Uvođenje raznih PON sustava
1. APON tehnologija
Sredinom 1990-ih neki veliki mrežni operateri osnovali su Full Service Access Network Alliance (FSAN), čija je svrha formulirati jedinstveni standard za PON opremu kako bi proizvođači opreme i operateri mogli ući na tržište PON opreme i zajedno se natjecati. Prvi rezultat je specifikacija standarda PON sustava od 155 Mbit/s u ITU-T G.983 seriji preporuka. Budući da se ATM koristi kao nositeljski protokol, ovaj sustav se naziva APON sustav i često se krivo shvaća da pruža samo ATM usluge. Stoga je preimenovan u sustav širokopojasne pasivne optičke mreže (BPON) kako bi se pokazalo da ovaj sustav može pružiti Ethernet širokopojasne usluge kao što su pristup mreži, videodistribucija i iznajmljene linije velike brzine. Međutim, za ovu generaciju FSAN sustava najčešće se koristi naziv APON. Kasnije je standard APON poboljšan i počeo je podržavati brzine od 622 Mbit/s za downlink, a dodane su nove značajke u metodama zaštite, dinamičkoj raspodjeli propusnosti (DBA) i drugim aspektima.
APON koristi ATM kao protokol nositelja. Nizvodni prijenos je kontinuirani ATM tok s brzinom prijenosa od 155,52 Mbit/s ili 622,08 Mbit/s. Posebna ćelija fizičkog sloja za upravljanje i održavanje operacija (PLOAM) umetnuta je u tok podataka. Prijenos uzvodno je ATM ćelija u burst obliku. Kako bi se postigao burst prijenos i prijem, ispred svake 53-bajtne ćelije dodaje se 3-bajtno fizičko opterećenje. Za osnovnu brzinu od 155,52 Mbit/s, protokol prijenosa temelji se na okviru downlink-a koji sadrži 56 ATM ćelija (53 bajta po ćeliji); kada se brzina prijenosa poveća na 622,08 Mbit/s, okvir silazne veze se proširuje na 224 ćelije. Pri osnovnoj brzini od 155,52 Mbit/s, format uzlaznog okvira je 53 ćelije, svaka ćelija ima 56 bajta (53 bajta ćelije ATM plus 3 bajta opterećenja). Uz 54 podatkovne ćelije u silaznom okviru, postoje dvije PLOAM ćelije, jedna na početku okvira, a druga u sredini okvira. Svaka PLOAM ćelija sadrži autorizaciju prijenosa uzlazne veze za određenu ćeliju u uzvodnom okviru (53 ćelije uzvodnog okvira imaju 53 odobrenja mapirana u PLOAM ćelije) i OAM & P informacije. APON pruža vrlo bogate i potpune OAM funkcije, uključujući praćenje stope pogrešaka u bitovima, alarmiranje, automatsko otkrivanje i automatsko pretraživanje. Kao sigurnosni mehanizam, može kodirati i šifrirati podatke vezane uz vezu.
Iz perspektive obrade podataka, u APON-u, korisnički podaci moraju se prenositi uz konverziju protokola (AAL1/2 za TDM i AAL5 za prijenos paketa podataka). Ovu pretvorbu je teško prilagoditi velikoj propusnosti, a oprema koja obavlja ovu funkciju uključuje neku srodnu pomoćnu opremu, kao što je memorija ćelije, Glue Logic, itd., što također puno povećava cijenu sustava.
Sada, bilo da se radi o jezgrenoj prijenosnoj mreži na velike udaljenosti ili sloju konvergencije pristupne mreže gradskog područja, digitalna komunikacijska tehnologija postupno se pomaknula s ATM-centrične na IP-baziranu kako bi pružila video, audio i podatkovnu komunikaciju. Stoga samo struktura pristupne mreže koja se može prilagoditi i trenutnom pristupu i budućim mrežnim jezgrenim tehnologijama može učiniti buduću potpuno optičku IP mrežu stvarnošću.
APON se postupno povukao s tržišta zbog svoje složenosti i niske učinkovitosti prijenosa podataka.
