Внедрение различных систем PON
1. Технология АПОН
В середине 1990-х годов некоторые крупные сетевые операторы создали Альянс сетей полного доступа к услугам (FSAN), целью которого является разработка единого стандарта для оборудования PON, чтобы производители оборудования и операторы могли выйти на рынок оборудования PON и вместе конкурировать.Первым результатом является спецификация стандарта системы PON 155 Мбит/с в серии рекомендаций ITU-T G.983.Поскольку в качестве протокола носителя используется ATM, эта система называется системой APON, и ее часто неправильно понимают как предоставляющую только услуги ATM.Поэтому она переименована в систему широкополосной пассивной оптической сети (BPON), чтобы показать, что эта система может предоставлять услуги широкополосной связи Ethernet, такие как доступ к сети, распространение видео и высокоскоростные выделенные линии.Однако для этого поколения систем FSAN наиболее часто используемое имя — APON.Позже стандарт APON был усовершенствован, и он стал поддерживать скорость нисходящей линии связи 622 Мбит/с, а также были добавлены новые функции в методах защиты, динамическом распределении полосы пропускания (DBA) и других аспектах.
APON использует ATM в качестве протокола носителя.Нисходящая передача представляет собой непрерывный поток ATM со скоростью передачи данных 155,52 Мбит/с или 622,08 Мбит/с.В поток данных вставляется специальная ячейка управления и обслуживания операций физического уровня (PLOAM). Восходящая передача осуществляется ячейками ATM в пакетной форме.Чтобы обеспечить пакетную передачу и прием, перед каждой 53-байтовой ячейкой добавляются 3-байтовые физические служебные данные.Для базовой скорости 155,52 Мбит/с протокол передачи основан на кадре нисходящей линии связи, содержащем 56 ячеек ATM (53 байта на ячейку);когда скорость передачи данных увеличивается до 622,08 Мбит/с, кадр нисходящей линии связи расширяется до 224 ячеек.При базовой скорости 155,52 Мбит/с формат кадра восходящей линии связи — 53 ячейки, каждая ячейка — 56 байт (53 байта ячейки ATM плюс 3 байта служебных данных).В дополнение к 54 ячейкам данных в кадре нисходящей линии связи есть две ячейки PLOAM: одна в начале кадра, а другая в середине кадра.Каждая ячейка PLOAM содержит авторизацию передачи по восходящей линии связи для конкретной ячейки в кадре восходящего потока (53 ячейки кадра восходящего потока имеют 53 гранта, сопоставленных с ячейками PLOAM) и информацию OAM и P.APON предоставляет очень богатые и полные функции OAM, включая мониторинг частоты ошибок по битам, подачу сигналов тревоги, автоматическое обнаружение и автоматический поиск.В качестве механизма безопасности он может скремулировать и шифровать данные нисходящей линии связи.
С точки зрения обработки данных в APON пользовательские данные должны передаваться с преобразованием протокола (AAL1/2 для TDM и AAL5 для передачи пакетов данных).Это преобразование трудно адаптировать к высокой пропускной способности, и оборудование, выполняющее эту функцию, включает в себя некоторое сопутствующее вспомогательное оборудование, такое как ячейковая память, Glue Logic и т. д., что также значительно увеличивает стоимость системы.
Теперь, будь то базовая сеть передачи данных на большие расстояния или уровень конвергенции городской сети доступа, технология цифровой связи постепенно перешла от ATM-ориентированной к IP-технологии для обеспечения передачи видео, аудио и данных.Таким образом, только структура сети доступа, которая может адаптироваться как к текущим технологиям доступа, так и к будущим технологиям ядра сети, может сделать будущую полностью оптическую IP-сеть реальностью.
APON постепенно уходит с рынка из-за своей сложности и низкой эффективности передачи данных.
