Introduction de divers systèmes PON
1. Technologie APON
Au milieu des années 1990, certains grands opérateurs de réseaux ont créé la Full Service Access Network Alliance (FSAN), dont le but est de formuler une norme unifiée pour les équipements PON afin que les fabricants d'équipements et les opérateurs puissent entrer sur le marché des équipements PON et rivaliser ensemble.Le premier résultat est la spécification de la norme du système PON 155 Mbit/s dans la série de recommandations ITU-T G.983.Étant donné que l'ATM est utilisé comme protocole support, ce système est appelé système APON et est souvent compris à tort comme fournissant uniquement des services ATM.Par conséquent, il est renommé système de réseau optique passif à large bande (BPON) pour montrer que ce système peut fournir des services Ethernet haut débit tels que l'accès au réseau, la distribution vidéo et les lignes louées à haut débit.Cependant, pour cette génération de systèmes FSAN, le nom le plus couramment utilisé est APON.Plus tard, la norme APON a été améliorée et a commencé à prendre en charge des débits de liaison descendante de 622 Mbit/s, et de nouvelles fonctionnalités ont été ajoutées dans les méthodes de protection, l'allocation dynamique de bande passante (DBA) et d'autres aspects.
APON utilise ATM comme protocole support.La transmission en aval est un flux ATM continu avec un débit binaire de 155,52 Mbit/s ou 622,08 Mbit/s.Une cellule spéciale de gestion et de maintenance des opérations de la couche physique (PLOAM) est insérée dans le flux de données. La transmission en amont se fait par cellules ATM sous forme de rafale.Afin d'obtenir une transmission et une réception en rafale, une surcharge physique de 3 octets est ajoutée devant chaque cellule de 53 octets.Pour un débit de base de 155,52 Mbit/s, le protocole de transmission est basé sur une trame descendante contenant 56 cellules ATM (53 octets par cellule) ;lorsque le débit binaire est augmenté à 622,08 Mbit/s, la trame de liaison descendante est étendue à 224 cellules.Au débit de base de 155,52 Mbit/s, le format de la trame de liaison montante est de 53 cellules, chaque cellule fait 56 octets (53 octets de cellule ATM plus 3 octets de temps système).En plus des 54 cellules de données dans la trame descendante, il y a deux cellules PLOAM, une au début de la trame et l'autre au milieu de la trame.Chaque cellule PLOAM contient l'autorisation de transmission en liaison montante pour la cellule spécifique dans la trame amont (53 cellules de trame amont ont 53 autorisations mappées dans les cellules PLOAM) et les informations OAM & P.APON fournit des fonctions OAM très riches et complètes, notamment la surveillance du taux d'erreurs binaires, les alarmes, la découverte automatique et la recherche automatique.En tant que mécanisme de sécurité, il peut brouiller et chiffrer les données de liaison descendante.
Du point de vue du traitement des données, dans APON, les données utilisateur doivent être transmises sous conversion de protocole (AAL1/2 pour TDM et AAL5 pour la transmission de paquets de données).Cette conversion est difficile à adapter à une bande passante élevée, et l'équipement qui remplit cette fonction comprend certains équipements auxiliaires associés, tels que la mémoire cellulaire, Glue Logic, etc., ce qui ajoute également beaucoup au coût du système.
Désormais, qu'il s'agisse d'un réseau de transmission central longue distance ou d'une couche de convergence du réseau d'accès d'une zone métropolitaine, la technologie de communication numérique est progressivement passée d'une approche ATM à une technologie IP pour fournir des communications vidéo, audio et de données.Par conséquent, seule une structure de réseau d’accès capable de s’adapter à la fois aux technologies d’accès actuelles et futures au cœur du réseau peut faire du futur réseau IP entièrement optique une réalité.
APON s'est progressivement retiré du marché en raison de sa complexité et de sa faible efficacité de transmission de données.
