Introduktion av olika PON-system
1. APON-teknik
I mitten av 1990-talet etablerade några större nätoperatörer Full Service Access Network Alliance (FSAN), vars syfte är att formulera en enhetlig standard för PON-utrustning så att utrustningstillverkare och -operatörer kan ta sig in på PON-utrustningsmarknaden och konkurrera tillsammans.Det första resultatet är specifikationen av 155Mbit/s PON-systemstandarden i ITU-T G.983-serien av rekommendationer.Eftersom ATM används som bärarprotokoll kallas detta system för APON-system, och det missförstås ofta som att det endast tillhandahåller ATM-tjänster.Därför döps det om till Broadband Passive Optical Network (BPON)-systemet för att visa att detta system kan tillhandahålla Ethernet-bredbandstjänster som nätverksaccess, videodistribution och höghastighetshyrda linjer.Men för denna generation av FSAN-system är det vanligaste namnet APON.Senare förbättrades APON-standarden, och den började stödja nedlänkshastigheter på 622 Mbit/s, och nya funktioner lades till i skyddsmetoder, dynamisk bandbreddsallokering (DBA) och andra aspekter.
APON använder ATM som bärarprotokoll.Nedströmsöverföring är en kontinuerlig ATM-ström med en bithastighet på 155,52 Mbit/s eller 622,08 Mbit/s.En speciell cell för hantering och underhåll av fysiskt lager (PLOAM) infogas i dataströmmen. Uppströmsöverföring är ATM-celler i skurform.För att uppnå skursändning och mottagning, läggs en 3-byte fysisk overhead till framför varje 53-byte cell.För en grundhastighet på 155,52 Mbit/s är överföringsprotokollet baserat på en nedlänksram som innehåller 56 ATM-celler (53 byte per cell);när bithastigheten ökas till 622,08 Mbit/s utökas nedlänksramen till 224 celler.Vid grundhastigheten 155,52 Mbit/s är formatet för upplänksramen 53 celler, varje cell är 56 byte (53 ATM-cellbyte plus 3 byte overhead).Förutom de 54 datacellerna i nedlänksramen finns det två PLOAM-celler, en i början av ramen och den andra i mitten av ramen.Varje PLOAM-cell innehåller upplänksöverföringsbehörighet för den specifika cellen i uppströmsramen (53 uppströmsramceller har 53 tillstånd mappade till PLOAM-celler) och OAM & P-information.APON tillhandahåller mycket rika och kompletta OAM-funktioner, inklusive övervakning av bitfelsfrekvens, alarmering, automatisk upptäckt och automatisk sökning.Som en säkerhetsmekanism kan den kryptera och kryptera nedlänksdata.
Ur databehandlingsperspektiv måste användardata i APON överföras under protokollkonvertering (AAL1 / 2 för TDM och AAL5 för datapaketöverföring).Denna omvandling är svår att anpassa till hög bandbredd, och utrustningen som utför denna funktion inkluderar viss tillhörande extrautrustning, såsom cellminne, Glue Logic, etc., vilket också tillför mycket till systemkostnaden.
Nu, oavsett om det är ett kärnöverföringsnät för långdistanser eller ett konvergenslager för accessnät i storstadsområde, har digital kommunikationsteknik gradvis skiftat från ATM-centrerad till IP-baserad för att tillhandahålla video, ljud och datakommunikation.Därför är det bara accessnätverksstrukturen som kan anpassa sig till både nuvarande access och framtida nätverkskärntekniker som kan göra det framtida helt optiska IP-nätverket till verklighet.
APON har gradvis dragit sig tillbaka från marknaden på grund av dess komplexitet och låga dataöverföringseffektivitet.
