Introduktion af forskellige PON-systemer
1. APON teknologi
I midten af 1990'erne etablerede nogle store netværksoperatører Full Service Access Network Alliance (FSAN), hvis formål er at formulere en samlet standard for PON-udstyr, så udstyrsproducenter og -operatører kan komme ind på PON-udstyrsmarkedet og konkurrere sammen.Det første resultat er specifikationen af 155Mbit/s PON-systemstandarden i ITU-T G.983-serien af anbefalinger.Fordi ATM bruges som bærerprotokol, kaldes dette system APON-system, og det misforstås ofte som kun at levere ATM-tjenester.Derfor omdøbes det Broadband Passive Optical Network (BPON)-system for at vise, at dette system kan levere Ethernet-bredbåndstjenester såsom netværksadgang, videodistribution og højhastighedslejede linjer.Men for denne generation af FSAN-systemer er det mest almindeligt anvendte navn APON.Senere blev APON-standarden forbedret, og den begyndte at understøtte downlink-hastigheder på 622 Mbit/s, og nye funktioner blev tilføjet i beskyttelsesmetoder, dynamisk båndbreddeallokering (DBA) og andre aspekter.
APON bruger ATM som bærerprotokol.Nedstrøms transmission er en kontinuerlig ATM-strøm med en bithastighed på 155,52 Mbit/s eller 622,08 Mbit/s.En speciel fysisk lag operation management and maintenance (PLOAM) celle er indsat i datastrømmen. Opstrøms transmission er ATM celler i burst form.For at opnå burst-transmission og -modtagelse tilføjes en 3-byte fysisk overhead foran hver 53-byte celle.For en basishastighed på 155,52 Mbit/s er transmissionsprotokollen baseret på en downlink-ramme indeholdende 56 ATM-celler (53 bytes pr. celle);når bithastigheden øges til 622,08 Mbit/s, udvides downlink-rammen til 224 celler.Ved den grundlæggende hastighed på 155,52 Mbit/s er formatet af uplink-rammen 53 celler, hver celle er 56 bytes (53 ATM-cellebytes plus 3 bytes overhead).Ud over de 54 dataceller i downlink-rammen er der to PLOAM-celler, en i begyndelsen af rammen og den anden i midten af rammen.Hver PLOAM-celle indeholder uplink-transmissionsautorisationen for den specifikke celle i opstrømsrammen (53 opstrømsrammeceller har 53 bevillinger kortlagt i PLOAM-celler) og OAM & P-information.APON giver meget rige og komplette OAM-funktioner, herunder overvågning af bitfejlfrekvens, alarmering, automatisk opdagelse og automatisk søgning.Som en sikkerhedsmekanisme kan den kryptere og kryptere downlink-data.
Fra et databehandlingsperspektiv skal brugerdata i APON transmitteres under protokolkonvertering (AAL1 / 2 for TDM og AAL5 for datapakketransmission).Denne konvertering er svær at tilpasse til høj båndbredde, og det udstyr, der udfører denne funktion, inkluderer noget relateret hjælpeudstyr, såsom cellehukommelse, Glue Logic osv., som også tilføjer en masse til systemomkostningerne.
Nu, uanset om det er et langdistance-kernetransmissionsnetværk eller et konvergenslag for adgangsnetværk i storbyområdet, er digital kommunikationsteknologi gradvist skiftet fra ATM-centreret til IP-baseret for at levere video, lyd og datakommunikation.Derfor er det kun den adgangsnetværksstruktur, der kan tilpasse sig både nuværende adgang og fremtidige netværkskerneteknologier, der kan gøre fremtidens optiske IP-netværk til en realitet.
APON har gradvist trukket sig tilbage fra markedet på grund af dets kompleksitet og lave datatransmissionseffektivitet.
