FTTH — Введение

Для доступа к сетевым технологиям обычно есть два пути: фиксированный, а второй — беспроводной . В этом уроке мы обсудим «фиксированный» метод, который технически называется технологией FTTH .

Что такое FTTH?

Оптоволокно для дома или просто FTTH — это технология, которая использует оптоволокно непосредственно от центральной точки до жилых помещений (как показано на следующем изображении). Он обеспечивает бесперебойный высокоскоростной интернет. Здесь «Н» включает в себя как дома, так и малого бизнеса.

FTTH — это идеальное решение для доступа к оптоволокну, в котором каждый абонент подключен к оптоволоконному кабелю. Варианты развертывания, обсуждаемые в этом учебном пособии, основаны на полном оптоволоконном тракте от окончания оптической линии (OLT) до абонентских помещений.

Этот выбор облегчает предоставление услуг и контента с высокой пропускной способностью каждому клиенту и обеспечивает максимальную пропускную способность для будущих потребностей в новых услугах. Следовательно, гибридные варианты, включающие в себя «частично» оптоволоконные и «частично» медные инфраструктурные сети, не включены.

В качестве доступа к дому по оптоволокну сценарий «Волокно к дому» (FTTH) в основном предназначен для единицы на одну семью (SFU), предоставляя сравнительно небольшое количество портов, включая следующие типы — POTS, 10/100/1000 BASE- T и RF (18 дБмВ).

Метод оптического волокна может быть развернут двумя способами: активный метод и пассивный метод. Текущее массовое развертывание FTTH основано на пассивном методе. Итак, давайте обсудим пассивный метод в деталях.

Пассивный метод. В этом методе используются две типичные технологии: пассивная оптическая сеть Ethernet (EPON) и пассивные оптические сети с поддержкой гигабитов (GPON). Смотрите следующее изображение.

• Цифровой абонентский контур с очень высокой скоростью передачи данных (VDSL) поддерживает максимальную скорость передачи данных 55 бит / с. VDSL2 имеет лучшее QoS и лучшее SNR.

• ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) поддерживает максимальную битовую скорость 8 Мбит / с, однако ADSL2 может достигать 12 Мбит / с.

• SHDSL обозначает симметричную цифровую абонентскую линию с высокой скоростью . Чем больше диаметр телефона, тем больше расстояние, которое он может достичь. Скорость передачи зависит от диаметра телефонного провода.

• Цифровая сеть с интеграцией услуг (ISDN) основана на сети с коммутацией каналов.

Цифровой абонентский контур с очень высокой скоростью передачи данных (VDSL) поддерживает максимальную скорость передачи данных 55 бит / с. VDSL2 имеет лучшее QoS и лучшее SNR.

ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) поддерживает максимальную битовую скорость 8 Мбит / с, однако ADSL2 может достигать 12 Мбит / с.

SHDSL обозначает симметричную цифровую абонентскую линию с высокой скоростью . Чем больше диаметр телефона, тем больше расстояние, которое он может достичь. Скорость передачи зависит от диаметра телефонного провода.

Цифровая сеть с интеграцией услуг (ISDN) основана на сети с коммутацией каналов.

Почему FTTH?

Волокно предлагает ряд преимуществ по сравнению с предыдущими технологиями (медь). Самые важные из них следующие:

• Огромная информационная емкость
• Легко обновляется
• Прост в установке
• Позволяет полностью симметричные услуги
• Сокращает эксплуатационные и эксплуатационные расходы
• Охватывает очень большие расстояния
• Сильный, гибкий и надежный
• Позволяет маленький диаметр и легкие кабели
• Безопасно и надежно
• Невосприимчив к электромагнитным помехам (EMI)
• Более низкая стоимость

В следующей таблице перечислены расширенные услуги, которые могут быть предоставлены через FTTH, а также их пропускная способность.

Сервисы	Пропускная способность
Загрузка данных	10 Мбит / с
VoIP и видео-конференция	1 Мбит / с
Музыка по запросу, мультимедийный контент	2 Мбит / с
Онлайн-игры	1 Мбит / с
SD Цифровое ТВ	3 Мбит / с
HD цифровое телевидение	8 Мбит / с
Дополнительные телеканалы	16 Мбит / с

FTTH против xDSL

В следующей таблице показано типичное сравнение между устройствами FTTH и xDSL с точки зрения ширины полосы и расстояния (максимальный радиус действия) —

Транспорт	ADSL	ADSL2	ADSL2 +	VDSL	VDSL2	FTTH PON
Максимальная пропускная способность	D: 8M	12M	24M	55М	100M	100+
	U: 1M	3.5M	1M	19M	100M	100+
Расстояние	3-5км			<= 1.3km		<= 100KM

• Расстояние сильно влияет на производительность xDSL.

• Расстояние не является проблемой для FTTH, так как максимальный радиус действия составляет более 20 км.

• FTTH поддерживает все доступные сервисы.

Расстояние сильно влияет на производительность xDSL.

Расстояние не является проблемой для FTTH, так как максимальный радиус действия составляет более 20 км.

FTTH поддерживает все доступные сервисы.

Расстояние и пропускная способность

Следующие пункты объясняют параметры расстояния и полосы пропускания —

• ISDN — 2B + D = 2 × 64 + 16 = 144 Кбит / с
• HDSDN — американский стандарт 0,51 мм, 2 м макс 5 км.
• ADSL — 3-5 км 8 Мбит / с
• ADSL2 — 3-5 км 12 Мбит / с
• ADSL2 + — 3-5 км 24 Мбит / с
• VDSL — ≤ 1,3 км, 55 Мбит / с; VDSL2 восходящий / нисходящий 100 Мбит / с

Терминология FTTH

Давайте теперь кратко обсудим терминологию, обычно связанную с FTTH.

Дифференциальное расстояние волокна

OLT подключен к нескольким ONU / ONT. Дифференциальное расстояние по волокну — это разница в расстоянии между ближайшим и самым дальним ONU / ONT от OLT. В GPON максимальное дифференциальное расстояние волокна составляет 20 км . Это влияет на размер окна ранжирования и соответствует МСЭ-Т G.983.1.

Логический охват

Логический радиус действия определяется как максимальное расстояние, которое может быть пройдено для конкретной системы передачи, независимо от оптического бюджета. Поскольку логический охват — это максимальное расстояние между ONU / ONT и OLT, за исключением ограничения физического уровня — в GPON максимальное логическое расстояние определяется как 60 км .

Средняя задержка передачи сигнала

Средняя задержка передачи сигнала является средним из значений задержки восходящего и нисходящего потоков между опорными точками. Это значение определяется путем измерения задержки в оба конца, а затем деления на 2. GPON должен учитывать услуги, которым требуется максимальная средняя задержка передачи сигнала 1,5 мс. В частности, система GPON должна иметь максимальное среднее время задержки передачи сигнала менее 1,5 Мс между телевизионными ориентирами.

Оптическая сеть доступа (OAN)

Оптическая сеть доступа — это сеть доступа к сетевой стороне, она также известна как SNI (интерфейс служебной сети). Восходящие порты OLT соединяются с L2 Switch Ring сети доступа. Все остальные промежуточные компоненты, такие как ODF / FDMS, подключенные к SNI, находятся в сети оптического доступа.

Оптическая распределительная сеть (ODN)

В технологии PON в сторону нисходящего потока все пассивные компоненты от порта PON OLT до порта PON ONT находятся под оптической распределительной сетью. Обычно Splitter и ODF / FDMS подпадают под эту категорию.

Оптическое окончание линии (OLT)

Оборудование центрального офиса (CO) предоставляет PON различные сетевые интерфейсы. Один OLT обслуживает несколько ONT посредством нисходящей передачи PON, то есть от OLT к ONT обычно является TDM. Восходящий трафик, т. Е. От ONT к OLT, обычно является TDMA. Система PON может быть симметричной или асимметричной.

Оконечная оптическая сеть (ONT) / Оптический сетевой блок (ONU)

Терминал оптической сети — это оборудование помещения клиента, которое предоставляет пользовательские интерфейсы для клиента.

Физический охват

Физический радиус действия определяется как максимальное физическое расстояние, которое может быть достигнуто для конкретной системы передачи. «Физический радиус действия» — это максимальное физическое расстояние между ONU / ONT и OLT. В GPON для физической досягаемости определены два варианта: 10 км и 20 км.

обслуживание

Услуга определяется как услуга сети, требуемая операторами. Служба описывается именем, которое четко распознается всеми, независимо от того, является ли оно именем структуры фрейма или общим именем.