2. ÉPON
Presque en même temps que le système APON, l'IEEE a également créé le groupe de recherche First Mile Ethernet (EFM) pour lancer l'EPON (Ethernet Passive Optical Network) basé sur Ethernet en termes de réseaux d'accès fibre, montrant de bonnes perspectives de marché.Le groupe d'étude appartient au groupe IEEE 802.3 qui a développé la norme Ethernet.De même, son champ de recherche est également limité à l'architecture et doit être conforme aux fonctions existantes de la couche de contrôle d'accès au support (MAC) 802.3.En avril 2004, le groupe de recherche a introduit la norme IEEE 802.3ah pour EPON, avec un débit de liaison montante et descendante de 1 Gbit/s (en utilisant un codage 8B/10B, et un débit de ligne de 1,25 Gbit/s), mettant fin aux fabricants d'EPON. utilisation de protocoles privés pour développer le statut des normes d’équipement.
EPON est un système d'accès haut débit basé sur la technologie Ethernet.Il utilise la topologie PON pour implémenter l'accès Ethernet.Les technologies clés de la couche liaison de données comprennent principalement : le protocole de contrôle d'accès multiple (MPCP) pour le canal de liaison montante, le problème plug and play de l'ONU, les protocoles de compensation de distance et de retard de l'OLT et les problèmes de compatibilité des protocoles.
La couche physique de la norme IEEE 802.3ah comprend à la fois des fibres optiques et des fils de cuivre connectés point à point (P2P), ainsi que des scénarios de réseau PON pour point à multipoint (P2MP).Afin de faciliter le fonctionnement du réseau et la réparation des pannes, le mécanisme OAM est également inclus.Pour la topologie de réseau P2MP, EPON est basé sur un mécanisme appelé Multipoint Control Protocol (MPCP), qui est une fonction au sein de la sous-couche MAC.MPCP utilise des messages, des machines à états et des minuteries pour contrôler l'accès à la topologie du réseau P2MP.Chaque unité de réseau optique (ONU) dans la topologie de réseau P2MP possède une entité de protocole MPCP qui communique avec l'entité de protocole MPCP dans l'OLT..
La base du protocole EPON/MPCP est une sous-couche de simulation point à point, qui fait ressembler un réseau P2MP à un ensemble de liens P2P vers des couches de protocole supérieures.
Afin de réduire le coût de l'ONU, les technologies clés de la couche physique EPON sont concentrées sur l'OLT, notamment la synchronisation rapide des signaux en rafale, la synchronisation du réseau, le contrôle de puissance des modules émetteurs-récepteurs optiques et la réception adaptative.
EPON combine les avantages des produits de données PON et Ethernet pour former de nombreux avantages uniques.Le système EPON peut fournir des bandes passantes de liaison montante et descendante allant jusqu'à 1 Gbit/s, ce qui peut répondre aux besoins des utilisateurs à long terme.EPON utilise la technologie de multiplexage pour prendre en charge davantage d'utilisateurs, et chaque utilisateur peut bénéficier d'une plus grande bande passante.Le système EPON n'utilise pas d'équipement ATM ni d'équipement SONET coûteux et est compatible avec l'Ethernet existant, simplifiant considérablement la structure du système, faible coût et facile à mettre à niveau.Grâce à la longue durée de vie des dispositifs optiques passifs, les coûts de maintenance des lignes extérieures sont considérablement réduits.Dans le même temps, les interfaces Ethernet standard peuvent tirer parti des équipements Ethernet existants à faible coût et réduire les coûts.La structure PON elle-même détermine que le réseau est hautement évolutif.Tant que l'équipement terminal est remplacé, le réseau peut être mis à niveau jusqu'à 10 Gbit/s ou plus.EPON peut non seulement intégrer les services existants de télévision par câble, de données et de voix, mais également être compatible avec les futurs services tels que la télévision numérique, la VoIP, la vidéoconférence et la VOD, etc., pour obtenir un accès aux services intégré.
L'utilisation complète du support EPON et d'autres technologies d'accès enrichit encore les solutions technologiques d'accès à large bande.
L'utilisation d'EPON peut permettre au DSL de briser la limitation de distance traditionnelle et d'étendre la couverture.Lorsque l'ONU est intégrée au multiplexeur d'accès aux lignes d'abonnés numériques (DSLAM), la portée accessible du DSL et son groupe d'utilisateurs potentiels augmenteront considérablement.