2. EPON
Gotovo u isto vrijeme kad i APON sustav, IEEE je također uspostavio prvu milju Ethernet (EFM) istraživačku grupu za lansiranje EPON-a (Ethernet pasivne optičke mreže) temeljene na Ethernetu u smislu optičkih pristupnih mreža, pokazujući dobru tržišnu perspektivu. Studijska grupa pripada grupi IEEE 802.3 koja je razvila standard Ethernet. Slično tome, njegov opseg istraživanja također je ograničen na arhitekturu i mora biti u skladu s postojećim funkcijama sloja kontrole pristupa medijima (MAC) 802.3. U travnju 2004. istraživačka skupina predstavila je standard IEEE 802.3ah za EPON, s brzinom uplinka i downlinka od 1 Gbit/s (koristeći 8B/10B kodiranje i linijsku brzinu od 1,25 Gbit/s), čime su proizvođači EPON-a okončani korištenje privatnih protokola za razvoj standardnog statusa opreme.
EPON je širokopojasni pristupni sustav temeljen na Ethernet tehnologiji. Koristi PON topologiju za implementaciju Ethernet pristupa. Ključne tehnologije sloja podatkovne veze uglavnom uključuju: protokol kontrole višestrukog pristupa (MPCP) za uzlazni kanal, plug and play problemONU, protokole rangiranja i kompenzacije kašnjenjaOLT, i problemi s kompatibilnošću protokola.
Fizički sloj IEEE 802.3ah uključuje i optička vlakna i bakrene žice spojena od točke do točke (P2P), kao i scenarije PON mreže za vezu od točke do više točaka (P2MP). Kako bi se olakšao rad mreže i popravak kvara, uključen je i OAM mehanizam. Za P2MP mrežnu topologiju, EPON se temelji na mehanizmu koji se zove Multipoint Control Protocol (MPCP), što je funkcija unutar MAC podsloja. MPCP koristi poruke, automate stanja i mjerače vremena za kontrolu pristupa topologiji P2MP mreže. Svaka jedinica optičke mreže (ONU) u P2MP mrežnoj topologiji ima entitet MPCP protokola koji komunicira s entitetom MPCP protokola uOLT. .
Osnova EPON / MPCP protokola je simulacijski podsloj od točke do točke, koji čini da P2MP mreža izgleda kao skup P2P veza prema višim slojevima protokola.
Kako bi se smanjio trošakONU, ključne tehnologije EPON fizičkog sloja koncentrirane su naOLT, uključujući brzu sinkronizaciju rafalnih signala, mrežnu sinkronizaciju, kontrolu snage modula optičkih primopredajnika i prilagodljivi prijem.
EPON kombinira prednosti PON i Ethernet podatkovnih proizvoda kako bi stvorio mnoge jedinstvene prednosti. EPON sustav može pružiti uplink i downlink propusnost do 1 Gbit/s, što može zadovoljiti potrebe korisnika u budućnosti na duže vrijeme. EPON koristi tehnologiju multipleksiranja za podršku više korisnika, a svaki korisnik može uživati u većoj propusnosti. EPON sustav ne koristi skupu ATM opremu i SONET opremu, te je kompatibilan s postojećim Ethernetom, uvelike pojednostavljuje strukturu sustava, niske cijene i lako se nadograđuje. Zbog dugog vijeka trajanja pasivnih optičkih uređaja, troškovi održavanja vanjskih vodova znatno su smanjeni. U isto vrijeme, standardna Ethernet sučelja mogu iskoristiti prednost postojeće jeftine Ethernet opreme i uštedjeti troškove. Sama PON struktura određuje da je mreža visoko skalabilna. Sve dok se terminalna oprema zamijeni, mreža se može nadograditi na 10 Gbit/s ili više. EPON ne samo da može integrirati postojeću kabelsku televiziju, podatkovne i glasovne usluge, već također biti kompatibilan s budućim uslugama kao što su digitalna TV, VoIP, video konferencije i VOD, itd., kako bi se postigao integrirani pristup uslugama.
Sveobuhvatna uporaba EPON nositelja i drugih pristupnih tehnologija dodatno obogaćuje tehnološka rješenja širokopojasnog pristupa.
Korištenje EPON-a može učiniti da DSL prekine tradicionalno ograničenje udaljenosti i proširi pokrivenost. Kada jeONUIntegriran u Multiplekser za pristup digitalnoj pretplatničkoj liniji (DSLAM), dohvat DSL-a i njegova potencijalna korisnička skupina znatno će se povećati.