2. EPON
Nästan samtidigt med APON-systemet etablerade IEEE också den första milen Ethernet (EFM) forskargruppen för att lansera Ethernet-baserade EPON (Ethernet Passive Optical Network) när det gäller fiberaccessnät, vilket visar på goda marknadsutsikter.Studiegruppen tillhör gruppen IEEE 802.3 som utvecklade Ethernet-standarden.På samma sätt är dess forskningsomfattning också begränsad till arkitekturen, och den måste överensstämma med de befintliga 802.3 media Access Control (MAC) lagerfunktionerna.I april 2004 introducerade forskargruppen IEEE 802.3ah-standarden för EPON, med en upplänks- och nedlänkshastighet på 1 Gbit/s (med 8B/10B-kodning och en linjehastighet på 1,25 Gbit/s), vilket avslutade EPON-tillverkarnas användning av privata protokoll för att utveckla utrustningens standardstatus.
EPON är ett bredbandssystem baserat på Ethernet-teknik.Den använder PON-topologin för att implementera Ethernet-åtkomst.Nyckelteknologierna för datalänkskiktet inkluderar huvudsakligen: Multiple Access Control Protocol (MPCP) för upplänkskanalen, plug and play-problemet med ONU, protokollen för avstånds- och fördröjningskompensation för OLT, och protokollkompatibilitetsproblem.
Det fysiska lagret av IEEE 802.3ah inkluderar både punkt-till-punkt (P2P) anslutna optiska fibrer och koppartrådar, såväl som PON-nätverksscenarier för punkt-till-multipunkt (P2MP).För att underlätta nätverksdrift och felreparation ingår även OAM-mekanismen.För P2MP-nätverkstopologi är EPON baserad på en mekanism som kallas Multipoint Control Protocol (MPCP), som är en funktion inom MAC-underlagret.MPCP använder meddelanden, tillståndsmaskiner och timers för att kontrollera åtkomsten till P2MP-nätverkstopologin.Varje optisk nätverksenhet (ONU) i P2MP-nätverkstopologin har en MPCP-protokollenhet som kommunicerar med MPCP-protokollenheten i OLT..
Grunden för EPON / MPCP-protokollet är ett punkt-till-punkt-simuleringsunderlager, som får ett P2MP-nätverk att se ut som en samling P2P-länkar till högre protokolllager.
För att minska kostnaderna för ONU är nyckelteknologierna i det fysiska EPON-skiktet koncentrerade på OLT, inklusive snabb synkronisering av burst-signaler, nätverkssynkronisering, effektstyrning av optiska transceivermoduler och adaptiv mottagning.
EPON kombinerar fördelarna med PON- och Ethernet-dataprodukter för att skapa många unika fördelar.EPON-systemet kan ge upplänks- och nedlänksbandbredder på upp till 1 Gbit/s, vilket kan möta användarnas behov i framtiden under lång tid.EPON använder multiplexeringsteknik för att stödja fler användare, och varje användare kan njuta av större bandbredd.EPON-systemet använder inte dyr ATM-utrustning och SONET-utrustning och är kompatibelt med befintligt Ethernet, vilket avsevärt förenklar systemstrukturen, låg kostnad och lätt att uppgradera.På grund av den långa livslängden för passiva optiska enheter minskar underhållskostnaderna för utomhusledningar kraftigt.Samtidigt kan standard Ethernet-gränssnitt dra fördel av befintlig lågkostnads-Ethernet-utrustning och spara kostnader.PON-strukturen i sig avgör att nätverket är mycket skalbart.Så länge terminalutrustningen byts ut kan nätverket uppgraderas till 10 Gbit/s eller högre.EPON kan inte bara integrera befintlig kabel-TV, data- och rösttjänster, utan också vara kompatibel med framtida tjänster som digital-TV, VoIP, videokonferenser och VOD, etc., för att uppnå integrerad tjänståtkomst.
Den omfattande användningen av EPON-bärare och andra accessteknologier berikar ytterligare lösningar för bredbandsaccessteknologi.
Att använda EPON kan få DSL att bryta den traditionella avståndsbegränsningen och utöka täckningen.När ONU:n integreras i Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM), kommer det nåbara räckvidden för DSL och dess potentiella användargrupp att öka avsevärt.
