Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

После того, как ранжирование по расстоянию выполнено, OLT на основании прописанных услуг для каждого ONT и с использованием протокола МАС принимает решение, какому абонентскому узлу передавать в каждом конкретном временном слоте.

Заметим, что общая задержка при отправлении кадра в обратный поток вносится не только конечным временем распространения сигнала по волокну, но и элементами электроники OLT и ONT. Задержка со стороны последних может испытывать небольшой дрейф, например вследствие колебаний температуры оборудования. По этому на этапе передачи данных OLT сообщает ONT о небольших подстройках задержки, вносимой в обратный поток – микроранжирование (micro ranging). В результате точность, с которой стабилизируются отправляемые кадры от разных ONT, составляет 2–3 бита.

Ранжирование по мощности (power ranging) – изменение порога дискриминации фотоприемника с целью повышения чувствительности фотоприемника или во избежание его нежелательного насыщения. Поскольку ONT удалены на разные расстояния от OLT, то и вносимые потери в оптические сигналы, при распространении по дереву PON будут разными. Это может привести к нарушению работы фотоприемников из-за слабости сигнала либо из-за перегрузки.

Возможны два варианта выхода из сложившейся ситуации – либо подстраивать мощность передатчиков ONT, либо подстраивать порог срабатывания на фотоприемнике OLT. Был выбран второй вариант как более надежный.

Подстройка порога срабатывания фотоприемника OLT происходит каждый раз при получении нового пакета ATM из обратного потока по преамбуле на основе измерения интегральной мощности в преамбуле пакета.

Подстройка по мощности также необходима на всех ONT. Она выполняется аналогичным путем, но только один раз прежде чем синхронизировать приемник на для работы с синхронным TDM потоком от OLT. Затем непрерывно подсчитывается интегральная мощность на ONT, и делается плавная подстройка порога дискриминации фотоприемника.

Синхронизация или ранжирование по фазе (phase ranging) необходима как для прямого, так и для обратного потока.

Абонентские узлы ONT синхронизируются вначале своей инициализации и затем все время поддерживают синхронизацию, подстраиваясь под непрерывный TDM трафика от OLT, и осуществляя, как принято называть, синхронный прием данных.

Напротив центральный узел OLT синхронизируется каждый раз по преамбуле вновь приходящего пакета ATM. Знания вычисленной на этапе ранжирования по расстоянию временной задержки со стороны ONT, отправившего этот пакет, здесь не достаточно – требуется

большая точность. Метод приема данных с синхронизацией по преамбуле принято называть асинхронным. Синхронизация по преамбуле аналогична решению в технологии десятимегабитного Ethernet с размером преамбулы 64 бита (8 байт). Однако сохранить такого же размера преамбулы для относительно небольшого пакета ATM (в обратном потоке) означало бы кране неэффективное использование полосы. Для технологии APON была разработана новая методика синхронизации, основанная на методе CPA (clock phase alignment), позволяющая провести необходимую синхронизацию по получению всего трех бит! Больший размер преамбулы пакета ATM в обратном потоке был выбран постольку, поскольку преамбула также несет функцию обеспечения процедуры ранжирования по мощности.

GPON. В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN Standards Committee) IEEE создает специальную комиссию под названием EFM (Ethernet in the First Mile – Ethernet на первой миле) 802.3ah, реализуя тем самым пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the First Mile Alliance), который создается в декабре 2001 г. В дальнейшем альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Если EFM больше концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA преимущественно изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы - достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования и разработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.

В 2003 г. Консорциумом FSAN, продолжающим работы по стандартизации высокоскоростных (свыше 1 Гбит/с) сетей PON, было предложено новое решение для построения оптических сетей доступа – GPON (Gigabit PON). Данная технология, обладающая очень высокой производительностью, уже стандартизована МСЭ и предназначена для реализации мультисервисных услуг, причем не только на базе протокола IP, но и на основе TDM.

Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 был принят в октябре 2003 года. Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи приложений GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/с и допускает передачу как с одинаковой скоростью передачи прямого и обратного потока в дереве PON, так и с разной. GPON базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (Generic

Framing Protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса, в том числе TDM.

Если в SDH реализуется только статическое деление полосы, то протокол GFP, сохраняя структуру кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.

К преимуществам GPON относится:

–возможность работы на разных скоростях с одним передатчиком;

–более высокая скорость передачи по сравнению с GEPON;

–возможность работы в асимметричном режиме;

–использование в ONU дешевых лазеров;

–шифрование всей полезной нагрузки;

–поддержка стандартного TDM трафика;

–использование стандартной сервис-уровневой системы управления ONU со стороны OLT.

Недостатком GPON являются:

–сложная сервис-уровневая система управления и инкапсуляции

Ethernet;

–более дорогие решения, чем в GEPON, при сопоставимых скоростях;

–высокая стоимость оптического оборудования на 2,5 Гбит/с. GEPON. В середине 1990-х гг. о стандарте Ethernet, как о техноло-

гии пассивных оптических сетей не могло быть и речи. Главным препятствующим фактором был применяемый метод доступа CSMA/CD, который допускал непредсказуемые задержки, из-за которых передача трафика реального времени (ТВ и телефония) оказывалась невозможной.