2. EPON
Næsten samtidig med APON-systemet etablerede IEEE også den første mile Ethernet (EFM) forskergruppe til at lancere Ethernet-baseret EPON (Ethernet Passive Optical Network) med hensyn til fiberadgangsnetværk, hvilket viser en god markedsudsigt.Studiegruppen tilhører IEEE 802.3-gruppen, der udviklede Ethernet-standarden.På samme måde er dets forskningsomfang også begrænset til arkitekturen, og det skal være i overensstemmelse med de eksisterende 802.3-medieadgangskontrol (MAC)-lagfunktioner.I april 2004 introducerede forskergruppen IEEE 802.3ah-standarden for EPON med en uplink- og downlinkhastighed på 1 Gbit/s (ved brug af 8B/10B-kodning og en linjehastighed på 1,25 Gbit/s), hvilket afsluttede EPON-producenternes ' brug af private protokoller til at udvikle udstyrs standardstatus.
EPON er et bredbåndsadgangssystem baseret på Ethernet-teknologi.Den bruger PON-topologien til at implementere Ethernet-adgang.Nøgleteknologierne i datalinklaget omfatter hovedsageligt: Multiple Access Control Protocol (MPCP) til uplink-kanalen, plug and play-problemet i ONU'en, OLT'ens afstands- og forsinkelseskompensationsprotokoller og protokolkompatibilitetsproblemer.
Det fysiske lag af IEEE 802.3ah omfatter både punkt-til-punkt (P2P) tilsluttede optiske fibre og kobberledninger samt PON-netværksscenarier for punkt-til-multipunkt (P2MP).For at lette netværksdrift og fejlreparation er OAM-mekanismen også inkluderet.For P2MP-netværkstopologi er EPON baseret på en mekanisme kaldet Multipoint Control Protocol (MPCP), som er en funktion i MAC-underlaget.MPCP bruger beskeder, tilstandsmaskiner og timere til at kontrollere adgangen til P2MP-netværkstopologien.Hver optisk netværksenhed (ONU) i P2MP-netværkstopologien har en MPCP-protokolentitet, der kommunikerer med MPCP-protokolenheden i OLT..
Grundlaget for EPON/MPCP-protokollen er et punkt-til-punkt-simuleringsunderlag, som får et P2MP-netværk til at ligne en samling af P2P-links til højere protokollag.
For at reducere omkostningerne ved ONU er nøgleteknologierne i det fysiske EPON-lag koncentreret om OLT, herunder hurtig synkronisering af burst-signaler, netværkssynkronisering, strømstyring af optiske transceiver-moduler og adaptiv modtagelse.
EPON kombinerer fordelene ved PON- og Ethernet-dataprodukter for at danne mange unikke fordele.EPON-systemet kan levere uplink- og downlink-båndbredder på op til 1 Gbit/s, hvilket kan imødekomme brugernes behov i fremtiden i lang tid.EPON bruger multiplexing-teknologi til at understøtte flere brugere, og hver bruger kan nyde større båndbredde.EPON-systemet bruger ikke dyrt ATM-udstyr og SONET-udstyr og er kompatibelt med det eksisterende Ethernet, hvilket i høj grad forenkler systemstrukturen, lavt omkostninger og let at opgradere.På grund af den lange levetid af passive optiske enheder reduceres vedligeholdelsesomkostningerne for udendørs linjer kraftigt.Samtidig kan standard Ethernet-grænseflader drage fordel af eksisterende billigt Ethernet-udstyr og spare omkostninger.PON-strukturen bestemmer selv, at netværket er meget skalerbart.Så længe terminaludstyret udskiftes, kan netværket opgraderes til 10 Gbit/s eller højere.EPON kan ikke kun integrere de eksisterende kabel-tv, data- og taletjenester, men også være kompatibel med fremtidige tjenester såsom digital-tv, VoIP, videokonferencer og VOD osv. for at opnå integreret serviceadgang.
Den omfattende brug af EPON-bærer og andre adgangsteknologier beriger yderligere bredbåndsadgangsteknologiløsninger.
Brug af EPON kan få DSL til at bryde den traditionelle afstandsbegrænsning og udvide dækningen.Når ONU'en er integreret i Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM), vil rækkevidden af DSL'en og dens potentielle brugergruppe øges betydeligt.
