ОТЧЕТ ПО ПРЕДДИПЛОМНОЙ ПРАКТИКЕ
Тема: Проектирование оптической сети связи GPON
Содержание
Введение
1Анализ существующих технологий и постановка задачи
1.1Сравнительный анализ методов организации сети доступа
1.1.1 Доступ на основе медного кабеля
1.2.2 Архитектуры оптических сетей доступа
1.2 История и тенденция развития сети PON
1.2.1 Технология APON/BPON
1.2.2 Технология GPON
1.2.3 Технология EPON(GEPON
1.2.4 GPON или GEPON
1.2.5 Технология Turbo GEPON
1.3 Постановка задачи
Введение
Динамика развития современных телекоммуникационных сетей выдвигает все более высокие требования к линиям передачи. Это связано с постоянным увеличением спектра предоставляемых услуг и возрастающими требованиями пользователей. На магистральных участках проблема недостаточной ширины канала уже практически решена, а наиболее проблемным участком до сих пор остается «последняя миля», которая является самым узким местом сети, т.к. по низкочастотным кабелям необходимо передавать импульсные сигналы.
Единой точки зрения на устранение этого «бутылочного горлышка» не существует, но можно привести основные направления, по которым идет развитие сетей доступа:
– абонентские линии на основе существующих медных кабелей с использованием технологий xDSL;
– гибридные волоконно-коаксиальные сети;
– сети беспроводного доступа;
– волоконно-оптические сети.
Следует отметить, что из четырех предложенных подходов два имеют ограниченную пропускную способность, связанную с особенностями среды передачи (сети с медными кабелями и беспроводные сети), а третий применяется в основном для предоставления услуг кабельного телевидения (гибридные волоконно-коаксиальные сети). Перспективной является сеть доступа на основе оптоволокна. Если изначально монтаж таких сетей был дорогим и имел сомнительные перспективы (теоретическая пропускная способность многократно превосходила существующие потребности даже с учетом дальнейшего роста), то на сегодняшний день цена на оптоволокно и оптические компоненты сети упала, и использование оптического кабеля на сетях доступа стало перспективным. Существует множество технологий доступа, таких как оптические модемы, оптический Ethernet, технологии Micro SDH, и, наконец, технология пассивных оптических сетей (PON – Passive Optical Network). Последняя обладает целым рядом преимуществ:
– отсутствием промежуточных активных узлов, требующих отдельного питания;
– экономией оптических приемопередатчиков в центральном узле (основная логика построения сети: «центральный офис» – «абоненты»);
– экономией волокон (на участке от центрального узла до разветвителя используется только одно волокно);
– легкостью подключения новых абонентов и удобством обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).
Для пассивных оптических сетей очень важен, скорее даже критичен для дальнейшей работоспособности сети, этап проектирования. Задача проектирования состоит в необходимости удовлетворить как основные требования, так и дополнительные, которые носят не количественный, а качественный характер. Один из важнейших качественных параметров – это масштабируемость. Масштабируемость – это возможность наращивания сети, добавления новых узлов к уже спроектированной сети с минимальными ее изменениями.
1Анализ существующих технологий и постановка задачи
1.1Сравнительный анализ методов организации сети доступа
1.1.1 Доступ на основе медного кабеля
Какие преимущества дают новые технологии и лучше ли они проверенных традиционных решений? Этот вопрос задает себе каждый, кто задумывается о построении или модернизации сетей.
Выбор технологии построения сети - непростая задача. Ее решение требует как знания особенностей этих технологий, так и экономического анализа их применения.
Традиционно абонентские кабельные сети состояли из двух видов: телефонные сети на медных НЧ кабелях и распределительные коаксиальные сети кабельного или эфирного телевидения. Видео требуют значительной широкополосности сетевых ресурсов. Кроме того, повышение спроса на широкополосный доступ определяется развитием новых технологий: видео по запросу (VOD), потоковое видео, интерактивные игры, видеоконференции, передача голоса в компьютерных сетях (VoIP), телевидение высокой четкости (HDTV) и другие.