Битрейт

GPON ориентирован на скорости передачи, превышающие или равные 1,2 Гбит / с. Соответственно, GPON идентифицирует две комбинации скорости передачи следующим образом:

• 1,2 Гбит / с вверх, 2,4 Гбит / с вниз
• 2,4 Гбит / с вверх, 2,4 Гбит / с вниз

Наиболее важная скорость передачи данных составляет 1,2 Гбит / с в восходящем направлении и 2,4 Гбит / с в нисходящем направлении, что составляет почти все развернутое и запланированное развертывание систем GPON.

Коэффициент разделения

Чем больше коэффициент разделения для GPON, тем он экономичнее с точки зрения затрат. Тем не менее, более высокий коэффициент разделения подразумевает увеличение оптической мощности и разделения полосы пропускания, что создает необходимость в увеличенном бюджете мощности для поддержки физического охвата.

Коэффициенты разделения до 1:64 реалистичны для физического уровня, учитывая современную технологию. Однако, ожидая продолжения эволюции оптических модулей, уровень TC должен учитывать коэффициенты разделения до 1: 128.

Скорость данных

PON	DS (Мбит / с)	США (Мбит / с)
BPON	155,52	155,52
Amd 1	622,08	155,52
	622,08	622,08
Драм 2	1244,16	155,52
	1244,16	622,08
GPON	1244,16	155,52
	1244,16	622,08
	1244,16	1244,16
	2488,32	155,52
	2488,32	622,08
	2488,32	1244,16
	2488,32	2488,32
EPON	1250	1250
10GEPON +	10312,5	10312,5

FTTH — PON

PON — это пассивная оптическая сеть с архитектурой от одной к нескольким точкам. Как показано на следующем рисунке, он состоит из оптического линейного терминала (OLT), оптического сетевого блока и пассивного оптического разветвителя.

История ПОН

Первая деятельность пассивной оптической сети (PON) была инициирована группой FSAN в середине 1990-х годов. Первоначальный стандарт охватывал передачу 155 Мбит / с на основе ATM, известного как стандарт APON / BPON . Позже стандарт был расширен до 622 Мбит / с.

В 2001 году IEEE начал разработку стандарта на основе Ethernet, известного как EPON .

В 2001 году группа FSAN начала разработку гигабитного стандарта скорости, то есть GPON , который должен быть ратифицирован МСЭ-Т.

Архитектура сети PON

На следующем рисунке показана сетевая архитектура PON —

Куда,

• SNI — интерфейс сервисного узла

• IFPON — интерфейс для PON

• UNI — интерфейс узла пользователя

SNI — интерфейс сервисного узла

IFPON — интерфейс для PON

UNI — интерфейс узла пользователя

Как показано на приведенной выше иллюстрации, ODN может быть сконфигурирован с одним или несколькими разделителями с несколькими каскадами.

ПОН — Мультиплексирование

PON использует WDM для реализации двунаправленной передачи по одному волокну (см. Иллюстрацию, приведенную ниже) —

Чтобы различать сигналы в двух разных направлениях, применяются две технологии мультиплексирования, которые:

• TDM

• TDMA

TDM

TDMA

Давайте обсудим их подробно —

Мультиплексирование с временным разделением (TDM) для нисходящего потока — это метод передачи и приема отдельных сигналов по общему сигнальному тракту. Для этого он использует синхронизированные коммутаторы на каждом конце линии передачи; в результате, каждый сигнал появляется на линии только доли времени в чередующемся порядке.

Множественный доступ с временным разделением () для восходящего потока — этот метод позволяет многим пользователям совместно использовать один и тот же частотный канал, разделяя сигнал на разные временные интервалы.

ПОН: вниз по течению

Режим вещания — нисходящие данные транслируются на все ONU. Но в ONU обрабатывается только определенный пакет, а остальные пакеты отбрасываются.

PON: восходящий (режим TDMA)

Следующая иллюстрация изображает режим TDMA.

На следующем рисунке показаны обе технологии вместе —

ПОН Терминологии

Ниже приведены термины PON —

• ODN (оптическая распределительная сеть) — ODN осуществляет оптическую передачу от OLT к пользователям и наоборот. Он использует пассивные оптические компоненты.

• OLT (Optical Line Termination) — OLT является конечной точкой поставщика услуг PON и размещается в CO или головном конце.

• ONT / ONU (завершение оптической сети) — ONT — это устройство, которое завершает PON и представляет пользователю собственные сервисные интерфейсы. ONT обычно находится на территории клиента.

ODN (оптическая распределительная сеть) — ODN осуществляет оптическую передачу от OLT к пользователям и наоборот. Он использует пассивные оптические компоненты.

OLT (Optical Line Termination) — OLT является конечной точкой поставщика услуг PON и размещается в CO или головном конце.

ONT / ONU (завершение оптической сети) — ONT — это устройство, которое завершает PON и представляет пользователю собственные сервисные интерфейсы. ONT обычно находится на территории клиента.

Сеть доступа PON

Пассивная оптическая сеть (PON) — это по сути экономически эффективная система доступа на основе оптоволокна, которая предоставляет услуги Triple Play (голос, видео и данные) как для бизнеса, так и для бытовых потребителей. Помимо простой топологии, показанной на следующем рисунке, PON может работать в других топологиях. Например — шина или линейный, распределенное расщепление и т. Д.

Различные типы топологии, которые используются, зависят от профиля распределения клиентов.

ONT может быть подключен к PON любым способом, если:

• Оптический бюджет от ONT до OLT и наоборот соблюден.

• Указана максимальная разность расстояний между разными ONT.

• Длина волокна от ONT до OLT находится в допустимых пределах.

• Предел максимального количества ONT, которые может поддерживать система PON, не превышен.

Оптический бюджет от ONT до OLT и наоборот соблюден.

Указана максимальная разность расстояний между разными ONT.

Длина волокна от ONT до OLT находится в допустимых пределах.

Предел максимального количества ONT, которые может поддерживать система PON, не превышен.

Пассивные модули в PON

Ниже приведены пассивные модули в системе PON —

• WDM Соединитель
• 1 × N сплиттер
• Оптоволокно и кабель
• соединитель
• ODF / кабинет / субблоков

Активные модули в PON

Ниже приведены активные модули в системе PON —

В OLT —

• Лазерный передатчик (1490 нм)
• Лазерные приемники (1310 нм)
• Для применения в кабельном телевидении
• Лазерный усилитель (1550 нм)
• EDFA для усиления видеосигнала

В ОНУ —

• X`Power / аккумулятор для ONU
• Лазерный передатчик (1310 нм)
• Лазерные приемники (1490 нм)
• Приемники для сигнала кабельного телевидения (1550 нм)

В следующей главе мы поймем, что такое гигабитные пассивные оптические сети.

FTTH — GPON

GPON (гигабитные пассивные оптические сети) — это оптическая система для сетей доступа, основанная на спецификациях ITU-T серии G.984 . Он может обеспечить радиус действия 20 км с оптическим бюджетом 28 дБ (как показано на следующем рисунке), используя оптику класса B + с коэффициентом разделения 1:32.

Система GPON поддерживает следующие тарифы —

• 155 Мбит / с в восходящем направлении, 1,24416 Гбит / с в нисходящем направлении
• 622 Мбит / с в восходящем направлении, 1,24416 Гбит / с в нисходящем направлении
• 1,24416 Гбит / с вверх по течению, 1,24416 Гбит / с вниз по течению
• 155 Мбит / с вверх, 2,48832 Гбит / с вниз по течению
• 622 Мбит / с, 2,44832 Гбит / с вниз
• 1.24416 Гбит / с вверх, 2.48832 Гбит / с вниз по течению
• 2.48832 Гбит / с вверх, 2.48832 Гбит / с вниз по течению

GPON поддерживает как инкапсуляцию ATM, так и GEM. GEM (метод инкапсуляции GPON) поддерживает как собственный TDM, так и Data.

Особенности GPON

Эта эволюционная технология основана на BPON GEM. Ниже приведены его особенности —

Нисходящая передача

• 2,4 Гбит / с
• BW для одного ONT достаточно для подачи нескольких сигналов HDTV
• QOS позволяет задерживать чувствительный трафик (голос)

Восходящая передача

• 1,24 Гбит / с
• Минимальный BW может быть гарантирован
• Неиспользуемые временные интервалы могут быть назначены для активных пользователей
• QoS позволяет задерживать чувствительный трафик (голос)

Почему ГПОН?