Slično tome, integracijom CMTS-a (sustava za završetak kabelskog modema) odONU, EPON može pružiti propusnost postojećim kabelskim vezama i omogućiti kabelskim operaterima implementaciju istinski interaktivnih usluga uz smanjenje troškova izgradnje i rada.
U oba slučaja, operateri mogu povećati svoju korisničku bazu na temelju postojeće mrežne strukture i ulaganja. EPON također može proširiti point-to-point MSPP (Multiple Services Provisioning Platform) i IP/Ethernet.
Osim toga, EPON tehnologija se također može koristiti za rješavanje problema uplink podataka bazne stanice u tehnologiji bežičnog pristupa udruženoj u jezgrenu mrežu.
3．GPON
Godine 2001. FSAN je pokrenuo nove napore za standardizaciju PON mreža koje rade iznad 1 Gbit/s. Uz podršku za visoke stope, cijeli je protokol otvoren kako bi se promislilo i pronašlo najbolje i najučinkovitije rješenje u smislu podrške za više usluga, OAM & P funkcija i skalabilnosti. Kao dio rada GPON-a, FSAN je prvo prikupio zahtjeve svih svojih članova (uključujući glavne operatere diljem svijeta), zatim je na temelju toga napisao dokument pod nazivom Zahtjevi za gigabitne usluge (GSR) i učinio ga službenom preporukom (G.GON. GSR) prema ITU-T. Glavni GPON zahtjevi opisani u GSR datoteci su sljedeći.
l Podržava sve usluge, uključujući glas (TDM, SONET / SDH), Ethernet (10/100 Base-T), ATM, iznajmljene linije itd.
l Fizička prijeđena udaljenost je najmanje 20 km, a logična udaljenost je ograničena na 60 km.
l Podržava različite bitne brzine korištenjem istog protokola, uključujući simetrične 622 Mbit/s, simetrične 1,25 Gbit/s, nizvodne 2,5 Gbit/s i uzvodne 1,25 Gbit/s, i druge bitne brzine.
l OAM & P moćne funkcije koje mogu pružiti end-to-end upravljanje uslugom.
l Zbog karakteristika emitiranja PON-a, sigurnost downlink usluga mora biti zajamčena na razini protokola.
FSAN je predložio da dizajn GPON standarda treba ispuniti sljedeće ciljeve.
l Struktura okvira može se proširiti sa 622Mbit/s na 2,5Gbit/s i podržava asimetričnu brzinu prijenosa.
l Jamči visoku iskorištenost propusnosti i visoku učinkovitost za bilo koji posao.
l Enkapsulirajte bilo koju uslugu (TDM i paket) u okvir od 125 ms putem GFP-a.
l Učinkovit i besplatan prijenos čistih TDM usluga.
l Dinamička dodjela propusnosti za svakiONUkroz pokazivač propusnosti.
Budući da je GPON preispitao primjenu i zahtjeve PON-a odozdo prema gore, postavio je temelje za novo rješenje i više se ne temelji na prethodnom APON standardu, pa ga neki proizvođači nazivaju native PON (natural mode PON). S jedne strane, GPON zadržava mnoge funkcije koje nisu izravno povezane s PON-om, kao što su OAM poruke, DBA, itd. S druge strane, GPON se temelji na novom TC (transmission convergence) sloju. GFP (general framing procedure) koji je odabrao FSAN je protokol temeljen na okvirima koji prilagođava informacije o uslugama od klijenata visoke razine transportne mreže putem općeg mehanizma. Prijenosna mreža može biti bilo koja vrsta mreže, kao što su SONET / SDH i ITU-T G.709 (OTN), itd. Podaci o korisniku mogu biti bazirani na paketu (kao što je IP / PPP, tj. IP / Point to Point protokol , ili Ethernet MAC okviri, itd. ), Također može biti tok konstantne brzine prijenosa ili druge vrste poslovnih informacija. GFP je službeno standardiziran kao ITU-T standard G.7041. Budući da GFP pruža učinkovit i jednostavan način prijenosa različitih usluga na mreži sinkronog prijenosa, idealno ga je koristiti kao osnovu GPON TC sloja. Osim toga, kada se koristi GFP, GPON TC je u biti sinkroni i koristi standardne SONET / SDH 8kHz (125ms) okvire, što omogućuje GPON-u da izravno podržava TDM usluge. U službeno objavljenom standardu G.984.3 usvojen je FSAN-ov prijedlog o GFP-u kao tehnologiji prilagodbe TC sloja te je napravljena daljnja pojednostavljena obrada, nazvana GPON enkapsulacija metoda (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Primjena EPON sustava
EPON, kao nova tehnologija širokopojasnog pristupa, platforma je pružanja pune usluge koja može podržati podatkovne usluge kao i usluge u stvarnom vremenu kao što su glas i video.
