Выпускная квалификационная работа (стр. 3 )

Древовидная топология "точка-многоточка" позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из расположения абонентов, затрат на прокладку оптического кабеля и эксплуатацию кабельной сети.

Недостатком PON является сложность технологии и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

2.3 Принцип действия PON

Основная особенность архитектуры PON — использование одного приемо-передающего модуля в OLT для передачи данных множеству абонентских устройств ONT и приема данных от них. Реализация этого принципа показана на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Принцип действия PON

Количество абонентских узлов, подключенных к одному модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость аппаратуры. Для передачи потока данных от OLT к ONT — прямого (нисходящего) потока, обычно используют длину волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (нисходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В узлы OLT и ONT встроены пассивные мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Прямой поток. Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным, то есть от одного узла – всем остальным. Каждый ONT, читая адресные поля, выделяет предназначенные только ему пакеты данных из общего потока. Фактически это демультиплексор-распределитель.

Обратный поток. На одной и той же длине волны все абонентские узлы ONT передают в обратном направлении, используя концепцию множественного доступа с временным распределением TDMA. Для исключения возможной интерференции сигналов от разных ONT, устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных для каждого из них с учетом поправки на задержку, которая связана с удалением данного ONT от OLT. Для решения этой задачи используется протокол TDMA MAC.[1,2]

2.4 Стандарт GPON

2.4.1 Рекомендация G.984.1

G.984.1– это документ, в котором описана архитектура, а также изложены основные эксплуатационные характеристики и требования к производительности GPON-систем (рис.2.5).

Рисунок 2.5 - Структура уровней GPON

Пропускная способность в GPON составляет 1,244 и 2,488 Гбит/с в нисходящем потоке (к абоненту) и 155Мбит/с, 622Мбит/с и 1,244 Гбит/с в восходящем потоке (от абонента), таким образом, возможны шесть комбинаций скоростей. Архитектура остается TDM/TDMA и использует ту же волоконную сеть, что и основная схема BPON. PON строится на базе единственного одномодового волокна стандарта G.652 и обладает прозрачностью по отношению к длинам волн. Формально PON имеет максимальную дальность передачи 20 км, однако в рекомендацию была включена также и более низкая дальность – 10 км. Это позволило использовать более дешевые лазеры Фабри – Перо (FP) на гигабитных скоростях передачи, несмотря на вносимый ими дисперсионный штраф. В соответствии с G.984.1 при определенных условиях можно осуществлять также передачу информации на дальние расстояния (60 км) и обеспечивать высокую степень разветвления(128 абонентских узлов ONT), что выходит за рамки возможностей BPON-систем.

В GPON обеспечивается поддержка большого числа основных форматов данных и пользовательских интерфейсов сети. Осуществляется доставка голосовых сервисов ТфОП, услуг выделенных TDM-линий, использующих стандарты T1/ E1 и DS3, а также передача Ethernet-кадров на интерфейсных скоростях 10/100/1000 Мбит/с. Мультимедийные сервисы ATM предоставляются на всех возможных скоростях OC-x/STM-n. Качеству обслуживания уделяется особое внимание. Например, в соответствии с рекомендацией запаздывание при двойном проходе для TDM-услуг не превышает 3 мс. Это сводит к минимуму воздействие задержек в сети доступа на линию связи в целом. При передаче данных необходимо обеспечивать четкое разграничение классов услуг и управление трафиком. Это делает возможным предоставление VoIP и цифрового видео по сетям GPON.

В G.984.1 также включены некоторые новые полезные особенности. Это защитное переключение, наложение услуг и безопасность данных. Защитное переключение осуществляется способом, совместимым с BPON, но в стандарт было добавлено несколько дополнительных типов резервных конфигураций: защита с полным резервированием 1+1(так называемая защита класса C), а также защита с частичным резервированием 1:1(защита класса B). Наложение услуг требует, чтобы цифровая GPON-система оставляла неиспользуемой расширенную полосу пропускания, как в G.983.3, позволяя, таким образом, включить WDM-наложение. В соответствии с требованием безопасности данных информация в восходящем потоке должна быть защищена, и должны существовать средства, с помощью которых может быть проведена идентификация ONT.[1]

2.5 Структура кадра

2.5.1 Структура кадра в нисходящем потоке

Длительность кадра составляет 125 мкс вне зависимости от пропускной способности сети в нисходящем потоке (1,244 Гбит/с или 2,488 Гбит/с) (рис.2.6).

