1.80M
Category: internetinternet

Пассивные оптические сети

1.

Теоретический
материал
Пассивные
оптические
сети
Содержание

2.

Содержание:
1 Технология пассивных оптических сетей
2 Классификация пассивных оптических сетей
3 Оборудование пассивных оптических сетей

3.

1 История развития
2 Предназначение PON
3 Топология и архитектура PON
4 Преимущества и недостатки PON
Содержание

4.

1 История развития
Первые работы по технологии PON начались в 1982 г.в
лабораториях British Telecom, однако лишь в 1987 г. были
проведены ее пробные испытания в Великобритании. В 1993 г.
компания Deutsche Telecom впервые осуществила массовое
развертывание архитектуры PON в Германии, а через два года
несколько
производителей
учредили
консорциум
по
стандартизации сети доступа с полным набором услуг (FullServices Access-Network Group, FSAN).
В него вошли ведущие мировые операторы связи и
провайдеры (более двух десятков компаний), а также
разработчики. Консорциум FSAN поставил перед собой задачу
стандартизации PON.

Содержание

5.

Знаменательным для пассивных оптических сетей стал
1998 г. Международный союз электросвязи (ITU-T) принял
предложенную FSAN спецификацию ATM PON (APON) в виде
рекомендаций G.983.x, утвердив вскоре и спецификацию
Broadband PON (BPON). Тогда же компания NTT приступила к
развертыванию сетей PON в Японии, а через год в США
BellSouth завершила тестирование архитектуры PON в 400
домах Атланты. С этого момента PON вступает в более зрелую
фазу - процесс ее совершенствования и работа над
стандартами значительно активизируются.

Содержание

6.

Технология APON (G.983) предусматривает передачу в
сети PON ячеек ATM со скоростью 155 Мбит/с в каждом
направлении. В BPON скорость передачи увеличена до 622
Мбит/с, а пропускную способность стало возможным
перестраивать динамически. Кроме того, BPON позволяет
реализовать различные широкополосные службы поверх ATM,
включая доступ по Ethernet и доставку видео.
Тем временем технология Ethernet выросла до уровня,
когда ее стало возможно применять в операторских сетях. При
аналогичном качестве сервиса она обеспечивает реализацию
различных видов услуг, свойственных АТМ. Возникла идея
создания протокола PON для передачи в дереве PON не ячеек
ATM, а кадров Ethernet.

Содержание

7.

Образованный в 2001 г. альянс EFMA (Ethernet in the
First Mile Alliance) начал работу над спецификацией Ethernet
PON (EPON) на основе протокола управления множеством
узлов (Multi Point Control Protocol, MPCP).
Принятие стандарта EPON рабочей группой IEEE
802.3ah (Ethernet in the First Mile Task Force) по предложениям
EFMA состоялось в квартале 2003 г.

Содержание

8.

Одновременно
совершенствуется
еще
одна
разновидность PON - Gigabit PON (GPON), оформленная как
рекомендацииG.984.x.
Наряду с увеличенной пропускной способностью,
GPON предполагает более эффективную обработку пакетов IP
и кадров Ethernet. В уже принятых рекомендациях ITU-TG.984.1
и G.984.2 описываются общие характеристики гигабитных
систем PON(Gigabit Service Requirement и Gigabit Physical
Media) - архитектура, оптические параметры сети, задержки
сигнала, обеспечение безопасности, скорости передачи и
поддерживаемые расстояния.
Стандарт предусматривает номинальную скорость
передачи 622 Мбит/c или 1,25 и 2,5 Гбит/с, причем допускаются
симметричные и асимметричные системы при дальности
20км. Особенностью GPON является поддержка трафика
различного типа (TDM, SDH, Ethernet, ATM), а также развитые
механизмы управления и защита на уровне протоколов.

Начало главы
Содержание

9.

2 Предназначение PON
В
настоящее
время
узкополосные
телекоммуникационные сети доступа характеризуются такими
свойствами как – низкая скорость передачи, длительное время
установления
соединения,
неравномерный
трафик
с
задержками, что в совокупности можно назвать ненадежным
качеством услуг.
“Последняя миля” – пространство сети доступа между
центральным офисом и абонентской стороной. Именно
“последняя миля” остается узким местом, ограничивающим
предоставление
широкополосных
услуг,
затраты
на,
обустройство “последних миль” значительно выше затрат на
построение магистральных сетей.
Обновлять“последние
мили” значительно сложней, чем обновлять магистральную
сеть.

Содержание

10.

Требования к услугам в пределах одной сети доступа
могут сильно меняться от абонента к абоненту(кто-то желает
установить дополнительную телефонную емкость, кто-то
получить доступ в Интернет по каналу Fast Ethernet, а кто-то
будет удовлетворен низкоскоростным каналом в 56 Кбит/с) и
большинство
абонентов
не
готово
платить
за
широкополосные услуги.
Идеальный вариант- когда все абоненты в пределах
одной сети доступа готовы оплачивать широкополосные
услуги подключения к сети Интернет, весьма привлекателен
оператору услуг связи.
Однако такой вариант относительно редко реализуется
на практике, так как в одном здании проживают люди с
разными интересами и запросами.

Содержание

11.

Поиск рентабельного решения для наиболее часто
встречающегося в жизни случая – случае абонентов с
разнообразными
потребностями
(мультисервисная
сеть),абонентов, число которых растет во времени, абонентов,
которые появляются в произвольных точках “последней
мили” и впоследствии могут в сотни раз превысить текущие
потребности – был основной причиной образованию
консорциума FSAN (Full Service Access Network consortium).
Консорциум
объединил
крупнейших
мировых
операторов услуг связи и производителей сетевого
оборудования.

Содержание

12.

PON – это современная технология широкополосного
мультисервисного множественного доступа по оптическому
волокну древовидной структуры.
Спецификации стандарта G.983.x по технологии PON,
базирующейся на транспорте ячеек ATM – APON,
разрабатываются консорциумом FSAN. Таким образом
стандарт PON G.983 охватывает не только пассивную
составляющую
сети,
но
и
активные
устройства,
регламентирует
протоколы
взаимодействия
между
центральным узлом OLT(оптический линейный терминал) и
абонентскими узлами ONT(оптический сетевой терминал),
параметры
оптических
приемо-передающих
интерфейсов(мощности сигналов, длины волн) для OLT и ONT,
определяет допустимые топологии и протяженность сети PON.

Содержание

13.

Основные требования стандарта PON G.983
Спецификация PON 622 Мбит/с
Суммарная
Базовая
скорость
длина
волны
передачи
Максимальная
протяженность
Поддерживаемые
типы
длядля
восходящего
нисходящего
потока
PON
волокон
и требования
к
потока
(потока
к абонентам)
линиям связи
Стандартное
одномодовое
волокно
20 км
622,080
Мбит/c
1550
нм
с длиной волны нулевой
дисперсии в окрестности
1310 нм
Базовая длина волны
Затухание
оптического
канала
для
восходящего
потока
Минимальное
значение
(учитывается
при
полных
потерь на обратное
определении
величины
отражение
максимального
расщепления
Суммарная
скорость
передачи
сигнала
на сплиттере
и
для
нисходящего
потока
максимального расстояния)
20 дБ
Max 23 дБ
622,080 Мбит/c

Содержание
1310 нм

14.

В соответствии со стандартом G.983.1 один волоконнооптический сегмент сети PON может охватить до 32
абонентских узлов в радиусе до 20 км.
Каждый абонентский узел рассчитан на обычный
жилой дом или офисное здание и в свою очередь может
охватывать сотни абонентов. Центральный узел может иметь
сетевые интерфейсы ATM,SDH (STM-1), Gigabit Ethernet для
подключения к магистральным сетям.
Для
передачи
прямого
и
обратного
потока
используется одно оптическое волокно, полоса пропускания
которого динамически распределяется между абонентами, или
два волокна в случае резервирования.
Нисходящий поток от центрального узла к абонентам
идет на длине волны 1550 нм и имеет скорость 622 Мбит/с (в
сумме для всех абонентов)-рисунок 1.2.1.

Содержание

15.

OLT
ONT
Исходящий поток
ОптическийОптический
линейный сетевой
15хх нм
терминал [ONT]
терминал [OLT]
Приемник
Входящий поток
1310 нм
15хх нм
Лазер
Лазер
Пассивный
оптический
разветвитель
1xN
Лазер
1310 нм
Приемник
Оптический сетевой
терминал [ONT]
Входящий поток
1310 нм
Приемник
Рисунок 1.2.1- Основные элементы архитектуры PON

Содержание

16.

Восходящие потоки от абонентов идут на длине волны
1310 нм с использованием протокола множественного доступа
с временным разделением (TDMA) и также имеют суммарную
скорость 622 Мбит/с.
В итоге можно сделать следующие выводы:
1 В силу роста скорости передачи оптическое волокно
становится лучшей средой не только для построения
магистральных сетей, но и сетей доступа небольшого
диаметра.
2 Пассивные узлы ветвления позволяют значительно
повысить
надежность
сети,
устраняя промежуточные
активные
элементы между центральным офисом и
абонентским узлом.