При выборе технологии широкополосного доступа провайдеры должны учитывать потребности пользователей, их расположение, основные запрашиваемые услуги, различные экономические аспекты. Проектируемая сеть должна быть широкополосной, гибкой, надежной, управляемой, масштабируемой, удобной в эксплуатации.
Возможность использования медных кабелей для совмещения в одной физической среде двух сетей с различными технологиями проноса трафика (традиционной телефонии и передачи данных) обеспечивается с помощью семейства технологий xDSL (рисунок 1). Эти технологии используют частотное уплотнение медных двухпроводных линий, которые позволяют на основе одного абонентского окончания предоставлять любые сервисы и отделить с помощью частотной модуляции сеть речевых услуг от сети передачи данных благодаря различию несущих частот сигналов, проносимых по медным проводам. На стороне абонента и на стороне АТС используются специальные устройства – смесители/разделители (сплиттеры/комбайнеры), обеспечивающие параллельное использование медной инфраструктуры в интересах двух сетей. Основное достоинство семейства технологий xDSL – возможность доставки трафика пакетной коммутации по абонентской сети традиционной телефонии на дистанциях между активным сетевым узлом и абонентским терминалом от нескольких сот метров до нескольких километров. В зависимости от проводимости кабеля и затуханий на трассе достижимы различные полосы пропускания абонентского канала сети передачи данных.
Структурированные кабельные системы (СКС) зданий также используют медные кабели. Поэтому даже при расположении узла агрегирования абонентского трафика в самом здании, xDSL-технологии оказываются востребованными, особенно применительно к зданиям большой площади (дистанции от узла агрегирования до абонента более 100 м) или к зданиям, не предусматривающим модернизацию СКС. Только временным выходом из сложившейся ситуации можно считать применение на СД модемов xDSL. Экономия на использовании существующих линейных сооружений оборачивается принципиальными ограничениями в скорости передачи цифровых потоков. Проложенные многопарные медные кабели типа ТПП изначально рассчитаны на работу в низкочастотном спектре – не более десятков кГц. Кроме того, существует большая проблема взаимных влияний между парами, усугубленная условиями их эксплуатации (полузатапливаемая кабельная канализация). Поэтому реально xDSL модемы могут работать с максимальной скоростью только по некоторым парам в общем кабеле.
С точки зрения скорости передачи - даже самые современные модемы ADSL-2 ADSL-2+ уже сейчас находятся «на грани» требований пользователей. При интернет обмене неплохо иметь скорость передачи 1-2 Мбит/с, а для потокового видео со стандартным разрешением (SDTV) – 4…6 Мбит/с (в MPEG-2). Этим практически и исчерпываются возможности модема при: а) не большом расстоянии до абонента; б) «хорошей» паре в не сильно замокшем кабеле.
При передаче же сигналов HDTV потребуется обеспечение скорости передачи 20 Мбит/с (в MPEG-2) или 9 Мбит/с (в MPEG-4). И это для одного ТВ канала!
Рисунок 1. Характеристики семейства технологий xDSL
При новом строительстве технология xDSL становится неконкурентоспособной даже экономически. Стоимость одного 400-парного медного кабеля превысит стоимость всей небольшой разветвленной оптической сети.
Что касается применения гибридных волоконно-коаксиальных технологий (HFC), то они достаточно хорошо себя проявили только в сетях кабельного телевидения (КТВ). Использование оптической магистрали в сочетании с распределительной внутридомовой сетью на коаксиальном кабеле успешно используется местными операторами КТВ. [3]
Таким образом, применение оптических решений на сетях доступа становится единственным подходящим способом организации широкополосного фиксированного доступа. Уже сейчас, используя реальные оптические технологии (Passive Optical Network, Active Ethernet, Micro SDH и др.), возможна организация высокоскоростных потоков 1- 2,4 Гбит/с до абонента. А применение технологий волнового мультиплексирования позволит передавать такие потоки на каждой из нескольких оптических несущих. Причем оптические технологии постоянно совершенствуются и удешевляются.
1.2.2 Архитектуры оптических сетей доступа
Архитектура построения сетей оптического доступа характеризуется степенью приближения оптического сетевого терминала к пользователю. Сектор стандартизации Международного Союза Электросвязи (ITU-T) выделяет несколько характерных вариантов.
