Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное учреждение образовательное
высшего образования
«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и
информатики»
(СибГУТИ)
Кафедра многоканальной электрической связи и оптических систем (МЭС и ОС)
10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем,
специализация «Защита информации в системах связи и управления»
(очная форма обучения)
Отчет по лабораторно-практическому занятию №12
«Изучение пассивной оптической сети PON»
Выполнил:
студент ФАЭС,
гр. АБ-75 /А.Е. Карелин
«__»_________ 2021 г. (подпись)
Проверил:
доц. каф. МЭС и ОС /В.Г.Фокин/
«__»_________ 2021 г. (подпись)
Новосибирск 2021
Цель занятия: изучить современные и перспективные технологии пассивных оптических сетей доступа.
Содержание занятия
1. Изучение существующих технологий PON и их проблемы, перспективные технологии PON и возможности их реализации.
2. Составление кратких ответов на контрольные вопросы.
3. Решение задач
4. Составление отчёта с выводами по результатам работы.
Контрольные вопросы
С какой целью разрабатываются PON?
Сети типа PON отличаются простотой реализации и не требуют электропитания промежуточных устройств, т.к. это пассивные оптические разветвители и волокна оптического кабеля. Всё активное оптическое и электронное оборудование сосредоточено в распоряжении абонента (индивидуальный терминал ONT) и на станции (групповой терминал OLT).
Что обозначает FTTx?
Среди оптических проводных технологий доступа наиболее востребованы FTTx (Fiber To The X) – волокно до места Х: FTTH, Fiber To The Home – волокно до жилого дома; FTTB, Fiber To The Building – волокно внутри здания; FTTP, Fiber To The Premises – обобщённое понятие, объединяющее FTTH и FTTB; FTTO, Fiber To The Office – волокно в офис (аналогично FTTB); FTTC, Fiber To The Curb – волокно до кабельного шкафа; FTTCab, Fiber To The Cabinet – понятие, аналогичное FTTC; FTTR, Fiber To The Remote – волокно до удалённого модуля (концентратора); FTTOpt, Fiber To The Optimum – волокно дооптимального, с точкизрения оператора, пункта.
3. В чём преимущества PON?
Сети типа PON отличаются простотой реализации и не требуют электропитания промежуточных устройств, т.к. это пассивные оптические разветвители волокна оптического кабеля. Всё активное оптическое и электронное оборудование сосредоточено в распоряжении абонента (индивидуальный терминал ONT) и на станции (групповой термин)
4. Какие виды мультиплексирования сигналов используются Pon?
DWDM, CWDM, OCDMA, OFDM, TWDM, TDM
5. Какие спектральные составляющие оптического диапазона используются в Pon?
1200-1700 нм
6. В чём состоят недостатки технологи TDM-PON?
отсутствие гибкости в распределении мощности между окончаниями (ONT); статичность конфигурации длин волн (их закрепление за отдельными терминалами); сложность развития сети при изменении спектра услуг, числа пользователей, переход от TDM к WDM-PON; низкая устойчивость к сетевым атакам; не всегда выгодная энергетическая эффективность (когда требуется реконфигурация сети, применение оптического усиления, передатчиков повышенной мощности на протяженных линиях (до 100 км и более) long – reach PON или сокращённо – LR-PON).
7.На чём основаны технологии APON И BPON?
Базируются на транспорте ячеек ATM в дереве PON и получивший название APON (ATM PON). BPON, (Broadband PON – широкополосная пассивная оптическая сеть) – развитие стандарта APON ITU G.983.х (2001г.).
8. На чём основаны технологии EPON/GEPON GPON ?
EPON, (Ethernet PON) – стандарт PON IEEE 802.3ah (2004г.). Транспортный протокол - Ethernet. Прямой поток- 1490 нм, 1000 Мбит/с. Обратный поток – 1310нм, 1000 Мбит/с. Пакеты Ethernet передаются в своем исходном формате в PON. GPON, (Gigabit PON) - перспективный стандарт ITU-Т G.984.х (2005-2009гг.). Транспортный протокол - GFP (Generic Framing Protocol). Прямой поток - 1490 нм, 2,4 Гбит/с или 1,2 Гбит/с. Обратный поток- 1310 нм, 1,2 Гбит/с или622 Мбит/с.
9. Какие организации разрабатывали стандарты для PON?
British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom, LMSC (LAN/MAN Standards Committee)
10. то особенного в формате кадра EPON?
Технологией EPON/GEPON предусмотрены несколько структур кадров (рис.), формируемых 2-м уровнем. При этом прохождение кадров Ethernet через сеть EPON не происходит их фрагментации. Преамбула стандартного кадра Ethernet (рис.а) модифицируется добавлением нескольких служебных полей
11. Какой протокол позволяет устранить коллизии в обратном канале EPON?
Коллизии в нормальном режиме работы, т.е. когда передаются данные, следовало бы полностью исключить. Таким решением стал протокол многоточечного управления (MPCP, Multi-Point Control Protocol), для работы которого потребовались дополнительные служебные кадры, которыми обмениваются OLT и ONU, и которые не выходят за пределы сети EPON в кадрах Ethernet.
