Впровадження різноманітних систем PON
1. Технологія APON
У середині 1990-х років деякі великі мережеві оператори заснували Альянс мереж повного доступу до послуг (FSAN), метою якого є розробка єдиного стандарту для обладнання PON, щоб виробники обладнання та оператори могли вийти на ринок обладнання PON і конкурувати разом.Першим результатом є специфікація стандарту системи PON 155 Мбіт/с у серії рекомендацій ITU-T G.983.Оскільки ATM використовується як носій протоколу, цю систему називають системою APON, і її часто неправильно розуміють як надання лише послуг ATM.Тому її перейменовано в систему широкосмугової пасивної оптичної мережі (BPON), щоб показати, що ця система може надавати широкосмугові послуги Ethernet, такі як доступ до мережі, розподіл відео та високошвидкісні виділені лінії.Однак для цього покоління систем FSAN найпоширенішою назвою є APON.Пізніше стандарт APON був розширений, і він почав підтримувати швидкість низхідної лінії зв'язку 622 Мбіт / с, а також були додані нові функції в методах захисту, динамічному розподілі смуги пропускання (DBA) та інших аспектах.
APON використовує ATM як носій протоколу.Низхідна передача – це безперервний потік ATM зі швидкістю передачі даних 155,52 Мбіт/с або 622,08 Мбіт/с.У потік даних вставляється спеціальна комірка управління операціями та обслуговування фізичного рівня (PLOAM). Вихідна передача – це комірки ATM у пакетній формі.Щоб досягти пакетної передачі та прийому, перед кожною 53-байтовою коміркою додається 3-байтова фізична накладна інформація.Для базової швидкості 155,52 Мбіт/с протокол передачі базується на кадрі низхідної лінії зв’язку, що містить 56 комірок ATM (53 байти на комірку);коли швидкість передачі даних збільшується до 622,08 Мбіт/с, кадр низхідної лінії розширюється до 224 Cell.При базовій швидкості 155,52 Мбіт / с формат кадру висхідної лінії зв'язку становить 53 комірки, кожна комірка - 56 байт (53 байти комірки ATM плюс 3 байти службових даних).На додаток до 54 комірок даних у кадрі низхідної лінії зв’язку є дві комірки PLOAM, одна на початку кадру, а інша в середині кадру.Кожна комірка PLOAM містить авторизацію передачі по висхідній лінії зв’язку для конкретної комірки у кадрі висхідного потоку (53 комірки кадру висхідного потоку мають 53 дозволи, відображені в комірки PLOAM) та інформацію OAM & P.APON надає дуже багаті та повні функції OAM, включаючи моніторинг частоти бітових помилок, сигналізацію, автоматичне виявлення та автоматичний пошук.Як механізм безпеки він може шифрувати та шифрувати дані низхідної лінії зв’язку.
З точки зору обробки даних, в APON дані користувача повинні передаватися за допомогою перетворення протоколу (AAL1 / 2 для TDM і AAL5 для передачі пакетів даних).Це перетворення важко адаптувати до високої пропускної здатності, і обладнання, яке виконує цю функцію, включає деяке пов’язане допоміжне обладнання, таке як стільникова пам’ять, Glue Logic тощо, що також значно збільшує вартість системи.
Тепер, незалежно від того, чи це основна мережа передачі на великі відстані, чи рівень конвергенції мережі доступу в міській зоні, технологія цифрового зв’язку поступово перейшла від орієнтованої на банкомати до IP-протоколу, щоб забезпечити передачу відео, аудіо та даних.Таким чином, тільки структура мережі доступу, яка може адаптуватися як до поточного доступу, так і до майбутніх мережевих основних технологій, може зробити майбутню повністю оптичну IP-мережу реальністю.
APON поступово пішов з ринку через свою складність і низьку ефективність передачі даних.