Рисунок 2. Схема оптической распределительной сети
Как видно из рисунка 2, все архитектуры FTTx (Fiber to the …) предполагают наличие участка с распределительными медными кабелями, но чем он короче, тем больше пропускная способность сети. Максимальное использование оптических технологий предполагает структура FTTH, при которой оптический сетевой терминал находится в квартире пользователя и соединяется короткими соединительными кабелями с оконечными устройствами – телефоном, компьютером, телевизором и т.д.
Выбор архитектуры зависит от множества условий, и в первую очередь - от плотности размещения абонентов. Но ориентировочно можно высказаться за применение системы FTTB для многоэтажных жилых зданий. Для частной застройки или офисов, в зависимости от платежеспособности заказчика и его потребности в высокоскоростных приложениях, больше подойдет FTTC или FTTH. [4]
В современных оптических сетях доступа могут использоваться различные топологии сети (схемы соединения узлов). Выбор оптимальной топологии зависит от целого ряда факторов, связанных с конкретными условиями проектирования (плотность абонентов, их расположение, виды услуг и т.д.), а также от базовой оптической технологии.
В последнее время на оптических сетях доступа наиболее часто используются три интегральные технологии:
— микро сеть SDH (Micro SDH);
— активные сети Ethernet (Active Ethernet, AE);
— пассивные оптические сети (Passive Optical Network, PON).
1.1.2 Технологии оптических сетей доступа
В странах восточной и юго-восточной Азии, а также в США применяют технологию Micro SDH. Одноплатные мультиплексоры уровня STM-1/4 с интеграцией Fast Ethernet и каналов E1 обычно используют топологию «кольцо» (реже «точка-точка» или «шина»). Такая сеть обладает хорошей отказоустойчивостью, управляемостью, удобна в обслуживании. Однако развертывание полноценного кольца при большом количестве пользователей связано со значительными капитальными затратами (стоимость одного мультиплексора – 3000…6000 $), существенные трудности возникают при подключении новых абонентов и создании новых сегментов сети. Размещение мультиплексорного оборудования требует стабильного электропитания, контроля температуры окружающей среды, надежной защиты от несанкционированного доступа. К тому же технология SDH, изначально оптимизированная для передачи телефонного трафика. оказалась не лучшей транспортной технологией для передачи данных (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet) и видеоинформации. Следовательно, такое решение представляется приемлемым либо для бизнес-сектора («кольцо», «точка-точка») либо для межстанционной городской сети (MAN) («кольцо»).
Хорошо зарекомендовав себя в локальных сетях, технология Ethernet за последние 8-10 лет начинает «выходить из дому» и активно использоваться в операторских сетях различного уровня. Она относительно недорогая, позволяет без замены оборудования программно изменять скорость доступа в широком диапазоне, а также поддерживает все службы (данные голос и видео) и все типы сред передачи (медные, оптические кабели), поддерживает последовательную иерархию скоростей 10/100/1000 Мбит/с. Новые функциональные способности позволяют легко добавлять новые услуги, такие как IP-телефония, Ethernet-видео, выделенные каналы с гарантированной полосой пропускания и т.п. Такая технология получила наибольшее распространение в странах северной и центральной Европы (Швеция, Норвегия, Германия, Австрия и др.). [5]
Образованный в 2001г. альянс EFMA (Ethernet in the First Mile Alliance) внес значительный вклад в разработку и стандартизацию различных разновидностей применения Ethernet на сетях доступа. В оптических сетях, как правило, применяются топологии «точка–точка» или «точка–много точек» («звезда»). Такая топология достаточно проста при проектировании и техническом обслуживании сети, позволяет ограничивать или наращивать скорость передачи информации до каждого пользователя. Стоимость активного оборудования колеблется в очень большом ценовом диапазоне (от ста до нескольких тысяч долларов) в зависимости от количества портов, функциональных возможностей и показателей надежности. Построение сетей Ethernet проиллюстрировано на рисунке 3.