2. ЭПОН
Почти одновременно с системой APON IEEE также создал исследовательскую группу Ethernet «первая миля» (EFM) для запуска EPON на базе Ethernet (пассивная оптическая сеть Ethernet) с точки зрения оптоволоконных сетей доступа, что демонстрирует хорошие рыночные перспективы.Исследовательская группа принадлежит к группе IEEE 802.3, которая разработала стандарт Ethernet.Аналогичным образом, объем его исследований также ограничен архитектурой, и он должен соответствовать существующим функциям уровня управления доступом к среде передачи (MAC) 802.3.В апреле 2004 года исследовательская группа представила стандарт IEEE 802.3ah для EPON со скоростью восходящей и нисходящей линии связи 1 Гбит/с (с использованием кодирования 8B/10B и скоростью линии 1,25 Гбит/с), положив конец усилиям производителей EPON. использование частных протоколов для определения стандартного статуса оборудования.
EPON — это система широкополосного доступа, основанная на технологии Ethernet.Он использует топологию PON для реализации доступа к Ethernet.Ключевые технологии уровня канала передачи данных в основном включают в себя: протокол управления множественным доступом (MPCP) для канала восходящей линии связи, проблему автоматической настройки ONU, протоколы компенсации диапазона и задержки OLT, а также проблемы совместимости протоколов.
Физический уровень IEEE 802.3ah включает в себя как оптические волокна и медные провода, соединенные по принципу «точка-точка» (P2P), так и сценарии сети PON для связи «точка-многоточка» (P2MP).Для облегчения работы сети и устранения неисправностей также включен механизм OAM.Для топологии сети P2MP EPON основан на механизме, называемом протоколом многоточечного управления (MPCP), который является функцией подуровня MAC.MPCP использует сообщения, конечные автоматы и таймеры для управления доступом к топологии сети P2MP.Каждый оптический сетевой блок (ONU) в топологии сети P2MP имеет объект протокола MPCP, который взаимодействует с объектом протокола MPCP в OLT..
В основе протокола EPON/MPCP лежит подуровень моделирования «точка-точка», благодаря которому сеть P2MP выглядит как совокупность P2P-каналов с более высокими уровнями протокола.
В целях снижения стоимости ONU ключевые технологии физического уровня EPON сконцентрированы на OLT, включая быструю синхронизацию пакетных сигналов, сетевую синхронизацию, управление мощностью модулей оптического приемопередатчика и адаптивный прием.
EPON сочетает в себе преимущества продуктов передачи данных PON и Ethernet, образуя множество уникальных преимуществ.Система EPON может обеспечить пропускную способность восходящей и нисходящей линии связи до 1 Гбит/с, что может удовлетворить потребности пользователей в будущем на долгое время.EPON использует технологию мультиплексирования для поддержки большего числа пользователей, и каждый пользователь может пользоваться большей пропускной способностью.Система EPON не использует дорогостоящее оборудование ATM и оборудование SONET и совместима с существующим Ethernet, что значительно упрощает структуру системы, снижает стоимость и легко модернизируется.Благодаря длительному сроку службы пассивных оптических устройств затраты на обслуживание наружных линий значительно сокращаются.В то же время стандартные интерфейсы Ethernet позволяют использовать преимущества существующего недорогого оборудования Ethernet и сэкономить затраты.Сама структура PON определяет высокую масштабируемость сети.При замене терминального оборудования сеть может быть модернизирована до 10 Гбит/с и выше.EPON может не только интегрировать существующие услуги кабельного телевидения, передачи данных и голоса, но также быть совместим с будущими услугами, такими как цифровое телевидение, VoIP, видеоконференции и VOD и т. д., для достижения интегрированного доступа к услугам.
Комплексное использование канала передачи данных EPON и других технологий доступа еще больше обогащает технологические решения широкополосного доступа.
Использование EPON может помочь DSL преодолеть традиционное ограничение расстояния и расширить зону покрытия.Когда ONU интегрирован в мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM), достижимый диапазон DSL и его потенциальная группа пользователей значительно возрастут.