Dizajn optičkog puta EPON-a može koristiti 3 valne duljine. Ako ne razmatrate podršku za CATV ili DWDM usluge, općenito se koriste dvije valne duljine. Kada koristite 3 valne duljine, uzvodna valna duljina je 1310 nm, nizvodna valna duljina je 1490 nm, a dodaje se dodatna valna duljina od 1550 nm. Povećana valna duljina od 1550 nm koristi se za izravan prijenos analognih video signala. Budući da trenutnim analognim video signalom još uvijek dominiraju radijske i televizijske usluge, procjenjuje se da neće biti potpuno zamijenjen digitalnim video uslugama do 2015. Stoga bi trenutno dizajnirani EPON sustav trebao podržavati i digitalne video usluge i analogne video usluge. Izvorni 1490nm i dalje prenosi podatke prema dolaznoj vezi, digitalni video i glasovne usluge, a 1310nm odašilje uzlazne korisničke glasovne signale, digitalni video na zahtjev (VOD) i informacije o zahtjevima za preuzimanje podataka.
Glasovni signali imaju stroge zahtjeve u pogledu kašnjenja i podrhtavanja, a Ethernet ne pruža mogućnost kašnjenja paketa s kraja na kraj, stopu gubitka paketa i mogućnosti kontrole propusnosti. Stoga je hitan problem koji treba riješiti kako osigurati kvalitetu usluge kada EPON nadređuje glasovne signale.
1. TDM posao
Trenutačno je najupitnija mogućnost EPON-a za više usluga njegova sposobnost prijenosa tradicionalnih TDM usluga.
Ovdje spomenute TDM usluge uključuju dvije vrste glasovnih usluga (POTS, popularna stara telefonska usluga) i usluge sklopa (T1 / El, N´64kbit/s iznajmljene linije).
Kada EPON sustavi prenose usluge namjenske podatkovne linije (2048kbit/s ili 13´64kbit/s podatkovne usluge), preporučuje se TDM preko Etherneta. EPON sustav može usvojiti prebacivanje krugova ili VolP kada prenosi glasovne usluge.
U sljedećih nekoliko godina, budući da je tržišna potražnja za uslugama sklopova još uvijek vrlo velika, EPON sustav mora prenositi i paketneprebaciousluge i krug-prebaciousluge. Kako EFM prenosi TDM na EPON i kako osigurati kvalitetu TDM usluga. Ne postoje posebne odredbe u tehnologiji, ali moraju biti kompatibilne s formatom Ethernet okvira. Multi-service EPON (MS-EPON) usvaja E1 Over Ethernet tehnologiju, koja učinkovito rješava problem prilagodbe TDM usluga na Ethernet okvirima, omogućujući EPON-u da ostvari multi-service prijenos i pristup. U isto vrijeme, MS-EPON prevladava jaz izmeđuOLTiONU. Fenomen sukoba dijeljene propusnosti pruža korisnicima Etherneta zajamčenu propusnost.
Metoda enkapsulacije Etherneta čini EPON tehnologiju vrlo prikladnom za prijenos IP usluga, ali se također suočava s velikim problemom - teško je prenositi TDM usluge poput glasa ili podataka sklopa. EPON je asinkrona prijenosna mreža temeljena na Ethernetu. Nema visoko precizan sat sinkroniziran preko mreže i teško je zadovoljiti zahtjeve vremena i sinkronizacije TDM usluga. Kako bismo riješili problem vremenske sinkronizacije TDM usluga, a istodobno osigurali tehničke poteškoće kao što je QoS TDM usluga, ne samo da moramo poboljšati dizajn samog EPON sustava, već moramo usvojiti i neke specifične tehnologije.