2. EPON
Майже водночас із системою APON IEEE також створив дослідницьку групу First mile Ethernet (EFM) для запуску EPON на основі Ethernet (Ethernet Passive Optical Network) з точки зору оптоволоконних мереж доступу, демонструючи гарну ринкову перспективу.Дослідницька група належить до групи IEEE 802.3, яка розробила стандарт Ethernet.Подібним чином, обсяг його досліджень також обмежений архітектурою, і він повинен відповідати існуючим функціям рівня керування доступом до медіа (MAC) 802.3.У квітні 2004 року дослідницька група запровадила стандарт IEEE 802.3ah для EPON зі швидкістю висхідного та низхідного зв’язку 1 Гбіт/с (з використанням кодування 8B/10B та швидкістю лінії зв’язку 1,25 Гбіт/с), поклавши край виробникам EPON. використання приватних протоколів для розробки статусу стандарту обладнання.
EPON — система широкосмугового доступу на основі технології Ethernet.Він використовує топологію PON для реалізації доступу до Ethernet.Ключові технології канального рівня в основному включають: протокол керування множинним доступом (MPCP) для каналу висхідної лінії зв’язку, проблему «підключи та працюй» ONU, протоколи діапазону та компенсації затримки OLT, а також проблеми сумісності протоколів.
Фізичний рівень IEEE 802.3ah включає оптичні волокна та мідні дроти, з’єднані як «точка-точка» (P2P), так і сценарії мережі PON для «точка-багато точок» (P2MP).Для полегшення роботи мережі та усунення несправностей також включено механізм OAM.Для мережевої топології P2MP EPON базується на механізмі під назвою Multipoint Control Protocol (MPCP), який є функцією на підрівні MAC.MPCP використовує повідомлення, кінцеві автомати та таймери для керування доступом до топології мережі P2MP.Кожен блок оптичної мережі (ONU) у топології мережі P2MP має об’єкт протоколу MPCP, який взаємодіє з об’єктом протоколу MPCP в OLT..
Основою протоколу EPON / MPCP є підрівень симуляції «точка-точка», який робить мережу P2MP схожою на набір посилань P2P до вищих рівнів протоколу.
Щоб знизити вартість ONU, ключові технології фізичного рівня EPON зосереджені на OLT, включаючи швидку синхронізацію пакетних сигналів, мережеву синхронізацію, керування живленням модулів оптичних приймачів і адаптивний прийом.
EPON поєднує в собі переваги продуктів передачі даних PON і Ethernet, створюючи багато унікальних переваг.Система EPON може забезпечити пропускну здатність висхідної та низхідної лінії зв’язку до 1 Гбіт/с, що може задовольнити потреби користувачів у майбутньому протягом тривалого часу.EPON використовує технологію мультиплексування для підтримки більшої кількості користувачів, і кожен користувач може користуватися більшою пропускною здатністю.Система EPON не використовує дороге обладнання ATM і обладнання SONET і сумісна з існуючим Ethernet, що значно спрощує структуру системи, знижує вартість і легко оновлюється.Завдяки тривалому терміну служби пасивних оптичних пристроїв витрати на обслуговування зовнішніх ліній значно знижуються.У той же час стандартні інтерфейси Ethernet можуть використовувати переваги існуючого недорогого обладнання Ethernet і заощаджувати витрати.Сама структура PON визначає, що мережа є високомасштабованою.За умови заміни термінального обладнання мережу можна оновити до 10 Гбіт/с або вище.EPON може не тільки інтегрувати існуючі послуги кабельного телебачення, даних і голосу, але також бути сумісним з майбутніми послугами, такими як цифрове телебачення, VoIP, відеоконференції та VOD тощо, для досягнення інтегрованого доступу до послуг.
Комплексне використання каналів EPON та інших технологій доступу ще більше збагачує технологічні рішення широкосмугового доступу.
Використання EPON може змусити DSL порушити традиційне обмеження відстані та розширити покриття.Коли ONU інтегрується в мультиплексор доступу до цифрової абонентської лінії (DSLAM), діапазон досяжності DSL і його потенційна група користувачів значно збільшаться.
