Introduksjon av ulike PON-systemer
1. APON-teknologi
På midten av 1990-tallet etablerte noen store nettverksoperatører Full Service Access Network Alliance (FSAN), hvis formål er å formulere en enhetlig standard for PON-utstyr slik at utstyrsprodusenter og -operatører kan gå inn på PON-utstyrsmarkedet og konkurrere sammen. Det første resultatet er spesifikasjonen av 155Mbit/s PON-systemstandarden i ITU-T G.983-serien med anbefalinger. Fordi ATM brukes som bærerprotokoll, kalles dette systemet APON-system, og det blir ofte misforstått som at det kun tilbyr ATM-tjenester. Derfor er det omdøpt til Broadband Passive Optical Network (BPON)-systemet for å vise at dette systemet kan tilby Ethernet-bredbåndstjenester som nettverkstilgang, videodistribusjon og høyhastighets leide linjer. For denne generasjonen av FSAN-systemer er imidlertid det mest brukte navnet APON. Senere ble APON-standarden forbedret, og den begynte å støtte nedkoblingshastigheter på 622 Mbit/s, og nye funksjoner ble lagt til i beskyttelsesmetoder, dynamisk båndbreddeallokering (DBA) og andre aspekter.
APON bruker ATM som bærerprotokoll. Nedstrømsoverføring er en kontinuerlig ATM-strøm med en bithastighet på 155,52 Mbit/s eller 622,08 Mbit/s. En spesiell celle for styring og vedlikehold av fysiske lag (PLOAM) er satt inn i datastrømmen. Oppstrøms overføring er ATM-celler i burst-form. For å oppnå serieoverføring og mottak, legges en 3-byte fysisk overhead til foran hver 53-byte celle. For en grunnleggende hastighet på 155,52 Mbit/s er overføringsprotokollen basert på en nedlinkramme som inneholder 56 ATM-celler (53 byte per celle); når bithastigheten økes til 622,08 Mbit/s, utvides nedlinkrammen til 224 celler. Ved den grunnleggende hastigheten på 155,52 Mbit / s er formatet til opplinkrammen 53 celler, hver celle er 56 byte (53 ATM-cellebyte pluss 3 byte overhead). I tillegg til de 54 datacellene i nedlink-rammen, er det to PLOAM-celler, en i begynnelsen av rammen og den andre i midten av rammen. Hver PLOAM-celle inneholder opplink-overføringsautorisasjonen for den spesifikke cellen i oppstrømsrammen (53 oppstrømsrammeceller har 53 tildelinger kartlagt i PLOAM-celler) og OAM & P-informasjon. APON tilbyr svært rike og komplette OAM-funksjoner, inkludert overvåking av bitfeilfrekvens, alarmering, automatisk oppdagelse og automatisk søk. Som en sikkerhetsmekanisme kan den kryptere og kryptere nedkoblingsdata.
Fra perspektivet til databehandling, i APON, må brukerdata overføres under protokollkonvertering (AAL1 / 2 for TDM og AAL5 for datapakkeoverføring). Denne konverteringen er vanskelig å tilpasse til høy båndbredde, og utstyret som utfører denne funksjonen inkluderer noe relatert hjelpeutstyr, som celleminne, Glue Logic, etc., som også legger mye til systemkostnaden.
Nå, enten det er et kjerneoverføringsnettverk over lang avstand eller et konvergenslag for aksessnettverk i storbyområdet, har digital kommunikasjonsteknologi gradvis skiftet fra ATM-sentrisk til IP-basert for å gi video, lyd og datakommunikasjon. Derfor er det kun tilgangsnettverksstrukturen som kan tilpasse seg både nåværende tilgang og fremtidige nettverkskjerneteknologier som kan gjøre det fremtidige alloptiske IP-nettverket til en realitet.
APON har gradvis trukket seg fra markedet på grunn av sin kompleksitet og lave dataoverføringseffektivitet.