Содержание

17.

3 При самой совершенной концепции FTTH (волокно до
квартиры) каждый абонент становится терминальным.
4 В силу гигантской пропускной способности волокна
оптимальное решение достигается, когда одно волокно,
идущее из центрального узла или иначе точки присутствия
POP
(Point-Of-Presence)
разветвляется
на
множество
абонентов.
С технической точки зрения, наилучшим образом
удовлетворяют этим требования решения на основе
технологий PON.

Содержание

18.

Основные черты технологии PON :
• Эффективно используется полоса пропускания оптического
волокна;
• Сеть строится с пассивным ветвлением волокна;
• PON – мультисервисная сеть;
• Динамическое распределение полосы пропускания;
• Возможность резервирования как всех, так и отдельных
абонентов;
• Возможность
подключения
к
дереву
организации
предоставляющей интернет через сеть PON услуги в
магистральную сеть, превращая концепцию “последней мили”
в концепцию “первой мили”.

Начало главы
Содержание

19.

3 Топология и архитектура PON
Топология PON
Существуют четыре основные топологии построения
оптических сетей доступа:
•"кольцо",
•"точка-точка",
• "дерево с активными узлами",
•"дерево с пассивными узлами".

Содержание

20.

Типовая технология – микро SDH.
"Кольцо”
Абонентский
Преимущества : Идеальное решение по количеству
волокон,
узел
Встроенное резервирование.
Недостатки : Сложность наращивания сети.
Центральный
узел
Абонентский
узел
Абонентский
узел
Рисунок 1.3.1 - Топология “кольцо”

Содержание

21.

Кольцевая топология (Рисунок1.3.1) на основе SDH
положительно
зарекомендовала
себя
в
городских
телекоммуникационных сетях.
В сетях доступа при случайном территориальном и
временном подключении пользователей кольцевая топология
может превратится в сильно изломанное кольцо со
множеством ответвлений, подключение новых абонентов
осуществляется
путем
разрыва
кольца
и
вставки
дополнительных сегментов. На практике часто такие петли
совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению
колец, похожих больше на ломаную – “сжатых” колец
(collapsed rings), что значительно снижает надежность сети.
Таким образом фактически главное преимущество кольцевой
топологии сводится к минимуму.

Содержание

22.

"Точка-точка"
(P2P)
Подходит
любая сетевая
технология.
Преимущества : Простота в процессе работы сети.
Абонентский
Недостатки :Требуется много волокон,
узел
Требуется много оптических передатчиков.
Центральный
узел
Абонентский
узел
Абонентский
узел
Рисунок 1.3.2 – Топология “точка-точка”

Содержание

23.

Топология P2P — точка-точка (Рисунок 1.3.2) не
накладывает
ограничения
на
используемую
сетевую
технологию. P2P может быть реализована как для любого
сетевого стандарта, так и для нестандартных решений,
например, использующих оптические модемы.
С точки зрения безопасности и защиты передаваемой
информации,
при
соединении
P2P
обеспечивается
максимальная защищенность абонентских узлов.
Так как оптический кабель нужно прокладывать
индивидуально до абонента, этот подход является наиболее
дорогим и привлекателен в основном для крупных абонентов.

Содержание

24.

Типовая технология – Ethernet 10/100/1000.
Преимущества
в процессе
работы сети.
"Дерево: Простота
с активными
узлами”
Абонентский
Недостатки : Требуется активное оборудование
узел
на Абонентский
промежуточных узлах.
узел
Центральный
узел
Абонентский
узел
Рисунок 1.3.3 – Топология “дерево с активными узлами”

Содержание

25.

Дерево с активными узлами – это экономичное с точки
зрения использования волокна решение(Рисунок 1.3.3). Это
решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с
иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам
1000/100/10 Мбит/с.
Однако в каждом узле дерева обязательно должно
находиться активное устройство (применительно к IP-сетям,
коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа
Ethernet, преимущественно использующие данную топологию,
относительно недороги.
К основному недостатку следует отнести наличие на
промежуточных узлах активных устройств, требующих
индивидуального питания.

Содержание

26.

"Дерево сТиповая
пассивным
оптическим
технология
– PON.
Абонентский
Преимущества
: ОптимальноеPON
число
волокон,
разветвлением
(P2MP)”
узел
Оптимальное число оптических передатчиков
Недостатки : Функционирование
сети среднее по сложности.
Абонентский
Центральный
узел
узел
Абонентский
Разветвитель
узел
(сплиттер)
Рисунок 1.3.4 – Топология “дерево с пассивным оптическим
разветвлением”

Содержание

27.

Решения на основе архитектуры PON (Рисунок 1.3.4)
используют логическую топологию "точка-многоточие" P2MP
(point-to-multipoint), которая положена в основу технологии, к
одному порту центрального узла можно подключать целый
волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры,
охватывающий десятки абонентов.
При
этом
в
промежуточных
узлах
дерева
устанавливаются
компактные,
полностью
пассивные
оптические разветвители(сплиттеры), не требующие питания и
обслуживания.

Содержание

28.

PON
позволяет
экономить
на
кабельной
инфраструктуре,
за
счет
сокращения
суммарной
протяженности оптических волокон, так как на участке от
центрального узла до разветвителя используется всего одно
волокно.
Другой источник экономии – сокращение числа
оптических передатчиков и приемников в центральном узле.
Конфигурация PON с разветвителем в центральном
офисе в непосредственной близости к центральному узлу
оказывается экономичнее, чем сеть точка-точка, хотя
сокращение длины оптического волокна практически нет. Если
расстояния до абонентов не велики (например, Япония) с
учетом затрат на эксплуатацию оказывается, что PON с
разветвителем в центральном офисе экономичнее, чем PON с
разветвителем, приближенным к абонентским узлам.

Содержание

29.

Архитектура PON
Основная идея архитектуры PON – использование
всего одного приемопередающего модуля в OLT для передачи
информации множеству абонентских устройств ONT и приема
информации от них.
Число абонентских узлов, подключенных к одному
приемопередающему модулю OLT, может быть настолько
большим, насколько позволяет величина мощности и
максимальная скорость приемопередающей аппаратуры.

Содержание

30.

Для передачи потока информации от OLT к ONT –
прямого(нисходящего) потока используется длина волны 1550
нм.
Потоки данных от разных абонентских узлов в
центральный
узел,
совместно
образующие
обратный
(восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм.
В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM,
разделяющие исходящие и входящие потоки (Рисунок 1.3.5).

Содержание

31.

RX
RX
мультиплексор WDM
мультиплексор WDM
Обратный поток (λ=1310 нм)
Разветвитель
1310, 1550 нм1310/1550 нм
1310/1550
нм
Рисунок 1.3.5 – Принцип действия PON

Содержание
Абонентские интерфейсы
Интерфейсы подключения
к магистральным сетям
Прямой
поток (λ=1550
нм)
Абонентский
узел
[ONT]
Центральный узел
[OLT]
принимает поток данных от
Основные функции OLT разветвителя и преобразует
формирование
ONT
OLT
их формат, определяемый
нисходящего
(от офиса к
интерфейсом пользователя.
абонентам)
потока
данных
и
обработка
TX
TX
трафика от абонентов.

32.

Прямой (исходящий) поток на уровне оптических
сигналов, является широковещательным.
Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля,
выделяет из этого общего потока предназначенную только ему
часть информации.
A B C
A
ONT-B
B
ONT-C
C
A B C
OLT
Рисунок 1.3.6 - Исходящий поток

ONT-A
Содержание

33.

Все абонентские узлы ONT ведут передачу
ONT-A в A
обратном потоке на одной и той же длине волны, используя
концепцию
множественного
доступа
с
временным
разделением TDMA (time division multiple access).
Для
того,
чтобы
исключить
возможность
A B Cот разных ONT, для каждого
B
пересечения сигналов
из них
устанавливается
свое индивидуальное расписание
ONT-B по B
OLT
передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную
с удалением данного ONT от OLT.
ONT-C
Рисунок 1.3.7 – Обратный поток

Начало главы
Содержание
C

34.

4 Преимущества и недостатки PON
PON — пассивная сеть с топологией «точкамноготочие»,основанная на технологии ATM (APON, BPON) или
Ethernet (EPON, GPON).
Пассивность означает отсутствие в сети элементов,
усиливающих сигнал. Вместо требующих питания оптических
повторителей, как в традиционных оптических сетях, в сетях
PON используются недорогие оптические разветвители
(сплиттеры), которые можно устанавливать практически в
любом месте. Они применяются для каскадирования
(мощность в них не обязательно делится на равные части) и
создания древовидной структуры сети. Таким образом, PON
дает возможность гибко развести оптическое волокно между
десятками абонентов и подключать их модульно.

