3 Сравнительный анализ и классификация технологии PON
3.1 Принцип действия пассивной оптической сети
Основная идея архитектуры сетей PON – использование только одного приемопередающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них. Устройство OLT располагают на районном узле провайдера (CO). OLT генерирует оптические сигналы и объединяет трафик от абонентов, т.е. служит точкой объединения трафика. Абонентские устройства ONT или ONU могут иметь различные интерфейсы, например Ethernet на 10/100 Мбит/с и потоков E1, а центральный узел обычно оснащается интерфейсами ATM или SDH (STM-1).
Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого (т.е. нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Обратно, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.
Реализация этого принципа показана на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Основные элементы архитектуры PON
Прямой поток на уровне оптических сигналов, является broadcast (широковещательным). Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации.
Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (timedivisionmultipleaccess). Для того, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.
Как и любая технология, PON имеет свои ограничения: в нынешних ее вариантах (стандарт G.983) протяженность канала OLT-ONT ограничивается 20 км, а число пользователей на канал не превосходит 128.
3.2 Широкополосная пассивная оптическая сеть на базе Ethernet
Возможность использования протокола Ethernet в мультисервисных сетях доступа:
достигнут рубеж в 10 Гбит/с;
появился и был внедрен стандарт полнодуплексного Ethernet TERR 802.3, который позволил нейтрализовать недостаток протокола, связанный с коллизиями и задержками;
стандарт IEEE 802.3Q, позволяющий организовывать виртуальные сети и приоритезацию трафика;
протокол DilTServ, позволяющий обеспечить разделение трафика в сети на несколько крупных классов, для каждого из которых будет обеспечиваться определенный уровень качества;
группа протоколов MPLS (Muity Protocol Label Switching) для быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток.
Таким образом, на сегодняшний момент решения на основе Ethernet стали наиболее универсальными и прочно вошли в повседневную жизнь. По мере того, как Ethernet усовершенствовался новыми стандартами и решениями, оправданной стала идея использования технологии пассивных оптических сетей доступа.
Для разработки архитектуры сети PON, наиболее приближенной к распространенным в настоящее время сетям Ethernet в 2000-2001 гг. создаются специальные комиссии EFM и EFMA. Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и работают над единым стандартом. Если EFM сосредоточенно на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA больше изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы – достижение соглашения между операторами и производителями оборудования и выработка стандарта полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца. Этот стандарт, основанный на соединении “точка-многоточка” по волокну и являющийся альтернативой APON, получил схожее название EPON.
Главным отличием сетей E-PON от других технологий пассивных оптических сетей является то, что по оптическому тракту передачи распространяются кадры непосредственно формата Ethernet. Это является также и основным преимуществом технологии, так как это позволяет избежать фрагментации пакетов трафика Ethernet и перепаковывания этих пакетов в ячейки ATM (что и происходит в сетях A/B-PON, G-PON).
3.3 Гигабитная пассивная оптическая сеть
Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) следует рассматривать как логическое продолжение технологии APON. При этом достигается как увеличение полосы пропускания сети PON, так и повышение эффективности передачи различных мультисервисных приложений (эффективную обработку пакетов IP и кадров Ethernet). Стандарт GPON был принят в октябре 2003 года. Он предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи 622 Мбит/с…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, обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса (в том числе TDM). Исследования доказывают, 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.
Достоинства GPON:
использование «режима более 1 Гбит/с инкапсуляции» GEM для подключения любого клиента к PON;
поддержка как симметричных, так и асимметричных скоростей передачи данных (в восходящем и нисходящем потоке);
поддержка до 256 логических ONT на одну длины волны;
механизм распределения полосы пропускания в upload-потоке с помощью маркеров (указателей) в нисходящем потоке;
реконфигурируемое число защитных битов на ONT;
инновационный способ автоматического и периодического обнаружения ONT;
автоматическое масштабирование при обнаружении дрейфа окна ONT;
защита каждого ONT-соединения с помощью алгоритма AES;
большое число различных состояний и отчетов от абонентских узлов (ONT) центральному (OLT);
выделенные каналы (OAM);
контроль соглашения об уровне услуг (SLA – Service Level Agreement), распределение полосы пропускания в каждом канале.
Одним из преимуществ технологии G-PON по сравнению с другими является максимальная скорость, на которой возможна передача информации. Отсюда она собственно и получила свое название G-PON (Gigabit PON). Следующей отличительной особенностью является широкий набор скоростей от 155 Мбит/с до 2488 Мбит/с , на которых может производиться передача как в восходящем, так и в нисходящем потоке, шифрование трафика с использованием крипто-алгоритма AES, что не позволяет злоумышленнику считывать трафик, адресованный кому-либо. Оборудование, реализующее технологию G-PON, может поддерживать 32/64/128 оптических сетевых блоков, а чем больше количество оптических сетевых блоков, тем выше рентабельность и более быстрая окупаемость сети в целом.
Рисунок 3.2 – Архитектура пассивной оптической сети (PON)
В таблице 3.1 представлены сравнительные характеристики трех технологий PON.
Таблица 3.1 – Характеристики технологий APON, EPON и GPON
Характеристики
|
APON (BPON)
|
EPON
|
GPON
|
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 каналы, Мбит/с
|
155/155
622/155
622/622
|
1000/1000
|
1244/155,622,
1244,2488/622,1244,2488
|
Базовый протокол
|
ATM
|
Ethernet
|
SDH (ATM)
|
Линейный код
|
NRZ
|
8B/10B
|
NRZ
|
Максимальный радиус сети, км
|
20
|
20 (>30)
|
20 (60)
|
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно
|
32
|
16
|
64 (128)
|
Приложения
|
любые
|
IP, данные
|
любые
|
Коррекция ошибок FEC
|
предусмотрена
|
нет
|
необходима
|
Длины волн прямого/обратного каналов, нм
|
1550/1310
(1490/1310)
|
1550/1310
(1310/1310)
|
1550/1310
(1490/1310)
|
IP-фрагментация
|
есть
|
нет
|
есть
|
Защита данных
|
шифрование открытыми ключами
|
нет
|
шифрование открытыми ключами
|
Резервирование
|
есть
|
нет
|
есть
|
Оценка поддержкиQoS
|
высокая
|
низкая
|
высокая
|
Сравнивая стандарты и возможности технологий сделаем выбор в пользу технологии GPON.
|
