Читайте также:
|
1.1 Постановка задачи
Для того, чтобы выбрать технологию, нужно исходить из определённых требований.
В первую очередь этим требованием является стоимость услуги и полоса пропускания канала, предоставляемого абоненту.
 |
Рисунок 2 – Требуемые скорости для типичных приложений
Исходя из рисунка 2 – видно, что с учётом развития и перспективой введения новых сервисов потребуются скорости не ниже 100 Мбит на исходящий канал и не ниже 250 на входящий, а желательно выше 100 Мбит на исходящий канал и 1 Гбит на входящий.
Проведём небольшой сравнительный анализ технологий:
- xDSL – несимметричная технология передачи по медным линиям, до 52 Мбит/с прямой канал и до 6 Мбит/с обратный канал. Мах дальность 5,4 км;
- Ethernet – симметричная, до 10 Гбит/с. По медному кабелю (до 100м) и оптоволоконному одномодовому (до 2км) и многомодовому (до 500м) кабелю;
- PON – симметричная и несимметричная, до 2,5 Гбит/с. По оптическому одномодовому кабелю (до 20 км);
- кабельные модемы – несимметричная. По коаксиальному абонентскому ТВ кабелю. Теоретически до 400/100 Мбит/с. На практике 30 Мбит/с.
Также к вопросу постановки задачи стоит отнести так называемую проблему «последней мили», предоставление как можно большей полосы пропускания индивидуальным и корпоративным абонентам при минимальных затратах.
1.2 Технология FTTx
Одна из них - FTTx (Fiber To The... — «волокно до …») - технология организации сетей доступа с доведением оптического волокна до определенной точки. Несмотря на то, что FTTx - технология не новая, однако широкое распространение она получает именно сейчас.
В семейство FTTx входят различные виды архитектур;
- FTTN (Fiber to the Node) — волокно до сетевого узла;
- FTTC (Fiber to the Curb) — волокно до микрорайона, квартала или группы домов;
- FTTB (Fiber to the Building) — волокно до здания;
- FTTH (Fiber to the Home) — волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).
 |
Они отличаются главным образом тем, насколько близко к пользовательскому терминалу подходит оптический кабель.
Исторически первыми появились решения FTTN и FTTC.
На сегодняшний день FTTN используется в основном как бюджетное и быстро внедряемое решение там, где существует распределительная «медная» инфраструктура и прокладка оптоволокна нерентабельна. Всем известны связанные с этим решением трудности: невысокое качество предоставляемых услуг, обусловленное специфическими проблемами лежащих в канализации медных кабелей, существенное ограничение по скорости и количеству подключений в одном кабеле.
FTTC — это улучшенный вариант FTTN, лишённый части присущих последнему недостатков. В случае с FTTC в основном используются медные кабели, проложенные внутри зданий, которые, как правило, не подвержены проблемам, связанным с попаданием воды в телефонную канализацию, с большой протяженностью линии и качеством используемых медных жил, что позволяет добиться более высокой скорости передачи на медном участке.
FTTC в первую очередь предназначена для операторов, уже использующих технологии xDSL или PON, и операторов кабельного телевидения: реализация этой архитектуры позволит им с меньшими затратами увеличить и число обслуживаемых пользователей, и выделяемую каждому из них полосу пропускания. В России этот тип подключения часто применяется небольшими операторами Ethernet-сетей. Связано это с более низкой стоимостью медных решений и с тем, что монтаж оптического кабеля требует высокой квалификации исполнителя.
Очевидно, что запланированный набор услуг и необходимая для их предоставления полоса пропускания имеют самое непосредственное влияние на выбор технологии FTTx. Чем выше скорость доступа и чем больше набор услуг, тем ближе к терминалу должна подходить оптика, а именно нужно использовать технологии FTTH. Если же приоритетом является сохранение имеющейся инфраструктуры и оборудования, наилучшим выбором будет FTTB[3].
Архитектура FTTB получила наибольшее распространение, так как при строительстве сетей FTTx на базе Ethernet (ЕТТх) часто это единственная технически возможная схема. Кроме этого, в структуре затрат на создание сети ЕТТх разница между вариантами FTTC и FTTB относительно небольшая, при этом операционные расходы при эксплуатации сети FTTB ниже, а пропускная способность выше. Архитектура FTTB доминирует во вновь возводимых домах и у крупных операторов связи, тогда как FTTH будет востребована только в новом малоэтажном строительстве. В первую очередь это связано с существенно более высокой стоимостью ее реализации по сравнению со стоимостью сети FTTC/FTTB, отсутствием преимуществ в полосе пропускания для пользователя.
В варианте архитектуры FTTH оптика подходит наиболее близко к абоненту (медь используется только на последних метрах), поэтому и возможности для расширения полосы пропускания максимальны. Безусловно, архитектура FTTH наиболее перспективна, однако инвестиции в такие сети довольно велики.
Существует два типа организации FTTH сетей: на базе Ethernet и на базе PON.