Содержание

35.

Активные устройства устанавливаются только у
провайдера и абонента. В сетях PON эти устройства
называются терминалом оптической линии (Optical Line
Terminal, OLT) и оптическим сетевым терминалом (Optical
Network
Termination,
ONT)
или
оптическим
сетевым
блоком(Optical Network Unit, ONU).
Устройство OLT располагают на районном узле
провайдера. Оно генерирует оптические сигналы и объединяет
трафик от абонентов, то есть служит точкой консолидации
трафика.
PON имеет свои ограничения: в настоящее время
(стандарт G.983) длина канала OLT-ONT ограничивается 20 км,
число пользователей на канал не превосходит 32, в то время
как центральный узел OLT обычно способен поддерживать
несколько сегментов PON с пропускной способностью 155/622
Мбит/с в обоих направлениях.

Содержание

36.

Для передачи потока к абоненту (downstream) и от
него(upstream) задействуется одно или два разных волокна.
Потоки в одном волокне разделяются по длине волны: окно
1480-1580 нм выделяется под нисходящий поток, а 12601360 нм — под восходящий.
Поток к абоненту передается в широковещательном
режиме (broadcast), при этом пропускная способность
динамически распределяется между абонентами(операция
выполняется за 250 мс).
Восходящий и нисходящий потоки не обязательно
симметричны - спецификация FSAN предусматривает и
асимметричные режимы.
Для координации восходящего потока используется
протокол множественного доступа с временным разделением
(TDMA).

Содержание

37.

Передача
данных
осуществляется
синхронизированными интервалами. Для синхронизации и
настройки уровней мощности выделяется дополнительный
отрезок времени(ONT синхронизируется с OLT и настраивает
уровни мощности).
При включении нового абонентского устройства OLT
автоматически обнаруживает ONT, определяет расстояние и
выполняет синхронизацию.
При приеме каждое абонентское устройство ONT
определяет, какие данные предназначены ему и игнорирует
другие.

Содержание

38.

Основные преимущества технологии PON:
• Существенная экономия волокон. В технологии PON для
обслуживания 32 абонентских узлов используется только
одно волокно.
• Скорость. Оптическое волокно обладает огромной полосой
пропускания.
• Надежность. В промежуточных узлах дерева находятся
только пассивные оптические разветвители, не требующие
обслуживания.
• Масштабируемость. Древовидная структура сети доступа
дает возможность подключать новых абонентов самым
экономичным способом.
• Гибкость. Использование ATM в качестве транспорта
позволяет предоставлять абонентам именно тот уровень
сервиса, который им требуется.

Содержание

39.

Преимущества архитектуры PON:
• отсутствие промежуточных активных узлов;
• экономия оптических приемопередатчиков в центральном
узле;
• экономия волокон;
• легкость подключения новых абонентов и удобство
обслуживания (подключение, отключение или выход из строя
одного или нескольких абонентских узлов никак не
сказывается на работе остальных).
Древовидная
топология
“дерево
с
пассивным
оптическим
разветвлением
PON
(P2MP)”
позволяет
оптимизировать размещение оптических разветвителей
исходя из реального расположения абонентов, затрат на
прокладку оптического кабеля и эксплуатацию кабельной
сети.

Содержание

40.

Недостатки PON:
• возросшая сложность технологии PON;
• отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.
На случай возможных обрывов при создании сети PON
составляется полная рефлектограмма и предусматривается
тестовый вход, что позволяет впоследствии обнаружить
неисправность.

Начало главы
Содержание

41.

1 APON
2 EPON
3 GPON
4 Сравнительный анализ технологий
APON, EPON, GPON
Содержание

42.

1 APON
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,
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.

Содержание

43.

В марте 2001 года появляется рекомендация
G.983.3,закрепляющая понятие BPON - расширенный стандарт
APON - (broadband PON) и добавляющая новые функции в
стандарт PON:
• передача разнообразных приложений (голоса, видео,
данные) – это 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.

Содержание

44.

APON 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, и абонентские
интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX.

Содержание

45.

Основные сведения стандарта PON G.983.1
Характеристика
Спецификация
Базоваяоптической
длина
волны
Максимальное
расстояние
Затухание
линии
для
нисходящего
потока
Поддерживаемые
типы
OLT-ONT
учитывается
при определении
(потока кмаксимального
волокон
и абонентам)
требования
величины
к линии связи
расщепления
сигнала на
Базоваясплиттере
длина волны для
восходящего расстояния
потока
и максимального
Максимальное число
абонентских
узлов
(ONT),
Максимальный
Суммарная
скорость
разброс
передачи
потерь
которые
можно подключить
для
понисходящего
оптическим
путям
потока
на одно волокно, идущее
Суммарная
скорость
передачи
из центрального
узла
(OLT)
для восходящего потока
Cтандартное
20 км
1550
нм
одномодовое
волокно
с длиной волны нулевой
5÷30
дБ
дисперсии
в окрестности
1310 нм

Содержание
1310 нм
155 Мбит/c
15Мбит/c
дБ
622 32
155 Мбит/c
622 Мбит/c

46.

Надежность и резервирование в APON
Слабой стороной систем доступа APON с топологией
простого дерева является отсутствие резервирования.
Самым неблагоприятным в этом случае мог бы быть
случай с повреждение волокна, идущего от OLT к ближайшему
разветвителю (фидерного волокна). Теряет связь весь
сегмент, подключенный по этому волокну – десятки
абонентских узлов, сотни абонентов остаются без сети.
Среднее время ремонта - MTTR (mean time to repair)
может варьироваться в пределах от нескольких дней до
нескольких недель в зависимости от оператора.
В случае однократного повреждения волокна наиболее
отчетливо проявляется недостаток сети PON по сравнению с
кольцевой топологией SDH.

Содержание

47.

Уже в первой рекомендации G.983.1 обсуждался вопрос
о построении защищенных систем APON.
В силу специфики топологии PON, эта задача не
является столь простой как в кольцевых топологиях SDH,
поскольку полоса обратного потока в PON является общей и
формируется множеством абонентских узлов.
В рекомендациях G.983.1 было предложено изучить
четыре различных топологии защищенных систем.
В данной главе рассмотрены три основных варианта
построения резервных систем PON:
1 Частичное резервирование со стороны центрального узла;
2 Частичное резервирование со стороны абонентского узла;
3 Полное резервирование.

Содержание

48.

1 Частичное резервирование со стороны центрального узла
Для
реализации
данного
решения
требуется
разветвитель 2 x N. Центральный узел оснащается двумя
оптическими модулями LT-1 и LT-2.
В нормальном режиме при отсутствии повреждений
волокон основной канал является активным, и по нему
организуется дуплексная передача. Резервный канал – не
активный – лазерный диод на LT-2 выключен. Фотоприемник
на LT-2 при этом может прослушивать обратный поток.
Если повреждается идущее от центрального узла
волокно основного канала, то автоматически активизируется
приемопередающая система LT-2, и на нее переключается
модуль мультиплексирования и коммутации на OLT.
Для повышения надежности целесообразно брать
фидерные волокна от разных, физически разнесенных
оптических кабелей(Рисунок 2.1.1).

Содержание

49.

Основной канал
(активен)
ONT
ONT-1
LT
OLT
ONT-2
LT-1
LT
LT-2
ONT-3
LT
Интерфейсы
подключения 1 x M
Разветвитель
Резервный
канал
к магистральной
сети
Разветвитель
2 xN
(выключен)
Рисунок 2.1.1 – Частичное резервирование в APON со
стороны центрального узла

Содержание

50.

2 Частичное резервирование со стороны абонентского узла
Частичное резервирование со стороны абонентского
узла позволяет повысить надежность работы с его стороны. В
этом случае требуется два оптических модуля LT-1 и LT-2 на
абонентский узел.
Переключение на резервный канал происходит
аналогично
предыдущему
варианту.
Не
обязательно
подключать все абонентские узлы по резервному каналу.
Различие по стоимости абонентских узлов с
резервированием (два модуля LT-1 и LT-2 ) и без него (один
модуль LT) позволяет дифференцированно предлагать услуги
различным категориям абонентов(Рисунок 2.1.2).

Содержание

51.

ONT
канал
Разветвитель 1 xОсновной
M
ONT-1
(активен)
LT-1
LT-2
OLT
LT-1
ONT-2
LT
LT-2
Разветвитель 1 x M
Резервный канал
(активен)
ONT-3
LT
Разветвитель 1 x M
Рисунок 2.1.2 – Частичное резервирование в APON со стороны
абонентского узла

Содержание

52.