12.Какие функции выполняет протокол MPCP в PON?
Протокол MPCP имеет два режима работы: режим инициализации (авторегистрации) и нормальный режим работы. Соответственно и абонентские узлы могут находится в двух состояниях. Режим инициализации необходим для того, чтобы OLT мог обнаружить и зарегистрировать новые узлы ONU. При этом назначается идентификатор LLID регистрируемому ONU, вычисляется время задержки на двойном пробеге RTT (Round Trip Time) до этого ONU, и определяются другие параметры. Нормальный режим работы служит непосредственно для передачи данных
13. 㱒Чем принципиально отличаются GEPON от EPON?
Характеристики |
GEPON |
GPON |
Стандарты |
IEEE 802.3ah/ EFMA 2004 год |
ITU-T G.984.x/ FSAN 2003 год |
Скорость передачи прямой/обратный потоки, Мбит/с |
1000/1000 ЭЛТЕКС-ТУРБО в 2010 году 2488/1244 |
1244/155, 622, 1244 2488/622, 1244, 2488 |
Базовый протокол |
Ethernet |
SDH-GFP |
Линейный код |
8B10B |
NRZ |
Коррекция ошибок FEC |
Возможна |
Необходима |
Длины волн прямого /обратного потоков, нм |
1490/1310 + канал 1550 TV |
1550/1310 1490/1310 + канал 1550 TV |
Эффективность использования полосы частот |
Прямой/обратный 72%/68% |
Прямой/обратный 95%/95% |
14. Для чего нужны кадры GTC И GEM В GPON ?
Структура передаваемых данных представляет собой кадр GTC (Gigabit-capable passive optical network Transmission Convergence) длительностью 125 мкс, как в нисходящем, так и в восходящем потоках, что обеспечивает синхронизацию с частотой 8кГц, необходимой для услуг TDM.
15. 㱠㱒В чём состоят преимущества и недостатки EPON и GPON?
К преимуществам GPON относится: возможность работы на разных скоростях с одном передатчиком; скорость передачи в 2 раза выше, чем в GEPON; может работать в асимметричном режиме; на ONU используются дешевые лазеры; шифруется вся полезная нагрузка; поддерживается стандартный TDM трафик; используется стандартная сервис - уровневая система управления ONU со стороны OLT. К недостаткам GPON относится: сложная сервис – уровневая система управления и инкапсуляции Ethernet; более дорогие решения, чем в GEPON, при сопоставимых скоростях; высокая стоимость оптического оборудования на 2,5 Гбит/с.
К преимуществам GEPON относится: транслируются исходные пакеты Ethernet; простое недорогое управление на базе протокола SNMP; преимущества коммутации Ethernet; полная совместимость с IP; поддержка TLS (Transparent LAN-Services), широковещания и множества услуг; поддержка IPTV; динамическое управление полосой частот DBA, т.е. механизма динамического перераспределения полосы пропускания в соответствии с запросами абонентов и наличием свободной полосы в дереве PON; повышение скорости передачи до 2,5 Гбит/c в обе стороны и предоставление более широкополосных услуг; обеспечение QoS с помощью механизмов IEEE 802.1p/TOS; возможно использование жестких механизмов приоритезации трафика с помощью восьми выделенных очередей для каждого типа трафика; данные механизмы позволяют предоставлять такие услуги как VoIP или VoD с гарантией, включая потокового видео IGMP (Internet Group Management Protocol – протокол управления группой в интернет). К недостаткам GEPON относится сложности взаимодействия с другими технологиями: нестандартное сервис - уровневое взаимодействие; нестандартная стыковка с трафиком TDM; нестандартное шифрование; нестандартное защитное переключение
16. Каким может быть число обслуживаемых терминалов в сетях APON/BPON/GEPON/GPON
от 8 до 256
17. Почему энергетические потери для сигналов передаваемых в прямом и обратном
направлениях через оптический сплиттер могут быть одинаковыми?
Из-за особенности конструкции при передачи сигналов на волнах 1310нм и 1490 нм
18. 㱒Какие преимущества можно определить для WDM-PON?
В структуре WDM-PON может сохраняться одноволоконная схема организации связи и число ONU (ONT), как в TDM-PON, но при этом все терминалы становятся взаимно независимыми. Каждый терминал может связываться с OLT на двух волнах (λ1 и λk+1, ….., λk и λ2k) c применением в качестве развязывающих устройств передачи и приёма оптических фильтров AWG (DWDM) и циркуляторов
19 В каких оптических диапазонах предусмотрена работа. WDM-PON
О – диапазон |
1260-1360 нм |
Основной |
E – диапазон |
1360-1460 нм |
Расширенный |
S – диапазон |
1460-1530 нм |
Коротковолновый |
C – диапазон |
1530-1565 нм |
Стандартный (часто используемый) |
L – диапазон |
1565-1625 нм |
Длинноволновый |
U – диапазон |
1625-1675 нм |
Сверхдлинный |
20. 㱒Какие технологии бесцветного WDM-PON можно реализовать ?
