В каком году и какой организацией был ратифицирован стандарт epon ethernet passive optical network
Технология пассивных оптических сетей (PON) стала доступной с 90-х годов XX века. Значительный этап развития выпал на начало 2000-х годов и предполагал разработку решений относительно гигабитных скоростей передачи данных, предназначенных для предоставления услуг Ethernet и IР-услуг. Компаниями IЕЕЕ и ITU-I были разработаны два абсолютных разных решения: EPON и GPON. B то время как общие концепции (работа PON, структура ODN, план длин волн и сфера применения) EPON и GPON аналогичны, их принципы работы значительно отличаются, как и функции и услуги, которые они поддерживают. Технология EPON — это решение, присущее сети Ethernet, которое по-новому использует функционал, совместимость и выполнение протокола Ethernet, тогда как технология GPON по-новому использует методы SONET/SDH и GFP (основной протокол кадрирования) для обеспечения транспортировки в пределах сети Ethernet.
Органы стандартизации IЕЕЕ и ITU—I нa протяжении последних пятнадцати лет занимаются вопросами стандартизации технологии PON. Технологии EPON и 10GEPON подпадают под последние утвержденные стандарты IEEE, a технология GPON — под последний утвержденный стандарт ITU-I. Ha рисунке 1 показаны ключевые исторические этапы развития:
В основе первых предложений относительно технологии PON в начале—середине 90—х годов ХХ века лежало АТМ—кадрирование (APON, BPON). C последующим стремительным развитием трафика на основе сетей Internet и Intranet системы BPON нa основе АТМ показали свою неэффективность, так как большинство трафиков через сеть доступа состояло из IР—трафика переменной длины. Это стало катализатором для разработки технологии PON (EPON) исключительно на основе Ethernet, используя преимущество появления технологии Gigabit Ethernet (GbE) с определением параметров QOS, развитием стандартов (VLAN, приоритизация, ОАМ) и экономичной интеграции в оборудование Ethernet. Разработка стандарта гигабитной пассивной оптической сети (GPON) началась после того, как предложения компаний группы FSAN (Quantum Bridge et.al) для объединенного решения гигабитного АТМ и Ethernet PON нe смогли получить поддержку рабочих групп IЕЕЕ 802.3ah и было принято решение продолжить эту работу в ITU.
B основе обеих технологий EPON и GPON в большей степени лежит G.983, стандарт GPON, в части общей концепции (работа PON, структура ODN, план длин волн и сфера применения). Также обе технологии разработаны с целью лучшей адаптации IР-кадров переменной длины при пропускной способности линии в гигабитах. При этом существуют значительные различия в подходах, используемых для каждой из технологий.
Сравнительный анализ трех технологий APON, EPON, GPON
Характеристики | APON (BPON) | EPON | GPON |
---|---|---|---|
Институты стандартизации / альянсы | TU-T SG15 / FSAN | IEEE / EFMA | TU-T SG15 / FSAN |
Дата принятия стандарта | октябрь 1998 | июль 2004 | октябрь 2003 |
Стандарт | ITU-T G.981.x | IEEE 802.3ah | ITU-T G.984.x |
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с | 155/155 622/155 622/622 | 1000/1000 | 1244/155,622,1244 2488/622,1244, 2488 |
Базовый протокол | ATM1000/1000 | Ethernet | SDH |
Линейный код | NRZ | 8B/10B | NRZ |
Максимальный радиус сети, км | 20 | 20 (>301) | 20 |
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно | 32 | 16 | 64 (128) |
Приложения | Любые | IP, данные | Любые |
Коррекция ошибок FEC | предусмотрена | нет | необходима |
Длины волн прямого/обратного потоков, нм | 1550/1310 (1480/1310) | 1550/1310 (1310/1310) | 1550/1310 (1480/1310) |
Динамическое распределение полосы | есть | Поддержка | есть |
IP-фрагментация | есть | нет | есть |
Защита данных | Шифрование открытыми ключами | нет | Шифрование открытыми ключами |
Резервирование | есть | нет | есть |
Оценка поддержки голосовых приложений и QoS | высока | низкая | высока |
Рассмотрим каждую технологию более подробно.
Мостовое соединение
Так как кросс-соединение на OLT GPON не обеспечивается коммутатором Ethernet, GPON не может поддерживать стандартное мостовое соединение Ethernet. Таким образом, чтобы обеспечить поддержку стандартного мостового соединения, потребуется коммутатор Ethernet в восходящем направлении кросс—соединения OLT либо в пункте агрегирования на том же шасси, либо извне.