De même, en intégrant le CMTS (Cable Modem Termination System) de l'ONU, EPON peut fournir de la bande passante aux connexions câblées existantes et permettre aux câblo-opérateurs de mettre en œuvre des services véritablement interactifs tout en réduisant les coûts de construction et d'exploitation.
Dans les deux cas, les opérateurs peuvent augmenter leur base d’utilisateurs en fonction de la structure de leur réseau existant et de leurs investissements.EPON peut également étendre le point à point MSPP (Multiple Services Provisioning Platform) et IP/Ethernet.
De plus, la technologie EPON peut également être utilisée pour résoudre le problème des données de liaison montante de la station de base dans la technologie d'accès sans fil mutualisée avec le réseau central.
3．GPON
En 2001, FSAN a lancé un nouvel effort pour standardiser les réseaux PON fonctionnant au-dessus de 1 Gbit/s.En plus de supporter des débits élevés, l'ensemble du protocole a été ouvert afin de repenser et trouver la solution la meilleure et la plus efficace en termes de support multiservice, de fonctions OAM & P et d'évolutivité.Dans le cadre du travail du GPON, FSAN a d'abord rassemblé les exigences de tous ses membres (y compris les principaux opérateurs du monde entier), puis, sur cette base, a rédigé un document intitulé Gigabit Service Requirements (GSR) et en a fait une recommandation formelle ( G.GON. GSR) à l'UIT-T.Les principales exigences GPON décrites dans le fichier GSR sont les suivantes.
l Prend en charge les services complets, y compris la voix (TDM, SONET/SDH), Ethernet (10/100 Base-T), ATM, lignes louées, etc.
l La distance physique parcourue est d'au moins 20 km et la distance logique est limitée à 60 km.
l Prend en charge différents débits binaires en utilisant le même protocole, notamment 622 Mbit/s symétrique, 1,25 Gbit/s symétrique, 2,5 Gbit/s en aval et 1,25 Gbit/s en amont, et d'autres débits binaires.
l Fonctions puissantes OAM & P pouvant assurer une gestion des services de bout en bout.
l En raison des caractéristiques de diffusion de PON, la sécurité des services de liaison descendante doit être garantie au niveau du protocole.
FSAN a proposé que la conception de la norme GPON réponde aux objectifs suivants.
l La structure de trame peut être étendue de 622 Mbit/s à 2,5 Gbit/s et prend en charge un débit binaire asymétrique.
l Garantir une utilisation élevée de la bande passante et une efficacité élevée pour toute entreprise.
l Encapsulez n'importe quel service (TDM et paquet) dans une trame de 125 ms via GFP.
l Transmission efficace et gratuite de services TDM purs.
l Allocation dynamique de bande passante pour chaque ONU via un pointeur de bande passante.
Depuis que GPON a reconsidéré l'application et les exigences de PON de bas en haut, il a jeté les bases de la nouvelle solution et n'est plus basé sur la norme APON précédente, c'est pourquoi certains fabricants l'appellent PON natif (PON en mode naturel).D'une part, GPON conserve de nombreuses fonctions qui ne sont pas directement liées au PON, comme les messages OAM, DBA, etc. D'autre part, GPON repose sur une nouvelle couche TC (transmission convergence).La GFP (procédure de tramage générale) sélectionnée par FSAN est un protocole basé sur des trames qui adapte les informations de service provenant des clients de haut niveau du réseau de transport via un mécanisme général.Le réseau de transport peut être n'importe quel type de réseau, tel que SONET/SDH et ITU-T G.709 (OTN), etc. Les informations client peuvent être basées sur des paquets (comme IP/PPP, c'est-à-dire protocole IP/Point à Point). , ou des trames MAC Ethernet, etc. ), Il peut également s'agir d'un flux à débit binaire constant ou d'autres types d'informations commerciales.GFP a été officiellement normalisé en tant que norme ITU-T G.7041.Étant donné que GFP offre un moyen efficace et simple de transmettre différents services sur le réseau de transmission synchrone, il est idéal de l'utiliser comme base de la couche GPON TC.De plus, lors de l'utilisation de GFP, le GPON TC est essentiellement synchrone et utilise des trames standard SONET/SDH 8 kHz (125 ms), ce qui permet à GPON de prendre directement en charge les services TDM.Dans la norme G.984.3 officiellement publiée, la proposition de FSAN sur GFP en tant que technologie d'adaptation de couche TC a été adoptée et un traitement simplifié supplémentaire a été effectué, nommé méthode d'encapsulation GPON (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Application du système EPON
EPON, en tant que nouvelle technologie d'accès à large bande, est une plate-forme de fourniture de services complets qui peut prendre en charge les services de données ainsi que les services en temps réel tels que la voix et la vidéo.