Однако технология активных оптических сетей Ethernet имеет несколько существенных недостатков. Затраты на активное оборудование достаточно велики, а его установка требует обеспечения гарантированного электропитания. В оптических кабелях используется большое количество волокон И, хотя их стоимость не слишком велика, затраты на строительно-монтажные работы и измерения будут значительны. Может быть проблематичным расширение сети, а закладывать в кабель значительный запас волокон в расчете на подключение новых абонентов не очень экономично.[6]
Практика построения сетей в нашей стране доступа показала, что оптический Ethernet наиболее эффективен по схеме FTTB (точнее, «волокно до подъезда») при новом строительстве, при хорошей кабельной инфраструктуре, когда нет необходимости сильно экономить волокна и если есть возможность размещения и организации электропитания активного оборудования.
Рисунок 3. Построение сетей Ethernet
Одной из наиболее популярных оптических технологий для сетей доступа является PON (Passive Optical Network). Ее идея заключается в построении сети доступа с большой пропускной способностью при минимальных капитальных затратах. Это решение предполагает создание разветвленной сети (преимущественно древовидной топологии) без активных компонентов – на пассивных оптических разветвителях. Информация для всех пользователей передается одновременно с временным разделением каналов от головной станции – оптического линейного терминала (OLT, Optical Line Terminal) - до оконечных оптических сетевых блоков (ONU, Optical Network Unit). Передача и прием в обоих направлениях производятся, как правило, по одному оптическому волокну, но на разных длинах волн Оптическая мощность с выхода OLT в узлах сети делится (равномерно или неравномерно) таким образом, чтобы уровень сигнала на входе всех ONU был примерно одинаков. Построение сетей PON можно увидеть на рисунке 4.
Применение технологии PON в сетях доступа имеет немало преимуществ:
— экономия волокон в абонентских оптических кабелях;
— значительная экономия оптических излучателей на головной станции;
— возможность предоставления трех видов информации (согласно концепции Triple Play) – голоса, видео и данных;
— отсутствует необходимость электропитания сетевых элементов (кроме оконечных);
— небольшие затраты на обслуживание;
— простая возможность подключения абонентов (даже без перерыва связи);
— возможность динамического расширения полосы – увеличение скорости передачи работающих абонентов за счет неработающих в данный момент;
— дальнейшее увеличение скорости передачи (до 10 Гбит/с) и выше без замены оборудования линейного тракта (оптические кабели, разветвители, соединители);
— последующая возможность значительного увеличения скорости передачи для каждого пользователя за счет применения технологии оптического мультиплексирования (CWDM или DWDM).
Рисунок 4. Построение сетей PON
На сегодняшний день PON является наиболее динамично развивающейся оптической сетевой технологией. В наиболее развитых странах мира количество абонентов PON ежегодно растет на 30-40%.
Можно порекомендовать строительство сетей PON по схеме FTTB для многоэтажной городской застройки или FTTH для частного сектора, коттеджных городков и офисных центров. [8]
1.2 История и тенденция развития сети PON
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 идеи множественного доступа по одному волокну. Эта неформальная организация, поддерживаемая ITU-T, получила название FSAN (full service access network). Много новых членов, как операторов, так и производителей оборудования вошло в нее в конце 90-х годов. Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PON для того, чтобы производители оборудования и операторы, могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON.
Тремя основными стандартами PON являются BPON (Broadband PON), GPON (Gigabit PON), EPON(GEPON) (Ethernet PON). Если первый из названных стандартов представляет лишь исторический интерес, то последние два открывают широкие перспективы и для производителей оборудования, и для операторов. Хотя работа всех систем PON строится на одних и тех же принципах, между ними есть некоторые различия. Основные сведения стандарта PON показаны в таблице 1.
1.2.1 Технология APON/BPON.
В середине 90-х годов общепринятой была точка зрения, что только протокол ATM способен гарантировать приемлемое качество услуг связи QoS между конечными абонентами. Поэтому FSAN, желая обеспечить транспорт мультисервисных услуг через сеть PON, выбрал за основу технологию ATM. В результате, в октябре 1998 года появился первый стандарт ITU-T G.983.1, базирующийся на транспорте ячеек ATM в дереве PON и получивший название APON (ATM PON). Далее в течение нескольких лет появляется множество новых поправок и рекомендаций в серии G.983.x, скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, закрепляющая понятие BPON (broadband PON) и добавляющая новые функции в стандарт PON:
— передача разнообразных приложений (голоса, видео, данные) – это фактически позволило производителям добавлять соответствующие интерфейсы на OLT для подключения к магистральной сети и на ONT для подключения к абонентам;
— расширение спектрального диапазона – открывает возможность для дополнительных услуг на других длинах волн в условиях одного и того же дерева PON, например широковещательное телевидение на третьей длине волны (triple play)
За расширенным таким образом стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).