Принципы построения протокола
Технология EPON основана на технологии IЕЕЕ 802.3 Ethernet, модифицированной с целью поддержки соединения «точка-многоточка». Транспортировка трафика Ethernet осуществляется по умолчанию, все функции Ethernet полностью поддерживаются. GPON, с другой стороны, является протоколом транспортного уровня, в котором услуги Ethernet адаптированы к интерфейсам OLT и ONT Ethernet и осуществляются на структуре независимого синхронного кадра из конца в конец.
Распределение полосы пропускания
Использование в восходящем направлении требует программирования c помощью OLT каждой передачи ONT во избежание возникновения конфликтов. В принципе, каждый ONT получает допуск с указанием времени начала и окончания передачи. B технологии GPON допуски программируются по T-CONT; a в EPON — по LLID. B случае GPON допуски передаются в заголовке кадра в нисходящем направлении. B поле преобразования в рамках заголовка указывается конкретный T-CONT, время Запуска и Окончания (Alloc+ID+Start+End) для каждого предоставленного окна в восходящем направлении (временной интервал).
Динамическое распределение полосы пропускания (DBA)
Как GPON, так и EPON дополнительно поддерживают функцию DBA. Эта функция используется для изменения в реальном времени распределения временного интервала к ONT, которое увеличивает пропускную способность как функция запроса восходящего направления.
Определение и активация ONT
Как EPON, так и GPON поддерживают механизмы автоматического определения и активации ONT. Сеть GPON использует серийный номер (SN) для аутентификации ONT. Существует два метода активации ONT:
- Метод А - Серийный номер ONT заблаговременно регистрируется оператором на OLT
Метод B требует использования механизма автоматического определения серийного номера.
В случае определения нового ONT ему назначается идентификатор (ONT-ID), и ONT активируется.
Как правило, сеть EPON нe обеспечивает аутентификацию по серийному номеру, a вместо этого использует МАС-адрес ONT для назначения LLID.
Однако, в некоторых специфических реализациях сети EPON производителя дополнительно используется серийный номер ONT.
Технология APON/BPON
Эти технологии разработанные как первые попытки создать стандарты для PON, они основываются на протоколе ATM определив название APON, именно он дал определяющее развитие технологии в свое время, в октябре 1998 года появился первый стандарт ITU-T G.983.1, базирующийся на транспорте ячеек ATM в дереве PON.В последующее время идет активная работа над протоколом для улучшения его параметров, в частности максимальная скорость передачи данных возросла до до 622 Мбит/c. В ходе этой работы результирующая технология уже если не существенно, но довольно значительна отличалась от первоначальной спецификации, решено было отделить ее в отдельную, хоть и тесно связанную с APON ветку, названную BPON (broadband PON).
Так же были добавлена новая функциональная составляющая протокола, включающая передачу разнообразных приложений (голоса, видео, данные), что позволило расширить функциональные возможности технологии для взаимодействия с абонентом. Еще одним усовершенствованием было расширением полосы частот(длин волн) на которых идет передача данных, что позволило дополнительно нагрузить канал вспомогательными функциями использующими новую длину волны(например широковещательное телевидение).
Сервисная поддержка Ethernet
Функции Ethernet
Так как сеть EPON является стандартом Ethernet IEEE и использует коммутаторы Ethernet в микросхемах, она может по умолчанию поддерживать все функции Ethernet, присущие сериям 802.1 и 802.3, включая теги VLAN, приоритизацию, ОАМ и т.д. Все Ethernet-услуги можно по умолчанию получать способом, аналогичным тому, который используется сегодня для коммутируемой сети Ethernet.
Прозрачные услуги сети LAN (TLS)
TLS достигается путем туннелирования сети VLAN нa коммутаторах Ethernet. B случае их отсутствия на шасси OLT GPON потребуется использование внешних коммутаторов Ethernet, чтобы достичь того же результата. Кросс-соединение GEM не может проверять сети VLAN, чтобы принять соответствующее решение переадресации.
Принципы построения протокола
Технология EPON основана на технологии IЕЕЕ 802.3 Ethernet, модифицированной с целью поддержки соединения «точка-многоточка». Транспортировка трафика Ethernet осуществляется по умолчанию, все функции Ethernet полностью поддерживаются. GPON, с другой стороны, является протоколом транспортного уровня, в котором услуги Ethernet адаптированы к интерфейсам OLT и ONT Ethernet и осуществляются на структуре независимого синхронного кадра из конца в конец.