La conception du chemin optique d'EPON peut utiliser 3 longueurs d'onde.Si vous n'envisagez pas de prendre en charge les services CATV ou DWDM, deux longueurs d'onde sont généralement utilisées.Lorsque vous utilisez 3 longueurs d'onde, la longueur d'onde en amont est de 1 310 nm, la longueur d'onde en aval est de 1 490 nm et une longueur d'onde supplémentaire de 1 550 nm est ajoutée.La longueur d'onde augmentée de 1 550 nm est utilisée pour transmettre directement des signaux vidéo analogiques.Étant donné que le signal vidéo analogique actuel est encore dominé par les services de radio et de télévision, on estime qu'il ne sera pas complètement remplacé par les services vidéo numériques avant 2015. Par conséquent, le système EPON actuellement conçu devrait prendre en charge à la fois les services vidéo numériques et les services vidéo analogiques.Le 1490 nm d'origine transporte toujours des données de liaison descendante, des services vidéo numériques et vocaux, et le 1310 nm transmet les signaux vocaux des utilisateurs en liaison montante, la vidéo numérique à la demande (VOD) et demande des informations pour le téléchargement de données.
Les signaux vocaux ont des exigences strictes en matière de délai et de gigue, et Ethernet ne fournit pas de délai de bout en bout pour les paquets, de taux de perte de paquets et de capacités de contrôle de la bande passante.Par conséquent, comment garantir la qualité du service lorsque EPON superpose des signaux vocaux est un problème urgent à résoudre.
1. Activité TDM
À l’heure actuelle, la capacité multiservice EPON la plus discutable est sa capacité à transmettre des services TDM traditionnels.
Les services TDM mentionnés ici comprennent deux types de services vocaux (POTS, Popular Old Telephone Service) et de services de circuits (T1/El, lignes louées N´64kbit/s).
Lorsque les systèmes EPON transportent des services de ligne dédiés aux données (services de données à 2 048 kbit/s ou 13'64 kbit/s), le TDM sur Ethernet est recommandé.Le système EPON peut adopter la commutation de circuit ou VolP lors du transport de services vocaux.
Au cours des prochaines années, la demande du marché pour les services de circuits étant encore très importante, le système EPON devra transporter à la fois des services à commutation de paquets et des services à commutation de circuits.Comment EFM transporte-t-il le TDM sur EPON et comment garantir la qualité des services TDM.Il n'existe pas de dispositions technologiques spécifiques, mais elles doivent être compatibles avec le format de trame Ethernet.EPON multiservice (MS-EPON) adopte la technologie E1 Over Ethernet, qui résout efficacement le problème de l'adaptation des services TDM sur les trames Ethernet, permettant à EPON de réaliser une transmission et un accès multiservices.Dans le même temps, MS-EPON comble l'écart entre OLT et ONU.Le phénomène de conflit de bande passante partagée offre aux utilisateurs Ethernet une garantie de bande passante garantie.
La méthode d'encapsulation d'Ethernet rend la technologie EPON très adaptée au transport de services IP, mais elle est également confrontée à un problème majeur : il est difficile de transporter des services TDM tels que la voix ou les données de circuit.EPON est un réseau de transmission asynchrone basé sur Ethernet.Il ne dispose pas d'une horloge de haute précision synchronisée sur le réseau et il est difficile de répondre aux exigences de synchronisation et de synchronisation des services TDM.Pour résoudre le problème de la synchronisation temporelle des services TDM tout en garantissant des difficultés techniques telles que la QoS des services TDM, nous devons non seulement améliorer la conception du système EPON lui-même, mais également adopter certaines technologies spécifiques.