På samme måde kan EPON ved at integrere CMTS (Cable Modem Termination System) fra ONU give båndbredde til eksisterende kabelforbindelser og give kabeloperatører mulighed for at implementere ægte interaktive tjenester og samtidig reducere bygge- og driftsomkostninger.
I begge tilfælde kan operatører øge deres brugerbase baseret på deres eksisterende netværksstruktur og investering.EPON kan også udvide punkt-til-punkt MSPP (Multiple Services Provisioning Platform) og IP/Ethernet.
Derudover kan EPON-teknologi også bruges til at løse problemet med uplink-data fra basestationen i den trådløse adgangsteknologi, der er poolet til kernenetværket.
3.GPON
I 2001 lancerede FSAN en ny indsats for at standardisere PON-netværk, der opererer over 1 Gbit/s.Udover at understøtte høje rater, har hele protokollen været åben for at gentænke og finde den bedste og mest effektive løsning i forhold til at understøtte multi-service, OAM & P funktioner og skalerbarhed.Som en del af GPONs arbejde samlede FSAN først kravene fra alle dets medlemmer (inklusive større operatører rundt om i verden), og skrev derefter på grundlag af dette et dokument kaldet Gigabit Service Requirements (GSR) og gjorde det til en formel anbefaling (G.GON. GSR) til ITU-T.De vigtigste GPON-krav beskrevet i GSR-filen er som følger.
l Understøtter komplette tjenester, herunder tale (TDM, SONET / SDH), Ethernet (10/100 Base-T), ATM, lejede linjer osv.
l Den fysisk tilbagelagte distance er mindst 20 km, og den logiske distance er begrænset til 60 km.
l Understøtter forskellige bithastigheder ved hjælp af den samme protokol, inklusive symmetriske 622 Mbit/s, symmetriske 1,25 Gbit/s, downstream 2,5 Gbit/s og upstream 1,25 Gbit/s og andre bithastigheder.
l OAM & P kraftfulde funktioner, der kan levere end-to-end service management.
l På grund af PON's broadcast-egenskaber skal sikkerheden for downlink-tjenester garanteres på protokolniveau.
FSAN foreslog, at designet af GPON-standarden skulle opfylde følgende mål.
l Rammestrukturen kan udvides fra 622Mbit/s til 2,5Gbit/s og understøtter asymmetrisk bithastighed.
l Garanterer høj båndbreddeudnyttelse og høj effektivitet for enhver virksomhed.
l Indkapsl enhver tjeneste (TDM og pakke) i en 125ms ramme gennem GFP.
l Effektiv og omkostningsfri transmission af rene TDM-tjenester.
l Dynamisk båndbreddetildeling for hver ONU gennem en båndbreddemarkør.
Da GPON genovervejede applikationen og kravene til PON fra bunden og op, lagde den grundlaget for den nye løsning og er ikke længere baseret på den tidligere APON-standard, så nogle producenter kalder den native PON (natural mode PON).På den ene side bevarer GPON mange funktioner, der ikke er direkte relateret til PON, såsom OAM-meddelelser, DBA osv. På den anden side er GPON baseret på et nyt TC (transmission convergence) lag.GFP (generel rammeprocedure) valgt af FSAN er en rammebaseret protokol, der tilpasser serviceoplysninger fra transportnetværkets kunder på højt niveau gennem en generel mekanisme.Transportnetværket kan være enhver type netværk, såsom SONET / SDH og ITU-T G.709 (OTN) etc. Kundeoplysningerne kan være pakkebaserede (såsom IP / PPP, dvs. IP / Point to Point protocal , eller Ethernet MAC-rammer osv. ), Kan også være en konstant bithastighedsstrøm eller andre typer forretningsoplysninger.GFP er officielt standardiseret som ITU-T standard G.7041.Fordi GFP giver en effektiv og enkel måde at transmittere forskellige tjenester på det synkrone transmissionsnetværk, er det ideelt at bruge det som grundlag for GPON TC-laget.Derudover, når du bruger GFP, er GPON TC i det væsentlige synkron og bruger standard SONET / SDH 8kHz (125ms) rammer, hvilket gør det muligt for GPON at understøtte TDM-tjenester direkte.I den officielt frigivne G.984.3-standard blev FSANs forslag om GFP som TC-lagtilpasningsteknologien vedtaget, og yderligere forenklet behandling blev udført, kaldet GPON-indkapslingsmetoden (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Anvendelse af EPON-system
EPON, som en ny bredbåndsadgangsteknologi, er en fuld-service leveringsplatform, der kan understøtte datatjenester såvel som realtidstjenester såsom tale og video.