GPON предоставляет интегрированные сервисные решения, такие как —

• Он поддерживает услуги Triple Play.

• Для преодоления препятствия пропускной способности доступа по витой паре, он поддерживает передачу с высокой пропускной способностью.

• Это уменьшает сетевые узлы.

• Поддерживает до 20 км зоны обслуживания.

Он поддерживает услуги Triple Play.

Для преодоления препятствия пропускной способности доступа по витой паре, он поддерживает передачу с высокой пропускной способностью.

Это уменьшает сетевые узлы.

Поддерживает до 20 км зоны обслуживания.

Стандарты GPON

Стандарты GPON основаны на предыдущих спецификациях BPON. Технические характеристики —

• G.984.1 — Этот документ описывает общие характеристики гигабитной пассивной оптической сети.

• G.984.2 — Этот документ описывает спецификацию уровня, зависящего от физического носителя, от гигабитной пассивной оптической сети.

G.984.1 — Этот документ описывает общие характеристики гигабитной пассивной оптической сети.

G.984.2 — Этот документ описывает спецификацию уровня, зависящего от физического носителя, от гигабитной пассивной оптической сети.

• МСЭ-Т G.984.3 — В этом документе описана спецификация уровня конвергенции передачи пассивной оптической сети с гигабитной пропускной способностью.
• МСЭ-Т G.984.4 — В этом документе описывается спецификация интерфейса управления и контроля ONT для гигабитной пассивной оптической сети (OMCI).

Архитектура GPON

GPON OLT обслуживает несколько ONT через порт PON. Передача в нисходящем направлении, т. Е. От OLT к ONT, обычно является TDM; тогда как восходящий трафик, то есть от ONT к OLT, обычно является TDMA.

Система PON может быть симметричной или асимметричной. PON и оптоволоконная инфраструктура также могут использоваться для поддержки любых односторонних распределительных услуг. Например — видео на другой длине волны.

Физически-зависимый уровень GPON

G.984.2 — это спецификация физического уровня системы GPON. Физический уровень предназначен для таких областей, как —

• Оптические характеристики с точки зрения скорости передачи данных.
• Класс волоконно-оптических компонентов.
• Время и контроль оптической силы.
• Прямое исправление ошибок.

Одним из основных требований оптической системы является обеспечение компонентов достаточной пропускной способностью для расширения оптического сигнала до ожидаемого диапазона. Есть три категории или классы компонентов, которые основаны на мощности и чувствительности. Классы компонентов:

• Оптика класса A: от 5 до 20 дБ
• Оптика класса B: от 10 до 25 дБ
• Оптика класса C: от 15 до 30 дБ

Оптический линейный терминал (OLT)

OLT обеспечивает интерфейс узла обслуживания (SNI) (обычно интерфейсы локальной сети Ethernet 1 Гбит / с и / или 10 Гбит / с) по направлению к базовой сети и управляет GPON. OLT состоит из трех основных частей —

• Функция интерфейса сервисного порта
• Функция кросс-коммутации
• Интерфейс оптической распределительной сети (ODN)

На следующем рисунке показана типичная функциональная блок-схема OLT.

PON Core Shell

Оболочка PON Core состоит из двух частей. Первая часть — это функция интерфейса ODN, а часть — функция PON TC . Функция PON TC включает в себя OAM, управление доступом к среде, кадрирование, DBA, определение протокольного блока данных (PDU) для функции кросс-коммутации и для управления ONU.

• Оболочка кросс-коммутации — эта оболочка обеспечивает путь связи между основной оболочкой PON и служебной оболочкой.

• Служебная оболочка — эта оболочка предназначена для трансляции между служебными интерфейсами и интерфейсом фрейма TC раздела PON.

Оболочка кросс-коммутации — эта оболочка обеспечивает путь связи между основной оболочкой PON и служебной оболочкой.

Служебная оболочка — эта оболочка предназначена для трансляции между служебными интерфейсами и интерфейсом фрейма TC раздела PON.

ONU / ONT

Оптический сетевой блок (ONU) работает с одним интерфейсом PON или максимум двумя интерфейсами для целей защиты канала. В случае, если какое-либо одно волокно из этих двух волокон отрезано, ONU может быть доступно через другое волокно. Это называется защитой PON или защитой канала. Защита канала также известна как агрегация канала , которая может защитить канал и в то же время может также агрегировать трафик.

Сервисные функции MUX и DEMUX соединяют устройства клиента со стороны PON. Терминал оптической сети (ONT) предназначен для использования одним абонентом, а ONU (блок оптической сети) предназначен для использования несколькими абонентами. Разделители позволяют совместно использовать PON до 128 ONT или ONU.

Интерфейсы ONT / ONU

Терминал оптической сети (ONT), который подключен к OLT на стороне восходящей линии связи для интерфейса служебной сети, имеет много портов интерфейса пользователя и сети. Как правило, в направлении UNI будет четыре порта FE / GE.

• Порты UNI для Residential ONT. Как правило, интерфейсы абонентского обслуживания, такие как 10 / 100Base-T High Speed ​​Internet (HSI) и видео по IP, коаксиальные RF для систем наложения видео RF и аналоговые телефонные интерфейсы FXS для голоса VoIP PSTN.

• Порты UNI для бизнес-ONT. В дополнение к вышесказанному могут также использоваться маршрутизаторы 10/100 / 100Base-T и интерфейсы коммутаторов L2 / L3, а также УАТС DS1 / E1 для ключевых систем.

Порты UNI для Residential ONT. Как правило, интерфейсы абонентского обслуживания, такие как 10 / 100Base-T High Speed ​​Internet (HSI) и видео по IP, коаксиальные RF для систем наложения видео RF и аналоговые телефонные интерфейсы FXS для голоса VoIP PSTN.

Порты UNI для бизнес-ONT. В дополнение к вышесказанному могут также использоваться маршрутизаторы 10/100 / 100Base-T и интерфейсы коммутаторов L2 / L3, а также УАТС DS1 / E1 для ключевых систем.

Оптический сетевой блок (ONU) завершает оптоволокно GPON и имеет гораздо больший пользовательский сетевой интерфейс (UNI) для нескольких абонентов. Интерфейсом UNI может быть ADSL2 +, VDSL2, Power Line, MoCA или HPNA , и расстояние до абонента (10/100 Base-T ограничено 100 м, что составляет 330 футов).

В зависимости от типа интерфейсных портов UN UNI может не иметь возможности подключаться напрямую к абонентскому оборудованию CPE. В этом случае UNI UNI подключается к терминации сети (NT), которая размещается в конечном местоположении абонента. NT завершает работу оборудования CPE абонента, такого как ПК, беспроводной маршрутизатор, телефон, телевизионная приставка IP-видео или телевизионная приставка, видео RF и т. Д.

По сути, ONT объединяет функции ONU и NT в одном устройстве. Это сочетание двух; вместе это делает ONT наиболее экономически эффективным решением для предоставления услуг GPON местным и односемейным, малым и средним предприятиям. Однако, если клиент в студенческом городке в качестве студентов, общежитий, школ, колледжей, больниц или корпоративных офисов, где уже проложен медный кабель CAT-5, ONU может служить более подходящим решением.

Оптическая распределительная сеть

GPON ODN, состоящий из одномодового оптического волокна и кабеля; оптоволоконные ленточные кабели, сращивания, оптические разъемы, пассивные оптические разветвители и пассивные разветвительные компоненты очень пассивны.

Оптические сплиттеры ODN разделяют одно волокно на несколько волокон, идущих к разным зданиям и отдельным домам. Сплиттеры могут быть размещены в любом месте в ODN, от центрального офиса (CO) / локальной биржи (LE) до помещения клиента и могут быть любого размера. Разделители обозначены как [n: m], где «n» — это номер входа (в направлении OLT) = 1 или 2, а «m» — это количество выходов (в направлении ONT) = 2,4,8,16. , 32,64.

GPON мультиплексирование / кадрирование

Мультиплексирование или кадрирование GPON объясняется следующими факторами.

Метод инкапсуляции GPON (GEM)

Это схема передачи данных в указанном уровне конвергенции передачи GPON. GEM предоставляет ориентированный на соединение механизм кадрирования переменной длины для передачи услуг передачи данных по пассивной оптической сети (PON). GEM разработан, чтобы быть независимым от типа интерфейса узла службы в OLT, а также от типов интерфейсов UNI в ONU.