Рисунок  2.6 - Структура кадра в нисходящем потоке

Таким образом, кадр при скорости 1,244 Гбит/с состоит из 19 440 байтов, а при скорости 2,488 Гбит/с – из 38 880 байтов. Длина PCBd одинакова для обеих скоростей и зависит от числа блоков распределения (имеющих один и тот же идентификатор Allocation-ID) в одном кадре.

2.5.2 Структура кадра в восходящем потоке

Кадр в восходящем потоке (рис.2.7) имеет одинаковую структуру для всех скоростей передачи. Каждый кадр содержит наборы передаваемых данных от одного или нескольких ONT.

Рисунок 2.7 - Структура кадра в восходящем потоке

Таблицы полосы пропускания определяет распределение этих наборов данных. Во время каждого периода распределения в соответствии с контролем, осуществляемых OLT с помощью поля индикаторов в таблице полосы пропускания, ONT может посылать до 3 типов PON-заголовков и пользовательские данные. Заголовки могут быть:

заголовок физического уровня восходящем потоке (PlOu); эксплуатация, администрирование и управление восходящем потоком (PLOAMu); 13-байтовое поле, содержащее сообщение PLOAM отчет о динамике полосы пропускания в восходящем потоке (DBRu); содержит отчет о динамическом состоянии полосы пропускания, который, используется центральным узлом OLT для DBA.

2.6 Основные достоинства технологии GPON

Во многих странах GPON популярнее, чем какие либо другие разновидности PON, что объясняется большой эффективностью в плане соотношения объема полезной информации к издержкам протокола  которая составляет 90%  (доля полезной информации в EPON всего лишь 45%).Также стоит отметить:

использование «гигабитного режима инкапсуляции» GEM для подключения любого клиента к GPON; поддержка как симметричных, так и антисимметричных скоростей передачи данных  (в восходящем и нисходящем потоке); поддержка до 256 логических ONT на одну длины волны; механизм распределения полосы пропускания в восходящем потоке с помощью маркеров (указателей) в нисходящем потоке; реконфигурируемое число защитных битов на ONT; новый 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 соглашений об уровне услуг (SLA –ServiceLevelAgreement), распределение полосы пропускания в каждом канале.

Преимущества технологии GPON:

скорость. Оптическое волокно обладает полосой пропускания до 1 Гб/с, поэтому скорость и качество передачи данных выгодно отличается от других технологий; надежность. Оптоволоконный кабель устойчив к электромагнитным воздействиям, не является источником электромагнитных волн, привлекателен по массово-габаритным параметрам и защищен от несанкционированного доступа; дополнительные сервисы. Возможность в будущем на базе используемой технологии подключать следующие сервисы – дистанционное видеонаблюдение за любым объектом (дом, офис); возможность бесперебойной работы охранных систем; инновационность. Позволяет пользоваться самыми современными технологиями передачи данных; комплексность. Технология позволяет подключить на одно волокно 3 услуги – Интернет, цифровое телевидение, телефон; единый счет за все услуги связи.

Услуги на базе технологии GPON:

высокоскоростной Интернет на скорости до 1 Гб/с ; новейшее интерактивное IP-телевидение, которое даст возможность смотреть более 40 спутниковых и эфирных каналов цифрового телевидения, с высоким разрешения формата HDTV; качественная связь с возможностью подключения как обычного, так и IP-телефона с расширенным набором функций, неограниченное количество номеров по одной линии и сохранение номера при переезде. Используя услуги IP-телефонии можно значительно экономить на звонках в другие города.

Все вышеперечисленные преимущества  технологии GPON не заставляют долго задумываться, о выборе технологии связи,  и в данной работе  выбрана именно эта технология.

3 Обоснование необходимости строительства PON

Новосибирск — третий по численности населения и двенадцатый по занимаемой площади город в России, имеет статус городского округа. Административный центр Сибирского федерального округа, Новосибирской области и входящего в её состав Новосибирского района, также город является центром Новосибирской агломерации — крупнейшей в Сибири. Торговый, деловой, культурный, промышленный, транспортный и научный центр федерального значения.

На территории города находится более 214 крупных и средних промышленных предприятий, а так же большое количество  организаций, учреждений. Наряду с традиционным для края производственными секторами: металлургией, энергетикой, машиностроением  - всё более активно начинает развиваться новое производство. Производство идей, технологий, проектов, которые по­влияют городу сохранить лидирующие позиции и развить свою инве­рсионную привлекательность.