Аналогично, интегрируя CMTS (систему кабельного модема) ONU, EPON может обеспечить пропускную способность существующим кабельным соединениям и позволить кабельным операторам реализовывать действительно интерактивные услуги, одновременно снижая затраты на строительство и эксплуатацию.
В обоих случаях операторы могут увеличить свою базу пользователей на основе существующей структуры сети и инвестиций.EPON также может расширить двухточечную MSPP (платформу предоставления нескольких услуг) и IP/Ethernet.
Кроме того, технология EPON также может использоваться для решения проблемы передачи данных по восходящей линии базовой станции в технологии беспроводного доступа, объединенной в базовую сеть.
3．ГПОН
В 2001 году FSAN предприняла новую попытку стандартизировать сети PON, работающие со скоростью выше 1 Гбит/с.Помимо поддержки высоких скоростей, весь протокол был открыт для того, чтобы переосмыслить и найти лучшее и наиболее эффективное решение с точки зрения поддержки мультисервисности, функций OAM & P и масштабируемости.В рамках работы GPON FSAN сначала собрала требования всех своих членов (включая крупнейших операторов мира), затем на основе этого написала документ под названием «Требования к гигабитному обслуживанию» (GSR) и сделала его официальной рекомендацией (G.GON. ГСР) в МСЭ-Т.Основные требования GPON, описанные в файле GSR, следующие.
l Поддерживает полный спектр услуг, включая голосовую связь (TDM, SONET/SDH), Ethernet (10/100 Base-T), ATM, выделенные линии и т. д.
l Физическое расстояние составляет не менее 20 км, а логическое расстояние ограничено 60 км.
l Поддерживает различные скорости передачи данных с использованием одного и того же протокола, включая симметричную 622 Мбит/с, симметричную 1,25 Гбит/с, нисходящую 2,5 Гбит/с и восходящую 1,25 Гбит/с, а также другие скорости передачи данных.
l Мощные функции OAM & P, которые могут обеспечить сквозное управление услугами.
l Из-за широковещательных характеристик PON безопасность услуг нисходящей линии связи должна быть гарантирована на уровне протокола.
FSAN предположила, что разработка стандарта GPON должна соответствовать следующим целям.
l Структура кадра может быть расширена с 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/с и поддерживает асимметричную скорость передачи данных.
l Гарантия высокого использования полосы пропускания и высокой эффективности для любого бизнеса.
l Инкапсулируйте любую услугу (TDM и пакет) в кадр длительностью 125 мс через GFP.
l Эффективная и бесплатная передача услуг TDM.
l Динамическое распределение полосы пропускания для каждого ONU с помощью указателя полосы пропускания.
Поскольку GPON пересмотрел применение и требования PON снизу вверх, он заложил основу для нового решения и больше не основан на предыдущем стандарте APON, поэтому некоторые производители называют его родным PON (PON естественного режима).С одной стороны, GPON сохраняет множество функций, не связанных напрямую с PON, например сообщения OAM, DBA и т. д. С другой стороны, GPON основан на новом уровне TC (конвергенции передачи).GFP (общая процедура формирования кадра), выбранная FSAN, представляет собой протокол на основе кадров, который адаптирует служебную информацию от высокоуровневых клиентов транспортной сети посредством общего механизма.Транспортная сеть может представлять собой сеть любого типа, например SONET/SDH и ITU-T G.709 (OTN) и т. д. Информация о клиенте может передаваться на основе пакетов (например, IP/PPP, т. е. протокол IP/точка-точка). или кадры MAC Ethernet и т. д.), также может быть потоком с постоянной скоростью передачи данных или другими типами бизнес-информации.GFP официально стандартизирован как стандарт ITU-T G.7041.Поскольку GFP обеспечивает эффективный и простой способ передачи различных услуг в сети синхронной передачи, идеально использовать его в качестве основы уровня GPON TC.Кроме того, при использовании GFP GPON TC по существу синхронен и использует стандартные кадры SONET/SDH 8 кГц (125 мс), что позволяет GPON напрямую поддерживать услуги TDM.В официально выпущенном стандарте G.984.3 было принято предложение FSAN по GFP в качестве технологии адаптации уровня TC и выполнена дальнейшая упрощенная обработка, названная методом инкапсуляции GPON (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Применение системы EPON
EPON, новая технология широкополосного доступа, представляет собой платформу предоставления полного спектра услуг, которая может поддерживать услуги передачи данных, а также услуги в реальном времени, такие как голос и видео.