Таблица 1
Основные сведения стандарта PON
Характеристика Спецификация
Длина волны для нисходящего потока (потока к абонентам) базовая 1550 нм, наращивание в DWDM 15xx нм, C-band
Длина волны для восходящего потока базовая 1310 нм, наращивание в DWDM 15xx нм, C-band
Суммарная скорость передачи для нисходящего потока 155 Мбит/c; 622 Мбит/c
Суммарная скорость передачи для восходящего потока 155 Мбит/c; 622 Мбит/c
Бюджет оптической линии учитывается при определении величины максимального расщепления сигнала на сплиттере и максимального расстояния,дБ Класс A: 5-20
Класс B: 10-25
Класс C: 15-30
Максимальный разброс потерь по оптическим путям, дБ 15
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 (ONT), которые можно подключить на одно волокно, идущее из центрального узла (OLT) 32
Максимальное расстояние OLT-ONT 20 км
Тип оптических соединителей PON SC-PC или FC-PC с коэффициентом обратного отражения –35 дБ и лучше
Требования к оптическим компонентам (разветвители, соединители, де/мультиплексоры WDM) Согласно рекомендации G.671
1.2.2 Технология GPON
Для больших операторов, строящих большие разветвленные сети с системами резервирования, наиболее удачной считается технология GPON, которая наследует линейку APON – BPON, но с более высокой скоростью передачи – 1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с (в асимметричном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме). За основу был принят базовый протокол SDH (а точнее на протоколе GFP) со всеми вытекающими преимуществами и недостатками. Возможно подключение до 32 (или 64) абонентов на расстоянии до 20 км (с возможностью расширения до 60 км). GPON поддерживает как трафик ATM, так и IP, речь и видео (инкапсулированные в кадры GEM — GPON Encapsulated Method), а также SDH. Сеть работает в синхронном режиме с постоянной длительностью кадра. Линейный код NRZ со скремблированием обеспечивают высокую эффективность полосы пропускания. Единственным серьезным недостатком GPON является высокая стоимость оборудования.
Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в октябре 2003 года.
GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, и допускает системы как с одинаковой скоростью передачи прямого и обратного потока в дереве PON, так и с разной. GPON базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса, в том числе TDM. Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON.
Если в SDH деление полосы происходит статично, то GFP (generic framing protocol), сохраняя структура кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.
Данная технология, обладающая очень высокой производительностью, уже стандартизована МСЭ (Международный Союз Электросвязи) и предназначена для реализации мультисервисных услуг, причем не только на базе протокола IP, но и на основе TDM. [9]
1.2.3 Технология EPON(GEPON)
В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием “Ethernet первую милю” EFM (Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализовав тем самым пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который создается в декабре 2001 г. Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Если EFM больше концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA преимущественно изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы – достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования, и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.
Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три разновидности решения для сети доступа:
— EFMC (EFM copper) – решение “точка-точка” с использованием витых медных пар. На сегодняшний день работа по этому стандарту практически завершена. Из двух альтернатив, между которыми развернулась основная борьба – (G.SHDSL и ADSL+) выбор был сделан в пользу G.SHDSL;
— EFMF (EFM fiber) – решение, основанное на соединении “точка-точка” по волокну. Здесь предстоит стандартизировать различные варианты: “дуплекс по одному волокну, на одинаковых длинах волн”, “дуплекс по одному волокну, на разных длинах волн”, “дуплекс по паре волокон”, новые варианты оптических приемопередатчиков. Подобные решения уже несколько лет предлагаются рядом компаний как “proprietary”. Пришло время их стандартизировать;
— EFMP (EFM PON) – решение, основанное на соединении “точка-многоточка” по волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.[9]
1.2.4 GPON или GEPON
В настоящее время для построения PON-систем оператор может использовать оборудование, базирующееся на двух группах стандартов. Системы GPON опираются на Рекомендации ITU-T серии G.984. Вторая группа решений (GEPON) строится на стандартах IEEE 802.3ah. Оборудование GPON или GEPON имеет важные технические отличия, особенно с точки зрения оператора. Но потребитель найдет больше сходных черт. Например, отличить терминальное оборудование GPON или GEPON не представляется возможным. Они обладают одними и теми же наборами интерфейсов и функций, обеспечивая возможность подключения пользователя к одним и тем же портам терминального оборудования с помощью таких же разъемов.[10]
По мнению экспертов рынка, технология GPON, базирующаяся на стандартах ITU-T, обеспечивает лучшее использование пропускной способности оптического канала связи и гарантирует качество предоставляемых услуг (QoS), что очень важно для передачи видеоинформации. Поскольку транспортный протокол GEPON основан на Ethernet, то непредсказуемая длина пакетов может оказаться существенным фактором, снижающим качество предоставления услуг, критичных к задержкам.
В то же время некоторые производители выпускают двухстандартное оборудование, поддерживающее обе технологии. Причин для этого несколько. Во-первых, сделать это достаточно просто, поскольку менять приходится в основном лишь ПО. Во-вторых, рынок сбыта GPON- и GEPON-решений приходится на различные регионы мира. GPON популярен главным образом в Европе и Америке, GEPON — в странах Азии. Тем не менее, чтобы не терять рынки сбыта, производители стараются работать на всех направлениях. Известны случаи, когда в одном станционном конструктиве производитель одновременно допускает применение плат обоих типов — как GPON, так и GEPON.
К 2008 г. - значительное снижение стоимости оборудования (50 %) и оптоволоконного кабеля (70 %) по сравнению с 2004 г. Объем инсталлированной базы GPON достиг примерно 2 миллион линий, а GEPON около 11 миллион., причем основной прирост наблюдается в последние два года. Несложно заметить, что GEPON демонстрирует впечатляющую динамику.
Пропускная способность к абоненту (Downstream) у технологии GPON в два раза выше, чем у GEPON: 2,5 против 1,5 Гбит/с. Это основное преимущество GPON. И здесь следует сказать, что сейчас некоторыми производителями чипсетов GEPON разработаны частные решения, позволяющие достичь скорости в 2,5 Гбит/с.
Технология GPON основана на ATM и унаследовала от нее механизмы работы с трафиком и обеспечения качества обслуживания, в то время как GEPON основана на Ethernet и считается, что эти механизмы реализованы в ней не так хорошо. Реальность же такова, что реализация сервисов управления трафиком и обеспечения качества обслуживания в GEPON находится на уровне, позволяющем одновременно передавать данные, голос и видео с использованием унаследованных механизмов CoS и QoS, динамически выделять полосу под определенный вид трафика с помощью механизма DBA (Dynamic Bandwidth Assignment). Еще один довод: технология ATM, если и не мертва, то уже близка к этому. И практически везде ее теснит Ethernet: от магистральных сетей до мобильных сетей доступа (RAN).
Расширение до 10 Гбит/с довольно призрачно у GPON ввиду ее ATM-природы. Не удалось обнаружить каких-либо намеков на разработку в МСЭ-Т следующего поколения стандарта, реализующего скорость 10 Гбит/с. Что касается GEPON, то ему на смену IEEE разрабатывает стандарт IEEE 802.3av (в настоящее время это draft 1.8023), который предполагает не только достижение скорости 10 Гбит/с, но и обратную совместимость с сетями GEPON, что позволит плавно внедрить ее на уже существующей GEPON-сети. [11]
И последнее различие - цена: не смотря на то, что технологии дешевеют, до сих пор в целом решение на GPON на 20 - 40 процентов дороже решения на GEPON.
