[an error occurred while processing this directive]

 
При поддержке
Тарио

Архитектуры APON, EPON и GPON

Развитие технологии PON с середины 90-ых гг. проходит несколько этапов, обозначаемых стандартами APON, EPON и GPON.

Первые шаги в технологии PON (passive optical networks ) были предприняты 1995 году, когда влиятельная группа из семи компаний (British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom Italia) создала консорциум для того, чтобы претворить в жизнь идею множественного доступа по одному волокну. Эта неформальная организация, поддерживаемая ITU-T, получила название FSAN (full service access network).

Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к  оборудованию PONс тем, чтобы производители оборудования и операторы, могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. На сегодня FSAN насчитывает 40 операторов и производителей и работает в тесном сотрудничестве с  такими организациями по стандартизации, как ITU-T, ETSI и ATM форум.

Операторы услуг связи, входящие в FSAN: Bell Canada, BellSouth, Bezeq, British Telecom, Chunghwa Telecom, Deutsche Telecom, Eire, France Telecom, Korea Telecom, KPN, Malta Telecom, NTT, Qwest, SBC, Singapore Telecom, SwissCom, Telecom Italia, Telefonica, Telia, Telstra, Verison (всего 21 компания)

Поставщики оборудования PON, входящие в FSAN: Alcatel, Agere, Broadlight, Ericsson, Flexlight Networks, Fujitsu, Hitachi (OpNext), Iamba, Infineon, Lucent, Marconi, Mitsubishi  [Paceon], NEC  [NEC Luminant], OKI  [OKI Network Technologies], Optical Solutions, Quantum Bridge, SAT, Terawave, Zonu (всего 19 компаний).

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 (x=1–7), скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, закрепляющая понятие BPON (broadband PON) и добавляющая новые сущности в стандарт PON:

  • передача разнообразных приложений (голоса, видео, данные) — это фактически позволило производителям добавлять соответствующие интерфейсы на OLT для подключения к магистральной сети и на ONU для подключения к абонентам;
  • расширение спектрального диапазона — открывает возможность для дополнительных услуг на других длинах волн в условиях одного и того же дерева PON, например шировещательное телевидение на третьей длине волны (triple play).

За расширенным таким образом стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).

APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONU и  рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг, табл.

Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефония (FXS).

Из-за шировещательной природы прямого потока в PON и  потенциально существующей возможности несанкционированного доступа к данным со  стороны ONU, которому эти данные не адресованы, в APON предусмотрена возможность передачи данных в прямом потоке с использованием технологии шифрования на базе открытых ключей. Необходимости в шифровании обратного потока нет, поскольку OLT находится на территории оператора.

Основные сведения стандарта PON G.983.1

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 (ONU), которые можно подключить на одно волокно, идущее из центрального узла (OLT)

32

Максимальное расстояние OLT-ONU

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

EPON

В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием «Ethernet первую милю» EFM (Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализуя тем сам пожелания многих экспертов по построению архитектуры сети PON, наиболее приближенной к широко распространенным сейчас сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который в итоге создается в декабре 2001 г.

Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и  тесно работают над стандартом. Если EFM больше концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA больше изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы — достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования, и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с  разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.

Альянс EFMA: 69 производителей оборудования, включая 3Com, Alloptics, Aura Networks, CDT/Mohawk, Cisco Systems, DomiNet Systems, Intel, MCI WorldCom и World Wide Packets, а также операторы связи

Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три разновидности решения для сети доступа:

  • 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 приемо-передатчиков. 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.

EFMF (P2P)

EFMF предлагает для скорости передачи 100 Мбит/с использовать те же самые лазерные диоды что и в стандартах FDDI и Fast Ethernet 100Base-FX, а  для версии 1 Гбит/с — соответственно стандарты Fibre Channel FC-0 и FC-1. Налагается лишь одно ограничение — распространить перечисленные спецификации стандартов на больший диапазон расстояний. Удовлетворить этому требованию можно путем увеличения напряжений, подаваемых на передатчики, что позволит увеличить число фотонов на бит информации и обеспечит лучшее соотношение сигнал/шум на  приемнике.

Обратная сторона медали при таком подходе — безусловное уменьшение среднего времени наработки на отказ оптического передатчика (5–10  лет). Типовым расстоянием в стандартах 100Base-FX и 1000Base-LX является 5 км, в  то время как в EFMF предполагается обеспечить расстояние по меньшей мере 10  км.