3 Полное резервирование
Система устойчива как к выходу из строя приемопередающего оборудования OLT и ONT, так и к повреждению
любого участка волоконно-оптической кабельной системы.
Информационные потоки на ONT генерируются
одновременно обоими узлами LT-1 и LT-2 и передаются в два
параллельных канала. На OLT только одна версия двух копий
сигналов передается дальше на магистраль. Аналогично
происходит дублирование трафика в прямом потоке, и
аналогично ONT передает далее на пользовательские
интерфейсы только одну копию входного сигнала.
При повреждении волокна или приемо-передающих
интерфейсов переключение на резервный канал будет очень
быстрым и не приведет к прерыванию связи. Здесь также, как
и во втором варианте не обязательно подключать все
абонентские узлы по резервному каналу(Рисунок 2.1.3).

Содержание

53.

Основной канал
(активен)
ONT-1
LT-1
LT-2
OLT
ONT-2
LT-1
LT-1
LT-2
LT-2
LT-1
ONT-3
LT-2
LT-1
Резервный канал
(выключен)
ONT-4
LT-2
Рисунок 2.1.3 – Полное резервирование системы PON

Содержание

54.

Протокол взаимодействия центрального и
абонентских узлов 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.
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.

Содержание

55.

В процессе установления соединения запускается
процедура ранжирования (ranging), которая включает в себя:
• ранжирование по расстоянию;
• ранжирование по мощности;
• синхронизацию.

Содержание

56.

Ранжирование по расстоянию
Ранжирование по расстоянию (distance ranging) – это
определение временной задержки, связанной с удалением ONT
от OLT – выполняется на этапе регистрации абонентских узлов,
и требуется для того, чтобы обеспечить безколлизионный
транспорт и создать единую синхронизацию в обратном
потоке.
Сначала администратор сети заносит в OLT данные о
новом ONT, его серийный номер, параметры предоставляемых
абоненту услуг.
Затем после физического подключения к сети PON
этого абонентского узла и включении питания на нем,
центральный узел начинает процесс ранжирования.

Содержание

57.

Ранжирование с ONT(который прописан в реестре OLT)
происходит каждый раз при включении ONT. При выключении
и включении питания на OLT ранжирование происходит со
всеми зарегистрированными ONT.
ОLT, посылая сигнал ранжируемому ONT, слушает
отклик от него и на основании этого вычисляет временную
задержку на двойном пробеге RTT (round trip time), затем в
прямом потоке передает ONT вычисленное значение.
На основании этого абонентский узел ONT вносит
соответствующую задержку, которая предшествует началу
отправки кадра в обратном потоке.
Абонентские узлы, находящиеся на разном расстоянии
будут вносить разные задержки. При этом одинаковой по всем
абонентским узлам будет сумма вносимой аппаратной
задержки и задержки распространения светового сигнала по
оптическому пути от ONT к OLT.

Содержание

58.

С учетом того, что расстояния OLT-ОNT могут
изменяться в больших пределах (стандарт G.983.1 определяет
диапазон 0–20 км), оценим возможные вариации задержки.
Если учесть, что скорость света в волокне составляет
2х105 км/c, то приросту расстояния OLT-ONT на 1 км будет
соответствовать увеличение времени задержки на двойном
пробеге на 10мкс. Для расстояния 20 км RTT (время двойного
пробега)составит 0,2 мс. Фактически это минимальное
теоретическое время, которое требуется OLT, чтобы
выполнить ранжирование с одним ONT.
Ранжирование по расстоянию большего числа
абонентских узлов происходит последовательно и требует
пропорционального
возрастания
суммарного
времени
ранжирования. В течение этого времени обратный поток не
может использоваться для передачи данных другими ONT.

Содержание

59.

После того, как ранжирование по расстоянию
выполнено, OLT на основании прописанных услуг для каждого
ONT с использованием протокола МАС принимает решение
какому абонентскому узлу передавать в каждом конкретном
временном слоте.
Общая задержка при отправлении кадра в обратный
поток
вносится
не
только
конечным
временем
распространения сигнала по волокну, но и элементами
электроники OLT и ONT. Поэтому на этапе передачи данных
OLT сообщает ONT о небольших подстройках задержки,
вносимой в обратный поток – микроранжирование.
В основе инициализации сети PON лежат три процедуры:
• определение расстояний от OLT до разных ONT(distance
ranging);
• синхронизация всех ONT (clock ranging);
• определение при приеме на OLT интенсивностей оптических
сигналов от разных ONT (power ranging).


Содержание

60.

Ранжирование по мощности
Ранжирование по мощности (power ranging) –
изменение порога дискриминации фотоприемника с целью
повышения его чувствительности или во избежании 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. Второй вариант был выбран как более надежный и
простой в управлении.

Содержание

61.

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 для работы с
синхронным потоком от OLT.
Затем непрерывно подсчитывается интегральная
мощность на ONT, и делается плавная подстройка порога
дискриминации фотоприемника.


Содержание

62.

Синхронизация
Синхронизация или ранжирование по фазе (phase
ranging) необходимо как для прямого, так и для обратного
потока.
Абонентские узлы ONT синхронизируются вначале
своей инициализации и затем все время поддерживают
синхронизацию,
и осуществляя, как принято называть,
синхронный прием данных.
Центральный узел OLT синхронизируется каждый раз
по преамбуле вновь приходящего пакета ATM. Знания
временной задержки вычисленной на этапе ранжирования по
расстоянию со стороны ONT, отправившего этот пакет, здесь
не достаточно – требуется большая точность.

Содержание

63.

Метод приема данных с синхронизацией по преамбуле
принято называть асинхронным.
Для технологии APON была разработана новая
методика
синхронизации,
позволяющая
установить
необходимую синхронизацию по получению всего трех бит.
Больший размер преамбулы пакета ATM в обратном
потоке был выбран постольку, поскольку преамбула также
используется в процедуре ранжирования по мощности.


Содержание

64.

Структура потоков данных
Передача данных
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.

Содержание

65.

Протокол
APON
MAC
основан
на
механизме
запрос/разрешение.
Основная идея состоит в отправке со стороны ONT
запросов на требуемую полосу. На основании знаний о том, как
загружен обратный поток, и какие услуги закреплены за тем
или иным ONT, OLT принимает решение по обработке этих
запросов.
Для управления механизмом запрос/разрешение, FSAN
определил структуру кадра APON для прямого и обратного
потока. Этот формат был стандартизирован ITU-T в
рекомендацииG.983.1(Рисунок 2.1.4).

Содержание

66.

26 разрешений
передачу
56 стандартных
ячеек
по ATM
53 на
байта:
Ячейка
ATM
(53
байта)
Тело
ячейки
(48
байт)
Заголовок ячейки ATM (5 байт)
2 ячейки PLOAM + 54 ячейки данных
ATM
ATM
ATM PLOAM ATM
ATM
На рисунке представлен формат кадра APON для
симметричного режима трафика 155/155 Мбит/c.
Кадр прямого
потока
Прямой
каналсостоит из 56 ячеек ATM по 53
байта.
Выделенные элементы
на рисунке Обратный канал
Кадр обратного потока состоит из 52 пакетов ATM по 56
байт и одного слота MBS общей длины также 56 байт.
PLOAM
гиперссылки
ATM
ATM
MBS
ATM
ATM
53
слота
56 байтATM (5 байта)
Преамбула пакета
Заголовок
ATM
(3 по
байта)
ячейки
Пакет ATM (56 байт)
Рисунок 2.1.4 - Формат кадра ITU G.983 – структура кадра
прямого и обратного потока

Содержание

67.

Прямой поток
Разрешения на передачу посылаются пачками (bursts) в
специальных служебных ячейках ATM – двух на один кадр,
которые называются ячейками работы и обслуживания
физического уровня PLOAM (physical layer operation and
maintenance). Они следуют строго регулярно, чередуясь с 27
ячейками данных.
В одной ячейке PLOAM размещается 26 разрешений для
ONT, каждое на передачу всего одного пакета ATM.
Оставшиеся 54 ячейки в кадре прямого потока несут
данные и не задействуются для работы механизма
"запрос/разрешение".

Содержание

68.

Обратный поток
Обратный
Первые двапоток
бита преамбулы
представляет
не содержат
совокупность
оптического
пачек
данных
сигнала,(bursts)
что отявляется
разных ONT.
достаточным для устранения
перекрытия
Абонентский
пакетов узел
от разных
может ONT
передавать
– в линии
данные
неизбежны
только
после
небольшие
получения
колебания
соответствующего
задержки при распространении
разрешения прочитанного
сигнала.
из ячейки
Разрешение
PLOAM. Пачки
на передачу
данных отнеобходимо
ONT в APONдля
передаются
каждого
пакетами
пакета ATM,
ATM.
следовательно суммарное число прописанных в
ячейкахЕдинственное
PLOAM разрешений
отличие запакета
продолжительное
ATM от ячейки
время
заключается
должно соответствовать
в наличии преамбулы
числу пакетов
3 байта уATM,
пакетаиспущенных
ATM. Таким
образом
всеми ONT
длина
за это
пакета
время.
ATM - 56 байт.
Преамбула
В PLOAM помещается
не нужна для26
ячеек
разрешений,
в прямом так
потоке
как из-за
две
синхронного
ячейки PLOAM
режима
могут приема
дать разрешения
данных. на передачу 52 пакетов
ATM, ровно столько, сколько их есть в кадре ATM для
обратного потока.