Оптический путь EPON может использовать 3 длины волны.Если вы не планируете поддерживать услуги CATV или DWDM, обычно используются две длины волны.При использовании трех длин волн длина волны восходящего потока составляет 1310 нм, длина волны нисходящего потока составляет 1490 нм, а также добавляется дополнительная длина волны 1550 нм.Увеличенная длина волны 1550 нм используется для прямой передачи аналоговых видеосигналов.Поскольку в нынешнем аналоговом видеосигнале по-прежнему доминируют службы радио и телевидения, предполагается, что он не будет полностью заменен услугами цифрового видео до 2015 года. Таким образом, разрабатываемая в настоящее время система EPON должна поддерживать как цифровые видеоуслуги, так и аналоговые видеоуслуги.Исходная длина волны 1490 нм по-прежнему передает данные по нисходящей линии связи, цифровое видео и голосовые услуги, а линия 1310 нм передает голосовые сигналы пользователя по восходящей линии связи, цифровое видео по запросу (VOD) и информацию запроса для загрузки данных.
Голосовые сигналы имеют строгие требования к задержке и джиттеру, а Ethernet не обеспечивает сквозную задержку пакетов, скорость потери пакетов и возможности управления полосой пропускания.Поэтому вопрос о том, как обеспечить качество обслуживания при наложении голосовых сигналов EPON, является актуальной проблемой, требующей решения.
1. TDM-бизнес
В настоящее время наиболее сомнительной мультисервисной возможностью EPON является ее способность передавать традиционные услуги TDM.
Упомянутые здесь услуги TDM включают два типа голосовых услуг (POTS, Popular Old Telephone Service) и коммутационные услуги (выделенные линии T1/El, N´64 Кбит/с).
Когда системы EPON предоставляют услуги выделенной линии передачи данных (услуги передачи данных 2048 кбит/с или 13´64 кбит/с), рекомендуется использовать TDM через Ethernet.Система EPON может использовать коммутацию каналов или VolP при передаче голосовых услуг.
В ближайшие несколько лет, поскольку рыночный спрос на услуги коммутации каналов по-прежнему очень велик, система EPON должна будет предоставлять как услуги с коммутацией пакетов, так и услуги с коммутацией каналов.Как EFM переносит TDM на EPON и как обеспечить качество услуг TDM.В технологии нет конкретных положений, но они должны быть совместимы с форматом кадра Ethernet.Мультисервисный EPON (MS-EPON) использует технологию E1 Over Ethernet, которая эффективно решает проблему адаптации сервисов TDM в кадрах Ethernet, позволяя EPON реализовать мультисервисную передачу и доступ.В то же время MS-EPON преодолевает разрыв между OLT и ONU.Явление конкуренции за общую полосу пропускания дает пользователям Ethernet гарантированную пропускную способность.
Метод инкапсуляции Ethernet делает технологию EPON очень подходящей для передачи IP-услуг, но она также сталкивается с серьезной проблемой: трудно передавать такие услуги TDM, как речь или канальные данные.EPON — это асинхронная сеть передачи данных на базе Ethernet.Он не имеет высокоточных часов, синхронизированных по сети, и трудно удовлетворить требования к времени и синхронизации служб TDM.Чтобы решить проблему временной синхронизации услуг TDM при обеспечении технических трудностей, таких как качество обслуживания услуг TDM, нам необходимо не только улучшить конструкцию самой системы EPON, но также необходимо принять некоторые конкретные технологии.
