Introducció de diversos sistemes PON
1. Tecnologia APON
A mitjans de la dècada de 1990, alguns dels principals operadors de xarxa van establir la Full Service Access Network Alliance (FSAN), el propòsit de la qual és formular un estàndard unificat per a equips PON perquè els fabricants i operadors d'equips puguin entrar al mercat d'equips PON i competir junts. El primer resultat és l'especificació de l'estàndard del sistema PON de 155 Mbit/s a la sèrie de recomanacions ITU-T G.983. Com que l'ATM s'utilitza com a protocol portador, aquest sistema s'anomena sistema APON, i sovint s'entén malament com a només proporcionar serveis ATM. Per tant, es rebateja com a sistema de xarxa òptica passiva de banda ampla (BPON) per demostrar que aquest sistema pot proporcionar serveis de banda ampla Ethernet com ara accés a la xarxa, distribució de vídeo i línies llogades d'alta velocitat. Tanmateix, per a aquesta generació de sistemes FSAN, el nom més utilitzat és APON. Més tard, es va millorar l'estàndard APON i va començar a suportar taxes d'enllaç descendent de 622 Mbit / s, i es van afegir noves funcions en mètodes de protecció, assignació dinàmica d'ample de banda (DBA) i altres aspectes.
APON utilitza ATM com a protocol portador. La transmissió descendent és un flux ATM continu amb una velocitat de bits de 155,52 Mbit/s o 622,08 Mbit/s. Una cèl·lula especial de gestió i manteniment d'operacions de la capa física (PLOAM) s'insereix al flux de dades. La transmissió ascendent són cèl·lules ATM en forma de ràfega. Per aconseguir la transmissió i la recepció en ràfega, s'afegeix una sobrecàrrega física de 3 bytes davant de cada cel·la de 53 bytes. Per a una velocitat bàsica de 155,52 Mbit/s, el protocol de transmissió es basa en una trama d'enllaç descendent que conté 56 cel·les ATM (53 bytes per cel·la); quan la velocitat de bits augmenta a 622,08 Mbit/s, la trama d'enllaç descendent s'amplia a 224 cel·les. A la velocitat bàsica de 155,52 Mbit/s, el format de la trama d'enllaç ascendent és de 53 cel·les, cada cel·la és de 56 bytes (53 bytes de cel·la ATM més 3 bytes de sobrecàrrega). A més de les 54 cel·les de dades del marc d'enllaç descendent, hi ha dues cel·les PLOAM, una al començament del marc i l'altra al mig del marc. Cada cel·la PLOAM conté l'autorització de transmissió d'enllaç ascendent per a la cel·la específica de la trama aigües amunt (53 cel·les de trama aigües amunt tenen 53 subvencions assignades a cel·les PLOAM) i informació OAM i P. APON ofereix funcions OAM molt riques i completes, inclosa la supervisió de la taxa d'error de bits, alarmant, descobriment automàtic i cerca automàtica. Com a mecanisme de seguretat, pot codificar i xifrar dades d'enllaç descendent.
Des de la perspectiva del processament de dades, a APON, les dades d'usuari s'han de transmetre sota conversió de protocol (AAL1 / 2 per a TDM i AAL5 per a la transmissió de paquets de dades). Aquesta conversió és difícil d'adaptar a un ample de banda elevat, i els equips que fan aquesta funció inclouen alguns equips auxiliars relacionats, com la memòria cel·lular, Glue Logic, etc., que també afegeixen molt al cost del sistema.
Ara, tant si es tracta d'una xarxa de transmissió bàsica de llarga distància com d'una capa de convergència de xarxa d'accés a l'àrea metropolitana, la tecnologia de comunicació digital ha canviat gradualment d'un caixer automàtic a una basada en IP per proporcionar comunicacions de vídeo, àudio i dades. Per tant, només l'estructura de la xarxa d'accés que es pot adaptar tant a l'accés actual com a les futures tecnologies bàsiques de la xarxa pot fer realitat la futura xarxa IP totalment òptica.
APON s'ha retirat gradualment del mercat a causa de la seva complexitat i baixa eficiència de transmissió de dades.