Технология EPON
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.
В настоящее время разработка стандартов 802.3ah в том числе EFMP находится на завершающей стадии, а принятие ожидается в середине 2004 г. Аргументы в пользу технологии EPON подкрепляются ориентацией сети Internet исключительно на протокол IP и стандарты Ethernet.
Иерархия услуги
Taк как сеть PON по своей природе является Р2М2‚ OLT должно иметь уникальную способность определения и установления связи c каждым ONT. B технологии EPON используется идентификатор логического соединения (LLID), что обеспечивает уникальную адресацию к ONT. Кроме того, VLAN_ID используются для дальнейшей адресации c целью предоставления услуг на базе VLAN. B нисходящем направлении OLT прикрепляет LLID к начальной части кадра для определения ONT пункта назначения.
В технологии GPON между OLT и ONT создается один или более трафик-контейнеров (T-CONT). Такой T-CONT обеспечивает эмуляцию двухточечного виртуального соединения между OLT и ONT, a также последующее мультиплексирование TDM полосы пропускання в нисходящем направлении между трафик-контейнерами (T-CONT). B пределах каждого трафик-контейнера (T—CONT) может существовать множество идентификаторов порта (Port ID) для определения отдельных портов ONT в пределах одного ONT.
Кадрирование / Адаптация сервиса
Уровень сходимости передачи GPON (GTC) отвечает за преобразование интерфейсов отдельных сервисов (например, Ethernet) в общую, независимую от услуги структуру.
Ethernet-кадры инкапсулируютоя в кадры GEM (GTC Incapsulation method), которые имеют GFP-подобный формат (Generic Frame Procedure ITU G.7401). Кадры GEM, в свою очередь, инкапсулируются в SONET/SDH—подобный кадр GTC (как в восходящем, так и в нисходящем направлении), который синхронно передается каждые 125 мс по сети PON.
В противоположность этому, EPON переносит Ethernet-кадры на PON без каких-либо изменений или модификаций. Нет необходимости в дополнительной адаптации и инкапсуляции.
Базовый принцип работы
Как показано выше, EPON представляет собой архитектуру сетей Ethernet IEEE. Ee управление доступом к среде (MAC) в нисходящем направлении работает аналогично стандарту GbE MAC, B котором осуществляется вещание всех трафиков Ethernet. Оптические разветвители используются для пассивного распределения одного нисходящего сигнала по каждой из конечных точек ONT.
Вещание в нисходящем направлении
Все данные передаются во все блоки ONU, a адрес ONU управляет данными в нисходящем направлении.
IЕЕЕ изменила восходящее направление Ethernet MAC для обеспечения поддержки программирования множественного доступа с временным разделением (TDMA). Восходящая полоса пропускания Ethernet (до кодировки 8B/10B) программируется для использования каждой конечной точкой ONT c помощью алгоритма TDMA, управляемого OLT. Для каждой конечной точки доступна вся полоса пропускания на протяжени заданного времени. Поставщиками внедряются алгоритмы динамического распределения полосы пропускания (DBA), что позволяет динамически изменить распределение по каждому блоку ONU на основе объема трафика, на который установлена очередность отправки данных.
Работа TDMA в восходящем направлении
Оптические разветвители пассивно разделяют один нисходящий сигнал по каждой из конечных точек 32 ONU.
B восходящем направлении используется программирование множественного доступа с временным разделением (TDMA), a входящий Ethernet-трафик снова инкапсулируется и преобразовывается в синхронный кадрированный сигнал 1,2 Гб/с таким же образом, как и в нисходящем направлении.