2. EPON
Nesten samtidig med APON-systemet etablerte IEEE også den første mile Ethernet (EFM) forskningsgruppen for å lansere Ethernet-basert EPON (Ethernet Passive Optical Network) når det gjelder fiberaksessnettverk, og viser gode markedsutsikter. Studiegruppen tilhører IEEE 802.3-gruppen som utviklet Ethernet-standarden. På samme måte er dens forskningsomfang også begrenset til arkitekturen, og den må samsvare med de eksisterende 802.3 media Access Control (MAC) lagfunksjonene. I april 2004 introduserte forskergruppen IEEE 802.3ah-standarden for EPON, med en opp- og nedkoblingshastighet på 1 Gbit/s (ved bruk av 8B/10B-koding og en linjehastighet på 1,25 Gbit/s), og avsluttet EPON-produsentenes ' bruk av private protokoller for å utvikle utstyrsstandardstatus.
EPON er et bredbåndsaksesssystem basert på Ethernet-teknologi. Den bruker PON-topologien for å implementere Ethernet-tilgang. Nøkkelteknologiene til datalinklaget inkluderer hovedsakelig: Multiple Access Control Protocol (MPCP) for opplinkkanalen, plug and play-problemet tilONU, avstands- og forsinkelseskompensasjonsprotokollene tilOLT, og problemer med protokollkompatibilitet.
Det fysiske laget av IEEE 802.3ah inkluderer både punkt-til-punkt (P2P) tilkoblede optiske fibre og kobberledninger, samt PON-nettverksscenarier for punkt-til-multipunkt (P2MP). For å lette nettverksdrift og feilreparasjon er OAM-mekanismen også inkludert. For P2MP-nettverkstopologi er EPON basert på en mekanisme kalt Multipoint Control Protocol (MPCP), som er en funksjon innenfor MAC-underlaget. MPCP bruker meldinger, tilstandsmaskiner og tidtakere for å kontrollere tilgangen til P2MP-nettverkstopologien. Hver optisk nettverksenhet (ONU) i P2MP-nettverkstopologien har en MPCP-protokollenhet som kommuniserer med MPCP-protokollenheten iOLT. .
Grunnlaget for EPON / MPCP-protokollen er et punkt-til-punkt-simuleringsunderlag, som får et P2MP-nettverk til å se ut som en samling P2P-lenker til høyere protokolllag.
For å redusere kostnadene vedONU, er nøkkelteknologiene til det fysiske laget EPON konsentrert omOLT, inkludert rask synkronisering av burst-signaler, nettverkssynkronisering, strømstyring av optiske sender/mottakermoduler og adaptivt mottak.
EPON kombinerer fordelene med PON- og Ethernet-dataprodukter for å danne mange unike fordeler. EPON-systemet kan gi uplink og downlink båndbredder på opptil 1 Gbit/s, som kan møte behovene til brukere i fremtiden i lang tid. EPON bruker multipleksingsteknologi for å støtte flere brukere, og hver bruker kan glede seg over større båndbredde. EPON-systemet bruker ikke dyrt ATM-utstyr og SONET-utstyr, og er kompatibelt med eksisterende Ethernet, noe som i stor grad forenkler systemstrukturen, lav kostnad og lett å oppgradere. På grunn av den lange levetiden til passive optiske enheter, reduseres vedlikeholdskostnadene til utendørs linjer sterkt. Samtidig kan standard Ethernet-grensesnitt dra nytte av eksisterende lavkost-Ethernet-utstyr og spare kostnader. PON-strukturen bestemmer selv at nettverket er svært skalerbart. Så lenge terminalutstyret skiftes ut, kan nettverket oppgraderes til 10 Gbit/s eller høyere. EPON kan ikke bare integrere eksisterende kabel-TV-, data- og taletjenester, men også være kompatibel med fremtidige tjenester som digital-TV, VoIP, videokonferanser og VOD, etc., for å oppnå integrert tjenestetilgang.
Den omfattende bruken av EPON-bærer og andre aksessteknologier beriker ytterligere bredbåndsaksessteknologiløsninger.
Bruk av EPON kan få DSL til å bryte den tradisjonelle avstandsbegrensningen og utvide dekningen. NårONUer integrert i Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM), vil rekkevidden til DSL og dens potensielle brukergruppe øke kraftig.