På liknande sätt, genom att integrera ONU:s CMTS (Cable Modem Termination System) kan EPON tillhandahålla bandbredd till befintliga kabelanslutningar och tillåta kabeloperatörer att implementera verkligt interaktiva tjänster samtidigt som konstruktions- och driftskostnaderna minskar.
I båda fallen kan operatörer öka sin användarbas baserat på deras befintliga nätverksstruktur och investeringar.EPON kan också utöka punkt-till-punkt MSPP (Multiple Services Provisioning Platform) och IP/Ethernet.
Dessutom kan EPON-teknik också användas för att lösa problemet med upplänksdata från basstationen i den trådlösa accessteknologin som poolas till kärnnätet.
3．GPON
2001 lanserade FSAN en ny satsning för att standardisera PON-nätverk som fungerar över 1 Gbit/s.Förutom att stödja höga priser har hela protokollet varit öppet för att tänka om och hitta den bästa och mest effektiva lösningen vad gäller stöd för multiservice, OAM & P-funktioner och skalbarhet.Som en del av GPONs arbete samlade FSAN först in kraven från alla sina medlemmar (inklusive stora operatörer runt om i världen), och skrev sedan utifrån detta ett dokument som heter Gigabit Service Requirements (GSR) och gjorde det till en formell rekommendation ( G.GON. GSR) till ITU-T.De huvudsakliga GPON-kraven som beskrivs i GSR-filen är följande.
l Stöder fullständiga tjänster, inklusive röst (TDM, SONET / SDH), Ethernet (10/100 Base-T), ATM, hyrda linjer, etc.
l Den fysiska sträckan som tillryggaläggs är minst 20 km, och den logiska sträckan är begränsad till 60 km.
l Stöder olika bithastigheter med samma protokoll, inklusive symmetriska 622 Mbit/s, symmetriska 1,25 Gbit/s, nedströms 2,5 Gbit/s och uppströms 1,25 Gbit/s, och andra bithastigheter.
l OAM & P kraftfulla funktioner som kan tillhandahålla end-to-end tjänstehantering.
l På grund av PON:s sändningsegenskaper måste säkerheten för nedlänkstjänster garanteras på protokollnivå.
FSAN föreslog att utformningen av GPON-standarden skulle uppfylla följande mål.
l Ramstrukturen kan utökas från 622Mbit/s till 2,5Gbit/s och stöder asymmetrisk bithastighet.
l Garantera hög bandbreddsanvändning och hög effektivitet för alla företag.
l Kapsla in vilken tjänst som helst (TDM och paket) i en 125ms ram genom GFP.
l Effektiv och kostnadsfri överföring av rena TDM-tjänster.
l Dynamisk bandbreddsallokering för varje ONU genom en bandbreddspekare.
Eftersom GPON omprövat tillämpningen och kraven för PON från botten och upp, lade den grunden för den nya lösningen och är inte längre baserad på den tidigare APON-standarden, så vissa tillverkare kallar den native PON (natural mode PON).Å ena sidan behåller GPON många funktioner som inte är direkt relaterade till PON, såsom OAM-meddelanden, DBA, etc. Å andra sidan är GPON baserad på ett nytt TC-lager (transmission convergence).GFP (general framing procedure) som valts av FSAN är ett rambaserat protokoll som anpassar serviceinformation från högnivåkunder i transportnätverket genom en allmän mekanism.Transportnätet kan vara vilken typ av nätverk som helst, såsom SONET/SDH och ITU-T G.709 (OTN), etc. Kundinformationen kan vara paketbaserad (såsom IP/PPP, dvs IP/Point to Point-protokoll , eller Ethernet MAC-ramar, etc. ), Kan också vara en konstant bithastighetsström eller andra typer av affärsinformation.GFP har officiellt standardiserats som ITU-T-standard G.7041.Eftersom GFP tillhandahåller ett effektivt och enkelt sätt att överföra olika tjänster på det synkrona överföringsnätet, är det idealiskt att använda det som bas för GPON TC-skiktet.Dessutom, när du använder GFP, är GPON TC huvudsakligen synkron och använder standard SONET / SDH 8kHz (125ms) ramar, vilket gör det möjligt för GPON att direkt stödja TDM-tjänster.I den officiellt släppta G.984.3-standarden antogs FSAN:s förslag om GFP som TC-lageranpassningsteknologi, och ytterligare förenklad bearbetning gjordes, benämnd GPON-inkapslingsmetoden (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Tillämpning av EPON-systemet
EPON, som en ny bredbandsaccessteknologi, är en fullservice-provisioneringsplattform som kan stödja datatjänster såväl som realtidstjänster som röst och video.