Подібним чином, інтегруючи CMTS (систему завершення кабельного модема) ONU, EPON може забезпечити пропускну здатність для існуючих кабельних з’єднань і дозволити операторам кабельного телебачення впроваджувати справді інтерактивні послуги, одночасно знижуючи витрати на будівництво та експлуатацію.
В обох випадках оператори можуть збільшити свою базу користувачів на основі існуючої структури мережі та інвестицій.EPON також може розширювати MSPP (платформа надання кількох послуг) і IP / Ethernet.
Крім того, технологія EPON також може бути використана для вирішення проблеми висхідних даних базової станції в технології бездротового доступу, об’єднаної в базову мережу.
3.GPON
У 2001 році FSAN розпочала нову роботу зі стандартизації мереж PON, що працюють зі швидкістю понад 1 Гбіт/с.На додаток до підтримки високих швидкостей, весь протокол був відкритий, щоб переосмислити та знайти найкраще та найефективніше рішення з точки зору підтримки мультисервісних функцій, функцій OAM & P і масштабованості.У рамках роботи над GPON FSAN спочатку зібрала вимоги всіх своїх членів (включно з основними операторами по всьому світу), а потім на основі цього написала документ під назвою «Вимоги до гігабітних послуг» (GSR) і зробила його офіційною рекомендацією (G.GON. GSR) до ITU-T.Основні вимоги GPON, описані у файлі GSR, такі.
l Підтримує повний спектр послуг, включаючи голос (TDM, SONET / SDH), Ethernet (10/100 Base-T), банкомат, виділені лінії тощо.
l Фізична відстань становить щонайменше 20 км, а логічна відстань обмежена 60 км.
l Підтримує різні бітрейти за допомогою одного протоколу, включаючи симетричну 622 Мбіт/с, симетричну 1,25 Гбіт/с, низхідну 2,5 Гбіт/с і висхідну 1,25 Гбіт/с, а також інші бітові швидкості.
l Потужні функції OAM & P, які можуть забезпечити наскрізне керування послугами.
l Через широкомовні характеристики PON безпека послуг низхідної лінії зв’язку повинна бути гарантована на рівні протоколу.
FSAN запропонував, щоб дизайн стандарту GPON відповідав наступним цілям.
l Структуру кадру можна розширити з 622 Мбіт/с до 2,5 Гбіт/с і підтримує асиметричну швидкість передачі даних.
l Гарантія високого використання пропускної здатності та високої ефективності для будь-якого бізнесу.
l Інкапсулюйте будь-яку службу (TDM і пакет) у кадр 125 мс через GFP.
l Ефективна та безкоштовна передача чистих послуг TDM.
l Динамічний розподіл смуги пропускання для кожного ONU через покажчик пропускної здатності.
Оскільки GPON переглянув застосування та вимоги PON знизу вгору, він заклав основу для нового рішення та більше не базується на попередньому стандарті APON, тому деякі виробники називають його рідним PON (природний режим PON).З одного боку, GPON зберігає багато функцій, які безпосередньо не пов’язані з PON, наприклад повідомлення OAM, DBA тощо. З іншого боку, GPON базується на новому рівні TC (конвергенції передачі).GFP (загальна процедура кадрування), обрана FSAN, є протоколом на основі кадрів, який адаптує службову інформацію від клієнтів високого рівня транспортної мережі за допомогою загального механізму.Транспортна мережа може бути будь-яким типом мережі, наприклад SONET / SDH і ITU-T G.709 (OTN) тощо. Інформація про клієнта може бути на основі пакетів (наприклад, IP / PPP, тобто протокол IP / точка-точка , або кадри Ethernet MAC тощо), також може бути потік із постійною швидкістю передачі даних або інші типи бізнес-інформації.GFP був офіційно стандартизований як стандарт ITU-T G.7041.Оскільки GFP забезпечує ефективний і простий спосіб передачі різних послуг у синхронній мережі передачі, ідеально використовувати його як основу рівня GPON TC.Крім того, під час використання GFP GPON TC по суті є синхронним і використовує стандартні кадри SONET / SDH 8 кГц (125 мс), що дозволяє GPON безпосередньо підтримувати послуги TDM.В офіційно випущеному стандарті G.984.3 було прийнято пропозицію FSAN щодо GFP як технології адаптації рівня TC, а також було виконано подальшу спрощену обробку, названу методом інкапсуляції GPON (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Застосування системи EPON
EPON, як нова технологія широкосмугового доступу, є платформою надання повного спектру послуг, яка може підтримувати послуги передачі даних, а також послуги реального часу, такі як голос і відео.