Нисходящий трафик (OLT в направлении ONU / ONT)

Для нисходящего трафика функции мультиплексирования трафика централизованы в OLT. Идентификатор порта GEM в форме 12-битного числа, назначенного OLT отдельным логическим соединениям, идентифицирует кадры GEM, которые принадлежат различным нисходящим логическим соединениям. Каждый ONU фильтрует нисходящие кадры GEM на основе своих идентификаторов портов GEM и обрабатывает только те кадры GEM, которые принадлежат ONU.

Восходящий трафик (ONU / ONT в направлении OLT)

Несущим трафик объектам в ONU предоставляется OLT возможность передачи в восходящем направлении (или распределение полосы пропускания). Эти несущие трафик объекты идентифицируются посредством идентификаторов распределения (Alloc-ID). Идентификатор распределения (Alloc-ID) представляет собой 12-разрядное число, которое OLT назначает ONU для идентификации объекта, несущего трафик. Он является получателем распределения полосы пропускания в восходящем направлении внутри ONU.

Распределения полосы пропускания различным Alloc-ID мультиплексируются во времени, как указано OLT в картах полосы пропускания, передаваемых в нисходящем направлении. В пределах каждого распределения полосы пропускания ONU использует идентификатор порта GEM в качестве ключа мультиплексирования для идентификации кадров GEM, которые принадлежат разным восходящим логическим соединениям.

Контейнер передачи (T-CONT) — это объект ONU, представляющий группу логических соединений. Он представляется как единый объект для назначения полосы пропускания в восходящем направлении на PON. Основываясь на схеме сопоставления, служебный трафик передается на разные порты GEM, а затем на разные T-CONT.

Отображение между портом GEM и T-CONT является гибким. Порт GEM может соответствовать T-CONT; или несколько портов GEM могут соответствовать одному и тому же T-CONT.

Уровень конвергенции передачи G-PON (GTC)

Уровень протокола набора протоколов G-PON, который расположен между уровнем физической среды (PMD) и клиентами G-PON. Уровень GTC состоит из подуровня кадрирования GTC и подуровня адаптации GTC.

В нисходящем направлении кадры GEM переносятся в полезной нагрузке GTC, которая поступает на все ONU. Подуровень формирования кадров ONU извлекает кадры, а адаптер GEM TC фильтрует кадры на основе их 12-битного идентификатора порта. Только кадры с соответствующими идентификаторами портов допускаются через функцию клиента GEM.

В восходящем направлении трафик GEM передается по одному или нескольким T-CONT. OLT принимает передачу, связанную с T-CONT, и кадры направляются в адаптер GEM TC, а затем в клиент GEM.

GTC Layer Framing

Нисходящий кадр имеет длительность 125 микросекунд и длину 38880 байт, что соответствует скорости передачи данных в нисходящем направлении 2,44832 Гбит / с. Нисходящий кадр GTC состоит из физического блока управления нисходящего потока (PCBd) и секции полезной нагрузки GTC.

Кадры конвергенции передачи GPON всегда имеют длину 125 мсек.

• 19440 байт / кадр для скорости 1244,16
• 38880 байт / кадр для скорости 2488,32

Каждый кадр GTC состоит из физического блока управления нисходящего потока + полезной нагрузки

• PCBd содержит информацию о синхронизации, OAM, DBA и т. Д.

Полезная нагрузка может иметь разделы ATM и GEM (один или оба)

Продолжительность кадра восходящего GTC составляет 125 мкс. В системах G-PON с восходящей линией связи со скоростью 1,24416 Гбит / с размер кадра восходящего потока GTC составляет 19,440 байт. Каждый восходящий кадр содержит несколько пакетов передачи, поступающих от одного или нескольких ONU.

Каждый пакет передачи в восходящем направлении содержит раздел служебных данных физического уровня восходящего потока (PLOu) и один или несколько интервалов выделения полосы пропускания, связанных с отдельными Alloc-ID. Кадр GTC нисходящего потока обеспечивает общую временную привязку для PON и общую управляющую сигнализацию для восходящего потока.

Полезные нагрузки GPON

Полезная нагрузка GTC потенциально имеет два раздела —

• Раздел банкомата (длина Алена * 53 байта)
• Раздел GEM (сейчас предпочтительный метод)

Раздел банкомата

Раздел банкомата имеет следующие характеристики.

• Ален (12 бит) указан в печатной плате.
• Ален указывает количество ячеек 53B в разделе ATM.
• Если Alen = 0, то нет раздела ATM.
• Если Alen = длина полезной нагрузки / 53, то нет раздела GEM.
• Ячейки ATM выровнены по кадру GTC.
• ONU принимают ячейки ATM на основе VPI в заголовке ATM.

Раздел GEM

Раздел GEM имеет следующие характеристики.

• В отличие от ячеек ATM, очерченные GEM кадры могут иметь любую длину.
• В разделе GEM может содержаться любое количество кадров GEM.
• ONU принимают кадры GEM на основе 12b Port-ID в заголовке GEM.

Режим инкапсуляции GPON

Частой жалобой на BPON была неэффективность из-за налога на ячейки банкомата. GEM похож на банкомат. Он имеет HEC-защищенный заголовок постоянного размера. Тем не менее, он позволяет избежать больших накладных расходов, позволяя кадрам переменной длины. GEM универсален — поддерживается любой тип пакета (и даже TDM). GEM поддерживает фрагментацию и повторную сборку.

GEM основан на GFP, а заголовок содержит следующие поля:

• Индикатор длины полезной нагрузки — длина полезной нагрузки в байтах.
• ID порта — идентифицирует целевой ONU.
• Индикатор типа полезной нагрузки (GAM OAM, индикация перегрузки / фрагментации).
• Поле коррекции ошибок заголовка (код BCH (39,12,2) + четность четности 1b)

Заголовок GEM перед передачей имеет XOR с B6AB31E055.

Ethernet / TDM через GEM

При транспортировке трафика Ethernet через GEM

• Инкапсулируется только кадр MAC (без преамбулы, SFD, EFD)
• Кадр MAC может быть фрагментирован (см. Следующий слайд).

Ethernet через GEM

При транспортировке трафика TDM через GEM —

• Входной буфер TDM опрашивается каждые 125 мсек.
• PLI-байты TDM вставляются в поле полезной нагрузки.
• Длина фрагмента TDM может варьироваться на ± 1 байт из-за сдвига частоты.
• Задержка туда и обратно ограничена 3 мсек.

TDM через GEM

GEM может фрагментировать свою полезную нагрузку. Например, не фрагментированный кадр Ethernet, как показано на следующем рисунке.

На следующем рисунке изображен фрагментарный кадр Ethernet.

Полезные нагрузки фрагментов GEM по одной из следующих двух причин —

Причина 1 — кадр GEM не может охватывать кадр GTC.

Причина 2 — GEM-кадр может быть прерван для чувствительных к задержке данных.

Шифрование GPON

OLT шифрует, используя AES-128 в режиме счетчика. Зашифрована только полезная нагрузка (не заголовки ATM или GEM). Блоки шифрования выровнены по кадру GTC. Счетчик используется OLT и всеми ONU следующим образом:

• 46b = 16b внутрикадровый + 30-битный межкадровый.
• Внутрикадровый счетчик увеличивается каждые 4 байта данных.
• Сброс на ноль в начале кадра DS GTC.

OLT и каждое ONU должны договориться об уникальном симметричном ключе. OLT запрашивает пароль у ONU (в PLOAMd). ONU отправляет пароль США в открытом виде (в PLOAMu) —

• Ключ отправлен 3 раза за надежность

OLT сообщает ONU точное время, чтобы начать использовать новый ключ.

QoS — GPON

GPON явно относится к QoS. Кадры постоянной длины облегчают QoS для чувствительных ко времени приложений. Есть 5 типов контейнеров передачи —

• Тип 1 — фиксированный BW.
• Тип 2 — гарантированный BW.
• Тип 3 — выделенная BW + неуверенная BW.
• Тип 4 — лучшее усилие.
• Тип 5 — надмножество всего вышеперечисленного.

GEM добавляет несколько функций QoS PON-слоя —

• Фрагментация позволяет упреждать большие низкоприоритетные кадры.
• PLI — явная длина пакета может использоваться алгоритмами очередей.
• Биты PTI несут признаки перегрузки.

В следующей главе мы поймем, что такое пассивная оптическая сеть Ethernet.