På samme måte, ved å integrere CMTS (Cable Modem Termination System) tilONU, EPON kan gi båndbredde til eksisterende kabelforbindelser, og tillate kabeloperatører å implementere virkelig interaktive tjenester samtidig som de reduserer bygge- og driftskostnader.
I begge tilfeller kan operatører øke brukerbasen basert på deres eksisterende nettverksstruktur og investering. EPON kan også utvide punkt-til-punkt MSPP (Multiple Services Provisioning Platform) og IP/Ethernet.
I tillegg kan EPON-teknologi også brukes til å løse problemet med uplink-dataene til basestasjonen i den trådløse tilgangsteknologien samlet til kjernenettverket.
3.GPON
I 2001 lanserte FSAN en ny innsats for å standardisere PON-nettverk som opererer over 1 Gbit/s. I tillegg til å støtte høye rater, har hele protokollen vært åpen for å tenke nytt og finne den beste og mest effektive løsningen når det gjelder å støtte multi-service, OAM & P-funksjoner og skalerbarhet. Som en del av GPONs arbeid, samlet FSAN først kravene til alle medlemmene (inkludert store operatører rundt om i verden), og skrev deretter på grunnlag av dette et dokument kalt Gigabit Service Requirements (GSR) og gjorde det til en formell anbefaling ( G.GON. GSR) til ITU-T. De viktigste GPON-kravene beskrevet i GSR-filen er som følger.
l Støtter fulle tjenester, inkludert tale (TDM, SONET / SDH), Ethernet (10/100 Base-T), minibank, leide linjer, etc.
l Den fysiske avstanden tilbakelagt er minst 20 km, og den logiske avstanden er begrenset til 60 km.
l Støtter ulike bithastigheter som bruker samme protokoll, inkludert symmetriske 622 Mbit/s, symmetriske 1,25 Gbit/s, nedstrøms 2,5 Gbit/s og oppstrøms 1,25 Gbit/s, og andre bithastigheter.
l OAM & P kraftige funksjoner som kan gi ende-til-ende tjenesteadministrasjon.
l På grunn av kringkastingsegenskapene til PON, må sikkerheten til nedlinktjenester garanteres på protokollnivå.
FSAN foreslo at utformingen av GPON-standarden skulle oppfylle følgende mål.
l Rammestrukturen kan utvides fra 622Mbit/s til 2,5Gbit/s, og støtter asymmetrisk bithastighet.
l Garanterer høy båndbreddeutnyttelse og høy effektivitet for enhver virksomhet.
l Innkapsle en hvilken som helst tjeneste (TDM og pakke) i en 125ms ramme gjennom GFP.
l Effektiv og kostnadsfri overføring av rene TDM-tjenester.
l Dynamisk båndbreddetildeling for hverONUgjennom en båndbreddepeker.
Siden GPON revurderte applikasjonen og kravene til PON fra bunnen og opp, la den grunnlaget for den nye løsningen og er ikke lenger basert på den tidligere APON-standarden, så noen produsenter kaller den native PON (naturlig modus PON). På den ene siden beholder GPON mange funksjoner som ikke er direkte relatert til PON, som OAM-meldinger, DBA osv. På den andre siden er GPON basert på et nytt TC (transmission convergence) lag. GFP (generell rammeprosedyre) valgt av FSAN er en rammebasert protokoll som tilpasser tjenesteinformasjon fra høynivåkunder av transportnettverket gjennom en generell mekanisme. Transportnettverket kan være alle typer nettverk, som SONET / SDH og ITU-T G.709 (OTN), etc. Kundeinformasjonen kan være pakkebasert (som IP / PPP, dvs. IP / Point to Point-protokoll , eller Ethernet MAC-rammer, etc. ), Kan også være en strøm med konstant bithastighet eller andre typer forretningsinformasjon. GFP er offisielt standardisert som ITU-T standard G.7041. Fordi GFP gir en effektiv og enkel måte å overføre forskjellige tjenester på det synkrone overføringsnettverket, er det ideelt å bruke det som grunnlag for GPON TC-laget. I tillegg, når du bruker GFP, er GPON TC i hovedsak synkron og bruker standard SONET / SDH 8kHz (125ms) rammer, noe som gjør det mulig for GPON å støtte TDM-tjenester direkte. I den offisielt utgitte G.984.3-standarden ble FSANs forslag om GFP som TC-lagtilpasningsteknologi tatt i bruk, og ytterligere forenklet prosessering ble gjort, kalt GPON-innkapslingsmetode (GEM, GPONEncapsulationMethod).