Конструкція оптичного шляху EPON може використовувати 3 довжини хвилі.Якщо ви не розглядаєте підтримку послуг CATV або DWDM, зазвичай використовуються дві довжини хвилі.При використанні 3 довжин хвилі довжина хвилі вгорі становить 1310 нм, довжина хвилі внизу — 1490 нм, і додається додаткова довжина хвилі 1550 нм.Збільшена довжина хвилі 1550 нм використовується для безпосередньої передачі аналогових відеосигналів.Оскільки в поточному аналоговому відеосигналі все ще переважають радіо- та телевізійні служби, передбачається, що він не буде повністю замінений цифровими відеослужбами до 2015 року. Таким чином, розроблена на даний момент система EPON повинна підтримувати як цифрові відеопослуги, так і аналогові відеопослуги.Оригінальний 1490 нм все ще передає дані низхідної лінії зв’язку, цифрове відео та голосові послуги, а 1310 нм передає голосові сигнали користувача висхідної лінії зв’язку, цифрове відео на вимогу (VOD) та запит інформації для завантаження даних.
Голосові сигнали мають суворі вимоги щодо затримки та тремтіння, а Ethernet не забезпечує наскрізну затримку пакетів, швидкість втрати пакетів і можливості контролю пропускної здатності.Таким чином, як забезпечити якість обслуговування, коли EPON накладає голосові сигнали, є актуальною проблемою, яку потрібно вирішити.
1. Бізнес TDM
Наразі найбільш сумнівною мультисервісною здатністю EPON є її здатність передавати традиційні послуги TDM.
Згадані тут послуги TDM включають два типи голосових послуг (POTS, популярна стара телефонна служба) та каналізаційні послуги (T1/El, N´64kbit/s виділені лінії).
Коли системи EPON передають послуги виділеної лінії передачі даних (послуги передачі даних 2048 Кбіт/с або 13´64 Кбіт/с), рекомендується TDM через Ethernet.Система EPON може використовувати комутацію каналів або VolP під час передачі голосових послуг.
У найближчі кілька років, оскільки ринковий попит на послуги з комутацією каналів все ще дуже великий, система EPON повинна надавати як послуги з комутацією пакетів, так і послуги з комутацією каналів.Як EFM передає TDM на EPON і як забезпечити якість послуг TDM.У технології немає спеціальних положень, але вони повинні бути сумісні з форматом фрейму Ethernet.Мультисервісний EPON (MS-EPON) використовує технологію E1 Over Ethernet, яка ефективно вирішує проблему адаптації послуг TDM на кадрах Ethernet, дозволяючи EPON реалізувати мультисервісну передачу та доступ.У той же час MS-EPON долає розрив між OLT і ONU.Конкуренція за спільну смугу пропускання забезпечує користувачам Ethernet гарантовану пропускну здатність.
Метод інкапсуляції Ethernet робить технологію EPON дуже придатною для передачі послуг IP, але вона також стикається з основною проблемою: важко передавати послуги TDM, такі як передача голосу чи даних каналів.EPON — це мережа асинхронної передачі на основі Ethernet.Він не має високоточного годинника, синхронізованого по всій мережі, і важко задовольнити вимоги щодо часу та синхронізації служб TDM.Щоб вирішити проблему тимчасової синхронізації послуг TDM, одночасно забезпечуючи технічні труднощі, такі як QoS послуг TDM, ми повинні не тільки вдосконалити дизайн самої системи EPON, але також потрібно прийняти деякі спеціальні технології.