L'indice de performance du service vocal à commutation de circuits indique que lorsque le système EPON utilise la méthode à commutation de circuits pour acheminer les services vocaux, il doit répondre aux exigences du YDN 065-1997 « Spécifications techniques générales pour les équipements de commutation téléphonique du ministère des Postes et Télécommunications. » et YD/T 1128-2001 « Spécifications techniques de l'équipement de commutation téléphonique générale » (Supplément 1) « exigences relatives à la qualité vocale à commutation de circuits purs.Par conséquent, EPON rencontre actuellement les problèmes suivants avec les services TDM.
① Garantie QoS du service TDM : bien que la bande passante occupée par le service TDM soit faible, elle a des exigences élevées en matière d'indicateurs tels que le retard, la gigue, la dérive et le taux d'erreur sur les bits.Cela nécessite non seulement de réfléchir à la manière de réduire le retard de transmission et la gigue du service TDM lors de l'allocation dynamique de bande passante en liaison montante, mais également de garantir que le service TDM contrôle strictement le retard et la gigue dans la stratégie de contrôle de la bande passante en liaison descendante.
② Synchronisation et synchronisation des services TDM : les services TDM ont des exigences particulièrement strictes en matière de synchronisation et de synchronisation.EPON est essentiellement un réseau de transmission asynchrone basé sur la technologie Ethernet.Il n’existe pas d’horloge de télécommunication de haute précision synchronisée sur l’ensemble du réseau.La précision d'horloge définie par Ethernet est de ± 100´10 et la précision d'horloge requise par les services TDM traditionnels est de ± 50´10.De plus, tout en fournissant une horloge de télécommunications synchronisée sur tout le réseau, les données TDM doivent être transmises aussi périodiquement que possible pour répondre aux exigences de gigue et d'erreur.
③ Capacité de survie EPON : le service TDM exige également que le réseau support ait une bonne capacité de survie.En cas de panne majeure, le service peut être commuté de manière fiable dans les plus brefs délais.Étant donné qu'EPON est principalement utilisé pour la construction de réseaux d'accès, il est relativement proche des utilisateurs et diverses applications et environnements d'utilisation sont complexes.Il est facilement affecté par des facteurs inconnus tels que les constructions urbaines, provoquant des accidents tels que des interruptions de liaison.Par conséquent, le système EPON est requis de toute urgence pour fournir une solution de protection du système rentable.
2. Prestations IP
EPON transmet des paquets de données IP sans conversion de protocole et présente un rendement élevé, ce qui est très approprié pour les services de données.
La technologie VolP, en tant que technologie en développement, a atteint une certaine échelle d'application ces dernières années et constitue un moyen efficace pour acheminer des services vocaux sur des réseaux IP.Dans le système EPON, il est également possible de mettre en œuvre l'accès aux services téléphoniques traditionnels en ajoutant certains équipements ou fonctions VoIP.En utilisant la technologie VoIP, tant que les caractéristiques de retard et de gigue du service vocal EPON sont garanties, d'autres fonctions sont laissées au dispositif d'accès intégré côté utilisateur (IAD, Integrated Access Device) et au dispositif de passerelle d'accès central pour traiter le service vocal. Transmission.Cette méthode est relativement simple à mettre en œuvre et peut porter directement les technologies existantes, mais nécessite un équipement de passerelle d'accès au central coûteux, des coûts de construction de réseau plus élevés et est limitée par les défauts de la technologie VoIP elle-même.De plus, les services de données E1 et N´64kbit/s ne peuvent pas être fournis.
Lorsque le système EPON utilise la VoIP pour acheminer des services vocaux, il doit répondre aux indicateurs de performance suivants pour les services vocaux VoIP.
① Le temps de commutation dynamique du codage vocal est inférieur à 60 ms.
② Il doit disposer d'une capacité de stockage tampon de 80 ms pour garantir qu'aucune discontinuité ni instabilité de la parole ne se produisent.
