1. Построение сети доступа
Архитектура сети
Общая архитектура оптических сетей доступа приведена на рисунке 1.1, она применима к технологии G-PON.
Рисунок 1.1 – Общая архитектура оптических сетей
Представленная схема применима к технологии GPON, главными функциональными элементами в такой схеме являются центральный приёмо-передающий узел OLT и абонентский узел, который включает в себя ONT между данными элементами включается распределительный участок ODN [1-3].
Центральный узел OLT представляет из себя устройство, устанавливаемое в главном офисе. Устройство получает данные со стороны магистральных сетей через сервисные интерфейсы Service node interfaces (SNI) и формирует нисходящий поток к абонентским узлам по дереву PON.
На рисунке 1.2 показана функциональная блок-схема OLT
Рисунок 1.2 – Функциональная блок-схема OLT
Абонентский узел ONT/ONU с одной стороны имеет абонентские интерфейсы, а с другой стороны – интерфейс для подключения к PON. Передача происходит на длине волны 1310 нм, а приём на 1550 нм. ONT принимает данные от OLT конвертирует их и передаёт абонентам через абонентские интерфейсы User network interfaces (UNI). На рисунке 1.3 показана функциональная блок-схема ONU.
Рисунок 1.3 – Функциональная схема ONU
Распределительный участок сети включает в себя пассивные оптические элементы, распределяющие поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий в другом направлении. В большинстве случаев используют разветвители 1хN, для резервирования по волокну используют разветвители 2хN.
Схема передачи трафика в GPON
В сети GPON используется метод формирования кадра GEM, который встраивается в секцию PON и не зависит от типа интерфейсов SNI на OLT и типов абонентских интерфейсов UNI на ONU. Нисходящий поток передаётся каждому абоненту от OLT. Абонентское устройство определяется параметром идентификатора ONU-ID в который включаются контейнеры передачи T-CONT с несколькими портами, определяемые параметрами Port-ID. Каждый нисходящий поток, приходящий на ONU фильтруется в соответствии со своими GEM Port-ID. Принцип передачи трафика в GPON и механизм мультиплексирования восходящего потока на основе метода GEM показывается на рисунках 1.4 – 1.5.
Рисунок 1.4 – Принцип передачи трафика в GPON
Рисунок 1.5 – Мультиплексирокание в режиме GEM
Структура кадров
Рассмотрим архитектуру уровня сходимости GTC в системе GPON. Данный уровень состоит из подуровня формирования кадров GTC и подуровня адаптации TC. На данном уровне обеспечивается управление потоками трафика пользователя, перенос трафика, защита, функции эксплуатации, управления и технического обслуживания. На рисунке 1.6 показан стек протоколов системы GTC
Рисунок 1.6 – Стек протоколов системы GTC
На подуровне формирования кадров GTC имеется глобальная видимость всей передаваемой информации, а на подуровне формирования кадров GTC OLT имеется прямое равенство уровней формирования кадров GTC ONU.
В заголовок кадра GTC включена информация OAM, которая выполняет функцию определения величины пропускной способности, переключения ключа и сигнализацию динамического назначения пропускной способности. Канал PLOAM обрабатывается в выделенной области кадра GTC, предназначен для передачи информации управления, которая не передаётся по встроенному каналу OAM. Канал OMCI предназначен для управления уровнями услуг, которые лежат выше. Поток трафика зависит от типа использования ATM или GEM. T-CONT служит групповым блоком для каждого ONU, а идентификаторы восходящего потока Alloc-ID точно указывают на направление движения пакетов.
OLT передаёт указатели в блоке PCBd, которые указывают интервалы времени начала передачи при передаче данных от ONU в соответствии с картой распределения пропускной способности BWmap. Концепция управления доступом к среде передачи TC GTC показана на рисунке 1.7.
Рисунок 1.7 – Концепция управления доступом к среде передачи TC GTC
Структуры кадров TC GTC для нисходящего и восходящего потока показаны на рисунке 1.8.
Рисунок 1.8 – Структура кадров TC GTC
Рассмотрим подробнее структуру кадра нисходящего потока на рисунке 1.9.
Рисунок 1.9 – Структура нисходящего потока TC GTC
Данный кадр имеет длительность 125 мкс для скоростей передачи 1,24416 Гбит/с, так и 2,48832 Гбит/с. В системе со скоростью передачи 1,24416 Гбит/с кадр имеет длины 19440 байтов, а в 2,48832 Гбит/с – 38880 байтов. Диапазон длин PCBd одинакова для двух скоростей и зависит от числа распределяемых структур в единицу времени. Подробнее физические блок управления нисходящим потоком PCBd показан на рисунке 1.10.
Рисунок 1.10 – Физический блок управления нисходящим потоком PCBd
OLT передаёт PCBd способом широковещательной передачи, и каждое ONU получает полный блок, в соответствии с которым начинает действовать.
Поле Psync длиной в 32 бита служит начальной комбинацией для блока управления PCBd = 0xB6AB31E0. ONU может использовать данную комбинацию для поиска начала кадра.
Поле Ident длиной в 32 бита выступает как счётчик суперкадра и может использоваться для системы шифрования информации пользователя, а также может использоваться как опорные сигналы. Структура поля Ident показана на рисунке 1.11.
Рисунок 1.11 – Структура поля Ident
30 младших бит кадра образуют счётчик, каждый Ident кадра будет на единицу больше, чем предыдущий. Когда счётчик достигает максимального значения – следующий кадр будет иметь 0 значение счётчика. 1 бит кадра является резервным, а старший бит показывает есть ли в нисходящем потоке прямое исправление ошибок (ПИО).
Поле PLOAMd имеет размер в 13 байт и содержит сообщение PLOAMd, в котором содержатся аварийные сигналы о пересечении порогов, инициируемые событиями, а также в поле PLOAMd размещаются все сообщения, относящиеся к активации.
Поле ПЧБ размером в 8 бит служит для хранения результата от проверки всех битов на четность с чередованием по битам, переданных после последнего ПЧБ.
Поле Plend размером в 4 байта устанавливает длину карты распределения пропускной способности и сегмента АТМ. Поле передаётся два раза для защиты от ошибок. Структура поля показана на рисунке 1.12.
Рисунок 1.12 – Структура поля Plend
Поле Bwmap размером Nx8 байт содержит карту распределения пропускной способности, Каждый раз вводимые данные этого поля представляют собой однократное размещение пропускной способности в определённом T-CONT, число вводов данных даётся в поле Plend. Структура поля показана на рисунке 1.13.
Рисунок 1.13 – Карта распределения пропускной способности Bwmap
Карта Bwmap описывает порядок передачи блоков ONU. Во время каждого периода распределения в соответствии с управлением OLT ONU выполняет передачу одного из четырёх типов заголовка PON и данные.
Заголовки:
- Физического уровня (PLou);
- Администрирования и управления в процессе эксплуатации физического уровня восходящего потока (PLOAMu);
- Последовательного выравнивания уровня мощности восходящего потока (PLSu);
- Сообщения о динамической пропускной способности восходящего потока (DBRu).
Структура восходящего потока разобрана на рисунках 1.14 и 1.15.
Рисунок 1.14 – Структура восходящего потока
Длины кадров для всех скоростей такая же, как для нисходящего потока.
Рисунок 1.15 – Структура блоков кадра восходящего потока
Кадр нисходящего потока состоит из физического блока управления нисходящего потока PCBd, сегмента ATM и сегмента GEM. Кадр восходящего потока должен содержать как минимум из заголовка физического уровня PLOu.