Содержание

69.

Multi Burst Slot
Слот многократных запросов MBS (multi burst slot) в
обратном потоке является служебным. Он информирует OLT о
характере запросов по передаче со стороны ONT.
Слот
имеет
8
подполей
или
минислотов,
соответствующих различным ONT(Рисунок 2.1.5).
Если система PON рассчитана на 32 абонентских узла,
то передать свои сведения о запросах на передачу все 32 ONT
смогут только после четырех последовательно переданных
слотов MBS, что составляет цикл.
В системе из 64 ONT, цикл состоит из восьми слотов
MBS. Передача одного кадра при скорости 155 Мбит/с длится
0,15 мс. На передачу цикла при 32 ONT потребуется 0,6 мс, то
есть с периодичностью 0,6 мс ONT посылает мини-пакеты служебные запросы о намерениях передавать данные.

Содержание

70.

56 байт
MBS
контрольной
преамбула
(3 байта),
ONU i ONU i+1 ONU
i+2 ONUполе
i+3
ONU
i+4 ONU i+5суммы
ONU i+6 ONU i+7
(8бит)
аналогична преамбуле
специальные поля
ABR/GFR
и VBR, длиной 8 и 16 бит,
в пакете
ATM
соответствуют двум типам запросов на полосу
Преамбула
ABR/GFR
24 бита
8 бит
VBR
VBR
16 бит
CRC
8 бит
Рисунок 2.1.5 - Структура слота MBS

Начало главы
Содержание

71.

2 EPON
В 1995 году был создан консорциум FSAN (full service
access network), поставивший целью претворить идеи
множественного доступа по одному волокну.
За основу была выбрана технология ATM. На ATM
возлагались большие надежды – эту технологию, способную
обеспечить транспорт мультисервисных услуг и высокое
качество QoS, прочили использовать для построения
локальных, городских и магистральных сетей.
О стандарте Ethernet в то время не было даже и речи.
При том, что популярность локальных сетей Ethernet уже тогда
была очень велика и продолжала расти.

Содержание

72.

Главным минусом Ethernet считался лежащий в основе
технологии недетерминированный механизм случайного
доступа с разрешением коллизий CSMA/CD (Carrier sense
multiple access with collision detection), допускающий
непредсказуемые задержки.
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 IEEE 802.3,
позволивший забыть о коллизиях и непредсказуемых
задержках.
В
третьих,
новые
возможности
в
организации
мультисервисных услуг дали такие стандарты и протоколы,
MPLS (Multi Protocol Label Switching) – группа протоколов
третьего уровня, основанная на использовании меток для
быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях.

Содержание

73.

Сегодня решения на основе Ethernet стали наиболее
универсальными. Сети Ethernet получили самое большое
распространение. По разным оценкам, более 95 процентов
всех эксплуатируемых локальных сетей в мире с суммарным
числом портов более 320 миллионов используют стандарт
Ethernet.
Технология Ethernet стала выигрышной как с точки
зрения скорости, так и с точки зрения стремительного
развития и стандартизации новых интерфейсов. Простота
обслуживания и управления сетями Ethernet, а также низкие
цены снискали популярность этой технологии.

Содержание

74.

Когда Ethernet взял на вооружение массу новых
стандартов и протоколов, возник резонный вопрос, почему
для связи между городскими и локальными сетями Ethernet
не использовать сети доступа PON на основе все того же
стандарта Ethernet. То есть, помимо APON не реализовать
также EPON (Ethernet PON) в рамках IEEE 802.3.
Для решения этой задачи в 2000 году была создана
специальная комиссия EFM (Ethernet in the first mile) –
Ethernet на первой миле, получившая также код IEEE 803.3ah.
В 2001 году дополнительно формируется альянс EFMA
(Ethernet in the first mile alliance – альянс Ethernet на первой
миле), который, отражая нужды реальных потребителей и
операторов услуг связи, оказывает существенное влияние на
работу комиссии EFM.

Содержание

75.

Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три
разновидности решения для сети доступа:
1
EFMC (EFM copper) – решение “точка-точка” с
использованием витых медных пар.
2 EFMF (EFM fiber) – решение, основанное на соединении
“точка-точка” по волокну.
3 EFMP (EFM PON) – решение, основанное на соединении
“точка- многоточие” по волокну. Это решение, являющееся по
сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.
Оптические интерфейсы для EPON аналогичны тем,
которые используются в традиционных оптических сетях.

Содержание

76.

Как и стандартный Gigabit Ethernet, EPON имеет
номинальную битовую скорость в линии 1250 Мбит/с и схему
кодирования 8B/10B. EPON определяется как одноволоконная
сеть, использующая волновое мультиплексирование WDM на
длинах волн 1490 нм для прямого потока и 1310 нм для
обратного потока. Окно 1550 нм резервируется для других
услуг (кабельного телевидения или частных каналов).
Физический уровень EPON PMD (physical medium
dependent) предусматривает два класса интерфейсов:
• класс 1 для малых расстояний (до 10 км);
• класс 2 для больших расстояний (до 20 км).
Это позволяет оптимально по стоимости строить сети
PON с большим диапазоном расстояний и коэффициентов
деления.

Содержание

77.

Основные сведения стандарта IEEE 802.3ah
Характеристика
Спецификация
Затухание:
Радиус сети (максимальное
допустимое расстояние
Длина волны прямого от
потока
1490 нм (1550 нм)
OLT до ONT):
класс 1
прямой/обратный поток
класс
1
Длина волны
обратного
потока
21/23 дБ
10 км
1310
нм
класс 2
прямой/обратный поток
класс
2
Скорость
передачи
26/26 дБ
км
1 20
Гбит/с

Содержание

78.

Принцип действия EPON
Главное свойство архитектуры EPON состоит в том,
что внутри дерева PON распространяются кадры Ethernet.
Таким образом, нет фрагментации кадров Ethernet при их
прохождении через сеть EPON, как в архитектуре APON.
Отсутствие фрагментации делает ожидаемый стандарт
EPON максимально схожим и со стандартом Ethernet IEEE
802.3.
Архитектура сети EPON схожа с архитектурой сети
APON. Сеть EPON состоит из центрального узла OLT (optical
line terminal), абонентских узлов ONT (optical network terminal)
и пассивных оптических разветвителей(Рисунок 2.2.1 / 2.2.2).

Содержание

79.

Подключение к Пользователи
магистрали
1 1
А1
ONT-1
1 3 1G 2
2
1 3 1G 2
OLT
А2
ONT-2
3
ONT-3
Разветвитель
Рисунок 2.2.1 - Архитектура EPON (прямой поток)

Содержание
А3

80.

Кадр Ethernet 802.3
1 1
А1
ONT-1
Тайм-слот
Пользователи
1 1 2 R 3 3 3
2 R
OLT
2
А2
ONT-2
3 3 3
Кадр данных Управляющий
P802.3ah
кадр
ONT-3
А3
Рисунок 2.2.2 - Архитектура EPON (обратный поток)

Содержание

81.

Прямой поток
Прямой (нисходящий) поток формируют передаваемые
OLT кадры Ethernet 802.3, которые затем проходят через
разветвитель 1xN и принимаются узлами ONT.
В стандарте для передачи прямого потока может быть
использована длина волны 1550 нм или 1490 нм.
Предпочтение возможно будет отдано длине волны 1490 нм
поскольку тогда на длине волны 1550 нм можно реализовать
стандартное широковещательное кабельное телевидение.
Передача данных в прямом потоке аналогична
передаче данных в сети Ethernet с общей шиной, когда
испущенный одной станцией кадр получается всеми
остальными станциями и извлекается ими в соответствии с
указанным MAC-адресом назначения.

Содержание

82.

Обратный поток
Обратный (восходящий) поток формируется потоками
данных от различных ONT на длине волны 1310 нм. В силу
специфики пропускания оптического сигнала разветвителем,
данные, отправленные узлом ONT, получает только OLT.
Таким образом, в обратном направлении сеть EPON
аналогична совокупности соединений точка-точка. Однако в
отличие от истинной архитектуры точка- точка, сеть EPON
нуждается в специальном методе управления, который
следил бы за тем, чтобы не было коллизий потоков от разных
ONT.
В EPON, равно как и в любой другой архитектуре PON,
центральный узел OLT должен делить всю полосу обратного
потока между всеми ONT и выполнять функцию диспетчера,
указывая различным ONT в какое время те могут передавать.

Содержание

83.

Все ONT путем передачи служебных кадров
синхронизируются по единой временной шкале центрального
узла OLT. Отправка данных
абонентскими узлами
осуществляется в разрешенные интервалы времени (таймслоты). В тайм - слоты, длина которых определяется
планировщиком расписания на OLT, может помещаться один
или несколько кадров Ethernet.
До тех пор, пока не получено разрешение на отправку
тайм - слота, ONT буферизует кадры, полученные от рабочих
станций абонентов.