③ Évaluation objective de la voix : lorsque les conditions du réseau sont bonnes, la valeur moyenne du PSQM est inférieure à 1,5 ;lorsque les conditions du réseau sont mauvaises (taux de perte de paquets = 1 %, gigue = 20 ms, délai = 100 ms), la valeur moyenne de PSQM est <1,8 ;Lorsque les conditions sont mauvaises (taux de perte de paquets = 5 %, gigue = 60 ms, délai = 400 ms), le PSQM moyen est inférieur à 2,0.
④ Évaluation subjective de la parole : Lorsque les conditions du réseau sont bonnes, la valeur moyenne du MOS est > 4,0 ;lorsque les conditions du réseau sont mauvaises (taux de perte de paquets = 1 %, gigue = 20 ms, délai = 100 ms), la valeur moyenne du MOS est <3,5 ;réseau Lorsque les conditions sont mauvaises (taux de perte de paquets = 5%, gigue = 60 ms, délai = 400 ms), la valeur moyenne du MOS <3,0.
⑤ Taux d'encodage : G.711, taux d'encodage = 64 kbit/s.Pour G.729a, le débit de codage requis est <18kbit/s.Pour G.723.1, le débit de codage G.723.1 (5.3) est <18 kbit/s, et le débit de codage G.723.1 (6.3) est <15 kbit/s.
⑥ Indice de délai (délai de bouclage) : le délai VoIP comprend le délai du codec, le délai du tampon d'entrée à la réception et le délai de file d'attente interne.Lorsque le codage G.729a est utilisé, le délai de bouclage est <150 ms.Lorsque le codage G.723.1 est utilisé, le délai de bouclage est <200 ms.
3．Entreprise de télévision par câble
Pour les services CATV analogiques, EPON peut également être transporté de la même manière que GPON : ajoutez une longueur d'onde (en fait, il s'agit d'une technologie WDM et n'a rien à voir avec EPON et GPON lui-même).
La technologie PON est le meilleur moyen d’obtenir un accès haut débit FTTx.EPON est une nouvelle technologie de réseau d'accès optique créée en combinant la technologie Ethernet et la technologie PON.Il peut être utilisé pour transmettre des services voix, données et vidéo et est compatible.Pour certains nouveaux services à l'avenir, EPON deviendra la technologie dominante pour l'accès optique haut débit à service complet avec ses avantages absolus tels qu'une bande passante élevée, une efficacité élevée et une expansion facile.
Schéma de protection du système PON
Afin d'améliorer la fiabilité et la capacité de survie du réseau, un mécanisme de commutation de protection des fibres peut être utilisé dans le système PON.Le mécanisme de commutation de protection des fibres optiques peut être effectué de deux manières : ① commutation automatique, déclenchée par une détection de défaut ;② commutation forcée, déclenchée par des événements de gestion.
Il existe trois principaux types de protection des fibres : la protection contre la redondance des fibres du réseau fédérateur, la protection contre la redondance des ports OLT PON et la protection complète, comme le montre la Figure 1.16.
Protection de redondance de la fibre dorsale (Figure 1.16 (a)) : utilisation d'un seul port PON avec un commutateur optique 1´2 intégré au port OLT PON ;en utilisant un séparateur optique 2 : N ;l'OLT détecte l'état de la ligne ;Il n'y a pas d'exigences particulières pour l'ONU.
Protection de redondance du port OLT PON (Figure 1.16 (b)) : le port PON de secours est dans un état de veille froide, à l'aide d'un séparateur optique 2 : N ;l'OLT détecte l'état de la ligne et la commutation est effectuée par l'OLT, sans exigences particulières pour l'ONU.
Protection complète (Figure 1.16 (c)) : les ports PON principal et de secours sont en état de fonctionnement ;deux séparateurs optiques 2 : N sont utilisés ;un commutateur optique est construit devant le port ONU PON, et l'ONU détecte l'état de la ligne et détermine l'utilisation principale des lignes et la commutation sont effectuées par l'ONU.
Le mécanisme de commutation de protection du système PON peut prendre en charge le retour automatique ou le retour manuel des services protégés.Pour le mode de retour automatique, après avoir éliminé l'échec de commutation, après un certain temps d'attente de retour, le service protégé devrait automatiquement revenir à l'itinéraire de travail d'origine.Le temps d'attente de retour peut être réglé.