Індекс продуктивності голосової служби з комутацією каналів вказує на те, що коли система EPON використовує метод комутації каналів для передачі голосових послуг, вона повинна відповідати вимогам YDN 065-1997 «Загальні технічні специфікації для телефонного комутаційного обладнання Міністерства пошти та телекомунікацій. » і YD / T 1128-2001 «Загальне телефонне комутаційне обладнання» Технічні специфікації (Додаток 1) «вимоги до якості голосу з комутацією каналів.Таким чином, EPON наразі має такі проблеми з послугами TDM.
① Гарантія QoS служби TDM: хоча смуга пропускання, яку займає служба TDM, невелика, вона має високі вимоги до таких показників, як затримка, тремтіння, дрейф і частота бітових помилок.Для цього потрібно не лише розглянути, як зменшити затримку передачі та тремтіння служби TDM під час динамічного розподілу смуги пропускання висхідної лінії зв’язку, а й переконатися, що служба TDM суворо контролює затримку та тремтіння в стратегії керування смугою пропускання низхідної лінії зв’язку.
② Хронометраж і синхронізація служб TDM: послуги TDM мають особливо суворі вимоги до хронометражу та синхронізації.EPON — це, по суті, асинхронна мережа передачі, заснована на технології Ethernet.Немає високоточних телекомунікаційних годинників, синхронізованих по всій мережі.Точність годинника, визначена Ethernet, становить ± 100´10, а точність годинника, яка вимагається традиційними службами TDM, становить ± 50´10.Крім того, забезпечуючи телекомунікаційний годинник, синхронізований у всій мережі, дані TDM повинні передаватися якомога періодичніше, щоб відповідати вимогам до тремтіння та помилок.
③ Живучість EPON: Послуга TDM також вимагає, щоб несуча мережа мала хорошу живучість.У разі серйозного збою послугу можна надійно переключити в найкоротший термін.Оскільки EPON в основному використовується для побудови мережі доступу, він відносно близький до користувачів, а різні програми та середовища використання є складними.На нього легко впливають невідомі фактори, такі як міське будівництво, що спричиняє аварії, наприклад переривання зв’язку.Тому терміново потрібна система EPON, щоб забезпечити економічно ефективне рішення для захисту системи.
2. IP-послуги
EPON передає IP-пакети даних без перетворення протоколу та має високу ефективність, що дуже підходить для служб передачі даних.
Технологія VolP, як гаряча технологія, що розробляється, досягла певного масштабу застосування за останні роки та є ефективним засобом передачі голосових послуг через IP-мережі.У системі EPON також можна реалізувати доступ до традиційних телефонних послуг шляхом додавання певного обладнання або функцій VoIP.Використовуючи технологію VoIP, якщо гарантовано характеристики затримки та тремтіння голосової служби EPON, інші функції залишаються за інтегрованим пристроєм доступу на стороні користувача (IAD, Integrated Access Device) і центральним шлюзом доступу для обробки голосової служби. Спосіб передавання.Цей метод відносно простий у реалізації та може безпосередньо переносити існуючі технології, але вимагає дорогого шлюзу доступу до центрального офісу, вищих витрат на будівництво мережі та обмежений недоліками самої технології VoIP.Крім того, не можна надавати послуги передачі даних E1 і N´64kbit/s.
Якщо система EPON використовує VoIP для передачі голосових послуг, вона повинна відповідати наведеним нижче показникам продуктивності для голосових послуг VoIP.
① Динамічний час перемикання кодування голосу становить менше 60 мс.
② Він повинен мати ємність буфера зберігання 80 мс, щоб гарантувати відсутність розривів мови та тремтіння.