Содержание

84.

Форматы кадров EPON
Начиная со стандарта дуплексного Ethernet IEEE
802.3.х,
рудиментарным
становится
ограничение
на
минимальную длину кадра 64 байта, которое требовалось
исключительно для корректной отработки механизма
разрешения
коллизий
внутри
коллизионного
домена
допустимого диаметра.
Начиная со стандарта Fast Ethernet (100BASE-FX/TX),
когда прием сигнала на физическом уровне стал синхронным
(в отличие от Ethernet 10 Мбит/ с), рудиментами стали и
межкадровый интервал (12 байт), и столь большая (8 байт)
преамбула
кадра.
Технология
EPON
использует
высвободившийся ресурс.

Содержание

85.

При прохождении кадров Ethernet через сеть EPON не
происходит их фрагментации. Преамбула стандартного кадра
Ethernet (Рисунок 2.2.3-а), модифицируется добавлением
нескольких служебных полей(Рисунок2.2.3-б).
Внутри сети EPON наряду с кадрами данных также
передаются и служебные кадры (сообщения). Все они имеют
фиксированную длину 64 байта. Преамбула и адресные поля
управляющего
кадра
и
кадра
данных
EPON
аналогичны(Рисунок 2.2.3-в).

Содержание

86.

На рисунке присутствуют гиперссылки
Преамбула
Заголовок
SFD DA
7
1
6
SA
L/T
поле
данных
6
2
46 -1500
PAD FCS
4
Размер кадра от 64 до 1518 байт
Рисунок 2.2.3(а) - Форматы кадров Ethernet и EPON :Кадр IEEE P802.3

Содержание

87.

На рисунке присутствуют гиперссылки
Преамбула
Заголовок
SOP резерв LLID CRC DA
1
4
2
1
M(1) LLID(15)
6
SA
L/T
поле
данных
6
2
46 -1500
PAD FCS
4
Размер кадра от 64 до 1518 байт
Рисунок 2.2.3(б) - Форматы кадров Ethernet и EPON :
Кадр данных IEEE P802.3ah

Содержание

88.

На рисунке присутствуют гиперссылки
Преамбула
Заголовок
SOP резерв LLID CRC DA
1
4
2
1
6
SA
L/T opcode TS
6
2
2
message
FCS
40
4
4
Размер кадра 64 байта
Рисунок 2.2.3(в) - Форматы кадров Ethernet и EPON :
Управляющий кадр IEEE P802.3ah

Содержание

89.

Кадр данных IEEE P802.3ah
Фактически можно сказать, что на кадр при
прохождении через сеть EPON навешивается EPON-тег. На
выходе кадра из сети EPON преамбула кадра преобразуется
обратно к стандартному виду – тег ликвидируется.
OLT модифицирует преамбулу каждого исходящего в
дерево PON кадра 802.3, в частности в преамбулу
добавляется специальный тег LLID. Этот тег извлекается
соответствующим подуровнем на ONT, где происходит
восстановление преамбулы. Узел ONT в нормальном режиме
работы, то есть когда уже зарегистрирован, обрабатывает
только те кадры, в преамбуле которых идентификатор LLID
совпадает с собственным LLID.
б

Содержание

90.

DA (destination address) – поле 6 байт, указывает MAC-адрес
станции назначения. Это может быть единственный
физический адрес (unicast), групповой адрес (multicast) или
широковещательный адрес (broadcast)
SA (source address) – поле 6 байт, указывает MAC-адрес
станции отправителя.
L/T (length/type) – поле 2 байта, содержит информацию о
длине или типе кадра.
Поле данных, переменной длины.
Pad (наполнитель) – поле используется для дополнения кадра
до минимального размера.
FCS (frame check sequence) – поле 4 байта, контрольная
последовательность
кадра,
в
котором
указывается
контрольная
сумма,
вычисленная
с
использованием
циклического избыточного кода.
а
б
в

Содержание

91.

SOP (start of packet) – поле 1 байт, указывает на начало кадра.
Резервное поле, 4 байта.
LLID (logical link identificator) – поле 2 байта, указывает
индивидуальный идентификатор узла EPON.
Остается открытым вопрос сколько идентификаторов может
иметь абонентский узел ONT один или несколько. LLID
требуется для эмуляции соединений "точка-точка" и "точкамноготочие" в сети EPON. Первый бит поля указывает режим
вещания кадра (“unicast” или “multicast”). Остальные 15 бит
содержат собственно индивидуальный адрес узла EPON.
CRC (circle redundancy check) – поле 1 байт, контрольная
сумма по преамбуле.
б
в

Содержание

92.

L/T – поле 2 байта, для управляющего кадра поле содержит
значение 0x8809. Именно по этому полю узел EPON отличает
управляющий кадр от кадра данных.
opcode (optional code) – поле 2 байта, уточняет тип
управляющего кадра.
Существуют
две
категории
управляющих
кадров,
отличающиеся значением этого поля: сообщения GATE,
испускаемые OLT, и сообщения REPORT, испускаемые ONT.
TS (time stamp) – поле 4 байта, содержит временную метку
отправителя.
message – поле 40 байт, собственно в этом поле содержится
служебная информация, необходимая для работы протокола
MPCP.
в

Содержание

93.

Протокол MPCP
Для организации взаимодействия центрального узла с
абонентскими узлами комитет IEEE 802.3ah разработал
протокол управления множеством узлов MPCP (multi-point
control protocol).
Протокол базируется на двух типах управляющих
кадров(сообщений): GATE и REPORT.
Сообщения GATE идут от OLT ко всем ONT. В них
содержится
информация
о
режимах
вещания,
идентификаторы получателя, временные метки и т.д.
В ответ узлы ONT посылают на OLT сообщения
REPORT, в которых передают информацию о своих
состояниях. Сообщения REPORT помогают OLT правильно
распределять полосу в обратном потоке.

Содержание

94.

Протокол MPCP имеет два режима работы:
• режим инициализации (авторегистрации);
• нормальный режим работы.
Соответственно и абонентские узлы могут находится в
двух состояниях. Режим инициализации необходим для того,
чтобы OLT мог обнаружить и зарегистрировать новые узлы
ONT.
При
этом
назначается
идентификатор
LLID
регистрируемому ONT, вычисляется время задержки на
двойном пробеге RTT (round trip time) до этого ONT, и
определяются другие параметры.
Нормальный режим работы служит непосредственно
для передачи данных.

Содержание

95.

Режим инициализации
1 OLT выделяет интервал времени – интервал инициализации
длительности ΔT , в течение которого возможна регистрация
новых абонентских узлов. Центральный узел OLT должен
позаботится о том, чтобы в интервале инициализации не
поступали сообщения от ранее зарегистрированных ONT, то
есть OLT заранее перестает выдавать им необходимые
разрешения.
2 OLT в момент времени T0 передает сообщение GATE, тем
самым извещая о начале процесса инициализации.
В сообщении GATE указывается время T1 отправки ответного
сообщения REPORT. Перемещая это сообщение с более
высокого уровня на уровень MAC, OLT на основе протокола
MPCP помещает внутрь сообщения временную метку T0,
соответствующую локальному моменту времени на OLT.

Содержание

96.

3 Только незарегистрированные узлы ONT могут отвечать на
GATE. Когда незарегистрированный узел ONT получает GATE,
то по временной метке (поле TS) узел устанавливает отсчет T0
для своего собственного времени.
4 Когда локальные часы на ONT достигают времени , ONT
начинает
передавать
ответное
сообщение
REPORT.
Сообщение REPORT содержит MAC-адрес данного ONT и
временную метку T1.
5 В момент времени T2 OLT получает
REPORT от
незарегистрированного ONT, читает его MAC адрес и
временную метку T1 и вычисляет время двойного пробега.
6 Если коллизии не возникло, то OLT посылает GATEсообщение на MAC-адрес регистрируемого ONT с указанием
выделенного уникального идентификатора LLID.
7 Получив этот GATE, узел ONT переходит в нормальный
режим работы.

Содержание

97.

Поскольку несколько незарегистрированных ONT
одновременно могут попытаться зарегистрироваться и
ответить своими сообщениями REPORT на GATE, то может
возникнуть коллизия.
В этом случае те ONT, чьи сообщения REPORT
испытали коллизию, не будут зарегистрированы.
Обнаружение коллизии происходит следующим
образом: узел ONT ожидает уведомление о регистрации, и
если по истечении заданного срока не получает его, то
считает, что произошла коллизия, и попытается повторно
зарегистрироваться, предварительно пропустив несколько
GATE-сообщений.
Число
пропущенных
сообщений
выбирается случайным образом из заданного интервала, а
интервал удваивается после каждой новой коллизии.


Содержание

98.