Bruk av EPON-systemet
EPON, som en ny bredbåndsaksessteknologi, er en fullservice-leveringsplattform som kan støtte datatjenester så vel som sanntidstjenester som tale og video.
Den optiske banedesignen til EPON kan bruke 3 bølgelengder. Hvis du ikke vurderer å støtte CATV- eller DWDM-tjenester, brukes vanligvis to bølgelengder. Ved bruk av 3 bølgelengder er oppstrømsbølgelengden 1310nm, nedstrømsbølgelengden er 1490nm, og en ekstra 1550nm bølgelengde legges til. Den økte bølgelengden på 1550nm brukes til å sende analoge videosignaler direkte. Fordi det nåværende analoge videosignalet fortsatt domineres av radio- og TV-tjenester, er det anslått at det ikke vil bli fullstendig erstattet av digitale videotjenester før i 2015. Derfor bør det nåværende utformede EPON-systemet støtte både digitale videotjenester og analoge videotjenester. Den originale 1490nm bærer fortsatt nedlink-data, digitale video- og taletjenester, og 1310nm overfører opplink-brukerstemmesignaler, digital video on demand (VOD) og be om informasjon for nedlasting av data.
Talesignaler har strenge krav til forsinkelse og jitter, og Ethernet gir ikke ende-til-ende pakkeforsinkelse, pakketapshastighet og båndbreddekontroll. Derfor er det et presserende problem som må løses hvordan man sikrer servicekvalitet når EPON overlegger talesignaler.
1. TDM virksomhet
For tiden er den mest tvilsomme EPON-multitjenesteevnen dens evne til å overføre tradisjonelle TDM-tjenester.
TDM-tjenestene nevnt her inkluderer to typer taletjenester (POTS, Popular Old Telephone Service) og kretstjenester (T1 / El, N´64kbit / s leide linjer).
Når EPON-systemer har datadedikerte linjetjenester (2048kbit/s eller 13´64kbit/s datatjenester), anbefales TDM over Ethernet. EPON-systemet kan ta i bruk kretssvitsjing eller VolP når det bærer taletjenester.
I de neste årene, fordi markedsetterspørselen etter kretstjenester fortsatt er veldig stor, er EPON-systemet pålagt å bære både pakke-byttettjenester og krets-byttettjenester. Hvordan fører EFM TDM på EPON og hvordan man sikrer kvaliteten på TDM-tjenestene. Det er ingen spesifikke bestemmelser innen teknologi, men de må være kompatible med Ethernet-rammeformatet. Multi-service EPON (MS-EPON) tar i bruk E1 Over Ethernet-teknologi, som effektivt løser problemet med tilpasning av TDM-tjenester på Ethernet-rammer, slik at EPON kan realisere multi-service overføring og tilgang. Samtidig overvinner MS-EPON gapet mellomOLTogONU. Fenomenet med delt båndbredde-konflikt gir Ethernet-brukere en garantert båndbreddegaranti.
Innkapslingsmetoden til Ethernet gjør EPON-teknologien veldig egnet for å bære IP-tjenester, men den står også overfor et stort problem - det er vanskelig å bære TDM-tjenester som tale eller kretsdata. EPON er et Ethernet-basert asynkront overføringsnettverk. Den har ikke en høypresisjonsklokke synkronisert på tvers av nettverket, og det er vanskelig å møte tids- og synkroniseringskravene til TDM-tjenester. For å løse problemet med tidssynkronisering av TDM-tjenester og samtidig sikre tekniske vanskeligheter som QoS for TDM-tjenester, må vi ikke bare forbedre utformingen av selve EPON-systemet, men må også ta i bruk noen spesifikke teknologier.