Кодирование
Полоса пропускания и эффективность
Наверное самым значимым заявлением производителей GPON является тот, что данная сеть имеет скорость 2,448 Гб/с в нисходящем направлении и 1,24416 Гб/с в восходящем направлении, тогда как EPON имеет симметрично 1,25 Гб/с (1,0 Гб/с до кодирования 8B/10B). Эффективность необходимо учитывать в обоих направлениях сети PON. Каждый РОN-протокол вводит свою строку в каком-либо из направлений. Общая эффективность сети PON - это функция инкапсуляции протокола и эффективность программирования. В нисходящем направлении строка протокола должна быть незначительной. В восходящем направлении общая строка программирования в EPON составляет от 2,92% до 9,67%. Другими словами, эффективность сети EPON составляет от 90,33% до 97,08% по сравнению с двухточечным соединением GbE. B нисходящем направлении эффективность сети EPON достигает 97,13% — 98,92% от эффективности двухточечного соединения 1 GbE. При этом сеть GPON в режиме GEM может достичь приблизительно 95% эффективности своей используемой полосы пропускания. Следует отметить, что сеть EPON дополнительно может работать в так называемом «турборежиме». В турборежиме скорость передачи данных по сети EPON в ниоходящем награвлении удваивается до 2,5 Гб/с, таким образом, обеспечивая производительность полосы пропускания, сопоставимую с сетью GPON.
Так как сеть GPON лишь определяет транспортировку Ethernet-кадров, функциональные настройки Ethernet по умолчанию отсутствуют. Коммутаторы сети Ethernet должны быть установлены либо спереди, либо непосредственно в GPON OLT и ONT, чтобы обеспечить дополнительные возможности сети Ethernet. Поэтому возможности специфичны для каждого варианта реализации производителя.
Вывод
Как технология EPON, так и технология GPON признали необходимость дальнейшего развития сети PON, чтобы сделать ее решением гигабитных скоростей передачи данных для транспортировки Ethernet— и IР—трафиков. Варианты их реализации, учитывая использование общей оптической инфраструктуры, очень разные. Технология EPON расширила возможность исходной сети Ethernet с целью поддержки архитектуры PON P2MP, тогда как технология GPON направлена нa методы, аналогичные SONET/SDH c GFP—кадрами, что позволяет создать эффективный транспортный механизм сети Ethernet.
В 1995 г. несколько производителей учредили консорциум по стандартизации сети доступа с полным набором услуг (Full-Services Access-Network Group). В него вошли более 20 ведущих мировых операторов связи и провайдеров, а также разработчики. Главной задачей для консорциума FSAN разработать стандарты для технологии PON.
В 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) на основе протокола ATM. Начинается строительство пассивных оптических сетей в Японии и США.
В дальнейшем технология PON активно совершенствуется и развивается. Технология APON (G.983.1) предусматривает передачу в сети PON ячеек ATM со скоростью 155 Мбит/с в каждом направлении. В спецификации BPON скорость передачи увеличена до 622 Мбит/с, появляется возможность реализовать широкополосные сервисы, включая доступ по Ethernet и видео.
Развитие Ethernet привело в 2001 г. к началу работы над спецификацией EPON, он же GEPON, он же Ethernet PON на основе протокола управления множеством узлов (Multi-Point Control Protocol - MPCP). Появляется еще одна разновидность PON - Gigabit PON (GPON) на основе протокола GFP. Стандарт предусматривает номинальную скорость передачи 622 Мбит/c или 1,25 и 2,5 Гбит/с. а различного типа (TDM, SDH, Ethernet, ATM), а также развитые механизмы управления и защита на уровне протоколов.
Технология GPON
GPON базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP данная спецификация существенно расширяет возможности технологии по сравнению с предыдущими BPON и EPON, как за счет скоростных возможностей канала, которые становятся мультигигабинтыми, что существенно увеличивает полосу пропускания и обеспечивает необходимый запас мощностей на ближайшее время, та к и за счет расширения функциональных возможностей системы и оптимизации эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Скорость предусматриваемая протоколом определяется значениями в 622 Мбит/c или 1,25 и 2,5 Гбит/с.
Так же увеличивается максимальная нагружаемость единичного волокна точками приема и достигает значения 128 абонентов на волокно. Появляется возможность варьирования скорости передачи прямого и обратного потока в дереве PON. Недостатком развития этого стандарта является пока более существенная цена на оборудование по сравнению с EPON, но этот недостаток скорее определяется недостаточной массовостью производства, что несомненно со временем будет устранено, делая технологию еще более привлекательной.
В этом документе проводится анализ цепочки производства оборудования 10G-EPON, описывается состояние исследования стандарта 10G-EPON (IEEE 802.3av), готовность промышленности, чипсетов, оптических модулей, новейшие разработки производителей оборудования и операторов.
Динамика стандарта IEEE 802.3av
Стандарт был официально издан в сентябре 2009 года, он продемонстрировав надежность и законченность. В следующие несколько лет, этот стандарт стал единственным, поддерживающим технологию симметрического 10G-PON.