Нормальный режим
Для нормального режима работы важно отметить, что
протокол MPCP не касается механизма распределения полосы
в обратном потоке между различными ONT.
MPCP
является
поддерживающим
протоколом,
необходимым для доставки к узлам ONT принятых на OLT
решений о распределении полосы.
1 На OLT диспетчер посредством MPCP отправляет GATEсообщения для каждого ONT со следующей информацией:
время, в которое данный узел ONT должен начать передачу, и
длительность передачи.
2 Протокол MPCP обеспечивает единое время на часах OLT и
на часах каждого ONT посредством указания временных
меток в управляющих GATE-кадрах.

Содержание

99.

3 Узел ONT, получив сообщение GATE (unicast), убеждается,
что оно адресовано ему, и узнает о времени начала передачи
и длительности передачи. ONT каждый раз проверяет
правильность
своей
синхронизации
с
OLT,
сверяя
содержащуюся в полученном GATE-сообщении временную
метку со своим собственным временем. Если расхождение
превысит установленный порог, то ONT посчитает, что он
потерял синхронизацию и переключится из нормального
режима в режим инициализации.
4 Если разница не превышает установленный порог, то ONT,
подкорректировав свои часы, будет дожидаться момента
начала разрешенной передачи. Выделенный тайм-слот может
вместить несколько кадров Ethernet. Передача фрагментов
кадров исключена – если следующий в буфере кадр не
помещается в незанятую часть разрешенного временного
интервала, то кадр будет дожидаться следующего временного
интервала, разрешенного для отправки.


Содержание

100.

Общая среда и соединение "точка-точка"
Стандарт IEEE 802.3 определяет две основные
конфигурации сетей Ethernet. В одной конфигурации это –
сеть передачи данных со случайным методом доступа к
общей среде и разрешением конфликтов (коллизий) CSMA/CD
(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Данная
конфигурация свойственна ранним сетям Ethernet с общей
шиной на основе тонкого коаксиального кабеля и более
поздним решениям на основе концентраторов Ethernet.
Вторая
конфигурация
это
коммутаторы
с
полудуплексными каналами.

Содержание

101.

Полнодуплексное соединение Ethernet позволило
ликвидировать ограничение по расстоянию, связанное с
максимальным
допустимым
диаметром коллизионного
домена.
Архитектура EPON должна быть прозрачной в рамках
двух представленных конфигураций в том смысле, что она
должна со стороны внешних сетей Ethernet вести себя
подобно коммутатору второго уровня и иметь возможность
эмуляции как соединения точка-точка P2PE (Point-to-Point
Emulation), так и общей среды SME (Shared-Medium Emulation).
Для реализации этой задачи в EPON на центральном и
абонентских узлах добавляется еще один подуровень,
который получил название подуровня эмуляции соединения
точка-точка и общей среды. Этот подуровень располагается
ниже уровня MAC и обеспечивает работу последнего в
соответствии со стандартом 802.3.

Содержание

102.

Работа подуровня эмуляции основана на вставляемых
в преамбулу кадров Ethernet тегах c уникальными
идентификаторами LLID абонентских узлов.
Эмуляция точка-точка - в режиме эмуляции точкаточка P2PE (Point-to-Point Emulation) OLT формирует у себя
таблицу
из
N
идентификаторов
LLID
(по
числу
зарегистрированных ONT) с соответствующими MACадресами рабочих станций, прикрепленных к различным ONT.
Эмуляция общей среды - в режиме эмуляции общей
среды кадр, переданный любым узлом (OLT или ONT) должен
быть получен всеми остальными узлами.

Содержание

103.

Комбинированная эмуляция P2PE и SME - чтобы
обеспечить оптимальную работу, в EPON предусмотрено
одновременное сосуществование двух режимов эмуляции,
так как по отдельности каждый из рассмотренных режимов
эмуляции имеет свои определенные недостатки:
• в режиме эмуляции P2PE потребуется передавать N
отдельных кадров (по числу ONT), если стоит задача донести
одну и ту же информацию до каждого ONT. Очевидно, что при
предоставлении таких услуг, как широковещательное видео,
других многопользовательских приложений реального
времени, сеть EPON будет неэффективно использовать
полосу в прямом направлении;
•эмуляция общей среды P2MPE напротив предоставляет
широковещательные возможности. Однако поскольку любой
кадр в обратном потоке должен будет отразиться обратно в
прямой поток, то будет потеря полосы в прямом потоке.

Содержание

104.

EPON и QoS
Отсутствие
фрагментации
позволяет
увеличить
пропускную способность канала.
Оценки потери полосы пропускания в альтернативной
архитектуре APON вследствие фрагментации передаваемых
через сеть APON кадров Ethernet следующие:
кадры Ethernet при транспортировке через сеть ATM
приходится дробить, упаковывая фрагменты в ATM-ячейки
меньшего размера. Самый последний фрагмент кадра может
не занимать целиком ATM-ячейку. Здесь возникает одна из
потерь пропускной способности канала ATM.
Поскольку длина кадров Ethernet может варьироваться
в пределах от 64 байт до 1518 байт, то и разной может быть
величина потерь.

Содержание

105.

Не смотря на то, что доступ в Internet достаточно
важен, возможно наиболее важен, поставщики услуг связи не
могут ограничиваться предоставлением только этой услуги, и
напротив желают также поставлять множество других услуг,
включая телефонию, видеодоступ (широковещательное
видео, видео по требованию), мультимедийные услуги.
В этой связи основанная на передаче пакетов Ethernet
архитектура EPON не оптимизирована для приложений
критичных к задержкам и уступает в этом архитектуре APON.
Однако
ATM
продолжает
оставаться
дорогой
технологией. Снижение стоимости решений APON во многом
зависит от объемов производства, которые по сравнению с
Ethernet невелики.
Технология EPON прежде всего позиционируется
именно как недорогая технология широкополосного доступа,
и в этом аспекте имеет большие перспективы.

Начало главы
Содержание

106.

3 GPON
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.

Содержание

107.

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.
GFP (generic framing protocol), сохраняя структуру
кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.
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.

Начало главы
Содержание

108.

4 Сравнительный анализ технологий
APON, EPON и GPON
Обсуждается
в (BPON)
APON
Характеристики
EPON
GPON
проекте
стандарт допускает
осуществляется
на
наращивание
сети
до
128
ONT
1244/
155,
Институты
Коррекция
Максимальный
ошибок
предусмоДлины
волн
прямого/
1550/1310
1550/1310
1550/1310
Скорость передачи,
155/155
ITU-T
IEEE
ITU-T
более
высоких
20
20нет
(>30)
необходима
20
622,1244;
стандартизации
Защита
данных
есть
нет
есть
радиус
сети,
км
трена
обратного
потоков, нм (1480/1310)
(1310/
1310)
(1480/1310)
прямой/обратный
622/155
1000/1000
(FSAN)
(EFMA)
(FSAN)
уровнях
2488/ 622,
( альянсы)
поток, Мбит/с
622/622
Максимальное
число
1244,2488
Динамическое
допускается
передача
в
Оценка
поддержки
Фрагментация
есть
нет
есть
Дата
принятия
абонентских
узлов
328
16
64
(128)
распределение
есть
поддержка
есть
октябрь
1998 июль
2004 октябрь
2003
прямом
и
обратном
голосовых
высокая
низкая
высокая
стандарта
на одно
волокно
полосы
Базовый
протокол
ATM
Ethernet
SDH
направлении
приложений
и QoSна одной
и той же длине волны
Стандарт
ITU-Tесть
G.981.x IEEEнет
802.3ah ITU-Tесть
G.984.x
Резервирование

Начало главы
Содержание

109.

Содержание

110.

В России пока работают лишь два поставщика PONоборудования.
Это
"Телеком
Транспорт"–московский
дистрибьютор
оборудования
Terawave
и
Fujikuraпетербургское представительство израильской фирмы, Olen
Com Electronics. Последняя предлагает PON-оборудование
менее двух лет и еще не успела как следует развернуться на
рынке.
Между тем, именно 2004 год можно назвать годом
активного
освоения
технологии
PON
российскими
операторами, в то время как 2003 был периодом знакомства и
опробования.
Сейчас технология внедряется не только в Москве и
Петербурге, но и в других регионах.

Содержание

111.

Система TERAWAVE
Система TERAWAVE компании Terawave Communications
реализует архитектуру пассивной сети доступа PON и
предназначена для построения сетей доступа и обеспечивает
связь со стороны центрального узла к сетям ВВС России по
интерфейсам ATM(STM-4c, STM-1c, DS-3с), SDH(STM-1),Fast
Ethernet, Gigabit Ethernet; и со стороны абонентов по
интерфейсам E1 TDM(G.703), Ethernet/Fast Ethernet, видеоинтерфейсам(SDI/PAL, DVB-ASI), RS-232 (телеметрия) для
использования в телефонных сетях ВСС.
Основными элементами системы TERAWAVE являются
шасси TW-100, TW-200, TW-300, TW-400 и TW-600.

Содержание

112.

