bez konverze protokolu a má vysokou účinnost, což je velmi vhodné pro datové služby.
Technologie VolP, jako žhavá technologie ve vývoji, dosáhla v posledních letech určitého rozsahu aplikací a je účinným prostředkem pro přenos hlasových služeb přes IP sítě.V systému EPON je také možné implementovat přístup k tradičním telefonním službám přidáním určitých VoIP zařízení nebo funkcí.Využitím technologie VoIP, pokud jsou zaručeny charakteristiky zpoždění a jitteru hlasové služby EPON, jsou ostatní funkce ponechány na uživatelském integrovaném přístupovém zařízení (IAD, Integrated Access Device) a zařízení centrální přístupové brány pro zpracování hlasové služby. Přenos.Tato metoda je relativně jednoduchá na implementaci a může přímo přenášet stávající technologie, ale vyžaduje drahé vybavení přístupové brány centrální kanceláře, vyšší náklady na výstavbu sítě a je omezena nedostatky samotné technologie VoIP.Dále nelze poskytovat datové služby E1 a N´64kbit/s.
Když systém EPON používá VoIP k přenosu hlasových služeb, měl by splňovat následující výkonnostní ukazatele pro hlasové služby VoIP.
① Doba dynamického přepínání kódování hlasu je menší než 60 ms.
② Měla by mít kapacitu vyrovnávací paměti 80 ms, aby se zajistilo, že nedojde k diskontinuitě řeči a chvění.
③ Objektivní hodnocení hlasu: Když jsou podmínky sítě dobré, průměrná hodnota PSQM je menší než 1,5;když jsou podmínky sítě špatné (rychlost ztráty paketů = 1 %, jitter = 20 ms, zpoždění = 100 ms), průměrná hodnota PSQM je <1,8;Když jsou podmínky špatné (rychlost ztráty paketů = 5 %, jitter = 60 ms, zpoždění = 400 ms), je průměrná hodnota PSQM menší než 2,0.
④ Subjektivní hodnocení řeči: Když jsou podmínky sítě dobré, průměrná hodnota MOS je > 4,0;když jsou podmínky sítě špatné (rychlost ztráty paketů = 1 %, jitter = 20 ms, zpoždění = 100 ms), průměrná hodnota MOS je < 3,5;síť Když jsou podmínky špatné (ztrátovost paketů = 5 %, jitter = 60 ms, zpoždění = 400 ms), průměrná hodnota MOS <3,0.
⑤ Rychlost kódování: G.711, rychlost kódování = 64 kbit/s.Pro G.729a je požadovaná rychlost kódování <18 kbit/s.Pro G.723.1 je kódovací rychlost G.723.1 (5.3) <18 kbit/s a kódovací rychlost G.723.1 (6.3) je <15 kbit/s.
⑥ Index zpoždění (zpoždění zpětné smyčky): Zpoždění VoIP zahrnuje zpoždění kodeku, zpoždění vstupní vyrovnávací paměti na přijímací straně a zpoždění interní fronty.Při použití kódování G.729a je zpoždění zpětné smyčky <150 ms.Při použití kódování G.723.1 je zpoždění zpětné smyčky <200 ms.
3.CATV podnikání
Pro analogové služby CATV lze EPON přenášet stejným způsobem jako GPON: přidejte vlnovou délku (ve skutečnosti se jedná o technologii WDM a nemá nic společného s EPON a GPON samotným).
Technologie PON je nejlepší způsob, jak dosáhnout širokopásmového přístupu FTTx.EPON je nová technologie optické přístupové sítě vytvořená kombinací technologie Ethernet a technologie PON.Může být použit pro přenos hlasových, datových a video služeb a je kompatibilní.Pro některé nové služby v budoucnu se EPON stane dominantní technologií pro full-service širokopásmový optický přístup se svými absolutními výhodami, jako je vysoká šířka pásma, vysoká účinnost a snadné rozšíření.
Schéma ochrany systému PON
Pro zlepšení spolehlivosti sítě a přežití lze v systému PON použít přepínací mechanismus ochrany vláken.Mechanismus přepínání ochrany optických vláken lze provádět dvěma způsoby: ① automatické přepínání, spouštěné detekcí poruchy;② vynucené přepínání, spouštěné událostmi správy.
Existují tři hlavní typy ochrany vláken: redundantní ochrana páteřního vlákna, redundantní ochrana portu OLT PON a plná ochrana, jak ukazuje obrázek 1.16.
Ochrana proti redundanci páteřního vlákna (Obrázek 1.16 (a)): pomocí jediného portu PON s vestavěným 1´2 optickým přepínačem na portu OLT PON;použití 2:N optického rozdělovače;OLT detekuje stav linky;Na ONU nejsou kladeny žádné zvláštní požadavky.
Ochrana redundance portu OLT PON (Obrázek 1.16 (b)): Pohotovostní port PON je ve studeném pohotovostním stavu pomocí optického rozdělovače 2: N;OLT detekuje stav linky a přepínání provádí OLT bez zvláštních požadavků na ONU.
Plná ochrana (obrázek 1.16 (c)): hlavní i záložní porty PON jsou v provozním stavu;jsou použity dva optické rozbočovače 2: N;před portem ONU PON je zabudován optický přepínač a ONU detekuje stav linky a určuje hlavní použití Linky a přepínání provádí ONU.
Mechanismus spínání ochrany systému PON může podporovat automatický návrat nebo manuální návrat chráněných služeb.Pro režim automatického návratu by se po odstranění poruchy sepnutí, po určité době čekání na návrat, měla chráněná služba automaticky vrátit na původní pracovní trasu.Dobu čekání na návrat lze nastavit.