Den optiska vägdesignen hos EPON kan använda 3 våglängder.Om du inte överväger att stödja CATV- eller DWDM-tjänster, används vanligtvis två våglängder.Vid användning av 3 våglängder är uppströmsvåglängden 1310nm, nedströmsvåglängden 1490nm, och ytterligare 1550nm våglängd läggs till.Den ökade våglängden på 1550nm används för att direkt överföra analoga videosignaler.Eftersom den nuvarande analoga videosignalen fortfarande domineras av radio- och tv-tjänster, beräknas den inte helt ersättas av digitala videotjänster förrän 2015. Därför bör det för närvarande utformade EPON-systemet stödja både digitala videotjänster och analoga videotjänster.Den ursprungliga 1490nm bär fortfarande nedlänksdata, digital video och rösttjänster, och 1310nm sänder upplänkanvändarröstsignaler, digital video on demand (VOD) och begäran om information för nedladdning av data.
Röstsignaler har strikta krav på fördröjning och jitter, och Ethernet tillhandahåller inte paketfördröjning, paketförlusthastighet och bandbreddskontroll.Därför är det ett brådskande problem att lösa hur man säkerställer servicekvalitet när EPON överlagrar röstsignaler.
1. TDM-verksamhet
För närvarande är den mest tveksamma EPON-multitjänstkapaciteten dess förmåga att överföra traditionella TDM-tjänster.
TDM-tjänsterna som nämns här inkluderar två typer av rösttjänster (POTS, Popular Old Telephone Service) och kretstjänster (T1/El, N´64kbit/s hyrda linjer).
När EPON-system bär datadedikerade linjetjänster (2048kbit/s eller 13´64kbit/s datatjänster), rekommenderas TDM över Ethernet.EPON-systemet kan använda kretskoppling eller VolP när det bär rösttjänster.
Under de närmaste åren, eftersom marknadens efterfrågan på kretstjänster fortfarande är mycket stor, måste EPON-systemet bära både paketkopplade tjänster och kretskopplade tjänster.Hur bär EFM TDM på EPON och hur man säkerställer kvaliteten på TDM-tjänsterna.Det finns inga specifika bestämmelser inom tekniken, men de måste vara kompatibla med Ethernet-ramformatet.Multi-service EPON (MS-EPON) använder E1 Over Ethernet-teknik, som effektivt löser problemet med anpassning av TDM-tjänster på Ethernet-ramar, vilket gör det möjligt för EPON att realisera multi-service överföring och åtkomst.Samtidigt övervinner MS-EPON gapet mellan OLT och ONU.Fenomenet med delad bandbredd ger Ethernet-användare en garanterad bandbreddsgaranti.
Inkapslingsmetoden för Ethernet gör EPON-tekniken mycket lämplig för att bära IP-tjänster, men den står också inför ett stort problem - det är svårt att bära TDM-tjänster som röst- eller kretsdata.EPON är ett Ethernet-baserat asynkront överföringsnätverk.Den har ingen högprecisionsklocka synkroniserad över nätverket, och det är svårt att möta tids- och synkroniseringskraven för TDM-tjänster.För att lösa problemet med tidssynkronisering av TDM-tjänster samtidigt som vi säkerställer tekniska svårigheter som QoS för TDM-tjänster, måste vi inte bara förbättra utformningen av själva EPON-systemet, utan också behöva anta vissa specifika tekniker.