INT
4×E1
АТМ
NAU
10/100 Base-T
На рисунке присутствуют гиперссылки
4×10/100 Base-T
TW 100/ SIM
TW 300/
TW 400
Gigabit Ethernet/ATM
(STM-1c,STM-4c,DS-3c)
SIM
ATM DS-3c
8×E1
1×PAL(coder/decoder)
1×SDI (coder/decoder)
1×DVB-ASI(input/output)
4×TELEMETRY
Рисунок 3.1.1 - Основные элементы системы TERAWAVE :
система TERAWAVE в составе одного INT

Содержание

113.

INT(Integrated
Network
Terminal)-интегрированный
сетевой терминал–устройство, работающее индивидуально
как концентратор доступа: может находится как в центральном
узле связи, так и на абонентском узле.
NAU(Network Access Unit)-модуль сетевого доступа–
набор модулей для TW-300 и TW-400, имеющих стандартные
внешние интерфейсы для подключения к магистральной сети.
SIM(Service Interface Module)-сервисный интерфейсный
модуль–набор модулей для ONT, INT(TW-300, TW-400),
имеющих
стандартные
внешние
интерфейсы
для
подключения абонентов.

Содержание

114.

Система TERAWAVE в составе одного OLT и нескольких
ONT базируется на внутренней PON-архитектуре.
У TW-100 отсутствуют слоты для установки SIM карт
(Рисунок 3.1.2).

Содержание

115.

IP
сеть
Центральный
Система TERAWAVE
узел OLT
Абонентские
узлы ONT
TW
Выделенные элементы на рисунке –
S
TW
гиперссылки
S
S
ATM
TW
Пассивная
оптическая
архитектура PON
SDH
TW
TW
Рисунок 3.1.2 -Система TERAWAVE в составе одного OLT и
нескольких ONT базирующаяся на внутренней PON-архитектуре

Содержание

116.

ATM(STM-1c,STM-4c,DS-3c)
1×Gigabit Ethernet
8×Fast Ethernet
OLT
IP
сеть
ATM
SDH
Оптические
NIM
PCU
сплиттеры
Network
Interface
PON Control
Unit,
Module,
сетевой
контрольный
TW-600
интерфейсный
модуль
PON–
NIM
– набор
карта,
PCUмодуль
622
модулей
для
PCU
S TWустанавливаемая
600,
OLTимеющих
(шасси TWNIM
стандартные
600),
для
PCUвнешние
622
организации
PCU
S для
интерфейсы
связи
OLT с узлом
ONT(TW-300,
Opticalподключения
Line Terminal,к
NIM
магистральной
TW-400)
оптический
линейный по
сети.
внутренней
терминал
– устройство,
архитектуре
PON.
находящееся
в
SDH(STM-1)
центральном узле связи.
Рисунок 3.1.3 – Центральный узел OLT

Содержание

117.

ONT
Optical Network
Terminal,PAU
оптический
SIM
PON Access
Unit, –
сетевой
терминал
4×E1 Interface
Service
модуль
доступа PON –
устройство,
Module,
карта, сервисный
находящееся
на
10/100
Base-T
интерфейсный
устанавливаемая
абонентском
узле. в
модуль
– набор
4×10/100
Base-T
ONT
(шасси
TW-300,
модулей
8×E1 для
TW-400),
дляONT, INT
(TW-300,
TW-400),
1×DVB-ASI(input/output)
организации
связи с
имеющих
1×PAL(coder/decoder)
узлом
OLT (TW-600) по
стандартные
внутренней внешние
ATM DS-3cдля
интерфейсы
архитектуре
PON.
4×TELEMETRY
подключения
1×SDI (coder/decoder)
абонентов.
ONT
PAU 622
PAU
TW 100/ SIM
TW 300/
TW 400
SIM
Рисунок 3.1.4 – Абонентский узел ONT

Содержание

118.

Особенности системы TERAWAVE
• Два варианта построения архитектуры PON на скорости 155
и 622 Мбит/с в обоих направлениях в дереве PON;
• Динамическое распределение полосы пропускания;
• Интерфейсы 10/100 Base-TX;
• SDH: STM-1/STM-4;
• ATM: STM-1/DS-3;
•4xE1;
• Gigabit Ethernet.

Содержание

119.

Центральный узел PON OLT
Оборудование OLT бывает следующих видов:
• Шасси TW-600OLT;
• Шасси TW-060 OLT.

Содержание

120.

Шасси TW-600 OLT
TW-600 – центральный узел PON (OLT).
Шасси TW- 600 имеет 7 слотов:
6 слотов выделено для установки
сетевых интерфейсных карт (NIM):
слоты 1 и 2 зарезервированы для
карты мастер(master card) и карты с
резервным процессором (redundant
processor card, PCU);
в
слоты
3–6
могут
устанавливаться карты PCU
или NIM.
Слот 7 зарезервирован для
карты AIM.
Максимальное число карт
622 PCU: 4.

Содержание

121.

Архитектура
основана
на
распределенной
коммутационной фабрике с двунаправленной 1,25 Гбит/с
шиной.
Работой шины управляет взвешенный алгоритм на
основе ONT PON MAC контроллера (на PCU карте).
Локальный доступ к управлению (Craft access)
осуществляется через TMS/Craft Ethernet порт.
Дополнительно возможна внутренняя синхронизация.
При
отказе
вторичного
источника
синхронизации
осуществляется автоматический возврат на первичную
синхронизацию, возможно также ручное переключение.

Содержание

122.

Шасси TW-060 OLT
TW - 060 OLT – это
интегрированное компактное
шасси
со
встроенными
портами.
Его основные характеристики:
• Поддержка дерева PON 622 Мбит/с;
• 1 x Gigabit Ethernet;
• Управление: 1порт Ethernet;
• До 32 абонентских узлов на одно шасси TW – 060 OLT –
совместимость с любыми ONT.

Содержание

123.

Сетевые терминалы ONT/INT
На абонентской стороне размещаются оптические
сетевые терминалы ONT или интегрированные сетевые
терминалы INT(также могут размещаться в центральном узле),
работающие как концентраторы доступа.
ШассиTW-300/TW-400
могут
в
зависимости
от
конфигурации работать как ONT или INT.
В
режиме
работы
ONT(обозначается
просто
TW300/TW400) в эти шасси устанавливается плата PAU, которая
подключается через дерево PON к центральному узлу TW-600.
В режиме работы INT(обозначается TW-300INT/ТW400INT) в эти шасси устанавливается одна из плат NAU.

Содержание

124.

Оборудование ONT/INT бывает следующее:
• Шасси TW-400 ONT/INT;
• Шасси TW-300 ONT/INT;
• Шасси TW-200 ONT, TW-202 ONT;
• Шасси TW-100 ONT/INT.

Содержание

125.

Шасси TW-100 ONT/INT
Шасси TW-100 имеет только один слот для установки в
карты PAU (режим работы ONT, TW-100) или карты NAU
(режим работы INT,TW-100 INT).

Содержание

126.

Шасси TW-200 ONT, TW-202 ONT
TW-200 ONT, TW-202 ONT – это интегрированные
компактные шасси со встроенными портами.
Их основные характеристики:
• Поддержка дерева PON 622 Мбит/с;
• 2 x 10/100 Base-TX Ethernet;
•Управление: 1порт Ethernet;
• Совместимость с TW-600 OLT, TW 060 OLT.

Содержание

127.

ШассиTW-300ONT/INT
TW-300 – абонентский узел PON (optical network terminal,
ONT). Шасси TW-300 имеет 3 слота: слоты 1 и 2 предназначены
для установки сервисных интерфейсных карт (Service Interface
Module, SIM), слот 3 выделен под процессорную карту (PAU).
Питание осуществляется от сети постоянного или переменного
тока.
Архитектура
основана
на
распределенной
коммутационной фабрике с одной пассивной 8-битной шиной.
Информацию о синхронизации
TW-300 ONT извлекает из сети PON.

Содержание

128.

Шасси TW-400 ONT/INT
TW-400 – выполняет те же функции, что и TW-300.
Основные отличия TW-400 от TW-300 заключаются в том, что:
TW-400 оснащен сменным блоком вентиляторов, вследствие
чего высота шасси стала больше; TW-400 имеет две
независимые скоростные шины для слотов 1 и 2 , и рассчитан
на использование более скоростных плат SIM, NAU и PAU,
ожидаемых в будущем.

Содержание

129.

Сетевая система управления TMS
Фирменная сетевая система управления TMS (TeraPON
Management System) обеспечивет дистанционный контроль и
мониторинг, наблюдение за работой сети, сохранение данных о
работе сети в реестр.
Система имеет удобный графический интерфейс.
Ведется журнал событий и сообщений тревоги. Как опция,
возможно взаимодействие с реляционными базами данных для
хранения информации о сигналах тревоги, событиях,
состояниях
активности
и
функционировании
узлов,
статистические данных.

Содержание
English     Русский Rules