Det optiske vejdesign af EPON kan bruge 3 bølgelængder.Hvis du ikke overvejer at understøtte CATV- eller DWDM-tjenester, bruges der generelt to bølgelængder.Ved brug af 3 bølgelængder er opstrømsbølgelængden 1310nm, nedstrømsbølgelængden er 1490nm, og der tilføjes en yderligere 1550nm bølgelængde.Den øgede 1550nm bølgelængde bruges til direkte at transmittere analoge videosignaler.Fordi det nuværende analoge videosignal stadig er domineret af radio- og tv-tjenester, vurderes det, at det først bliver fuldstændigt erstattet af digitale videotjenester i 2015. Derfor bør det i øjeblikket designede EPON-system understøtte både digitale videotjenester og analoge videotjenester.Den originale 1490nm bærer stadig downlink-data, digitale video- og taletjenester, og 1310nm transmitterer uplink-brugerstemmesignaler, digital video on demand (VOD) og anmoder om information til download af data.
Stemmesignaler har strenge krav til forsinkelse og jitter, og Ethernet giver ikke ende-til-ende pakkeforsinkelse, pakketabshastighed og båndbreddekontrolfunktioner.Derfor er det et presserende problem, der skal løses, hvordan man sikrer servicekvalitet, når EPON overlejrer stemmesignaler.
1. TDM forretning
På nuværende tidspunkt er den mest tvivlsomme EPON multi-service-kapacitet dens evne til at transmittere traditionelle TDM-tjenester.
De her nævnte TDM-tjenester omfatter to typer taletjenester (POTS, Popular Old Telephone Service) og kredsløbstjenester (T1/El, N´64kbit/s lejede linjer).
Når EPON-systemer bærer datadedikerede linjetjenester (2048kbit/s eller 13´64kbit/s datatjenester), anbefales TDM over Ethernet.EPON-systemet kan anvende kredsløbsskift eller VolP, når det bærer taletjenester.
I de næste par år, fordi markedets efterspørgsel efter kredsløbstjenester stadig er meget stor, er EPON-systemet forpligtet til at bære både pakkekoblede tjenester og kredsløbskoblede tjenester.Hvordan fører EFM TDM på EPON, og hvordan sikrer man kvaliteten af TDM-tjenesterne.Der er ingen specifikke bestemmelser inden for teknologi, men de skal være kompatible med Ethernet-rammeformatet.Multi-service EPON (MS-EPON) anvender E1 Over Ethernet-teknologi, som effektivt løser problemet med tilpasning af TDM-tjenester på Ethernet-rammer, hvilket gør det muligt for EPON at realisere multi-service transmission og adgang.Samtidig overvinder MS-EPON kløften mellem OLT og ONU.Fænomenet med strid om delt båndbredde giver Ethernet-brugere en garanteret båndbreddegaranti.
Indkapslingsmetoden for Ethernet gør EPON-teknologien meget velegnet til at bære IP-tjenester, men den står også over for et stort problem - det er vanskeligt at bære TDM-tjenester såsom tale eller kredsløbsdata.EPON er et Ethernet-baseret asynkront transmissionsnetværk.Den har ikke et højpræcisionsur, der er synkroniseret på tværs af netværket, og det er svært at opfylde timing- og synkroniseringskravene for TDM-tjenester.For at løse problemet med timing af synkronisering af TDM-tjenester og samtidig sikre tekniske vanskeligheder såsom QoS af TDM-tjenester, skal vi ikke kun forbedre designet af selve EPON-systemet, men også nødt til at vedtage nogle specifikke teknologier.