Стандарт IEEE SIEPON
Местные операторы и производители оборудования являются основными инициаторами и учредителями стандарта IEEE SIEPON. Продвижение китайского стандарта на международный уровень является важной особенностью SIEPON. Стандарт SIEPON разрабатывается по принципу совместимости на уровне систем, с тем, чтобы обеспечить в условиях использования оборудования разных производителей передачу на уровне EPON, функциональность, совместимость в управлении, включая настройку систем, качество работы, живучесть и управление техническим обслуживанием.
Издание стандарта CCSA 10G-EPON
В Китае стандартизация 10G-EPON уже приближается к завершению, документ под названием «Технологии сети доступа требуется пассивная оптическая сеть Ethernet со скоростью 10 Гбит/с (10G-EPON)» был официально издан в начале 2011 года под номером YD/T 2274-2011. Стандарт CCSA «Модули оптических трансиверов и технические условия xPON, часть №4: оптические трансиверы, используемые в оптических линейных терминалах и оптических сетевых юнитах (OLT и ONU) технологии 10G-EPON» добавил необходимый уровень бюджета PR/PRX40/50, удовлетворяя требованиям в использовании сплиттеров и больших расстояний. Этот стандарт был издан в начале 2011 года под номером YD/T 1688.4-2011.
Издание стандарта BBF TR-200
TR-200 являет собой стандарт EPON, основываный на архитектуре TR-101, основным его содержанием является архитектура систем EPON и 10G-EPON, а также требования к функциям высокого уровня. Этот стандарт был закончен и издан в марте 2010 года.
Анализ готовности промышленности
MAC чипы для 10G-EPON
Увеличивается количество топ-производителей чипов для 10G-EPON, показывая быстрое развитие и новые особенности:
1. Всеми силами осуществляются инвестиции со стороны производителей комплектующих и чипов (включая Qualcomm, Broadcom (ТК), PMC, Cortina, Marvell). В 2010 году поставщики ASIC уже реализовали два семейства OLT и два семейства ONU, что стало важным показателем удовлетворения потребностей коммерческих масштабов. В пределах 2011 года число решений на чипсетах для OLT и ONU должно достигнуть четырех.
2. Чипы для 10G-EPON показывают высокую совместимость, высокие рабочие показатели, исходные высокотехнологичные особенности, чипы 10G-EPON второго поколения уже превосходят чипы E/GPON третьего и четвертого поколения, значительно снижая себестоимость и энергопотребление. Детальней смотрите ниже.
Оптические модули 10G-EPON
В первую половину 2010 года оптические модули для 10G-EPON ONU стали доступны в оптовых объемах: Hisense (海信), Source Photonics (索尔斯), NeoPhotonics (新飞通), Superxon (优博创), WTD(武汉电信器件) и прочие производители предложили оптические модули PRX30 и PR30 для 10G-EPON ONU.
Во второй половине 2010 года стали доступны оптические модули XFP для 10G-EPON OLT: Hisense, Source Photonics, NeoPhotonics, Superxon предложили оптические модули PRX30 и PR30 для 10G-EPON OLT.
В 2011 году стали доступны образцы оптических модулей PRX40 и PR40 для ONU от Hisense и InnoLight (旭创). В четвертом квартале 2011 года должны появиться образцы оптических модулей PRX40 и PR40 для OLT.
Совместимость чипов и оборудования разных производителей
В июле 2009 года China Telecom организовала встречу производителей Broadcom, Qualcomm, PMC и HiSilicon (海恩), провела тестирование совместимости чипов симметричного 10G-EPON, и осуществила впервые в мире взаимодействие несимметричного 10G-EPON на уровне чипсетов.
В ноябре 2011 года Broadcom, Qualcomm, PMC, Cortina и HiSilicon провели тестирование совместимости чипов симметричного 10G-EPON и в основном решили проблемы совместимости чипов 10G-EPON.
В Апреле 2011 года Broadcom, Qualcomm и PMC осуществили тестирование алгоритма скремблирования чипсетов, увеличив безопасность сетей 10G-EPON и убрав преграду на пути чипсетов к готовности.
В апреле 2011 года China Telecom организовала встречу компаний ZTE, Huawei, Fiberhome и New Postcom и провела испытания возможностей, эффективности и совместимости оборудования 10G-EPON. Результаты тестирования показали пошаговый контроль цепочки производства, быстрое развитие и полную реализацию совместимости чипсетов и оборудования. Это заложило твердое основание для коммерческого использования и быстрого снижения себестоимости оборудования 10G-EPON.