В решении Ethernet FTTH для коммутации линий подразумевается использование коммутаторов с оптическими портами или оптическими трансиверами. Коммутаторы объединяются либо в «кольцо» Ethernet (GE или 10GE), либо по топологии «звезда» и располагаются на цокольном или чердачном этаже (в зависимости от способа заведения магистрального волокна в дом). К портам коммутатора подключаются устройства конечных пользователей. Такой подход обеспечивает высокий уровень надежности за счет возможности резервирования оптических каналов, и обеспечивает преемственность с существующей «медной» инфраструктурой. К недостаткам Ethernet FTTH можно отнести узкую полосу пропускания и недостаточные возможности масштабирования.
На территории абонента (в квартире или коттедже) используются устройства CPE (Customer Premise Equipment).
При использовании решения на базе PON - пассивной оптической сети - для развертывания сети FTTH оптоволоконная линия распределяется по абонентам с помощью пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) с коэффициентом деления от 1:2 до 1:128. Это наиболее перспективный вариант.
1.3 Технология PON, преимущества и недостатки
PON (аббревиатура от англ. Passive optical network, пассивная оптическая сеть) — это семейство быстро развивающихся, наиболее перспективных технологий широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну.
Суть технологии PON заключается в том, что между приемопередающим модулем центрального узла OLT (optical line terminal) и удаленными абонентскими узлами ONT (optical network terminal) создается полностью пассивная оптическая сеть, имеющая топологию дерева. В промежуточных узлах дерева размещаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры) – компактные устройства, не требующие питания и обслуживания. Один приемопередающий модуль OLT позволяет передавать информацию множеству абонентских устройств ONT. Число ONT, подключенных к одному OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры.
Преимущества PON:
- PON допускает работу при расстоянии вплоть до 20 км;
- отсутствие промежуточных активных узлов;
- экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле;
- экономия волокон;
- будучи оптически прозрачными по всей длине, PON позволяет легко переходить на большую скорость обмена или применение дополнительных длин волн;
- легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).
К недостатку можно отнести возросшую сложность технологии PON и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.
Полная схема организации PON – приложение А.
1.4 Классификация пассивных оптических сетей.
Существующие PON сети бывают следующих видов – APON(BPON), EPON(GEPON), G-PON(10G-PON).
В середине 90-х годов общепринятой была точка зрения, что только протокол ATM способен гарантировать приемлемое качество услуг связи QoS между конечными абонентами. Поэтому FSAN (консорциум из крупнейших операторов связи и поставщиков PON оборудования), желая обеспечить транспорт мультисервисных услуг через сеть PON, выбрал за основу технологию ATM. В результате, в октябре 1998 года появился первый стандарт ITU-T G.983.1, базирующийся на транспорте ячеек ATM в дереве PON и получивший название APON (ATM PON). Далее в течение нескольких лет появляется множество новых поправок и рекомендаций в серии G.983.x (x=1–7), скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, закрепляющая понятие BPON (broadband PON) и добавляющая новые функции в стандарт PON:
- передача разнообразных приложений (голоса, видео, данные) – это фактически позволило производителям добавлять соответствующие интерфейсы на OLT для подключения к магистральной сети и на ONT для подключения к абонентам;
- расширение спектрального диапазона – открывает возможность для дополнительных услуг на других длинах волн в условиях одного и того же дерева PON, например широковещательное телевидение на третьей длине волны (triple play).
За расширенным таким образом стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).
APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONT и рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг.
Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефонию (FXS).
Из-за широковещательной природы прямого потока в дереве PON и потенциально существующей возможности несанкционированного доступа к данным со стороны ONT, которому эти данные не адресованы в APON предусмотрена возможность данных в прямом потоке с использованием техники шифрования с открытыми ключами. Необходимости в шифровании обратного потока нет, поскольку OLT находится на территории оператора.
Таблица 1 – Основные сведения стандарта PON G.983.1
| Характеристика | Спецификация |
| Длина волны для нисходящего потока (потока к абонентам) | базовая 1550 нм, наращивание в DWDM 15xx нм, C-band |
| Длина волны для восходящего потока | базовая 1310 нм, наращивание в DWDM 15xx нм, C-band |
| Суммарная скорость передачи для нисходящего потока | 155 Мбит/c; 622 Мбит/c |
| Суммарная скорость передачи для восходящего потока | 155 Мбит/c; 622 Мбит/c |
| Бюджет оптической линии учитывается при определении величины максимального расщепления сигнала на сплиттере и максимального расстояния, дБ | Класс A: 5-20 Класс B: 10-25 Класс C: 15-30 |
| Максимальный разброс потерь по оптическим путям, дБ | |
| Поддерживаемые типы волокон и требования к линии связи | ITU G.652 стандартное одномодовое волокно с длиной волны нулевой дисперсии в окрестности 1310 нм |
| Продолжение таблицы 1 | |
| Максимальное число абонентских узлов (ONT), которые можно подключить на одно волокно, идущее из центрального узла (OLT) | |
| Максимальное расстояние OLT-ONT | 20 км |
| Тип оптических соединителей PON | SC-PC или FC-PC с коэффициентом обратного отражения –35 дБ и лучше |
| Требования к оптическим компонентам (разветвители, соединители, де/мультиплексоры WDM) | Согласно рекомендации G.671 |
В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием “Ethernet первую милю” EFM (Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализовав 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. Фактически 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 выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.
Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три разновидности решения для сети доступа:
- EFMC (EFM copper) – решение “точка-точка” с использованием витых медных пар. Из двух альтернатив, между которыми развернулась основная борьба – (G.SHDSL и ADSL+) выбор был сделан в пользу G.SHDSL;
- EFMF (EFM fiber) – решение, основанное на соединении “точка-точка” по волокну. Здесь предстоит стандартизировать различные варианты: “дуплекс по одному волокну, на одинаковых длинах волн”, “дуплекс по одному волокну, на разных длинах волн”, “дуплекс по паре волокон”, новые варианты оптических приемопередатчиков;
- EFMP (EFM PON) – решение, основанное на соединении “точка-многоточка” по волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.
Аргументы в пользу технологии EPON подкрепляются ориентацией сети Internet исключительно на протокол IP и стандарты Ethernet.
На сегодняшний день разработка стандарта 802.3ah уже завершена. В 2004 он вышел как дополнение к основному стандарту 802.3, в состав которого он вошёл уже в 2005г.
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 разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в октябре 2003 года.
GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, и допускает системы 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. Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON.
Если в SDH деление полосы происходит статично, то GFP (generic framing protocol), сохраняя структура кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.
GEPON – Gigabit Ethernet PON – является одной из разновидностей технологии пассивных оптических сетей PON и одним из самых современных вариантов строительства сетей связи, обеспечивающим высокую скорость передачи информации (до 1,2 Гбит/с). Основное преимущество технологии GEPON заключается в том, что она позволяет оптимально использовать волоконно-оптический ресурс кабеля. Например, для подключения 64 абонентов в радиусе 20 км достаточно задействовать всего один волоконно-оптический сегмент. По сути эта технология является усовершенствованным вариантом EPON.
Преимущества GEPON:
- Использование стандартных механизмов 802.3ah, что позволит в перспективе значительно снизить стоимость оборудования;
- Повышение скорости передачи до 1 Гбит/c в обе стороны и предоставление более широкополосных услуг;
- Обеспечение QoS с помощью механизмов 802.1p/TOS. Возможно использование жестких механизмов приоритезации трафика с помощью восьми выделенных очередей для каждого типа трафика. Данные механизмы позволяют предоставлять такие услуги как VoIP или VoD с гарантией качества;
- Возможность подключения 64 абонентских устройств на ветку PON и эффективное использование оптического волокна;
- Полная поддержка DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) — механизма динамического перераспределения полосы пропускания в соответствии с запросами абонентов и наличием свободной полосы в дереве PON. Так абоненты, которым предоставлена гарантированная полоса пропускания для передачи данных, например, 1Гб/с могут получить реальную скорость до 1Гб/с, если полоса дерева PON остается частично неиспользованной (аналогично UBR трафику в ATM);
- Поддержка передачи потокового видео (IGMP Snooping);
- Простота установки и обслуживания.
Рассмотрев технологии, а также учитывая, что в РБ сетью передачи данных является Metro-Ethernet, то для построения сети будем использовать GEPON, что позволит избежать закупок дополнительно оборудования и более простой ввод в эксплуатацию.
Также сети PON делятся по типу уплотнения.
Как TDM-PON(PON с временным уплотнением), так и WDM-PON(PON с уплотнением по длине волны) полностью пассивны на участке между OLT и ONU на абонентской стороне.
TDM-PON использует сплиттер мощности как удалённый терминал. Один и тот же сигнал от OLT транслируется к разным ONU посредством сплиттера мощности в удалённой точке. Там же мультиплексируется сигнал от различных ONU. Каждый ONU узнаёт собственную информацию по адресной метке включённой в сигнал. Большинство коммерческих PON сетей попадает в эту категорию (включая BPON, G-PON, и EPON).
WDM-PON использует пассивный блок сопряжения WDM в качестве удалённого терминала. Сигналы от разных ONU несутся различными длинами волн и маршрутизируются пассивным блоком сопряжения WDM к соответствующим ONU. Так как каждый ONU получает только свою длину волны, то WDM-PON имеет лучший уровень безопасности и лучшую масштабируемость. Однако WDM устройства имеют существенно большую стоимость, что делает WDM-PON экономически менее привлекательным в данный момент.
На рисунке 4 рассмотрена архитектура TDM-PON и WDM-PON.
 |
1.5 Протокол APON MAC
Взаимодействие абонентского узла с центральным начинается с установления соединения. После чего происходит передача данных. Все это выполняется в соответствии с протоколом APON MAC. В процессе установления соединения запускается процедура ранжирования (ranging), которая включает в себя: ранжирование по расстоянию, ранжирование по мощности и синхронизацию.
Протокол MAC для систем доступа APON решает три задачи:
- исключение коллизий между передачами в обратном потоке;
- четкое, эффективное, динамическое деление полосы обратного потока;
- поддержание наилучшего согласования для транспорта приложений, инициированных конечными пользователями.
Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 386 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Это был Ангел | | | Ранжирование по расстоянию |