FTTH — EPON

Пассивная оптическая сеть Ethernet (EPON) представляет собой PON-инкапсуляцию данных с Ethernet и может предлагать пропускную способность от 1 Гбит / с до 10 Гбит / с. EPON следует оригинальной архитектуре PON. Здесь DTE подключен к стволу дерева и называется терминалом оптической линии (OLT), как показано на следующем рисунке.

Обычно он находится у поставщика услуг, а подключенные ветви дерева DTE называются Optical Network Unit (ONU), расположенными в помещении абонента. Сигналы от OLT проходят через пассивный сплиттер для достижения ONU и наоборот.

Ethernet в Первой Миле

Процесс стандартизации начался, когда в ноябре 2000 года была создана новая исследовательская группа под названием « Ethernet на первой миле» (EFM), основной задачей которой было изучение оптоволокна «точка-многоточка» (P2MP) Ethernet с медным Ethernet. Ethernet по оптоволокну «точка-точка» (P2P) и по сетевому механизму управления, администрирования и обслуживания (OAM) для облегчения работы сети и устранения неполадок. Рабочая группа EFM завершает процесс нормализации ратификацией стандарта IEEE Std 802.3ah в июне 2004 года.

Продукт EFM (Ethernet в первой миле). Технология PON, основанная на Ethernet. Он основан на главном стандарте — IEEE 802.3ah. На основе протокола многоточечного управления (MPCP), определенного как функция в подуровне управления MAC, для управления доступом к топологии P2MP.

Основа протокола EPON / MPCP лежит в подуровне эмуляции точка-точка (P2P). Его скорость передачи составляет → симметричный 1,25G; Расстояние: 10 км / 20 км; коэффициент разветвления:> 1:32. EFM указывает на многие преимущества EPON на основе Ethernet как базовой технологии, включая зрелость протоколов, простоту технологии, гибкость расширения и ориентированность на пользователя.

Система EPON не выбирает дорогое оборудование ATM и оборудование SONET, что делает ее совместимой с существующей сетью Ethernet. Это упрощает структуру системы, снижает стоимость и делает ее гибкой для обновления. Продавцы оборудования фокусируются на оптимизации функций и практичности.

BPON ATM Systems

Системы на базе BPON ATM оказались очень неэффективными, так как подавляющее большинство трафика в сети доступа состоит из больших IP-фреймов и переменных размеров. Это дало возможность разработать EPON на основе чистого Ethernet, пароль GigE с QoS и рентабельную интеграцию с другим появляющимся оборудованием Ethernet. Со временем Ethernet зарекомендовал себя как идеальный транспортер для IP-трафика.

Соответственно, стандарт 802.3ah IEEE 802.3ah поручил рабочей группе «Ethernet на первой миле» разработать стандарты для сетей с двухточечным и многоточечным доступом, причем последняя указывает на Ethernet PON. EPON в настоящее время является частью стандарта Ethernet.

Разработка пассивной оптической сети (GPON), то есть стандарта, оснащенного гигабитами (серия G.984), действительно началась после того, как члены FSAN (Quantum Bridge, Al) предложили решение ATM / Ethernet PON. Gbps, который не зависит от протокола, не был очень популярен в рабочей группе IEEE 802.3ah. FSAN решил использовать это в качестве другого конкурирующего стандарта с МСЭ.

EPON и GPON в значительной степени опираются на G.983, стандарт BPON, когда дело доходит до общих концепций, которые хорошо работают (работа с оптической распределительной сетью PON (ODN), план длины волны и применение). Они оба предлагают свою собственную версию улучшений, чтобы приспособить кадры IP / Ethernet большего размера с переменными скоростями Гбит / с.

Сеть доступа стандарта IEEE 802.3ah Ethernet указана и также называется Ethernet в Первой Миле. Пятый раздел IEEE802.3ah составляет стандарт IEEE Std 802.3, который соответствует определению служб и элементов протокола. Это позволяет обмениваться кадрами формата IEEE 802.3 между станциями в сети абонентского доступа.

Концепция ЭПОН

EFM представила концепцию EPON, в которой топология сети «точка-многоточка» (P2MP) реализована с использованием пассивных оптических сплиттеров. Однако двухточечное оптоволокно Ethernet предлагает самую высокую полосу пропускания при разумных затратах. Ethernet Двухточечное оптоволокно обеспечивает относительно высокую пропускную способность при меньших затратах. Целью стандарта IEEE Std 802.3ah было расширение применения Ethernet для включения абонентских сетей доступа для обеспечения значительного увеличения производительности при минимизации затрат на эксплуатацию и обслуживание оборудования.

Заключение стандарта IEEE 802.3ah EFM значительно расширяет диапазон и охват транспорта Ethernet для использования в сетях доступа и метро. Этот стандарт предоставляет поставщикам услуг множество гибких и экономически эффективных решений для предоставления услуг широкополосного Ethernet в сетях доступа и метро.

EFM охватывает семейство технологий, которые различаются по типу носителей и скорости передачи сигналов. Он предназначен для развертывания в сетях типа или нескольких носителей FSM, а также для взаимодействия со смешанными 10/100/1000/10000 Мб / с сети Ethernet. Любая сетевая топология, определенная в IEEE 802.3, может использоваться в помещении абонента и затем подключаться к сети доступа абонента Ethernet. Технология EFM позволяет использовать различные типы топологий для достижения максимальной гибкости.

IEEE Std 802.3ah

Стандарт IEEE Std 802.3ah включает спецификации для сетей доступа Ethernet абонента, а стандарт IEEE Std 802.3ah EPON поддерживает номинальную скорость около 1 Гбит / с (с возможностью расширения до 10 Гбит / с) для каждого канала. Они определяются двумя длинами волн: нисходящей длиной волны и одной для общего восходящего направления между пользовательскими устройствами.

EFM поддерживает полнодуплексные каналы связи, поэтому можно определить упрощенное управление доступом к среде (MAC) в полнодуплексном режиме. Архитектура Ethernet делит физический уровень на физически-зависимый (PMD), физический носитель (PMA) и подуровень физического кодирования (PCS).

EPON реализует топологию сети P2MP с соответствующими расширениями для контроля MAC подслоев и подуровней и оптического волокна на уровнях, зависящих от физической среды (PMD), для поддержки этой топологии.

Физический слой

Для топологий P2MP EFM представила семейство систем сигнализации для физического уровня, которые получены из 1000BASE-X. Однако он включает в себя расширения RS, PCS и PMA с дополнительной возможностью прямого исправления ошибок (FEC). Подслои 1000BASE-X PCS и PMA отображают характеристики интерфейса. Подуровень PMD (включая MDI) услуги, ожидаемые при сверке грунтовки. 1000BASE-X может быть расширен для поддержки других полнодуплексных сред — требуется только, чтобы среда соответствовала уровню PMD.

Интерфейс средней нагрузки (MDI)

Это интерфейс между PMD и физическим носителем. Он описывает сигналы, физическую среду, а также механические и электрические интерфейсы.

Физическая среда Зависимая (PMD)

PMD отвечает за интерфейс со средой передачи. PMD генерирует электрические или оптические сигналы в зависимости от природы подключенной физической среды. Соединения 1000BASE-X через PON на расстоянии не менее 10 и 20 километров (грунтовки 1000BASE-PX10 и 1000BASE-PX20 PMD) обеспечивают P2MP.

В PON Ethernet суффиксы D и U указывают PMD на каждом конце канала, который передает в этих направлениях и принимает в противоположном направлении, то есть один нисходящий PMD идентифицируется как 1000BASE-PX10-D и восходящий 1000BASE-PX10 U PMD. Одни и те же волокна используются одновременно в обоих направлениях.

PMD 1000BASE-PX-U или PMD 1000BASE-PX-D подключены к соответствующему PMA 1000BASE-X и для поддержки через MDI. При необходимости PMD сочетается с функциями управления, доступ к которым осуществляется через интерфейс управления. Чтобы обеспечить возможность обновления в случае 10-километрового или 20-километрового Pons, и 1000BASE-PX20-D, и 1000BASE-PX10 PMD и PMDU могут взаимодействовать друг с другом.

Физическая средняя привязанность (PMA)

PMA включает в себя функции передачи, получения, восстановления часов и выравнивания. PMA обеспечивает независимый промежуточный путь для PCS для поддержки использования ряда бит-ориентированных серий физических носителей. Подуровень физического кодирования (PCS) содержит функции кодирования битов. Интерфейс PCS — это гигабитный независимый от среды интерфейс (GMII), который обеспечивает единый интерфейс для подуровня Согласования для всех реализаций PHY 1000 Мбит / с.