Indeks performansi krugaprebacioglasovna usluga označava da kada EPON sustav koristi krugprebaciometoda prijenosa glasovnih usluga, trebala bi ispunjavati zahtjeve YDN 065-1997 „Opća tehnička specifikacija za telefonsku komutacijsku opremu Ministarstva pošta i telekomunikacija” i YD / T 1128-2001 Tehničke specifikacije „Opća telefonska komutacijska oprema” (Dodatak 1 ) “zahtjevi za čisti sklopprebaciokvaliteta glasa. Stoga EPON trenutno ima sljedeće probleme s TDM uslugama.
① Jamstvo TDM usluge QoS: Iako je propusnost koju zauzima TDM usluga mala, ona ima visoke zahtjeve u pogledu pokazatelja kao što su kašnjenje, podrhtavanje, pomak i stopa pogreške u bitovima. To zahtijeva ne samo razmatranje kako smanjiti kašnjenje prijenosa i podrhtavanje TDM usluge tijekom dodjele dinamičke propusnosti uzlazne veze, već i osigurati da TDM usluga strogo kontrolira kašnjenje i podrhtavanje u strategiji kontrole propusnosti silazne veze.
② Određivanje vremena i sinkronizacija TDM usluga: TDM usluge imaju posebno stroge zahtjeve u pogledu vremena i sinkronizacije. EPON je u biti asinkrona prijenosna mreža temeljena na Ethernet tehnologiji. Ne postoji visoko precizni telekomunikacijski sat sinkroniziran u cijeloj mreži. Točnost sata koju definira Ethernet je ± 100´10, a točnost sata koju zahtijevaju tradicionalne TDM usluge je ± 50´10. Osim toga, dok osiguravaju telekomunikacijski sat sinkroniziran u cijeloj mreži, TDM podaci moraju se prenositi što je moguće periodičnije kako bi se zadovoljili zahtjevi podrhtavanja i pogreške.
③ Mogućnost preživljavanja EPON-a: TDM usluga također zahtijeva da mreža nositelja mora imati dobru sposobnost preživljavanja. Kada se dogodi veći kvar, usluga može biti pouzdanaprebaciou najkraćem mogućem roku. Budući da se EPON uglavnom koristi za izgradnju pristupne mreže, relativno je blizak korisnicima, a različite aplikacije i okruženja korištenja su složena. Na njega lako utječu nepoznati čimbenici kao što je urbana izgradnja, uzrokujući nezgode kao što su prekidi veze. Stoga je hitno potreban EPON sustav kako bi se osiguralo troškovno učinkovito rješenje zaštite sustava.
2. IP usluge
EPON prenosi IP pakete podataka bez konverzije protokola i ima visoku učinkovitost, što je vrlo pogodno za podatkovne usluge.
VolP tehnologija, kao vruća tehnologija u razvoju, postigla je određeni opseg primjene posljednjih godina i učinkovito je sredstvo za prijenos govornih usluga preko IP mreža. U sustavu EPON također je moguće implementirati pristup tradicionalnim telefonskim uslugama dodavanjem određene VoIP opreme ili funkcija. Koristeći VoIP tehnologiju, sve dok su karakteristike kašnjenja i podrhtavanja EPON glasovne usluge zajamčene, ostale funkcije su prepuštene korisničkom integriranom pristupnom uređaju (IAD, Integrated Access Device) i središnjem pristupnom pristupnom uređaju za obradu glasovne usluge Prijenos. Ova metoda je relativno jednostavna za implementaciju i može izravno prenijeti postojeće tehnologije, ali zahtijeva skupu pristupnu opremu središnjeg ureda, veće troškove izgradnje mreže i ograničena je nedostacima same VoIP tehnologije. Osim toga, ne mogu se pružiti podatkovne usluge E1 i N´64kbit/s.
Kada EPON sustav koristi VoIP za prijenos glasovnih usluga, trebao bi zadovoljiti sljedeće pokazatelje performansi za VoIP glasovne usluge.
① Dinamičko vrijeme prebacivanja glasovnog kodiranja manje je od 60 ms.
② Trebao bi imati kapacitet međuspremnika od 80 ms kako bi se osiguralo da nema govornih prekida i podrhtavanja.