Индекс производительности голосовой службы с коммутацией каналов показывает, что, когда система EPON использует метод коммутации каналов для передачи голосовых услуг, она должна соответствовать требованиям YDN 065-1997 «Общие технические спецификации для телефонного коммутационного оборудования Министерства почты и телекоммуникаций». » и YD/T 1128-2001 «Технические спецификации общего телефонного коммутационного оборудования» (Приложение 1) «требования к чистому качеству передачи речи с коммутацией каналов.Таким образом, в настоящее время у EPON есть следующие проблемы с услугами TDM.
① Гарантия качества обслуживания услуги TDM: хотя полоса пропускания, занимаемая службой TDM, невелика, она предъявляет высокие требования к таким показателям, как задержка, дрожание, дрейф и частота битовых ошибок.Для этого необходимо не только рассмотреть вопрос о том, как уменьшить задержку передачи и джиттер службы TDM во время динамического распределения полосы пропускания восходящей линии связи, но также обеспечить, чтобы служба TDM строго контролировала задержку и джиттер в стратегии управления полосой пропускания нисходящей линии связи.
② Синхронизация и синхронизация служб TDM. Службы TDM предъявляют особенно строгие требования к синхронизации и синхронизации.EPON — это, по сути, асинхронная сеть передачи данных, основанная на технологии Ethernet.В сети нет высокоточных телекоммуникационных часов, синхронизированных.Точность синхронизации, определяемая Ethernet, составляет ± 100´10, а точность синхронизации, требуемая традиционными услугами TDM, составляет ± 50´10.Кроме того, обеспечивая синхронизацию телекоммуникационных часов по всей сети, данные TDM должны передаваться как можно чаще, чтобы соответствовать требованиям к джиттеру и ошибкам.
③ Жизнеспособность EPON. Для услуги TDM также требуется, чтобы несущая сеть имела хорошую живучесть.В случае серьезного сбоя услугу можно надежно переключить в кратчайшие сроки.Поскольку EPON в основном используется для построения сетей доступа, он относительно близок к пользователям, а различные приложения и среды использования сложны.На него легко влияют неизвестные факторы, такие как городское строительство, вызывающее такие несчастные случаи, как обрывы связи.Таким образом, система EPON срочно необходима для обеспечения экономически эффективного решения для защиты системы.
2. IP-сервисы
EPON передает пакеты данных IP без преобразования протокола и имеет высокую эффективность, что очень подходит для служб передачи данных.
Технология VolP, которая находится в стадии разработки, в последние годы достигла определенного масштаба применения и является эффективным средством передачи голосовых услуг по IP-сетям.В системе EPON также можно реализовать доступ к традиционным телефонным услугам путем добавления определенного оборудования или функций VoIP.При использовании технологии VoIP, если гарантированы характеристики задержки и джиттера голосовой службы EPON, другие функции оставляются на усмотрение интегрированного устройства доступа на стороне пользователя (IAD, Integrated Access Device) и центрального шлюза доступа для обработки голосовой услуги. Передача инфекции.Этот метод относительно прост в реализации и позволяет напрямую переносить существующие технологии, но требует дорогостоящего оборудования шлюза доступа к центральному офису, более высоких затрат на строительство сети и ограничен недостатками самой технологии VoIP.Кроме того, услуги передачи данных E1 и N´64 кбит/с не могут быть предоставлены.
Когда система EPON использует VoIP для передачи голосовых услуг, она должна соответствовать следующим показателям производительности для голосовых услуг VoIP.
① Время динамического переключения голосового кодирования составляет менее 60 мс.