Гигабитный медиа-независимый интерфейс (GMII)

Интерфейс GMII относится к интерфейсу между гигабитным MAC-уровнем и физическим уровнем . Это позволяет использовать несколько DTE, смешанных с различными реализациями со скоростного гигабитного физического уровня . Сервисный интерфейс PCS позволяет 1000BASE-X PCS передавать информацию клиенту PCS и от него. К клиентам PCS относятся MAC (через промежуточный слой сверки) и ретранслятор. Интерфейс PCS определен именно как Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Подуровень согласования (RS) обеспечивает согласование сигналов GMII, определяющих среду управления доступом к услуге. GMII и RS используются для предоставления независимых носителей, так что в контроллере доступа идентичные носители могут использоваться с любым типом меди и оптической PHY.

Канальный уровень (многоточечный контроль MAC)

Протокол управления MAC был указан для поддержки и новых функций, которые должны быть реализованы и добавлены в стандарт одновременно. Это случай протокола многоточечного управления (MPCP). Протокол управления к P2MP является одной из функций, определенных протоколом многоточечного управления.

Функциональность многоточечного управления MAC-адресами реализована так, чтобы устройства доступа абонента, содержащие устройства физического уровня, указывали на многоточечность. Как правило, юрисдикции эмуляции MAC предоставляют двухточечную услугу между OLT и ONU, но в настоящее время добавлен дополнительный экземпляр с целью связи для всех ONU одновременно.

MPCP (протокол многоточечного управления)

MPCP очень гибок, прост в реализации. MPCP использует пять типов сообщений (каждое сообщение представляет собой кадр управления MAC), и ONU / ONT сообщает о множественных границах пакета, OLT предоставляет на границе пакета — никаких накладных расходов на разграничение.

MPCP указывает систему между OLT и ONU, связанными с частью PON многоточечного соединения (P2MP), для обеспечения продуктивной передачи информации в заголовке UPSTREAM.

MPCP выполняет следующие функции —

• MPCP контролирует процесс автоматического обнаружения.
• Временной интервал / назначение полосы пропускания для ONT.
• Временная ссылка предоставляется для синхронизации ONT.

MPCP представил пять новых управляющих сообщений MAC —

• Ворота, Отчет
• Зарегистрированный REQ
• регистр
• Зарегистрированный ACK
• Авто Discovery

Сводка последовательности обнаружения сообщений

На следующем рисунке показана сводка последовательности обнаружения сообщений.

DBA EPON

В EPON обмен данными между OLT и ONY рассматривается как нисходящий, OLT транслирует нисходящие данные в направлении ONT, используя всю полосу пропускания, а на другом конце ONT получает изображения, используя информацию, доступную в кадрах Ethernet. Восходящий канал от ONT к OLT использует одноканальную связь, что означает, что один канал будет использоваться несколькими ONT, что означает коллизию данных.

Чтобы избежать этой проблемы, требуется эффективная схема выделения полосы пропускания, которая может распределять ресурсы в равной степени по ONT, в то же время обеспечивая QoS, эта схема называется алгоритмом динамического распределения полосы пропускания (DBA). Администратор баз данных использует сообщения отчета и стробирующие сообщения для построения расписания передачи, которое должно быть передано в ONT.

Характеристики DBA

Важной особенностью EPON является предоставление различным службам оптимального QoS и эффективного распределения полосы пропускания с использованием различного распределения DBA для удовлетворения потребностей текущих и будущих приложений.

В настоящее время следующие два типа алгоритмов DBA доступны для EPON:

• Первый предназначен для учета колебаний трафика.
• Вторым является обеспечение QoS для разных типов трафика.

Другими характеристиками являются предотвращение коллизий кадров, управление трафиком в реальном времени через QoS и управление полосой пропускания для каждого подписчика, а также уменьшение задержки для трафика с низким приоритетом.

EPON Frame Format

Работа EPON основана на Ethernet MAC, а кадры EPON основаны на кадрах GbE, но необходимы расширения —

• Пункт 64 — Утилиты P — Controller P rotocol PDU. Это протокол управления, реализующий требуемую логику.

• Статья 65 — Эмуляция точка-точка (согласование). Это делает EPON похожим на двухточечное соединение, а у EPON MAC есть некоторые особые ограничения.

• Вместо CSMA / CD они передают когда предоставлено.

• Время через стек MAC должно быть постоянным (± 16-битная длительность).

• Точное местное время должно быть сохранено.

Пункт 64 — Утилиты P — Controller P rotocol PDU. Это протокол управления, реализующий требуемую логику.

Статья 65 — Эмуляция точка-точка (согласование). Это делает EPON похожим на двухточечное соединение, а у EPON MAC есть некоторые особые ограничения.

Вместо CSMA / CD они передают когда предоставлено.

Время через стек MAC должно быть постоянным (± 16-битная длительность).

Точное местное время должно быть сохранено.

EPON Заголовок

Стандартный Ethernet начинается с преамбулы, практически не содержащей контента, —

• 7B переменных и нулей 10101010
• 1B SFD 10101011

Чтобы скрыть новый заголовок PON, EPON перезаписывает некоторые байты преамбулы.

Поле LLID содержит следующие факторы —

РЕЖИМ (1b) —

• Всегда 0 для ONU
• 0 для одноадресной передачи OLT, 1 для многоадресной / вещательной OLT

Фактический логический идентификатор ссылки (15b) —

• Определяет зарегистрированные ONU
• 7FFF для трансляции

CRC защищает от SLD (байт 3) через LLID (байт 7).

Безопасность

Нисходящий трафик транслируется на все ONU, поэтому злоумышленнику становится проще перепрограммировать ONU и захватывать нужные кадры.

Восходящий трафик не подвергался воздействию других ONU, поэтому шифрование не требуется. Не рассматривайте оптоволоконные устройства, потому что EPON не предоставляет никакого стандартного метода шифрования, но —

• Можно дополнить IPsec или MACsec и
• Многие поставщики добавили собственные механизмы на основе AES.

В BPON использовался механизм, называемый « взбалтывание» — «Сжатие» было недорогим аппаратным решением (ключ 24b) с несколькими недостатками безопасности, такими как —

• Двигатель был линейным — простая атака по известному тексту
• Ключ 24b оказался выводимым за 512 попыток.

Поэтому в G.983.3 добавлена ​​поддержка AES, которая теперь используется в GPON.

QoS — EPON

Многие приложения PON требуют высокого QoS (например, IPTV), а EPON оставляет QoS более высоким уровням, таким как —

• Теги VLAN.
• P бит или DiffServ DSCP.

В дополнение к этому, есть существенная разница между LLID и Port-ID —

• Всегда есть 1 LLID на ONU.
• Для каждого входного порта существует 1 идентификатор порта — их может быть много на ONU.
• Это делает QoS на основе портов простым для реализации на уровне PON.

ЭПОН против ГПОН

Следующая таблица иллюстрирует сравнительные характеристики EPON и GPON —

	GPON (ITU-T G.984)	EPON (IEEE 802.3ah)
Downlink / Uplink	2.5G / 1.25G	1.25G / 1.25G
Оптическая связь Бюджет	Класс B +: 28 дБ; Класс C: 30 дБ	PX20: 24 дБ
Коэффициент разделения	1:64 -> 1: 128	1:32
Фактическая пропускная способность нисходящей линии связи	2200 ~ 2300 Мбит / с 92%	980 Мбит / с 72%
Фактическая пропускная способность восходящей линии связи	1110Mbps	950Mbps
OAM	Полная функция OMCI + PLOAM + вставка OAM	Гибкая и простая функция OAM
TDM сервис и функция синхронизированных часов	Родной TDM, CESoP	CESoP
Модернизируемость	10G	2.5G / 10G
QoS	Расписание DBA содержит T-CONT, PORTID; фиксированная пропускная способность / гарантированная пропускная способность / негарантированная пропускная способность / максимальная пропускная способность	Поддержка DBA, QoS поддерживается LLID и VLAN
Стоимость	Стоимость на 10% ~ 20% выше, чем у EPON в настоящее время, и почти такая же цена в большом объеме.	—

На следующем рисунке показаны различные структуры EPON и GPON.

FTTH — Оценка XPON

На следующем рисунке показана оценка XPON.

В следующей таблице описаны различные методы оценки XPON.