Ydeevneindekset for den kredsløbskoblede taletjeneste angiver, at når EPON-systemet bruger den kredsløbskoblede metode til at udføre taletjenester, bør det opfylde kravene i YDN 065-1997 "General Technical Specification for Telephone Switching Equipment of the Ministry of Post and Telecommunications". ” og YD / T 1128-2001 “Generelt telefonomskifterudstyr” Tekniske specifikationer (Supplement 1) “krav til ren kredsløbskoblet stemmekvalitet.Derfor har EPON i øjeblikket følgende problemer med TDM-tjenester.
① TDM service QoS garanti: Selvom båndbredden optaget af TDM servicen er lille, stiller den høje krav til indikatorer som forsinkelse, jitter, drift og bitfejlfrekvens.Dette kræver ikke kun at overveje, hvordan man reducerer transmissionsforsinkelsen og jitteren af TDM-tjenesten under uplink dynamisk båndbreddeallokering, men også at sikre, at TDM-tjenesten strengt kontrollerer forsinkelsen og jitteren i downlink-båndbreddestyringsstrategien.
② Timing og synkronisering af TDM-tjenester: TDM-tjenester har særligt strenge krav til timing og synkronisering.EPON er i bund og grund et asynkront transmissionsnetværk baseret på Ethernet-teknologi.Der er ingen højpræcision telekommunikationsur synkroniseret over hele netværket.Urnøjagtigheden defineret af Ethernet er ± 100´10 og urnøjagtigheden, der kræves af traditionelle TDM-tjenester, er ± 50´10.Derudover skal TDM-data transmitteres så periodisk som muligt for at opfylde dets jitter- og fejlkrav, mens telekommunikationsuret er synkroniseret i hele netværket.
③ EPON-overlevelsesevne: TDM-tjenesten kræver også, at bærernetværket skal have god overlevelsesevne.Når der opstår en større fejl, kan tjenesten skiftes pålideligt på kortest mulig tid.Fordi EPON hovedsageligt bruges til opbygning af adgangsnetværk, er det relativt tæt på brugerne, og forskellige applikationer og brugsmiljøer er komplekse.Det er let påvirket af ukendte faktorer såsom bybyggeri, hvilket forårsager ulykker såsom forbindelsesafbrydelser.Derfor er EPON-systemet et presserende behov for at levere en omkostningseffektiv systembeskyttelsesløsning.
2. IP-tjenester
EPON transmitterer IP-datapakker uden protokolkonvertering og har høj effektivitet, som er meget velegnet til datatjenester.
VolP-teknologien, som en varm teknologi under udvikling, har opnået en vis anvendelsesskala i de seneste år og er et effektivt middel til at overføre taletjenester over IP-netværk.I EPON-systemet er det også muligt at implementere adgang til traditionelle telefontjenester ved at tilføje visse VoIP-udstyr eller funktioner.Ved at bruge VoIP-teknologi overlades andre funktioner til den integrerede adgangsenhed på brugersiden (IAD, Integrated Access Device) og den centrale adgangsgateway-enhed, så længe EPON-taletjenestens forsinkelse og jitter-karakteristika er garanteret til at behandle taletjenesten Smitte.Denne metode er relativt enkel at implementere og kan direkte portere eksisterende teknologier, men kræver dyrt gateway-udstyr til centralkontorer, højere omkostninger til netværkskonstruktion og er begrænset af manglerne ved selve VoIP-teknologien.Derudover kan E1 og N´64kbit/s datatjenester ikke leveres.
Når EPON-systemet bruger VoIP til at bære taletjenester, bør det opfylde følgende præstationsindikatorer for VoIP-taletjenester.
① Den dynamiske skiftetid for stemmekodning er mindre end 60ms.
② Den skal have 80ms bufferlagerkapacitet for at sikre, at der ikke opstår taleafbrydelser og rystelser.
③ Objektiv evaluering af stemme: Når netværksforholdene er gode, er den gennemsnitlige værdi af PSQM mindre end 1,5;når netværksforholdene er dårlige (pakketabsrate = 1 %, jitter = 20 ms, forsinkelse = 100 ms), er gennemsnitsværdien af PSQM <1,8;Når forholdene er dårlige (pakketabsrate = 5 %, jitter = 60 ms, forsinkelse = 400 ms), er den gennemsnitlige PSQM mindre end 2,0.