Готовность продукции различных производителей оборудования, ситуация с коммерческим использованием, взаимосвязи и совместимость между различными производителями.
В данный момент, лидирующие производители (ZTE, Huawei и Fiberhome) уже представили продукцию 10G-EPON, покрывая различные возможности применения, передовые производители (ZTE и Fiberhome) уже осуществили технологию ASIC для продуктов 10G-EPON и наладили серийное производство.
Основные производители оборудования смогли добиться успеха путем проведения, организованных провайдерами, испытаний единых систем и совместимости, сравнения с уже имеющимися требованиями EPON к тестированию готовности оборудования, включая симметричный и несимметричный режимы, функциональность системы, возможности в построении сетей, бизнес-показатели, Мультикаст, защиту и безопасность, OAM и удаленное администрирование, полностью отразив имеющееся соответствие продукции 10G-EPON реальным требованиям бизнеса к функционалу, степени готовности и совместимости. Результаты испытаний показали: оборудование 10G-EPON уже готово (созрело), достигнута совместимость на уровне оборудования.
Оборудование 10G-EPON уже используется в масштабах построения сетей, с целью использования в HSI, IPTV, VoIP, WiFi, TDM, а также других приложениях. Есть возможность строить смешанные сети EPON/10G-EPON, позволяя проводить плавное обновление сети к стандарту 10G-EPON. Уже предоставляются каналы со скоростью 1 Гбит/с и 10 Гбит/с. В Китае на данный момент охват абонентов на базе 10G-EPON достиг 320 тыс. пользователей.
Заключение
В данный момент цепочка производства 10G-EPON уже готова, стандарт уже закончен и стабилен. MAC чипы, оптические модули и другие ключевые компоненты уже отвечают требованиям к коммерческому производству в больших объемах; лидирующие производители оборудования могут предложить полную линейку FTTx оборудования, основанного на ASIC, цепочка производства 10G-EPON уже достигла уровня стандарта EPON 2008 года и может полностью удовлетворять требованиям коммерческого масштаба.
Существуют два основных направления развития PON — EPON-сети и GPON-сети.
Последней ступенью эволюции GPON-сетей является технология TWDM PON — Time Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Networking, пассивные оптические сети с временным и частотным (спектральным) мультиплексированием.
Технология TWDM-PON использует для организации дуплексных каналов связи четыре пары длин волн в различных спектральных диапазонах. Для формирования потоков upstream используются длины волн (λ1 — λ4), для downstream (λ5 – λ8).
В системах TWDM PON для передачи потоков может быть использовано три частотных диапазона: 1270-1280/1570-1580 нм — XG-PON-диапазон, 1535-1540/1553-1558 нм — С-band-диапазон, 1535-1540/1570-1580нм — С+L-band-диапазон.
Передача сигналов TWDM PON в диапазонах С-band и С+L-band позволяет использовать оптические усилители EDFA для увеличения оптического бюджета трассы.
Кроме большего количества длин волн, используемых для формирования потоков up/downstream, TWDM PON предполагает использование перестраиваемых оптических передатчиков (tunable Tx) и селективных оптических приемников (selective Rx) в станционном и оконечном оборудовании (OLT и ONU/ONT).
Использование перестраиваемых компонентов позволяет масштабировать, перестраивать сеть TWDM PON на аппаратном уровне без необходимости физически перестраивать сеть передачи.
TWDM PON позволяет, кроме гибкой настройки волн, производить тонкую настройку скорости передачи в рамках одного канала. Поддерживаются как симметричные по скорости передачи каналы связи 10G/10G и 2.5G/2.5G, так и несимметричные 10G/2.5G.
В сетях TWDM PON используют диапазоны длин волн — XG-PON диапазон, С-band диапазон и С+L-band диапазон.
1. XG-PON-диапазон. Частотный план полностью повторяет рабочие диапазоны XG-PON: 1270-1280 нм для upstream и 1570-1580 нм для downstream. Использование данного частотного плана позволяет организовывать передачу в рамках одной сети: TWDM PON, GPON, CATV.
В данной частотной сетке невозможно использование оптических усилителей EDFA, в связи с этим максимальный оптический бюджет системы составляет 33 дБ.