2. EPON
Gairebé al mateix temps que el sistema APON, l'IEEE també va establir el grup de recerca Ethernet de la primera milla (EFM) per llançar EPON (Ethernet Passive Optical Network) basat en Ethernet en termes de xarxes d'accés de fibra, mostrant una bona perspectiva de mercat. El grup d'estudi pertany al grup IEEE 802.3 que va desenvolupar l'estàndard Ethernet. De la mateixa manera, el seu abast de recerca també es limita a l'arquitectura i s'ha d'ajustar a les funcions de la capa de control d'accés a mitjans (MAC) 802.3 existents. L'abril de 2004, el grup de recerca va introduir l'estàndard IEEE 802.3ah per a EPON, amb una velocitat d'enllaç ascendent i descendent d'1 Gbit/s (utilitzant codificació 8B/10B i una velocitat de línia d'1,25 Gbit/s), acabant amb els fabricants d'EPON. ús de protocols privats per desenvolupar l'estat estàndard dels equips.
EPON és un sistema d'accés de banda ampla basat en tecnologia Ethernet. Utilitza la topologia PON per implementar l'accés Ethernet. Les tecnologies clau de la capa d'enllaç de dades inclouen principalment: Protocol de control d'accés múltiple (MPCP) per al canal d'enllaç ascendent, el problema plug and play delONU, els protocols de compensació d'abast i retard de laOLT, i problemes de compatibilitat de protocols.
La capa física de IEEE 802.3ah inclou fibres òptiques connectades punt a punt (P2P) i cables de coure, així com escenaris de xarxa PON per a punt a multipunt (P2MP). Per tal de facilitar el funcionament de la xarxa i la reparació de fallades, també s'inclou el mecanisme OAM. Per a la topologia de xarxa P2MP, EPON es basa en un mecanisme anomenat Multipoint Control Protocol (MPCP), que és una funció dins de la subcapa MAC. MPCP utilitza missatges, màquines d'estat i temporitzadors per controlar l'accés a la topologia de xarxa P2MP. Cada unitat de xarxa òptica (ONU) a la topologia de xarxa P2MP té una entitat de protocol MPCP que es comunica amb l'entitat de protocol MPCP a laOLT. .
La base del protocol EPON / MPCP és una subcapa de simulació punt a punt, que fa que una xarxa P2MP sembli una col·lecció d'enllaços P2P a capes de protocol superiors.
Per tal de reduir el cost delONU, les tecnologies clau de la capa física EPON es concentren en elOLT, inclosa la sincronització ràpida de senyals de ràfega, sincronització de xarxa, control de potència dels mòduls transceptors òptics i recepció adaptativa.
EPON combina els avantatges dels productes de dades PON i Ethernet per formar molts avantatges únics. El sistema EPON pot proporcionar amplades de banda d'enllaç ascendent i descendent de fins a 1 Gbit/s, que poden satisfer les necessitats dels usuaris en el futur durant molt de temps. EPON utilitza tecnologia de multiplexació per donar suport a més usuaris, i cada usuari pot gaudir d'un ample de banda més gran. El sistema EPON no utilitza equips ATM i equips SONET cars, i és compatible amb l'Ethernet existent, simplificant molt l'estructura del sistema, de baix cost i fàcil d'actualitzar. A causa de la llarga vida dels dispositius òptics passius, els costos de manteniment de les línies exteriors es redueixen molt. Al mateix temps, les interfícies Ethernet estàndard poden aprofitar els equips Ethernet de baix cost existents i estalviar costos. La pròpia estructura PON determina que la xarxa sigui altament escalable. Sempre que es substitueixi l'equip terminal, la xarxa es pot actualitzar a 10 Gbit/s o superior. EPON no només pot integrar els serveis de veu, dades i televisió per cable existents, sinó que també pot ser compatible amb futurs serveis com ara TV digital, VoIP, videoconferència i VOD, etc., per aconseguir un accés al servei integrat.
L'ús integral del portador EPON i altres tecnologies d'accés enriqueix encara més les solucions tecnològiques d'accés de banda ampla.