④ Subjektiv vurdering af tale: Når netværksforholdene er gode, er den gennemsnitlige værdi af MOS> 4,0;når netværksforholdene er dårlige (pakketabsrate = 1 %, jitter = 20 ms, forsinkelse = 100 ms), er gennemsnitsværdien af MOS <3,5;netværk Når forholdene er dårlige (pakketabsrate = 5%, jitter = 60ms, forsinkelse = 400ms), er den gennemsnitlige værdi af MOS <3,0.
⑤ Kodningshastighed: G.711, kodningshastighed = 64kbit/s.For G.729a er den nødvendige kodningshastighed <18kbit/s.For G.723.1 er G.723.1 (5.3) kodningshastigheden <18kbit/s, og G.723.1 (6.3) kodningshastigheden er <15kbit/s.
⑥ Forsinkelsesindeks (loopback-forsinkelse): VoIP-forsinkelse inkluderer codec-forsinkelse, inputbufferforsinkelse i den modtagende ende og intern køforsinkelse.Når G.729a-kodning bruges, er tilbageløbsforsinkelsen <150 ms.Når G.723.1-kodning bruges, er tilbageløbsforsinkelsen <200ms.
3.CATV forretning
For analoge CATV-tjenester kan EPON også bæres på samme måde som GPON: tilføj en bølgelængde (faktisk er dette en WDM-teknologi og har intet at gøre med EPON og GPON selv).
PON-teknologi er den bedste måde at opnå FTTx-bredbåndsadgang på.EPON er en ny optisk adgangsnetværksteknologi skabt ved at kombinere Ethernet-teknologi og PON-teknologi.Den kan bruges til at overføre tale-, data- og videotjenester og er kompatibel.For nogle nye tjenester i fremtiden vil EPON blive den dominerende teknologi for optisk bredbåndsadgang med fuld service med dens absolutte fordele såsom høj båndbredde, høj effektivitet og nem udvidelse.
Beskyttelsesskema for PON-system
For at forbedre netværkets pålidelighed og overlevelsesevne kan en fiberbeskyttelseskoblingsmekanisme bruges i PON-systemet.Den optiske fiberbeskyttelseskoblingsmekanisme kan udføres på to måder: ① automatisk kobling, udløst af fejldetektion;② tvungen skift, udløst af ledelsesbegivenheder.
Der er tre hovedtyper af fiberbeskyttelse: backbone-fiberredundansbeskyttelse, OLT PON-portredundansbeskyttelse og fuld beskyttelse, som vist i figur 1.16.
Rygradsfiberredundansbeskyttelse (figur 1.16 (a)): brug af en enkelt PON-port med en indbygget 1´2 optisk switch ved OLT PON-porten;anvendelse af en 2:N optisk splitter;OLT'en registrerer linjestatus;Der er ingen særlige krav til ONU.
OLT PON-port redundansbeskyttelse (Figur 1.16 (b)): Standby PON-porten er i en kold standby-tilstand ved hjælp af en 2:N optisk splitter;OLT'en registrerer linjestatus, og skiftet udføres af OLT'en uden særlige krav til ONU'en.
Fuld beskyttelse (Figur 1.16 (c)): både hoved- og backup-PON-portene er i funktionstilstand;to 2:N optiske splittere anvendes;en optisk switch er bygget foran ONU PON-porten, og ONU'en registrerer linjestatus og bestemmer hovedanvendelsen Linjer og skift udføres af ONU'en.
PON-systemets beskyttelsesomskiftermekanisme kan understøtte automatisk returnering eller manuel returnering af de beskyttede tjenester.For den automatiske returtilstand skal den beskyttede tjeneste automatisk vende tilbage til den oprindelige arbejdsrute efter at have elimineret omskiftningsfejlen efter en vis ventetid på retur.Ventetiden for retur kan indstilles.