③ Objektivna procjena glasa: kada su mrežni uvjeti dobri, prosječna vrijednost PSQM manja je od 1,5; kada su mrežni uvjeti loši (stopa gubitka paketa = 1%, podrhtavanje = 20 ms, kašnjenje = 100 ms), prosječna vrijednost PSQM je <1,8; Kada su uvjeti loši (stopa gubitka paketa = 5%, podrhtavanje = 60 ms, kašnjenje = 400 ms), prosječni PSQM je manji od 2,0.
④ Subjektivna procjena govora: kada su mrežni uvjeti dobri, prosječna vrijednost MOS-a je> 4,0; kada su mrežni uvjeti loši (stopa gubitka paketa = 1%, podrhtavanje = 20 ms, kašnjenje = 100 ms), prosječna vrijednost MOS-a je <3,5; mreža Kada su uvjeti loši (stopa gubitka paketa = 5%, podrhtavanje = 60ms, kašnjenje = 400ms), prosječna vrijednost MOS-a <3,0.
⑤ Brzina kodiranja: G.711, brzina kodiranja = 64kbit/s. Za G.729a potrebna brzina kodiranja je <18kbit/s. Za G.723.1, brzina kodiranja G.723.1 (5.3) je <18 kbit/s, a brzina kodiranja G.723.1 (6.3) je <15 kbit/s.
⑥ Indeks kašnjenja (kašnjenje povratne petlje): VoIP kašnjenje uključuje kašnjenje kodeka, kašnjenje ulaznog međuspremnika na prijemnom kraju i interno kašnjenje čekanja. Kada se koristi G.729a kodiranje, odgoda povratne petlje je <150 ms. Kada se koristi G.723.1 kodiranje, odgoda povratne petlje je <200 ms.
3．CATV posao
Za analogne CATV usluge, EPON se također može prenositi na isti način kao GPON: dodajte valnu duljinu (ovo je zapravo WDM tehnologija i nema nikakve veze s EPON-om i samim GPON-om).
PON tehnologija je najbolji način za postizanje FTTx širokopojasnog pristupa. EPON je nova tehnologija optičke pristupne mreže nastala kombinacijom Ethernet tehnologije i PON tehnologije. Može se koristiti za prijenos glasa, podataka i video usluga i kompatibilan je. Za neke nove usluge u budućnosti, EPON će postati dominantna tehnologija za širokopojasni optički pristup s punom uslugom sa svojim apsolutnim prednostima kao što su velika propusnost, visoka učinkovitost i jednostavno proširenje.
Shema zaštite PON sustava
Kako bi se poboljšala pouzdanost mreže i sposobnost preživljavanja, u PON sustavu se može koristiti zaštitni sklopni mehanizam vlakana. Mehanizam za zaštitu optičkih vlakana može se izvesti na dva načina: ① automatsko prebacivanje, aktivirano otkrivanjem greške; ② prisilno prebacivanje, potaknuto događajima upravljanja.
Postoje tri glavne vrste zaštite vlakana: zaštita redundantnim vlaknima okosnice,OLTZaštita od redundantnosti PON porta i puna zaštita, kao što je prikazano na slici 1.16.
Zaštita redundantnosti vlakana okosnice (Slika 1.16 (a)): korištenje jednog PON priključka s ugrađenim 1´2 optičkimprekidačnaOLTPON priključak; pomoću 2: N optičkog razdjelnika; theOLTdetektira status linije; Ne postoje posebni zahtjevi zaONU.
OLTZaštita od zalihosti PON porta (Slika 1.16 (b)): PON port u pripravnosti je u stanju hladnog čekanja, koristeći 2: N optički razdjelnik; theOLTdetektira status linije, a prebacivanje vršiOLT, bez posebnih zahtjeva zaONU.
Potpuna zaštita (Slika 1.16 (c)): i glavni i rezervni PON port su u radnom stanju; koriste se dva 2: N optička razdjelnika; optičkiprekidačizgrađena je ispredONUPON priključak iONUdetektira status linije i određuje glavnu upotrebu Linije i prebacivanje vršiONU.
Zaštitni sklopni mehanizam PON sustava može podržati automatski ili ručni povratak zaštićenih usluga. Za način automatskog povratka, nakon uklanjanja kvara prebacivanja, nakon određenog vremena čekanja povratka, zaštićena usluga trebala bi se automatski vratiti na izvornu radnu rutu. Može se postaviti vrijeme čekanja povratka.