③ Об’єктивна оцінка голосу: якщо умови мережі хороші, середнє значення PSQM менше 1,5;коли умови мережі погані (рівень втрати пакетів = 1%, тремтіння = 20 мс, затримка = 100 мс), середнє значення PSQM становить <1,8;Коли умови погані (швидкість втрат пакетів = 5%, тремтіння = 60 мс, затримка = 400 мс), середній PSQM менше 2,0.
④ Суб’єктивна оцінка мовлення: якщо умови мережі хороші, середнє значення MOS становить> 4,0;коли умови мережі погані (рівень втрати пакетів = 1%, тремтіння = 20 мс, затримка = 100 мс), середнє значення MOS становить <3,5;мережа Коли умови погані (швидкість втрат пакетів = 5%, тремтіння = 60 мс, затримка = 400 мс), середнє значення MOS <3,0.
⑤ Швидкість кодування: G.711, швидкість кодування = 64 кбіт/с.Для G.729a необхідна швидкість кодування становить <18 кбіт/с.Для G.723.1 швидкість кодування G.723.1 (5.3) становить <18 кбіт/с, а швидкість кодування G.723.1 (6.3) становить <15 кбіт/с.
⑥ Індекс затримки (затримка петлі): затримка VoIP включає затримку кодека, затримку вхідного буфера на кінці прийому та затримку внутрішньої черги.Коли використовується кодування G.729a, затримка петлі становить <150 мс.Коли використовується кодування G.723.1, затримка зворотного зв’язку становить <200 мс.
3.CATV бізнес
Для аналогових послуг кабельного телебачення EPON також можна передати так само, як GPON: додайте довжину хвилі (насправді це технологія WDM і не має нічого спільного з EPON і самим GPON).
Технологія PON є найкращим способом досягнення широкосмугового доступу FTTx.EPON — це нова технологія оптичної мережі доступу, створена шляхом поєднання технологій Ethernet і PON.Його можна використовувати для передачі голосу, даних і відео та є сумісним.Для деяких нових послуг у майбутньому EPON стане домінуючою технологією широкосмугового оптичного доступу з повним набором послуг із такими абсолютними перевагами, як висока пропускна здатність, висока ефективність і легке розширення.
Схема захисту системи PON
Щоб підвищити надійність і живучість мережі, в системі PON можна використовувати механізм комутації захисту оптоволокна.Механізм перемикання захисту оптичного волокна може бути виконано двома способами: ① автоматичне перемикання, яке запускається виявленням несправності;② примусове перемикання, викликане подіями керування.
Існує три основні типи захисту оптоволокна: захист магістрального оптоволокна від резервування, захист від резервування порту OLT PON і повний захист, як показано на малюнку 1.16.
Захист магістрального волокна від резервування (Малюнок 1.16 (a)): використання одного порту PON із вбудованим оптичним комутатором 1´2 на порту OLT PON;за допомогою оптичного розгалужувача 2: N;OLT визначає стан лінії;Особливих вимог до ОНУ немає.
Резервний захист порту OLT PON (Малюнок 1.16 (b)): резервний порт PON знаходиться в холодному режимі очікування, використовуючи оптичний розгалужувач 2: N;OLT визначає стан лінії, і перемикання виконується OLT без спеціальних вимог до ONU.
Повний захист (Малюнок 1.16 (c)): як основний, так і резервний порти PON знаходяться в робочому стані;використовуються два оптичних розгалужувачі 2: N;оптичний перемикач вбудований перед портом PON ONU, і ONU виявляє стан лінії та визначає основне використання. Лінії та перемикання здійснюються ONU.
Механізм захисного перемикання системи PON може підтримувати автоматичне або ручне повернення захищених послуг.Для режиму автоматичного повернення після усунення збою комутації після певного часу очікування повернення захищена послуга повинна автоматично повернутися до початкового робочого маршруту.Можна встановити час очікування повернення.