	Мультиплексный режим	Типичная технология
Способ А	TDM	40G TDM PON	OFDM PON
Метод Б	WDM	PtP WDM
Метод С	TDM + WDM	40G TWDM PON	NG-EPON

После разработки GPON FSAAN и ITU-T начали работать над NG-PON со следующими функциями:

• Недорогой продукт
• Большая емкость
• Широкий охват
• Обратная совместимость

NG-PON разделены FSAN на две фазы в зависимости от текущих требований приложений и технологий —

• NG PON1 — NGPON1 обратно совместим с устаревшими ODN GPON. NG-PON1 имеет асимметричную систему 10G с 10G нисходящего потока / загрузка и 2,5G восходящего потока / скорость загрузки. Этот NG-PON1 является усовершенствованной системой TDM PON от GPON.

• NG PON2 — NGPON2 — это долгосрочная оценка PON, которая может поддерживаться, а также может быть развернута по новым ODN.

NG PON1 — NGPON1 обратно совместим с устаревшими ODN GPON. NG-PON1 имеет асимметричную систему 10G с 10G нисходящего потока / загрузка и 2,5G восходящего потока / скорость загрузки. Этот NG-PON1 является усовершенствованной системой TDM PON от GPON.

NG PON2 — NGPON2 — это долгосрочная оценка PON, которая может поддерживаться, а также может быть развернута по новым ODN.

Существует много способов разработки NG-PON2 в отличие от NG-PON1 для повышения пропускной способности с 10G до 40G —

• Использование технологии TDM такое же, как и для NG-PON1.

• WDM PON (Использование грубого мультиплексирования с разделением по длине волны (CWDM) или плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM).

• ODSM PON (TDMA + WDMA).

• OCDMA PON (с использованием технологии CDMA).

• O-OFDMA PON (с использованием технологии FDMA).

Использование технологии TDM такое же, как и для NG-PON1.

WDM PON (Использование грубого мультиплексирования с разделением по длине волны (CWDM) или плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM).

ODSM PON (TDMA + WDMA).

OCDMA PON (с использованием технологии CDMA).

O-OFDMA PON (с использованием технологии FDMA).

Сосуществование — NG-PON1

Основной особенностью NG-PON1 является обеспечение более высокой пропускной способности, чем у GPON, в то же время. Он должен быть обратно совместим с существующей сетью GPON, что снизит затраты оператора. Этот NG-PON, определенный FSAN и ITU-T, известен как XG-PON1 .

FSAN и ITU-T определили следующие скорости передачи данных для XG-PON1 —

• Скорость передачи данных в нисходящем направлении — 10G
• Скорость передачи данных в восходящем направлении — 2.5G

Скорость передачи данных в восходящем направлении 2.5G в два раза выше скорости передачи данных в GPON. Помимо всех элементов GPON, ODN (оптическая распределительная сеть) может быть повторно использована в сети XG-PON1.

Добавив только 10G нисходящую карту в существующий GPON OLT, GPON улучшен до XG-PON1.

Сетевая архитектура и сосуществование

Как описано выше, XG-PON1 является усовершенствованием существующего GPON, который может поддерживать различные развертывания GPON, такие как —

• Двухточечная (P2MP) архитектура GPON
• Волокно в дом (FTTH)
• Волокно в клетку (FTTCell)
• Волокно в здание (FTTB)
• Волокно на бордюр (FTTCurb)
• Волокно в шкафу (FTTCabinet)

На следующем рисунке показаны различные варианты развертывания GPON, которые могут быть дополнительно улучшены с помощью XG-PON1.

Как правило, существует два типа развертываний —

• Зеленое поле развертывания
• Развертывание коричневого поля

Зеленое поле используется там, где требуется полное новое развертывание, в то время как в развертывании Brownfield будет использоваться существующая инфраструктура. Таким образом, для развертываний Brown Field (только в сети GPON) может использоваться XG-PON1. В случае, когда медная сеть должна быть заменена волоконно-оптической сетью, она будет рассмотрена в рамках сети «зеленых полей», поскольку существующая сеть будет полностью заменена новой сетью.

Физический слой

Спецификации физического уровня для XG-PON1 были сокращены в октябре 2009 года и опубликованы в марте 2010 года МСЭ-Т. Длина волны на выходе 1575-1580 нм выбрана FSAN. С группа. L-диапазон и O-диапазон сравнивались при выборе длины волны восходящего потока, но C-диапазон был исключен из-за перекрытия с радиоканалами. Так как на L-полосе не было достаточной защиты полосы, и из-за этого то же самое было исключено, и было выбрано все сравнение относительно плюсов и минусов O-полосы, потому что O + имеет более высокие требования к фильтрам.

Вещь	Характеристики
Оптоволокно	МСЭ-T G.652
План длины волны вверх по течению	От 1260 до 1280 нм
План длины волны вниз по течению	От 1575 до 1580 нм
Энергетический бюджет	XG-PON1: от 14 до 29 дБ XG-PON2: от 16 до 31 дБ
Скорость передачи данных	Вверх по течению: 2,48832 Гбит / с Вниз по течению: 9,95328 Гбит / с
Максимальный физический охват	20 км
Максимальный логический охват	60 км

XG-PON1: от 14 до 29 дБ

XG-PON2: от 16 до 31 дБ

Вверх по течению: 2,48832 Гбит / с

Вниз по течению: 9,95328 Гбит / с

Согласно приведенной выше таблице, скорость нисходящего потока XG-PON1 составляет 10 Гбит / с со скоростью передачи данных 9,5328 Гбит / с, чтобы сохранить согласованность с типичными скоростями ITU-T, которые отличаются от IEEE 10GE-PON, который составляет 10,3125 Гбит / с.

HTC Layer

Уровень передачи (уровень TC) известен как уровень конвергенции передачи XGTC (XG-PON1), который оптимизирует базовый механизм обработки. Уровень конвергенции передачи улучшает структуру кадрирования, механизм активации и DBA.

Усовершенствование структуры кадрирования XG-PON1 заключается в выравнивании структуры кадра и поля с границами слов путем сопоставления скорости XG-PON1. Механизм DBA становится более гибким при обновлении, тогда как механизм активации следует тому же принципу GPON.

Две важные особенности слоев XGTC:

• Энергосбережение
• Безопасность

Шифрование данных было дополнительной функцией в GPON, тогда как в xG-PON1 есть три метода аутентификации —

• Первый основан на регистрационном идентификаторе (Logical ID)

• Второй основан на каналах OMCI (унаследованных от GPON).

• Третий основан на протоколах IEEE 802.1x, которые представляют собой новую схему двунаправленной аутентификации.

Первый основан на регистрационном идентификаторе (Logical ID)

Второй основан на каналах OMCI (унаследованных от GPON).

Третий основан на протоколах IEEE 802.1x, которые представляют собой новую схему двунаправленной аутентификации.

Шифрование в восходящем направлении и многоадресное шифрование в нисходящем направлении также предоставляются на уровне XGTC.

Управление и настройка

Для управления и конфигурации в XG-PON1 была принята рекомендация МСЭ-T (G.984.4), которая также обратно совместима с GPON. Поскольку GPON использует технологию OMCI для управления и конфигурирования, аналогичным образом XG-PON1 использует более или менее 90% ее с небольшими изменениями в ITU-T (G.984.4).

В обоих случаях (для GPON и XG-PON1), где применяется технология нижнего уровня, это не является большой проблемой для обслуживания. Важным фактором является настройка канала уровня 2 для правильной пересылки служебных данных. Вся конфигурация L2 со стороны сети на сторону пользователя покрывается моделью OMCI L2.

Модель OMCI L2 используется для обеих технологий, то есть для GPON и XG-PON1, поскольку определение для сетевой стороны и пользовательской стороны одинаково для обеих технологий.

Interoperability

Наиболее впечатляющей частью GPON и XG-PON1 является совместимость. XG-PON1 обратно совместим с GPON, другими словами, ONT / ONU, подключенный к GPON OLT, также может работать с XG-PON1 OLT. В 2008 году FSAN создала группу, известную как OISG (Исследовательская группа по внедрению OMSI).

Эта группа была ограничена в изучении рекомендаций (G.984.4) для взаимодействия OMCI для канала управления и контроля ONT (OMCC), управления QoS, многоадресной конфигурации, обновлений версии ПО и конфигурации L2. Официальный номер [G.984.4] — [ITU-T G.impl984.4] и также называется руководством по внедрению OMCI.