Сегодня технология GEPON является самой успешной PON технологией, с использованием которой в мире подключено более 20 млн. абонентов. Несмотря на удешевление GPON технологии, объемы поставок оборудования GEPON по-прежнему значительно превышают продажи GPON. С одной стороны это обусловлено простотой внедрения, легкой масштабируемостью GEPON сетей, низкой стоимостью их эксплуатации и простой интеграцией с Metro Ethernet сетями. С другой стороны - преимуществами алгоритма DBA.
Таблица 2
Характеристики технологий GPON и GEPON
GEPON GPON
Физическая скорость
Upstream/Downstream 1250/1250 Mбит/с 1250/2488 Мбит
Эффективность 73 % 93%
Эффективная скорость
Upstream/Downstream 910/960 Mбит/с 1150/2300 Mбит/с
Кодирование Based on AES-128/GCM Mode
IEEE 208.1 ah – MacSec (Upstream/Downstream) Based on AES-128/CTR Mode
Specified in ITU G.984.3
(только Downstream)
Расстояние до абонента До 20 км До 20 км
Количество абонентов на PON link 32/64 32/64/128
Стандарт IEEE 802.3ah ITU-T G.984.x
Протокол Ethernet Ethernet over GEM and ATM
Поддержка видео IPTV or RF overlay (1550 nm) IPTV or RF overlay (1550 nm)
Появление стандарта Сентябрь 2004 год Март 2004 год
Абонентов на конец 2008 года >20 миллионов <2 миллионов
Регионы эксплуатации Вся Азия, Южная и центральная Америка, Европа ( операторы 2-го эшелона) США, Арабские Эмираты,Европа (операторы 1-го эшелона)
Эффективность Сети любого масштаба Крупные сети
Предыдущий стандарт E-PON (100 Mbps) Ethernet A-PON (STM 1) ATM
B-PON (STM 4) ATM
Текущий стандарт GEPON(1 Gbps) Ethernet GPON (STM 16) ATM, GEM
Будущий стандарт 10 GE PON (10 Gbps) Ethernet
Нет информации
Совместимость стандартов в рамках одного PON линка GEPON + 10 GEPON на одном дереве PON Нет
1.2.5 Технология Turbo GEPON
Технология Turbo GEPON также как и технология GEPON относится к разновидности пассивных оптических сетей PON, базирующихся на технологии Ethernet. Между двумя технологиями отличие лишь в скорости передачи информации в одном из направлений. TurboGEPON обеспечивает скорость передачи информации до 2.5 Gbps по направлению к абоненту (downstream) и до 1,25 в направлении от абонента (upstream).
Основные преимущества технологии TurboGEPON:
— высокоскоростное подключение абонентов к современным мультисервисным услугам;
— возможность подключения до 64-х абонентских устройств на один порт станционного терминала;
— эффективное использование полосы пропускания оптического волокна;
— сокращение суммарной протяженности оптических волокон;
— высокий коэффициент разветвления (до 64);
— более низкий уровень капитальных вложений и текущих эксплуатационных расходов по сравнению с другими технологиями доступа;
— отсутствие на сети активных компонентов, требующих электропитания;
— предоставление полного комплекса услуг.
— возможность передачи прямого аналогового канала КТВ в том же волокне.
— возможность резервирования как всех, так и отдельных абонентов.
С учетом всех этих преимуществ для проектирования сети IPTV в работе была выбрана технология Turbo GEPON.
1.3 Постановка задачи
В нашей стране Интернет-телевидение делает только первые шаги, но повсеместное внедрение высокоскоростного доступа в Интернет ведет его к широкому коммерческому использованию. Интернет-телевидение предоставит пользователю истинную интерактивность телепередач, практически неограниченный объем фильмов "видео по требованию", огромный ассортимент видеоматериалов, телепросмотр "со сдвигом во времени", персонифицированные видеосервисы. Это вызывает потребность развития инфраструктуры широкополосного доступа на основе экономичных оптических технологий, использующих принцип “волокно в дом” или “волокно в квартиру”, “волокно в офис”. Современный мировой опыт указывает на необходимость внедрения в таких сетях широко известной технологии пассивных оптических сетей (PON), применение которой позволяет решить эту задачу. Разработка прокладки сети является одной из составных частей, определяющих стратегию фирмы в предоставление услуг связи населению.