Ytelsesindeksen til kretsenbyttettaletjeneste indikerer at når EPON-systemet bruker kretsenbyttetmetode for å overføre taletjenester, bør den oppfylle kravene i YDN 065-1997 "Generell teknisk spesifikasjon for telefonsvitsjeutstyr fra Post- og telekommunikasjonsdepartementet" og YD / T 1128-2001 "Generelt telefonsvitsjeutstyr" tekniske spesifikasjoner (tillegg 1) ) «krav til ren kretsbyttetstemmekvalitet. Derfor har EPON for øyeblikket følgende problemer med TDM-tjenester.
① TDM-tjeneste QoS-garanti: Selv om båndbredden som opptas av TDM-tjenesten er liten, har den høye krav til indikatorer som forsinkelse, jitter, drift og bitfeilfrekvens. Dette krever ikke bare å vurdere hvordan man reduserer overføringsforsinkelsen og jitteren til TDM-tjenesten under dynamisk båndbreddetildeling for opplink, men også å sikre at TDM-tjenesten strengt kontrollerer forsinkelsen og jitter i nedlinks båndbreddekontrollstrategien.
② Timing og synkronisering av TDM-tjenester: TDM-tjenester har spesielt strenge krav til timing og synkronisering. EPON er i hovedsak et asynkront overføringsnettverk basert på Ethernet-teknologi. Det er ingen høypresisjons telekommunikasjonsklokke synkronisert over hele nettverket. Klokkenøyaktigheten definert av Ethernet er ± 100´10 og klokkenøyaktigheten som kreves av tradisjonelle TDM-tjenester er ± 50´10. I tillegg, mens telekommunikasjonsklokken er synkronisert gjennom hele nettverket, må TDM-data overføres så periodisk som mulig for å oppfylle kravene til jitter og feil.
③ EPON-overlevelsesevne: TDM-tjenesten krever også at bærernettverket må ha god overlevelsesevne. Når en større feil oppstår, kan tjenesten være påliteligbyttetpå kortest mulig tid. Fordi EPON hovedsakelig brukes til bygging av tilgangsnettverk, er den relativt nær brukerne, og ulike applikasjoner og bruksmiljøer er komplekse. Den påvirkes lett av ukjente faktorer som bykonstruksjon, og forårsaker ulykker som koblingsavbrudd. Derfor er EPON-systemet et presserende behov for å tilby en kostnadseffektiv systembeskyttelsesløsning.
2. IP-tjenester
EPON overfører IP-datapakker uten protokollkonvertering og har høy effektivitet, noe som er svært egnet for datatjenester.
VolP-teknologi, som en varm teknologi i utvikling, har oppnådd en viss anvendelsesskala de siste årene, og er et effektivt middel for å overføre taletjenester over IP-nettverk. I EPON-systemet er det også mulig å implementere tilgang til tradisjonelle telefontjenester ved å legge til visse VoIP-utstyr eller funksjoner. Ved å bruke VoIP-teknologi, så lenge forsinkelses- og jitter-egenskapene til EPON-taletjenesten er garantert, overlates andre funksjoner til den integrerte tilgangsenheten på brukersiden (IAD, Integrated Access Device) og den sentrale tilgangsporten for å behandle taletjenesten Overføring. Denne metoden er relativt enkel å implementere og kan overføre eksisterende teknologier direkte, men krever dyrt utstyr for sentralkontortilgang, høyere kostnader for nettverksbygging og begrenses av manglene ved selve VoIP-teknologien. I tillegg kan ikke E1 og N´64kbit/s datatjenester tilbys.
Når EPON-systemet bruker VoIP til å overføre taletjenester, bør det oppfylle følgende ytelsesindikatorer for VoIP-taletjenester.
① Den dynamiske byttetiden for stemmekoding er mindre enn 60ms.
② Den bør ha 80 ms bufferlagringskapasitet for å sikre at det ikke oppstår taleavbrudd og jitter.