Однако с того времени Ethernet претерпел большие изменения. Во-первых, появилось несколько новых стандартов скоростей, достигнут рубеж 10 Гбит/с. Во-вторых, появился стандарт Full Duplex Ethernet, позволивший забыть о коллизиях и непредсказуемых задержках. В-третьих, новые возможности в организации мультисервисных услуг дали такие стандарты и протоколы, как IEEE 802.1Q, DiffServ, MPLS.

Стандарт EPON имеет много общего с технологией Gigabit Ethernet. Здесь также используется схема кодирования 8В/10В, номинальная битовая скорость составляет 1250 Мбит/с.

Кпреимуществам относятся:

–трансляция исходных пакетов Ethernet;

–простое недорогое управление на базе протокола SNMP;

–использование принципов коммутации Ethernet;

–полная совместимость с IP;

–поддержка TLS (Transparent LAN-Services), широковещания и множества услуг, включая IPTV;

464Глава 21. Широкополосные сети доступа следующего поколения

–динамическое управление полосой частот, т.е. механизма динамического перераспределения полосы пропускания в соответствии с запросами абонентов и наличием свободной полосы в дереве PON;

–повышение скорости передачи до 2,5 Гбит/c в обе стороны и предоставление более широкополосных услуг;

–обеспечение QoS с помощью механизмов IEEE 802.1p/TOS;

–возможность использования жестких механизмов приоритезации трафика с помощью восьми выделенных очередей для каждого типа трафика.

Кнедостаткам GEPON относятся:

–сложное взаимодействие с другими технологиями;

–нестандартное сервис-уровневое взаимодействие;

–нестандартная стыковка с трафиком TDM;

–нестандартное шифрование и защитное переключение.

Втабл. 21.1 приводится сравнительный анализ стандартов PON.

Увеличение скорости передачи информации. Для перехода к

скорости передачи до 10 Гбит/c при сохранении протокольной структуры в технологиях GPON и GEPON изменены характеристики физических интерфейсов для прямой (downstream) и обратной (upstream) передачи кадров с информационными и служебными данными.

Так скорость передачи от OLT к ONT в диапазоне волн 1575…1580 нм составляет 9,95328 Гбит/с при линейном кодировании NRZ. В направлении ONT-OLT в диапазоне волн 1260…1280 нм скорость передачи 2,48832 Гбит/с при линейном кодировании NRZ [5].

Для протяженных участков передачи (свыше 20км) в состав кадров передачи могут вводиться блоки данных кодирования FEC RS 248/242

и RS 248/216.

Особенностью построения оптических передатчиков является: прямая модуляция излучения лазера в ONT и внешняя модуляция излучения лазера в OLT. В качестве оптических приёмников излучения применяются лавинные фотодиоды и p-i-n фотодиоды.

Также необходимо отметить, что отдельной спецификации для волны телевизионного вещания не предусмотрено.

Преимущества, которые можно отметить для XG-PON, заключаются в увеличении числа пользователей, одновременно подключаемых к услугам, и увеличение скорости передачи данных различных услуг.

Решением проблем перехода в PON на скорости передачи 10Гбит/с занимаются такие организации, как IEEE и ITU-T, что получило отражение в ряде стандартов:

–G.987/2010 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems;

–G.987.1/2010 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems: General Requirements;

– G.987.3/2011 10-Gigabit-capable passive optical network (XG-PON) systems: TC Layer Specificationи т.д.

Перспективным направлением модернизации PON является применение спектрального мультиплексирования WDM-PON [3]. Данная технология (рис. 21.12) предоставляет пользователю выделенную полосу, изолирует физически сигналы абонентов, эффективно использует волокно. Кроме того, значительно (до 80 км) возрастает дальность связи при стандартном для TDMA PON бюджете в 28 дБ.

Рис. 21.12. Спектральное мультиплексирование WDM PON

21.5.Построение пассивных оптических сетей

сиспользованием оборудования компании ЭЛТЕКС

Российский производитель ЭЛТЕКС выпускает широкую линейку телекоммуникационного оборудования для создания пассивных оптических сетей с использованием технологий GPON и Turbo GEPON. Для организации сетей доступа GPON можно использовать одну из модификаций OLT – станционное оборудование LTP-8X. Применение LTP-8X позволяет оператору строить масштабируемые, отказоустойчивые сети «последней мили», обеспечивающие высокие требования к безопасности, как в городских условиях, так и в сельских районах. Оборудование осуществляет управление абонентскими устройствами, коммутацию трафика и соединение с транспортной сетью. В OLT LTP-8X выход в транспортную сеть оператора реализуется посредством 10 Gigabit и комбинированных Gigabit uplink интерфейсов:

–2 порта 10G SFP+;

–4 комбинированных порта;

–10/100/1000 Base-T;

–10/100/1000 Base-X SFP;

–4 порта 10/100/1000Base-T.