EFMP (EPON)

Оптические интерфейсы для EPON аналогичны тем, которые используются в традиционных оптических сетях. Как и стандартный Gigabit Ethernet, EPON имеет номинальную битовую скорость в линии 1250 Мбит/с и схему кодирования 8B/10B.

EPON определяется как одноволоконная сеть, использующая волновое мультиплексирование WDM на длинах волн 1490 нм для прямого потока и  1310 нм для обратного потока. Окно 1550 нм резервируется для добавления других услуг (кабельного телевидения или частных каналов). Физический уровень EPON PMD (physical medium dependent) предусматривает два класса интерфейсов: класс 1 для малых расстояний (до 10 км при коэффициенте деления 1:16) и класс 2 для больших расстояний (до 20 км при коэффициенте деления 1:16).

Это позволяет оптимально по стоимости строить сети PON с  большим диапазоном расстояний и коэффициентов деления. Недорогие приемопередающие модули EPON, использующие DFB-лазеры или лазеры Фабри-Перо, а  также высокочувствительные лавинные или PIN фотодиоды, поставляются уже сейчас. Ожидается дальнейшее снижение их стоимости по мере формирования рынка и  совершенствования технологий их изготовления.

Основные характеристики стандарта IEEE 802.3ah

Скорость передачи

1 Гбит/с

Кодирование в линии

8B/10B

WDM мультиплексирование с частотным планом:

Длина волны прямого потока

1490 нм (1550 нм)

Длина волны обратного потока

1310 нм

BER

10-12

FEC

Возможно использование коррекции ошибок для увеличения числа узлов, подключенных к одному фидерному волокну

Интерфейсы для сети PON

класс 1

1000BASE-PX10-D со стороны OLT, 1000BASE-PX10-U со  стороны ONU

класс 2

1000BASE-PX20-D со стороны OLT, 1000BASE-PX20-U со  стороны ONU

Бюджет

EPON класса 1

прямой/обратный поток 21/23 дБ

EPON класса 2

прямой/обратный поток 26/26 дБ

Радиус сети (максимальное допустимое расстояние от OLT до  ONU)

EPON класса 1

10 км

EPON класса 2

20 км

GPON

Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в  октябре 2003 года

GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, поддерживает как симметричную битовую скорость в дереве PON для нисходящего и восходящего потоков, так и  ассиметричную и базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров) [11], 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.

Если в SDH деление полосы происходит статично, то GFP (generic framing protocol), сохраняя структура кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.

Сравнительный анализ трех технологий APON, EPON, GPON

Характеристики

APON (BPON)

EPON

GPON

Институты стандартизации / альянсы

ITU-T SG15 / FSAN

IEEE / EFMA

ITU-T SG15 / FSAN

Дата принятия стандарта

октябрь 1998

июль 2004

октябрь 2003

Стандарт

ITU-T G.981.x

IEEE 802.3ah

ITU-T G.984.x

Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с

155/155
622/155
622/622

1000/1000

1244/155,622,1244
2488/622,1244, 2488

Базовый протокол

ATM

Ethernet

SDH

Линейный код

NRZ

8B/10B

NRZ

Максимальный радиус сети, км

20

20 (>301)

20

Максимальное число абонентских узлов на одно волокно

32

16

64 (1282)

Приложения

Любые

IP, данные

Любые

Коррекция ошибок FEC

предусмотрена

нет

необходима

Длины волн прямого/обратного потоков, нм

1550/1310
(1480/1310)

1550/1310
(1310/1310)

1550/1310
(1480/1310)

Динамическое распределение полосы

есть

Поддержка4

есть

IP-фрагментация

есть

нет

есть

Защита данных

Шифрование открытыми ключами

нет

Шифрование открытыми ключами

Резервирование

есть

нет

есть

Оценка поддержки голосовых приложений и QoS

высока

низкая

высока

Примечания:
1 — обсуждается в проекте
2 — стандарт допускает наращивание сети до 128  ONU
3 — допускается передача в прямом и обратном направлении на одной и той же длине волны
4 — осуществляется на более высоких уровнях

И. Петренко, Р. Убайдуллаев, к.ф-м.н. / Телеком Транспорт

Вернуться на главную страницу обзора

Версия для печати

Опубликовано в 2005 г.

Техноблог | Форумы | ТВ | Архив
Toolbar | КПК-версия | Подписка на новости  | RSS