③ Objektiv evaluering av stemmen: Når nettverksforholdene er gode, er gjennomsnittsverdien av PSQM mindre enn 1,5; når nettverksforholdene er dårlige (packetap rate = 1 %, jitter = 20ms, forsinkelse = 100ms), er gjennomsnittsverdien for PSQM <1,8; Når forholdene er dårlige (packetap rate = 5 %, jitter = 60ms, forsinkelse = 400ms), er gjennomsnittlig PSQM mindre enn 2,0.
④ Subjektiv vurdering av tale: Når nettverksforholdene er gode, er gjennomsnittsverdien av MOS> 4,0; når nettverksforholdene er dårlige (packetap rate = 1 %, jitter = 20ms, forsinkelse = 100ms), er gjennomsnittsverdien for MOS <3,5; nettverk Når forholdene er dårlige (packetap rate = 5 %, jitter = 60ms, forsinkelse = 400ms), gjennomsnittsverdien av MOS <3,0.
⑤ Kodingshastighet: G.711, kodingshastighet = 64kbit/s. For G.729a er den nødvendige kodehastigheten <18kbit/s. For G.723.1 er G.723.1 (5.3) kodingshastigheten <18kbit/s, og G.723.1 (6.3) kodingshastigheten er <15kbit/s.
⑥ Forsinkelsesindeks (tilbakekoblingsforsinkelse): VoIP-forsinkelse inkluderer kodekforsinkelse, inngangsbufferforsinkelse i mottakerenden og intern køforsinkelse. Når G.729a-koding brukes, er tilbakekoblingsforsinkelsen <150 ms. Når G.723.1-koding brukes, er tilbakekoblingsforsinkelsen <200ms.
3.CATV virksomhet
For analoge CATV-tjenester kan EPON også bæres på samme måte som GPON: legg til en bølgelengde (faktisk er dette en WDM-teknologi og har ingenting med EPON og GPON selv å gjøre).
PON-teknologi er den beste måten å oppnå FTTx-bredbåndstilgang på. EPON er en ny optisk tilgangsnettverksteknologi laget ved å kombinere Ethernet-teknologi og PON-teknologi. Den kan brukes til å overføre tale-, data- og videotjenester og er kompatibel. For noen nye tjenester i fremtiden vil EPON bli den dominerende teknologien for optisk full-service bredbåndsaksess med sine absolutte fordeler som høy båndbredde, høy effektivitet og enkel utvidelse.
Beskyttelsesplan for PON-system
For å forbedre nettverkets pålitelighet og overlevelse, kan en fiberbeskyttelseskoblingsmekanisme brukes i PON-systemet. Byttemekanismen for beskyttelse av optisk fiber kan utføres på to måter: ① automatisk veksling, utløst av feildeteksjon; ② tvungen bytting, utløst av ledelseshendelser.
Det er tre hovedtyper fiberbeskyttelse: ryggradsfiberredundansbeskyttelse,OLTPON-port redundansbeskyttelse, og full beskyttelse, som vist i figur 1.16.
Redundansbeskyttelse for ryggradsfiber (Figur 1.16 (a)): bruker en enkelt PON-port med en innebygd 1´2 optiskbrytervedOLTPON-port; bruk av en 2:N optisk splitter; deOLToppdager linjestatusen; Det er ingen spesielle krav tilONU.
OLTPON-port redundansbeskyttelse (Figur 1.16 (b)): Standby PON-porten er i en kald standby-tilstand ved bruk av en 2:N optisk splitter; deOLToppdager linjestatus, og vekslingen gjøres avOLT, uten spesielle krav tilONU.
Full beskyttelse (Figur 1.16 (c)): både hoved- og backup-PON-portene er i fungerende tilstand; to 2: N optiske splittere brukes; en optiskbryterer bygget foranONUPON-porten ogONUoppdager linjestatus og bestemmer hovedbruken Linjer og veksling gjøres avONU.
Beskyttelsesbrytermekanismen til PON-systemet kan støtte automatisk retur eller manuell retur av de beskyttede tjenestene. For automatisk returmodus, etter å ha eliminert byttefeilen, etter en viss returventetid, skal den beskyttede tjenesten automatisk gå tilbake til den opprinnelige arbeidsruten. Ventetiden for retur kan stilles inn.