Целью настоящей дипломной работы является разработка новой сети для коттеджного городка «Жана Куат».
Предметом исследования является – мультисервисная система широкополосного абонентского доступа через пассивную оптическую сеть, Turbo GEPON (Gigabit Ethernet пассивная оптическая сеть, стандарта IEEE802.3ah), построенную по технологии FTTH (волокно в дом), Для развёртывания сети будут использоваться технологии наиболее приемлемые для условий данной территории и руководствуясь соотношением качества предоставляемого оборудования и его стоимостью, среди фирм производителей, одними из наиболее оптимальных являются Alcatel-Lucent, Alphion, Corecess, D-Link, Ericsson, Huawei, NEC, Nokia Siemens Networks, Eltex, ZTE, ZyXEL и другие.
Для более подробного определения структуры данной сети необходимо рассмотреть основные объекты сети:
— Центральный узел или оптический линейный терминал (OLT — optical line terminal);
— Абонентский узел, или оптический сетевой терминал (ONT — optical network terminal);
— Оптический разветвитель.
Цели дипломного проектирования:
— анализ технологии PON. Выбор оптимального стандарта для проектирования сети IPTV;
— анализ оборудования PON;
— выбор топологии;
— проектирование станционного участка;
— проектирование линейного участка;
— проектирование абонентского участка;
— эксплуатация сети рассчитана на долгосрочный период. Для анализа эффективной работы сети произвести расчет бюджета оптических потерь в сети, а также основные расчеты оптического кабеля;
Заключение
В результате проведенной работы и исследования видно, что использование архитектуры PON позволяет многократно сократить количество используемых оптических волокон за счет совместной передачи данных нескольких абонентов и двунаправленной работы по одному волокну. Относительно развития технологий следует сказать, что сегодня множество новаторских решений, направленных на дальнейшее усовершенствование и снижение стоимости оптических сетей абонентского доступа, реализуется и исследуется во всем мире.
Подробно было рассмотрено построение каждого участка сети Turbo GEPON. Представлена конкретная схема проекта типового коттеджного поселка. Были проведены основные расчеты оптических сетей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенной работы и исследования видно, что использование архитектуры PON позволяет многократно сократить количество используемых оптических волокон за счет совместной передачи данных нескольких абонентов и двунаправленной работы по одному волокну. Относительно развития технологий следует сказать, что сегодня множество новаторских решений, направленных на дальнейшее усовершенствование и снижение стоимости оптических сетей абонентского доступа, реализуется и исследуется во всем мире.
Подробно было рассмотрено построение каждого участка сети Turbo GEPON. Представлена конкретная схема проекта типового коттеджного поселка. Были проведены основные расчеты оптических сетей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Катунин Г.П, Мамчев Г.В, Попантонопуло В.Н., В.П. Шувалов; под ред. Профессора В.П. Шувалова. – Изд. 2-е, испр. и доп «Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 томах. Том 2 – Радиосвязь, радиовещание, телевидение» – М.: Горячая линия-Телеком, 2005-672с.: ил.
Скляров О.К., «Современные волоконно оптические системы передачи, аппаратура и элементы»- М.: СОЛОНР, 2001.
Скалин Ю.В., Бернштейн А.Г., Финкевич А.Д. “Цифровые системы передачи”- М.:Связь, 1988г.
Ким Л.Т. Синхронные, асинхронные, плезиохронные системы передачи» - М.: Электросвязь -1998 -№1
Гроднев И.И. «Волоконно-оптические линии связи» - М.: Радио и связь, 1990.
Иванов В.И. «Оптические системы передачи» - М.: Радио и связь.-1994.
ITU-T Rec. G.983.1, Study Group 15, "Broadband Optical Access Systems based on Passive Optical Networks (PON)", Oct., 1998
Part 3:Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications IEEE Std 802.3, 2000 Edition,pp.1–1554
G. Kramer, B. Mukherjee, A. Maislos, "Ethernet Passive Optical Network (EPON)", http://wwwcsif.cs.ucdavis.edu/ kramer/publications.html
IEEE 802.3ah Working Group, http://www.ieee802.org/3/efm/
EFM Alliance, www.efmalliance.org
|
Скачать 262.5 Kb.