Prestandaindexet för den kretskopplade rösttjänsten indikerar att när EPON-systemet använder den kretskopplade metoden för att överföra rösttjänster, bör det uppfylla kraven i YDN 065-1997 "Allmän teknisk specifikation för telefonväxlingsutrustning från ministeriet för post och telekommunikation ” och YD / T 1128-2001 ”Allmän telefonväxlingsutrustning” Tekniska specifikationer (tillägg 1) ”krav för ren kretskopplad röstkvalitet.Därför har EPON för närvarande följande problem med TDM-tjänster.
① TDM-tjänstens QoS-garanti: Även om bandbredden som upptas av TDM-tjänsten är liten har den höga krav på indikatorer som fördröjning, jitter, drift och bitfelsfrekvens.Detta kräver inte bara att man överväger hur man minskar överföringsfördröjningen och jitter för TDM-tjänsten under upplänks dynamisk bandbreddsallokering, utan också att säkerställa att TDM-tjänsten strikt kontrollerar fördröjningen och jitter i nedlänkens bandbreddsstyrstrategi.
② Timing och synkronisering av TDM-tjänster: TDM-tjänster har särskilt stränga krav på timing och synkronisering.EPON är i huvudsak ett asynkront överföringsnätverk baserat på Ethernet-teknik.Det finns ingen telekommunikationsklocka med hög precision som är synkroniserad i hela nätverket.Klocknoggrannheten definierad av Ethernet är ± 100´10 och klocknoggrannheten som krävs av traditionella TDM-tjänster är ± 50´10.Samtidigt som telekommunikationsklockan tillhandahålls synkroniserad i hela nätverket måste TDM-data dessutom sändas så periodiskt som möjligt för att uppfylla dess jitter- och felkrav.
③ EPON-överlevnadsförmåga: TDM-tjänsten kräver också att bärarnätverket måste ha god överlevnadsförmåga.När ett större fel inträffar kan tjänsten växlas tillförlitligt på kortast möjliga tid.Eftersom EPON huvudsakligen används för accessnätverkskonstruktion ligger det relativt nära användarna och olika applikationer och användningsmiljöer är komplexa.Den påverkas lätt av okända faktorer som stadsbyggande, vilket orsakar olyckor som länkavbrott.Därför är EPON-systemet brådskande nödvändigt för att tillhandahålla en kostnadseffektiv systemskyddslösning.
2. IP-tjänster
EPON sänder IP-datapaket utan protokollkonvertering och har hög effektivitet, vilket är mycket lämpligt för datatjänster.
VolP-teknologin, som en het teknologi under utveckling, har uppnått en viss tillämpningsskala de senaste åren och är ett effektivt sätt att överföra rösttjänster över IP-nätverk.I EPON-systemet är det också möjligt att implementera åtkomst till traditionella telefontjänster genom att lägga till viss VoIP-utrustning eller funktioner.Genom att använda VoIP-teknik, så länge som fördröjnings- och jitteregenskaperna hos EPON-rösttjänsten garanteras, överlåts andra funktioner till den integrerade åtkomstenheten på användarsidan (IAD, Integrated Access Device) och den centrala åtkomstgatewayenheten för att bearbeta rösttjänsten Överföring.Denna metod är relativt enkel att implementera och kan direkt porta befintlig teknik, men kräver dyr utrustning för gateway för centralkontor, högre kostnader för nätverksbyggande och begränsas av bristerna i själva VoIP-tekniken.Dessutom kan datatjänster E1 och N´64kbit/s inte tillhandahållas.
När EPON-systemet använder VoIP för att bära rösttjänster, bör det uppfylla följande prestandaindikatorer för VoIP-rösttjänster.
① Den dynamiska växlingstiden för röstkodning är mindre än 60ms.
② Den bör ha 80ms buffertlagringskapacitet för att säkerställa att inga taldiskontinuiteter och jitter uppstår.