L'ús d'EPON pot fer que DSL trenqui la limitació de distància tradicional i ampliï la cobertura. Quan elONUestà integrat al Multiplexor d'accés a la línia d'abonat digital (DSLAM), el rang d'abast del DSL i el seu grup d'usuaris potencials augmentarà molt.
De la mateixa manera, mitjançant la integració del CMTS (Sistema de terminació de mòdem de cable) delONU, EPON pot proporcionar ample de banda a les connexions de cable existents i permetre als operadors de cable implementar serveis realment interactius alhora que redueixen els costos de construcció i operació.
En ambdós casos, els operadors poden augmentar la seva base d'usuaris en funció de la seva estructura de xarxa i inversió existents. EPON també pot ampliar el punt a punt MSPP (Multiple Services Provisioning Platform) i IP/Ethernet.
A més, la tecnologia EPON també es pot utilitzar per resoldre el problema de les dades d'enllaç ascendent de l'estació base a la tecnologia d'accés sense fil agrupada a la xarxa central.
3．GPON
L'any 2001, FSAN va llançar un nou esforç per estandarditzar les xarxes PON que operen per sobre d'1 Gbit/s. A més de suportar tarifes elevades, s'ha obert tot el protocol per repensar i trobar la millor i més eficaç solució pel que fa a suport multiservei, funcions OAM & P i escalabilitat. Com a part del treball de GPON, FSAN va reunir primer els requisits de tots els seus membres (inclosos els principals operadors d'arreu del món), després, a partir d'això, va escriure un document anomenat Gigabit Service Requirements (GSR) i el va fer una recomanació formal (G.GON. GSR) a ITU-T. Els principals requisits GPON descrits al fitxer GSR són els següents.
l Admet serveis complets, incloent veu (TDM, SONET / SDH), Ethernet (10/100 Base-T), ATM, línies llogades, etc.
l La distància física recorreguda és d'almenys 20 km i la distància lògica està limitada a 60 km.
l Admet diverses velocitats de bits utilitzant el mateix protocol, incloent 622 Mbit/s simètrics, 1,25 Gbit/s simètrics, 2,5 Gbit/s aigües avall i 1,25 Gbit/s amunt i altres velocitats de bits.
l OAM & P potents funcions que poden proporcionar una gestió de serveis d'extrem a extrem.
l A causa de les característiques de difusió del PON, la seguretat dels serveis d'enllaç descendent s'ha de garantir a nivell de protocol.
FSAN va proposar que el disseny de l'estàndard GPON compleixi els objectius següents.
l L'estructura de trama es pot ampliar de 622 Mbit/s a 2,5 Gbit/s i admet una taxa de bits asimètrica.
l Garantir una gran utilització d'ample de banda i una alta eficiència per a qualsevol negoci.
l Encapsular qualsevol servei (TDM i paquet) en un marc de 125 ms mitjançant GFP.
l Transmissió eficient i gratuïta de serveis TDM purs.
l Assignació dinàmica d'ample de banda per a cadascunONUmitjançant un punter d'ample de banda.
Com que GPON va reconsiderar l'aplicació i els requisits de PON de baix a dalt, va establir les bases de la nova solució i ja no es basa en l'estàndard APON anterior, de manera que alguns fabricants l'anomenen PON natiu (mode natural PON). D'una banda, GPON conserva moltes funcions que no estan directament relacionades amb PON, com missatges OAM, DBA, etc. D'altra banda, GPON es basa en una nova capa de TC (convergència de transmissió). El GFP (procediment d'enquadrament general) seleccionat per FSAN és un protocol basat en trames que adapta la informació del servei dels clients d'alt nivell de la xarxa de transport mitjançant un mecanisme general. La xarxa de transport pot ser qualsevol tipus de xarxa, com SONET / SDH i ITU-T G.709 (OTN), etc. La informació del client pot estar basada en paquets (com IP / PPP, és a dir, IP / protocol punt a punt). , o trames Ethernet MAC, etc. ), també pot ser un flux de velocitat de bits constant o altres tipus d'informació empresarial. GFP s'ha estandarditzat oficialment com a estàndard ITU-T G.7041. Com que GFP proporciona una manera eficient i senzilla de transmetre diferents serveis a la xarxa de transmissió síncrona, és ideal utilitzar-la com a base de la capa GPON TC. A més, quan s'utilitza GFP, el GPON TC és essencialment síncron i utilitza trames estàndard SONET / SDH 8kHz (125ms), que permeten que GPON admeti directament serveis TDM. A l'estàndard G.984.3 publicat oficialment, es va adoptar la proposta de FSAN sobre GFP com a tecnologia d'adaptació de la capa TC i es va fer un processament més simplificat, anomenat mètode d'encapsulació GPON (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Aplicació del sistema EPON
EPON, com a nova tecnologia d'accés de banda ampla, és una plataforma de subministrament de serveis complets que pot donar suport a serveis de dades així com a serveis en temps real com ara veu i vídeo.