② Он должен иметь емкость буфера 80 мс, чтобы гарантировать отсутствие прерываний речи и дрожания.
③ Объективная оценка голоса: при хороших условиях сети среднее значение PSQM составляет менее 1,5;при плохих условиях сети (коэффициент потери пакетов = 1%, джиттер = 20 мс, задержка = 100 мс) среднее значение PSQM составляет <1,8;При плохих условиях (коэффициент потери пакетов = 5 %, джиттер = 60 мс, задержка = 400 мс) среднее значение PSQM составляет менее 2,0.
④ Субъективная оценка речи: при хороших условиях сети среднее значение MOS > 4,0;при плохих условиях сети (коэффициент потери пакетов = 1%, джиттер = 20 мс, задержка = 100 мс) среднее значение MOS составляет <3,5;сети. При плохих условиях (коэффициент потери пакетов = 5%, джиттер = 60 мс, задержка = 400 мс) среднее значение MOS <3,0.
⑤ Скорость кодирования: G.711, скорость кодирования = 64 кбит/с.Для G.729a необходимая скорость кодирования составляет <18кбит/с.Для G.723.1 скорость кодирования G.723.1 (5.3) составляет <18 кбит/с, а скорость кодирования G.723.1 (6.3) составляет <15 кбит/с.
⑥ Индекс задержки (задержка шлейфа): задержка VoIP включает задержку кодека, задержку входного буфера на принимающей стороне и задержку внутренней очереди.При использовании кодировки G.729a задержка шлейфа составляет <150 мс.При использовании кодировки G.723.1 задержка шлейфа составляет <200 мс.
3．кабельное телевидение
Для аналоговых услуг кабельного телевидения EPON также можно передавать так же, как и GPON: добавить длину волны (на самом деле это технология WDM и не имеет ничего общего с EPON и самим GPON).
Технология PON — лучший способ обеспечить широкополосный доступ FTTx.EPON — это новая технология оптической сети доступа, созданная путем объединения технологий Ethernet и PON.Его можно использовать для передачи голоса, данных и видео, и он совместим.Для некоторых новых услуг в будущем EPON станет доминирующей технологией широкополосного оптического доступа с полным набором услуг, обладая такими абсолютными преимуществами, как высокая пропускная способность, высокая эффективность и простота расширения.
Схема защиты системы PON
Чтобы повысить надежность и живучесть сети, в системе PON можно использовать механизм защитного переключения волокна.Механизм защитного переключения оптического волокна может выполняться двумя способами: ① автоматическое переключение, инициируемое обнаружением неисправности;② принудительное переключение, вызванное событиями управления.
Существует три основных типа защиты оптоволокна: защита резервирования магистрального волокна, защита резервирования портов OLT PON и полная защита, как показано на рисунке 1.16.
Защита магистрального оптоволокна (рис. 1.16 (а)): использование одного порта PON со встроенным оптическим коммутатором 1´2 на порту OLT PON;с использованием оптического разветвителя 2:N;OLT определяет состояние линии;Особых требований к ОНУ нет.
Защита резервирования порта OLT PON (рисунок 1.16 (б)): Резервный порт PON находится в состоянии холодного резерва, с использованием оптического разветвителя 2:N;OLT определяет состояние линии, и переключение осуществляется OLT без каких-либо особых требований к ONU.
Полная защита (рис. 1.16 (в)): как основной, так и резервный порты PON находятся в рабочем состоянии;используются два оптических разветвителя 2:N;оптический коммутатор встроен перед портом PON ONU, и ONU определяет состояние линии и определяет основное использование. Линии и переключение выполняются ONU.
Механизм защитного переключения системы PON может поддерживать автоматический или ручной возврат защищенных услуг.Для режима автоматического возврата после устранения сбоя переключения, по истечении определенного времени ожидания возврата, защищаемый сервис должен автоматически вернуться на исходный рабочий маршрут.Время ожидания возврата можно установить.