Волна, удалённо отбираемая от широкополосного источника излучения (в литературе remotely seeded); Повторное использование волны на стороне ONT (ONU) (в литературе wavelength reuse); Динамически перестраиваемые лазеры (в литературе tunable laser).
21. 㱠㱒Чем отличаются различные бесцветные технологииWDM-PON?
Параметры |
Удалённый отбор |
Повторное использование |
Перестраиваемые лазеры |
ONU на 1 PON |
3 |
48 для полосы C 96 для полосы C+L |
48 для полосы C 96 для полосы C+L |
Дистанция, км |
40 |
50 |
85 |
Скорость в канале, Гбит/с |
1 |
2,5 |
10 |
Скорость в PON, Гбит/с |
До 40 |
До 240 |
До 1000 |
Проблемы |
Интеграция с OLT |
Достижение скорости более 1 Гбит/с |
Высокая стоимость |
Стандарты |
ITU-T G.987.4 |
- |
- |
Доступность |
Внедрено |
Возможное внедрение |
Возможное внедрение |
22. Что предполагают стандарты в реализации WDM-PON?
Recommendation ITU-T G.9802/2015 Multiple-wavelength passive optical networks (MW-PONs); Recommendation ITU-T G.9807.1/2016 10-Gigabit-capable symmetric passive optical network (XGS-PON); Supplement 39/2016 to ITU-T G-series Recommendations Optical system design and engineering considerations
23. Какой может быть пропускная способность сети TWDM PON
Пропускная способность TWDM PON это четыре независимых потока по 10 Гбит/с, что и определяет общую пропускную способность системы — 40 Гбит/с
24. В чём состоят достоинства и недостатки TWDM PON
Три отличительных преимущества, благодаря которым технология TWDM является более перспективной: 1. Общая пропускная способность системы. 2. Частотный диапазон. 3. Оптический бюджет. Главный недостаток технологии состоит в увеличении стоимости оптического оборудованиядля спектрального мультиплексирования (устройства Mux/Demux), перестраиваемыхоптических передатчиков и оптических усилителей.
25. В чём особенность технологии OFDM-PON?
В решении OFDM-PON возможно динамическое назначение полосы пропускания, более дешевая по сравнению с рассмотренными технологиями электронная программируемая база вместо дорогих оптических устройств и меньшие затраты на оборудование. Возможно объединение OFDM-PON с технологией оптического спектрального мультиплексирования WDM, что повышает способность конкурировать для поколения NG-PON2.
26. Какие ограничения существуют в реализации PON?
Реализация PON возможна только в случае преобладания оптического бюджета мощности над совокупными потерями оптической мощности между точками подключения к волокну оптического передатчика и приёмника в любой из схем PON.
27. Что обозначает DBA?
Функцию динамического назначения полосы передачи
28. Какие протокольные ограничения существуют в PON?
Исполнение централизованной схемы зависит от временного интервала передачи сообщения от OLT к каждому ONU и обратно, получившему название RTT (round – trip time), которое определяет задержку управления в петле «Центральный офис (OLT) – сетевой блок (ONU)».
29. Что обозначает RTT?
Исполнение централизованной схемы зависит от временного интервала передачи сообщения от OLT к каждому ONU и обратно, получившему название RTT (round – trip time), которое определяет задержку управления в петле «Центральный офис (OLT) – сетевой блок (ONU)».
30. Что обозначает QoS ,SLA ?
QoS (quality of service) – показатель качества обслуживания. SLA (service level agreement) – класс обслуживания клиента.
31. Какие временные задержки допускаются в обратном канале PON?
Задержка распространения сигнала трафика реального времени в среде передачи не должна превышать 1,5 мс и для линии в 10 км эта величина не превышается до скорости 55 Мбит/с, что во многих случаях подходит для клиентского оборудования.
32. Что предусматривает алгоритм DABв обратном канале PON
Алгоритм DBA предусматривает выделение временного интервала окна передачи обратного канала (US) (от ONU к OLT) или полосы пропускания по определённым заранее правилам, учитывающим приоритетность трафика, допустимые задержки пакетов в буферных устройствах и др.
33. В чём преимущество оптической сети доступа,где применяется кольцевая магистраль и PON
Принципиальным преимуществом кольцевой структуры оптической сети доступа для подключения удаленных абонентов по схеме PON является гарантированная защита всех оптических каналов от повреждений линии передачи на любом участке магистральной протяженной сети средствами простых и не дорогих оптических переключателей (оптических ключей) с минимальными потерями оптической мощности (не более 1 дБ), производимых промышленностью.
Вывод: в данной лабораторной работе мы изучили пассивную оптическую сеть: ее устройство, характеристики, стандарты, форматы кадров различных технологий и т.д. На практике мы научились рассчитывать уровень мощности оптического сигнала на выходе планарного сплиттера.