Интерфейсы GPON служат для подключения оптической распределительной сети (PON). К каждому интерфейсу можно подключить до 64 абонентских оптических терминалов по одному волокну. Дина-

мическое распределение полосы DBA (Dynamic Bandwidth Allocation)

позволяет предоставлять полосу пропускания в сторону пользователя

до 2,5 Гбит/с. Реализуемые в LTP-8X технологии соответствуют следующим стандартам:

–IEEE 802.3 10BASE-T Ethernet;

–IEEE 802.3U 100BASE-T Fast Ethernet;

–IEEE 802.3AB 1000BASE-T Gigabit Ethernet;

–IEEE 802.3Z Fiber Gigabit Ethernet;

–ANSI/IEEE 802.3 автоопределение скорости;

–IEEE 802.3X контроль потоков данных;

–IEEE 802.3AD объединение каналов LACP;

–IEEE 802.1P приоритезация трафика;

–IEEE 802.1Q виртуальные локальные сети VLAN;

–IEEE 802.1AD Provider Bridges (QinQ);

–IEEE 802.1V;

–IEEE 802.3AC;

–IEEE 802.1D связующее дерево STP;

–IEEE 802.1W быстрое связующее дерево RSTP;

–IEEE 802.1S множество связующих деревьев MSTP;

–IEEE 802.1X аутентификация пользователей;

–ITU-T G.984x.

Типовая схема применения оборудования LTP-8X показана на рис. 21.13.

Линейка абонентских терминалов ONT обеспечивают предоставление пользователям комплекса услуг, в том числе:

–высокоскоростной доступ в интернет;

–потоковое видео / High Definition TV;

–IP TV;

–IP-телефония;

–видео по запросу (VoD);

–видеоконференции.

Кроме этого, пользователям предоставляются возможности для работы в локальной сети.

ONT поддерживают ряд традиционных интерфейсов, таких как

Ethernet 10/100/1000 Base – T(RJ-45), Wi-Fi, FXS, USB.

Абонентское оборудование соответствует следующим базовым стандартам:

–IEEE 802.1d;

–IEEE 802.1w;

–IEEE 802.1Q;

–IEEE 802.1p;

–IEEE 802.11;

–ITU-T G.984.x;

–и т.д.

Рис. 21.13. Схема применения LTP-8X

ONT может быть использовано для подключения к услугам широкополосного доступа абонентов в многоквартирных домах, жилых комплексах и коттеджных поселках, студенческих городках, построения корпоративных сетей на крупных предприятиях, в бизнес-центрах с повышенными требованиями к безопасности и скорости передачи информации.

На рис. 21.14 показан пример использования на сети PON оборудования ONT серии RG.

Абонентские устройства обеспечивают проводное подключение до 4 компьютеров или телевизионных приставок с использованием встроенного гигабайтного маршрутизатора на 4 порта 10/100/1000 Base-T. Два порта FXS позволяют подключить аналоговые телефон-

Рис. 21.14. Схема применения абонентских терминалов ONT

ные аппараты и пользоваться услугами IP-телефонии. Устройства с встроенным триплексером имеют RF-выход, к которому подключается телевизор для просмотра аналогового или цифрового кабельного телевидения (при условии предоставления услуги оператором). Порт USB может использоваться для подключения USB-устройств (Flashкарта, внешний HDD) или для подключения принтера. Встроенные приемопередатчики Wi-Fi (802.11n) позволяют подключать беспроводные устройства на скорости до 300Мбит/c.

Контрольные вопросы

1.Какие требования предъявляются к пропускной способности Internet?

2.Охарактеризуйте возможные способы построения сетей доступа с использованием ВОЛС.

3.Как расшифровывается аббревиатура FTTX?

4.Чем вызвана необходимость использования медных линий для подключения абонентов?

5.Перечислите варианты типовых решений по гибридному доступу «оптическое волокно – медь».

6.Каково назначение устройств ONT и OLT?

7.Как организуется передача трафика в направлении от OLT к ONT?

8.Как организуется передача трафика в обратном направлении?

9.Перечислите основные особенности технологии GPON.

10.Каковы основные особенности технологии GEPON?

11.Перечислите достоинства и недостатки сетей PON в сравнении с другими технологиями доступа.

12.Дайте характеристику существующих стандартов PON.

Список литературы

1.Нетес В.А. Что же такое широкополосный доступ? // Первая миля – науч- но-технический журнал. 2011. № 3.

2.Петренко И.И., Убайдулаев Р.Р. Все о пассивных оптических сетях (PON) // Сетевые решения A-Z. www.nestor.minsk.by/sr/.

3.Салтыков А.Р. Будущее оптических сетей доступа. // Фотон-экспресс. 2011. № 4.

4.Соколов Н.А. Семь аспектов развития сетей доступа // Технология и средства связи. 2005. № 3

5.Фокин В.Г. Архитектура и сети доступа. Учебное пособие. – Новосибирск, СибГУТИ, 2004.

6.Парфенов Ю.А., Мирошников Д.Г. Последняя миля на медных кабелях. – М.: Эко-Трендз, 2001.