WDM-PON

Следующая иллюстрация относится к WDM-PON, который также показывает массив волноводных решеток (AWG). Они используются для длины волны MUX и DEMUX.

P2MP WDM-PON

В WDM-PON для разных ONT требуется разная длина волны. Каждый ONT получает исключительную длину волны и использует ресурсы полосы пропускания длины волны. Другими словами, WDM-PON работает в логической топологии многоточечного соединения (P2MP).

В WDM-PON AWG должен находиться между OLT и ONT. Каждый порт AWG зависит от длины волны, и оптический приемопередатчик на каждом ONT передает оптические сигналы с определенной длиной волны, определенной портом на AWG.

В технологии WDM приемопередатчики с заданными длинами волн называются цветными оптическими приемопередатчиками, а приемопередатчик, который может использоваться для любой длины волны, называется бесцветным приемопередатчиком . Существует сложность использования цветных оптических приемопередатчиков, услуга обработки которых заключается в предоставлении и разработке хранилища.

Компоненты AWG чувствительны к температуре, поэтому WDMPON сталкивается с определенными проблемами, связанными с согласованием в реальном времени между длиной волны оптических трансиверов и соединительным портом AWG, а также между длинами волн порта в локальном AWG (в CO). и порт на удаленном AWG.

ODSM-PON

В ODSM-PON сеть остается неизменной от CO до помещения пользователя, за исключением одного изменения, которое является активным сплиттером WDM. Разветвитель WDM будет размещен между OLT и ONT, заменяя пассивный разветвитель. В ODSM-PON нисходящий поток принимает WDM, что означает, что данные в направлении ONT используют разные длины волн для разных ONT, а в восходящем потоке ODSN-PON принимает динамические технологии TDMA + WDMA.

Стандарты XGPON

В следующей таблице описаны стандарты XGPON.

	Время выпуска	Версия
G.987	2010,01	1,0
	2010,10	2,0
	2012,06	3.0
G.987.1	2010,01	1,0
G.987.1Amd1	2012,04	1.0amd1
G.987.2	2010,01	1,0
	2010,10	2,0
G.987.2Amd1	2012,02	2.0amd1
G.987.3	2010,10	1,0
G.987.3Amd1	2012,06	1.0amd1
G.988	2010,10	1,0
G.988Amd1	2011,04	1.0amd1
G.988Amd2	2012,04	1.0amd2

GPON — стандартизированы МСЭ и FSAN в 2005 году, соответствуют стандартам серии G.984 ×.

NGPON1 —

• Стандарты G.987 / G.988 XGPON были выпущены в 2011 году.

• Он стандартизировал XGPON со скоростью 2,5 Гбит / с на входе / 10 Гбит / с на выходе.

• GPON и XGPON используют разные длины волн для сосуществования в одной сети.

Стандарты G.987 / G.988 XGPON были выпущены в 2011 году.

Он стандартизировал XGPON со скоростью 2,5 Гбит / с на входе / 10 Гбит / с на выходе.

GPON и XGPON используют разные длины волн для сосуществования в одной сети.

NGPON2 —

• Не считайте совместимым с существующей сетью ODN, более открытым стандартом технологии PON.

• Теперь сфокусируйтесь на WDM PON и 40G PON.

Не считайте совместимым с существующей сетью ODN, более открытым стандартом технологии PON.

Теперь сфокусируйтесь на WDM PON и 40G PON.

Основные особенности XG-PON1

В следующей таблице описаны основные функции XG-PON1.

Вещь	требование	замечание
Скорость нисходящего потока (DS)	Номинальная 10 Гбит / с
Скорость вверх по течению (США)	Номинальная 2,5 Гбит / с	XG-PON со скоростью 10 Гбит / с для США обозначается как XGPON2. Это для будущего изучения.
Метод мультиплексирования	TDM (DS) / TDMA (США)
Потеря бюджета	29 дБ и 31 дБ (номинальные классы)	Расширенный класс для дальнейшего изучения.
Коэффициент разделения	Как минимум 1:64 (1: 256 или более на логическом уровне)
Расстояние волокна	20 км (60 км или более логическое расстояние)
Сосуществование	С GPON (1310/1490 нм) С RF-видео (1550 нм)

Класс оптической мощности XG-PON

В следующей таблице описаны минимальные и максимальные потери класса оптической мощности XG-PON.

	Класс Nominal1 (класс N1)	Класс Nominal2 (класс N2)	Класс Extended1 (класс E1)	Класс Extended2 (класс E2)
Минимальная потеря	14 дБ	16 дБ	18 дБ	20 дБ
Максимальная потеря	29 дБ	31dB	33 дБ	35 дБ

FTTH — Оптическая распределительная сеть

В этой главе давайте разберемся, что такое разделенные отношения, максимальный охват и управление трафиком в оптической распределительной сети (ODN).

Максимально допустимое затухание оптической мощности между оптическими портами OLT и входом ONT составляет 28 дБ, что обусловлено использованием так называемых элементов оптической сети класса B. ODN класса A, B и C различаются в основном по «выходной мощности оптического передатчика» и «чувствительности оптического приемника с битовой скоростью». Класс A дает наименьший оптический бюджет, а класс C дает наивысший, а по стоимости они находятся в одном и том же порядке. Для максимального коэффициента разделения 1:64 оптика класса B обычно развертывается на коммерческой основе.

Сравнение оптики ODN классов A, B и C показано в таблице ниже:

Сравнение оптики ODN класса A, B и C

S.No.	параметр	Единица измерения	Класс А	Класс б	Класс С	замечания
1	Диапазон ослабления (Рекомендация МСЭ-Т G.982)	децибел	5 — 20	10 — 25	15 — 30
2	Нисходящее направление 2488 Мбит / с
2,1	OLT передатчик
2.1.1	Средняя запущенная мощность MIN	дБм	0	+5	+3	Одиночное волокно
2.1.2	Средняя мощность запуска MAX	дБм	+4	+9	+7	Одиночное волокно
2.1.3	Средняя запущенная мощность MIN	дБм	0	+5	+3	Двойное волокно
2.1.4	2.1.4 Средняя пусковая мощность MAX	дБм	+4	+9	+7	Двойное волокно
2,2	Приемник ONU
2.2.1	Минимальная чувствительность	дБм	-21	-21	-28	Одиночное волокно
2.2.2	Минимальная перегрузка	дБм	-1	-1	-8	Одиночное волокно
2.2.3	Минимальная чувствительность	дБм	-21	-21	-28	Двойное волокно
2.2.4	Минимальная перегрузка	дБм	-1	-1	-8	Двойное волокно
3	1244 Мбит / с в восходящем направлении
3,1	Передатчик ONU
3.1.1	Средняя запущенная мощность MIN	дБм	-3	-2	+2	Одиночное волокно
3.1.2	Средняя мощность запуска MAX	дБм	+2	+3	+7	Одиночное волокно
3.1.3	Средняя запущенная мощность MIN	дБм	-3	-2	+2	Двойное волокно
3.1.4	Средняя мощность запуска MAX	дБм	+2	+3	+7	Двойное волокно
3,2	OLT приемник
3.2.1	Минимальная чувствительность	дБм	-24	-28	-29	Одиночное волокно
3.2.2	Минимальная перегрузка	дБм	-3	-7	-8	Одиночное волокно
3.2.3	Минимальная чувствительность	дБм	-24	-28	-29	Двойное волокно
3.2.4	Минимальная перегрузка	дБм	-3	-7	-8	Двойное волокно

Оптическое расщепление сигнала

Одно волокно, начиная с OLT, разделяется на пассивные оптические разветвители для обслуживания 64 ONT, ориентированных на клиента. Одно и то же волокно несет битовые потоки как нисходящего потока (OLT в направлении ONT), так и восходящего потока (ONT в направлении OLT): 2,448 Мбит / с / 1490 нм (окно 1480 — 1500 нм) и 1,244 Мбит / с / 1310 нм (окно 1260-1360 нм). ,

RF наложение для телевизионных услуг

Телевизионные сигналы (полученные от головной станции спутника) могут быть необязательно переданы на третьей оптической длине волны 1550 нм по тому же (или дополнительному) волокну, введенному в систему FTTx через подсистему наложения RF. Сигнал CATV может быть связан с сигналом GPON после усиления EDFA. Сигналы RF CATV модулированы на длину волны 1550 нм. Он извлекается с помощью функции De-mux, встроенной в ONT, и направляется в служебное соединение задней панели для STB / TV.