El disseny del camí òptic d'EPON pot utilitzar 3 longituds d'ona. Si no considereu donar suport als serveis CATV o DWDM, generalment s'utilitzen dues longituds d'ona. Quan s'utilitzen 3 longituds d'ona, la longitud d'ona aigües amunt és de 1310 nm, la longitud d'ona aigües avall és de 1490 nm i s'afegeix una longitud d'ona addicional de 1550 nm. La longitud d'ona augmentada de 1550 nm s'utilitza per transmetre directament senyals de vídeo analògics. Com que el senyal de vídeo analògic actual encara està dominat pels serveis de ràdio i televisió, s'estima que no serà completament substituït per serveis de vídeo digital fins al 2015. Per tant, el sistema EPON dissenyat actualment hauria de suportar tant els serveis de vídeo digital com els serveis de vídeo analògic. El 1490nm original encara transporta dades d'enllaç descendent, vídeo digital i serveis de veu, i el 1310nm transmet senyals de veu d'usuari d'enllaç ascendent, vídeo digital sota demanda (VOD) i sol·licita informació per descarregar dades.
Els senyals de veu tenen requisits estrictes de retard i fluctuació, i Ethernet no ofereix capacitats de control d'amplada de banda, taxa de pèrdua de paquets d'extrem a extrem. Per tant, com garantir la qualitat del servei quan EPON superposa senyals de veu és un problema urgent a resoldre.
1. Negoci TDM
En l'actualitat, la capacitat multiservei d'EPON més qüestionable és la seva capacitat de transmetre els serveis tradicionals de TDM.
Els serveis de TDM que s'esmenten aquí inclouen dos tipus de serveis de veu (POTS, Servei Telefònic Antic Popular) i serveis de circuits (Línies llogades T1/El, N´64kbit/s).
Quan els sistemes EPON porten serveis de línia dedicada a dades (2048 kbit/s o 13´64 kbit/s serveis de dades), es recomana TDM sobre Ethernet. El sistema EPON pot adoptar la commutació de circuits o VolP quan transporta serveis de veu.
En els propers anys, com que la demanda del mercat de serveis de circuits encara és molt gran, el sistema EPON ha de portar ambdós paquets.canviatserveis i circuits-canviatserveis. Com porta EFM TDM a EPON i com garantir la qualitat dels serveis de TDM. No hi ha disposicions específiques en tecnologia, però han de ser compatibles amb el format de trama Ethernet. EPON multiservei (MS-EPON) adopta la tecnologia E1 Over Ethernet, que resol de manera eficient el problema d'adaptació dels serveis TDM en trames Ethernet, permetent a EPON realitzar la transmissió i l'accés multiservei. Al mateix temps, MS-EPON supera la bretxa entreOLTiONU. El fenomen de contenció d'amplada de banda compartida ofereix als usuaris d'Ethernet una garantia d'amplada de banda garantida.
El mètode d'encapsulació d'Ethernet fa que la tecnologia EPON sigui molt adequada per portar serveis IP, però també s'enfronta a un problema important: és difícil portar serveis TDM com ara dades de veu o circuits. EPON és una xarxa de transmissió asíncrona basada en Ethernet. No té un rellotge d'alta precisió sincronitzat a la xarxa i és difícil complir els requisits de sincronització i sincronització dels serveis TDM. Per resoldre el problema de la sincronització de temps dels serveis TDM i alhora garantir dificultats tècniques com ara la QoS dels serveis TDM, no només hem de millorar el disseny del propi sistema EPON, sinó que també hem d'adoptar algunes tecnologies específiques.