Использование XG-PON-диапазона оправдано при необходимости встраивать новые каналы передачи в существующую систему GPON+CATV без необходимости увеличивать оптический бюджет трассы.
2. С-band-диапазон. В данном случае частотный план представляет собой стандартный С-band-диапазон: 1535-1540 нм для upstream и 1553-1558 нм для downstream. Использование такого частотного плана позволяет организовывать передачу в рамках одной сети: TWDM PON, GPON, XG-PON.
За счет использования длин волн из С-band-диапазона появляется возможность использовать стандартные оптические усилители EDFA для DWDM-сетей с рабочим диапазоном 1529-1561 нм. Использование EDFA позволяет увеличить максимальный оптический бюджет системы до значения в 38 дБ. Оптические усилители устанавливаются на стороне головной станции, что позволяет не менять существующей архитектуры сети и не вводить в пассивную сеть дополнительные энергозависимые элементы.
Минусом использования данного частотного плана является его несовместимость с существующей сетью CATV.
3. С+L-band-диапазон. Данный частотный план предполагает использование Red-диапазона или С-minus Band 1535-1540 нм для upstream и L-minus Band 1570-1580 нм для downstream. Использование этого частотного плана позволяет организовывать передачу в рамках одной сети: TWDM PON, GPON, CATV.
Использование данного частотного плана позволяет рассчитывать на оптический бюджет до 38 дБ и одновременную передачу сигналов PON и CATV. Однако система TWDM PON на С+L-band-диапазоне имеет свои особенности, главной из которых является необходимость использования L-band-усилителей для downstream. В настоящий момент EDFA L-band диапазона мало востребованы, так как С-band полностью удовлетворяет потребности телекоммуникационного рынка.
Если сравнить существующие системы GPON с технологией TWDM PON, такие как GPON и XG PON1, то можно выделить как минимум три отличительные особенности, по которым технология TWDM является более перспективной:
Общая пропускная способность системы. Для систем GPON пропускная способность составляет 10 Гбит/с downstream и 2,5 Гбит/с upstream, в то время как пропускная способность TWDM PON это четыре независимых потока по 10 Гбит/с, что и определяет общую пропускную способность системы — 40 Гбит/с.
Частотный диапазон. Системы GPON для формирования канала связи используют две длины волны. Следует отметить, что используются достаточно широкополосные сигналы λ1±5 нм. В то время, как системы TWDM PON задействуют четыре пары длин волн с достаточно узким спектром λ1±1,6 нм. Также следует отметить, что в дальнейшем количество задействованных длин волн планируется увеличить до восьми.
Оптический бюджет. В связи с невозможностью использования оптических усилителей для систем GPON оптический бюджет ограничен
Исходя из вышеперечисленных отличительных особенностей TWDM PON, можно предположить два основных сценария использования подобных систем на практике:
Первым сценарием является “pay-as-you-grow”. Данный сценарий предусматривает постепенное внедрение технологии TWDM PON в рамках расширения существующей сети или на этапе развертывания новой.
Количество задействованных пар длин волн (дуплексных каналов связи) напрямую зависит от числа абонентов сети, при увеличении последних оператор может вводить новые каналы ПД в эксплуатацию без глобальной стройки ВОЛС. У оператора отпадает необходимость изначально «закладываться на будущее», появляется возможность планомерно инвестировать в развитие сети, что заметно снижает финансовые риски, а также минимизирует ошибки в стратегии развития сети.
Вторым сценарием использования систем TWDM PON является “local-loop-unbundling” (LLU). Данный сценарий предполагает совместное использование одной PON-сети несколькими операторами или намеренную фрагментацию сети одного провайдера. В сценарии LLU для каждого провайдера/оптической подсети используется определенная пара длин волн, подобный сценарий позволит снизить финансовые затраты группе операторов при постройке сети PON или увеличить отказоустойчивость сети одного оператора.
Перспективы развития технологии TWDM PON весьма впечатляющие, так как использование оптических усилителей, перестраиваемых оптических компонентов, позволяет операторам максимально гибко разворачивать и развивать пассивные оптические сети. Соответственно операторы сами могут выбрать сценарий развития сети, который наилучшим образом соответствует их бизнес модели. TWDM PON может сосуществовать с другими PON-технологиями, это также оставляет простор для роста операторов и добавления длин волн постепенно, по мере необходимости. В результате оператор может построить сеть, запустить GPON, и затем выделять длины волн для компаний–провайдеров или оставить для собственных потребностей.