③ Objektiv utvärdering av röst: När nätverksförhållandena är goda är medelvärdet för PSQM mindre än 1,5;när nätverksförhållandena är dåliga (paketförlusthastighet = 1 %, jitter = 20 ms, fördröjning = 100 ms), är medelvärdet för PSQM <1,8;När förhållandena är dåliga (paketförlusthastighet = 5 %, jitter = 60 ms, fördröjning = 400 ms), är den genomsnittliga PSQM mindre än 2,0.
④ Subjektiv bedömning av tal: När nätverksförhållandena är bra är medelvärdet för MOS> 4,0;när nätverksförhållandena är dåliga (paketförlusthastighet = 1 %, jitter = 20 ms, fördröjning = 100 ms), är medelvärdet för MOS <3,5;nätverk När förhållandena är dåliga (hastighet för paketförlust = 5 %, jitter = 60 ms, fördröjning = 400 ms), är medelvärdet för MOS <3,0.
⑤ Kodningshastighet: G.711, kodningshastighet = 64kbit/s.För G.729a är den nödvändiga kodningshastigheten <18kbit/s.För G.723.1 är kodningshastigheten för G.723.1 (5.3) <18 kbit/s, och kodningshastigheten för G.723.1 (6.3) är <15 kbit/s.
⑥ Fördröjningsindex (återgångsfördröjning): VoIP-fördröjning inkluderar codec-fördröjning, ingångsbuffertfördröjning vid mottagningssidan och intern köfördröjning.När G.729a-kodning används är återkopplingsfördröjningen <150 ms.När G.723.1-kodning används är återgångsfördröjningen <200ms.
3．CATV-verksamhet
För analoga CATV-tjänster kan EPON också bäras på samma sätt som GPON: lägg till en våglängd (det här är faktiskt en WDM-teknik och har ingenting att göra med EPON och GPON i sig).
PON-teknik är det bästa sättet att uppnå FTTx-bredbandsaccess.EPON är en ny optisk accessnätverksteknik skapad genom att kombinera Ethernet-teknik och PON-teknik.Den kan användas för att överföra röst-, data- och videotjänster och är kompatibel.För vissa nya tjänster i framtiden kommer EPON att bli den dominerande tekniken för optisk bredbandsaccess med full service med dess absoluta fördelar som hög bandbredd, hög effektivitet och enkel expansion.
Skyddsschema för PON-systemet
För att förbättra nätverkets tillförlitlighet och överlevnadsförmåga kan en fiberskyddsomkopplingsmekanism användas i PON-systemet.Den optiska fiberskyddskopplingsmekanismen kan utföras på två sätt: ① automatisk växling, utlöst av feldetektering;② tvingat byte, utlöst av ledningshändelser.
Det finns tre huvudtyper av fiberskydd: backbone-fiberredundansskydd, OLT PON-portredundansskydd och fullt skydd, som visas i figur 1.16.
Redundansskydd för ryggradsfiber (Figur 1.16 (a)): använder en enda PON-port med en inbyggd 1´2 optisk switch vid OLT PON-porten;med användning av en 2:N optisk splitter;OLT detekterar linjestatus;Det finns inga särskilda krav för ONU.
OLT PON-port redundansskydd (Figur 1.16 (b)): Standby PON-porten är i kallt standbyläge, med en 2:N optisk splitter;OLT:n upptäcker linjestatus, och växlingen görs av OLT, utan några speciella krav för ONU.
Fullständigt skydd (Figur 1.16 (c)): både huvud- och backup-PON-portarna är i fungerande tillstånd;två 2:N optiska delare används;en optisk omkopplare är byggd framför ONU PON-porten, och ONU:n upptäcker linjestatus och bestämmer huvudanvändningen. Linjer och byte görs av ONU:n.
Skyddsomkopplingsmekanismen i PON-systemet kan stödja automatisk retur eller manuell retur av de skyddade tjänsterna.För det automatiska returläget, efter att ha eliminerat växlingsfelet, efter en viss väntetid för retur, bör den skyddade tjänsten automatiskt återgå till den ursprungliga arbetsvägen.Väntetiden för retur kan ställas in.