L'índex de rendiment del circuitcanviatEl servei de veu indica que quan el sistema EPON utilitza el circuitcanviatper portar serveis de veu, ha de complir els requisits de les especificacions tècniques YDN 065-1997 "Especificació tècnica general per a equips de commutació telefònica del Ministeri de Correus i Telecomunicacions" i YD / T 1128-2001 "Especificacions tècniques generals de commutació telefònica" (suplement 1). ) “requisits per al circuit purcanviatqualitat de veu. Per tant, actualment EPON té els següents problemes amb els serveis TDM.
① Garantia de QoS del servei TDM: tot i que l'ample de banda que ocupa el servei TDM és petit, té requisits elevats en indicadors com ara retard, fluctuació, deriva i taxa d'error de bits. Això requereix no només considerar com reduir el retard de transmissió i la fluctuació del servei TDM durant l'assignació d'amplada de banda dinàmica de l'enllaç ascendent, sinó també assegurar-se que el servei TDM controla estrictament el retard i la fluctuació en l'estratègia de control de l'ample de banda de l'enllaç descendent.
② Temporització i sincronització dels serveis TDM: els serveis TDM tenen requisits especialment estrictes de temporització i sincronització. EPON és essencialment una xarxa de transmissió asíncrona basada en tecnologia Ethernet. No hi ha un rellotge de telecomunicacions d'alta precisió sincronitzat a tota la xarxa. La precisió del rellotge definida per Ethernet és de ± 100´10 i la precisió de rellotge requerida pels serveis TDM tradicionals és de ± 50´10. A més, mentre es proporciona el rellotge de telecomunicacions sincronitzat a tota la xarxa, les dades TDM s'han de transmetre tan periòdicament com sigui possible per satisfer els seus requisits de fluctuació i error.
③ Supervivència EPON: el servei TDM també requereix que la xarxa portadora tingui una bona supervivència. Quan es produeix una fallada important, el servei pot ser fiablecanviaten el menor temps possible. Com que EPON s'utilitza principalment per a la construcció de xarxes d'accés, és relativament a prop dels usuaris i diverses aplicacions i entorns d'ús són complexos. Es veu afectat fàcilment per factors desconeguts com la construcció urbana, provocant accidents com interrupcions d'enllaç. Per tant, es requereix urgentment el sistema EPON per proporcionar una solució de protecció del sistema rendible.
2. Serveis IP
EPON transmet paquets de dades IP sense conversió de protocol i té una alta eficiència, molt adequada per als serveis de dades.
La tecnologia VolP, com a tecnologia calenta en desenvolupament, ha aconseguit una certa escala d'aplicació en els darrers anys i és un mitjà eficaç per portar serveis de veu a les xarxes IP. En el sistema EPON, també és possible implementar l'accés als serveis telefònics tradicionals afegint determinats equips o funcions de VoIP. Utilitzant la tecnologia VoIP, sempre que es garanteixin les característiques de retard i fluctuació del servei de veu EPON, altres funcions es deixen al dispositiu d'accés integrat de l'usuari (IAD, dispositiu d'accés integrat) i al dispositiu de passarel·la d'accés central per processar el servei de veu. Transmissió. Aquest mètode és relativament senzill d'implementar i pot portar directament les tecnologies existents, però requereix equips cars de passarel·la d'accés a l'oficina central, costos de construcció de xarxa més elevats i està limitat per les deficiències de la pròpia tecnologia VoIP. A més, no es poden oferir serveis de dades E1 i N´64kbit/s.
Quan el sistema EPON utilitza VoIP per oferir serveis de veu, hauria de complir els següents indicadors de rendiment per als serveis de veu VoIP.
① El temps de canvi dinàmic de la codificació de veu és inferior a 60 ms.
② Hauria de tenir una capacitat d'emmagatzematge de memòria intermèdia de 80 ms per assegurar-se que no es produeixin discontinuïtats i agitacions de la parla.
③ Avaluació objectiva de la veu: quan les condicions de la xarxa són bones, el valor mitjà de PSQM és inferior a 1,5; quan les condicions de la xarxa són pobres (taxa de pèrdua de paquets = 1%, jitter = 20 ms, retard = 100 ms), el valor mitjà de PSQM és <1,8; Quan les condicions són dolentes (taxa de pèrdua de paquets = 5%, jitter = 60 ms, retard = 400 ms), el PSQM mitjà és inferior a 2,0.
④ Avaluació subjectiva de la parla: quan les condicions de la xarxa són bones, el valor mitjà de MOS és> 4,0; quan les condicions de la xarxa són pobres (taxa de pèrdua de paquets = 1%, jitter = 20 ms, retard = 100 ms), el valor mitjà de MOS és <3,5; xarxa Quan les condicions són dolentes (taxa de pèrdua de paquets = 5%, jitter = 60 ms, retard = 400 ms), el valor mitjà de MOS <3,0.
⑤ Velocitat de codificació: G.711, velocitat de codificació = 64 kbit/s. Per a G.729a, la velocitat de codificació necessària és <18 kbit/s. Per a G.723.1, la velocitat de codificació G.723.1 (5.3) és <18 kbit/s, i la velocitat de codificació G.723.1 (6.3) és <15 kbit/s.
⑥ Índex de retard (retard de bucle): el retard de VoIP inclou el retard del còdec, el retard de la memòria intermèdia d'entrada a l'extrem receptor i el retard de la cua interna. Quan s'utilitza la codificació G.729a, el retard de loopback és <150 ms. Quan s'utilitza la codificació G.723.1, el retard de loopback és <200 ms.
3．Negoci de CATV
Per als serveis de CATV analògics, EPON també es pot portar de la mateixa manera que GPON: afegiu una longitud d'ona (en realitat, aquesta és una tecnologia WDM i no té res a veure amb EPON i GPON en si).
La tecnologia PON és la millor manera d'aconseguir l'accés de banda ampla FTTx. EPON és una nova tecnologia de xarxa d'accés òptic creada combinant la tecnologia Ethernet i la tecnologia PON. Es pot utilitzar per transmetre serveis de veu, dades i vídeo i és compatible. Per a alguns serveis nous en el futur, EPON es convertirà en la tecnologia dominant per a l'accés òptic de banda ampla de servei complet amb els seus avantatges absoluts com ara un gran ample de banda, una alta eficiència i una fàcil expansió.
Esquema de protecció del sistema PON
Per tal de millorar la fiabilitat i la supervivència de la xarxa, es pot utilitzar un mecanisme de commutació de protecció de fibra al sistema PON. El mecanisme de commutació de protecció de fibra òptica es pot realitzar de dues maneres: ① commutació automàtica, activada per la detecció d'errors; ② commutació forçada, activada per esdeveniments de gestió.
Hi ha tres tipus principals de protecció de fibra: protecció contra la redundància de la fibra troncal,OLTProtecció de redundància del port PON i protecció completa, tal com es mostra a la figura 1.16.
Protecció de redundància de la fibra troncal (Figura 1.16 (a)): utilitzant un únic port PON amb un òptic 1´2 integratinterruptora laOLTport PON; utilitzant un divisor òptic 2: N; elOLTdetecta l'estat de la línia; No hi ha requisits especials per alONU.
OLTProtecció de redundància del port PON (Figura 1.16 (b)): el port PON d'espera es troba en un estat d'espera en fred, utilitzant un divisor òptic 2: N; elOLTdetecta l'estat de la línia i la commutació es fa mitjançant elOLT, sense requisits especials per alONU.
Protecció total (Figura 1.16 (c)): tant els ports PON principal com de seguretat estan en estat de funcionament; S'utilitzen dos 2: N divisors òptics; una òpticainterruptorestà construït davant delONUport PON i elONUdetecta l'estat de la línia i determina l'ús principalONU.
El mecanisme de commutació de protecció del sistema PON pot donar suport al retorn automàtic o manual dels serveis protegits. Per al mode de retorn automàtic, després d'eliminar la fallada de commutació, després d'un cert temps d'espera de retorn, el servei protegit hauria de tornar automàticament a la ruta de treball original. Es pot establir el temps d'espera de retorn.