Развитие технологии PON с середины 90-ых гг. проходит несколько этапов, обозначаемых стандартами APON, EPON и GPON.
Первые шаги в технологии PON (passive optical networks ) были предприняты 1995 году, когда влиятельная группа из семи компаний (British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom Italia) создала консорциум для того, чтобы претворить в жизнь идею множественного доступа по одному волокну. Эта неформальная организация, поддерживаемая , получила название FSAN (full service access network).
Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PONс тем, чтобы производители оборудования и операторы, могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. На сегодня FSAN насчитывает 40 операторов и производителей и работает в тесном сотрудничестве с такими организациями по стандартизации, как , ETSI и ATM форум.
Операторы услуг связи, входящие в FSAN : Bell Canada, BellSouth, Bezeq, British Telecom, Chunghwa Telecom, Deutsche Telecom, Eire, France Telecom, Korea Telecom, KPN, Malta Telecom, NTT, Qwest, SBC, Singapore Telecom, SwissCom, Telecom Italia, Telefonica, Telia, Telstra, Verison (всего 21 компания)
Поставщики оборудования PON, входящие в FSAN : Alcatel, Agere, Broadlight, Ericsson, Flexlight Networks, Fujitsu, Hitachi (OpNext), Iamba, Infineon, Lucent, Marconi, Mitsubishi [Paceon], NEC [NEC Luminant], OKI [OKI Network Technologies], Optical Solutions, Quantum Bridge, SAT, Terawave, Zonu (всего 19 компаний).
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 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=17), скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, закрепляющая понятие BPON (broadband PON) и добавляющая новые сущности 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 ONU 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 шировещательное 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 ONU и рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг, табл.
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 10/100, телефония (FXS).
шировещательной природы прямого потока в PON и потенциально существующей возможности несанкционированного доступа к данным со стороны ONU, которому эти данные не адресованы, в APON предусмотрена возможность передачи данных в прямом потоке с использованием технологии шифрования на базе открытых ключей. Необходимости в шифровании обратного потока нет, поскольку OLT находится на территории оператора.
Основные сведения стандарта PON G.983.1
Длина волны для нисходящего потока (потока к абонентам)
базовая 1550 нм, наращивание в DWDM 15xx нм,
Длина волны для восходящего потока
базовая 1310 нм, наращивание в DWDM 15xx нм,
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
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
Максимальное число абонентских узлов (ONU), которые можно подключить на одно волокно, идущее из центрального узла (OLT)
Тип оптических соединителей PON
или 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, реализуя тем сам пожелания многих экспертов по построению архитектуры сети PON, наиболее приближенной к широко распространенным сейчас сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который в итоге 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 больше 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.
Альянс EFMA: 69 производителей оборудования, включая 3Com, Alloptics, Aura Networks, CDT/Mohawk, Cisco Systems, DomiNet Systems, Intel, MCI WorldCom и World Wide Packets, а также операторы связи
Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три разновидности решения для сети доступа:
EFMF предлагает для скорости передачи 100 Мбит/с использовать те же самые лазерные диоды что и в стандартах FDDI и Fast Ethernet 100, а для версии 1 Гбит/с соответственно стандарты Fibre Channel FC-0 и FC-1. Налагается лишь одно ограничение распространить перечисленные спецификации стандартов на больший диапазон расстояний. Удовлетворить этому требованию можно путем увеличения напряжений, подаваемых на передатчики, что позволит увеличить число фотонов на бит информации и обеспечит лучшее соотношение сигнал/шум на приемнике.
Обратная сторона медали при таком подходе безусловное уменьшение среднего времени наработки на отказ оптического передатчика (510 лет). Типовым расстоянием в стандартах 100 и 1000 является 5 км, в то время как в EFMF предполагается обеспечить расстояние по меньшей мере 10 км.
Оптические интерфейсы для EPON аналогичны тем, которые используются в традиционных оптических сетях. 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 добавления 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 при коэффициенте деления 1:16) и класс 2 для больших расстояний (до 20 км при коэффициенте деления 1:16).
Это позволяет оптимально по стоимости строить сети PON с большим диапазоном расстояний и коэффициентов деления. Недорогие приемопередающие модули EPON, использующие или лазеры , а также высокочувствительные лавинные или PIN фотодиоды, поставляются уже сейчас. Ожидается дальнейшее снижение их стоимости по мере формирования рынка и совершенствования технологий их изготовления.
Читайте также: