ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ ДОСТУПА
реклама
ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ ДОСТУПА Автор: Е.Б. Алексеев Алексеев Е.Б. Оптические сети доступа. Учебное пособие - М: ИПК при МТУ СИ, 2005 г. - 140 с. В учебном пособии рассмотрены типовая конфигурация, структурная схема и целый набор вариантов оптических сетей доступа, приведены классификация и основные требования к основным параметрам, перечень и характеристики пассивных компонентов, изложены принципы функционирования ряда конкретных технологий широкополосного доступа (A-PON, BPON, E-PON и G-PON), а также вопросы применения атмосферных оптических линий передачи, выделены проблемы и определены перспективы оптиковизации сетей доступа. Пособие написано на основе материалов лекций, прочитанных в 1997-2005 г.г. в ИПК МТУСИ по курсу «Проектирование и техническая эксплуатация ВОСП», руководящих документов отрасли, Рекомендаций международного союза электросвязи, результатов исследований и разработок автора и накопленного опыта по результатам сертификационных испытаний. Учебное пособие предназначено для слушателей Института повышения квалификации руководящих работников и специалистов при изучении курсов по ВОСП и ОС Д. Пособие также может быть полезно техническому персоналу проектных и эксплуатационных предприятий связи, а также студентам факультета «Сети и системы связи» МТУСИ. СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОСД 1.1. Архитектура и технологии ОСД 1.2. Компоненты ОСД 1.3. Классификация систем ОСД и требования к основным параметрам 1.4. Система контроля и управления 2. ТЕХНОЛОГИЯ A-PON 2.1. Общие положения 2.2. Основные принципы ATM 2.3. Трансляция ячеек 2.4. Качество обслуживания - QoS 2.5. Качество обслуживания - QoS 2.6. Уровень адаптации AAL 2.7. Протокол ATM 2.8. Категории услуг ATM по управлению трафиком 2.9. Протокол A-PON MAC 2.10. Передача данных в сети A-PON 2.11. Пакет MBS 2.12. Надежность и резервирование сетей A-PON 3. ТЕХНОЛОГИЯ B-PON 3.1. Общие положения 3.2. Функции ONT 3.3. Функции виртуальных путей в ONT 3.4. Функции управляющего интерфейса OMCI 3.5. Управление конфигураций 3.6. Управление устранением неисправностей 3.7. Управление качеством передачи 3.8. Управление защитой информации 3.9. Управление расчетами 3.10. Многоуровневое представление системы управления 3.11. Контроль потока данных и их восстановление в случае сбоев 3.12. Протокол управления и контроля ONT 4. ТЕХНОЛОГИЯ E-PON 4.1. Общие положения 4.2. Топология сети E-PON 4.3. Оборудование E-PON центрального узла 4.4. Абонентское оборудование E-PON 4.5. Архитектура стандарта E-PON 4.6. Физический уровень PMD 4.7. Характеристики оптического волокна 4.8. Принцип действия E-PON 4.9. Форматы передаваемых кадров в сети E-PON 5. ТЕХНОЛОГИЯ G-PON 5.1. Общие характеристики технологии G-PON 5.2. Иерархическая структура оптической сети 5.3. PMD уровень технологии G-PON 5.4. GTC уровень технологии G-ON 5.5. Вопросы защиты информации в сетях G-PON 5.6. Система управления и контроля объектами сети G-PON 5.7. Проблема сетей PON 5.8. Преимущества G-PON по сравнению с другими технологиями PON 6. АТМОСФЕРНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ 7. ПЕРСПЕКТИВЫ ОПТИКОВИЗАЦИИ СЕТЕЙ ДОСТУПА СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ PC - рабочая станция; СО (NT) - сетевое окончание (Network Terminal); CTIO(IFpon) - стык пассивной оптической сети (Interface Passive Optical Network); ССП (UNI) - стык сети пользователя (User-Network Interface) CTM-N - синхронный транспортный модуль уровня N; СУ (ПП) - стык услуги (порт пользователя); СУО (SNI) - стык узла обслуживания (предоставления услуг) (Service Node Interface); СУЭ - сеть управления электросвязью; СЦИ - синхронная цифровая иерархия; СЭ - сетевой элемент; ТИ - тактовый интервал; УО - узел обслуживания (предоставления услуг); УС (АН) - устройство сопряжения (Adaption Function); ЦСИС (ISDN) - цифровая сеть с интеграцией служб (Integrated Services Digital Network); Ш-ЦСИС (B-ISDN) - широкополосная ЦСИС (Broadband-ISDN); AAL - уровень адаптации ATM (ATM Adaptation Layer); AK - бит подтверждения (Acknowledgement); AR - запрос на подтверждение (Acknowledge Request); AN-LT - сетевое окончание сети доступа (Access Network Line Termination); ATM - технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode); BW - пропускная способность (Bandwidth); CES - служба эмуляции соединений (Circuit Emulation Service); CPCS - подуровень конвергенции (Common Part Convergence Sublayer); CRC - циклическая проверка четности с избыточностью (Cyclic Redundancy Check); CS - сходимости подуровней протоколов мониторинга (Convergence Sublayer); CWDM - грубое мультиплексирование по длине волны (Coarse Wavelength Division Multiplexing); DB - бит назначения (Destination Bit); DBA - динамическое выделение полосы (Dynamic Bandwidth Assignment); DBRu - состояние динамической пропускной способности восходящего потока (Dynamic Bandwidth Report upstream); DSL - цифровая абонентская линия (Digital Subscriber Line); DWDM - плотное мультиплексирование по длине волны (Dense Wavelength Division Multiplexing); GEM - G-PON режим инкапсуляции (G-PON Encapsulation Mode); HDTV - телевидение высокой четкости (High Definition Television); HN - домашняя сеть (Home Network); LAN - локальная сеть (Local Area Network): LMI - модуль стыка с линией (Line Interface Module); MAC - управление доступом к среде (Media Access Control); MAN - городская сеть или сети мегаполисов (Metropolitan Area Network); MIB - база управляющей информации (Management Information Base); MT - тип сообщения (Message Type); NRZ - код без возвращения к пулю (Non Return Zero); OAN оптическая сеть доступа (Optical Acces Network); OAM - система контроля и управления (Operations, Administration and Maintenance); OMCl - управляющий интерфейс (ONT Management and Control Interface); ONT - оптическое сетевое окончание (Optical Network Terminal); QoS - качество обслуживания (Quality of Service); PCBd - блок физического контроля нисходящего потока (Physical Control Block downstream); PDU - информационный элемент протокола (Protocol Data Unit); Plend - длина информационного блока нисходящего потока (Payload Length downstream); PLOAM - физический уровень OAM (Physical Layer OAM); PLOu - служебная информация физического уровня восходящего потока (Physical Layer Overhead upstream); PLSu - последовательность энергетических уровней восходящего потока (Power Levelling Sequence upstream); PM - управление качеством работы, рабочими характеристиками (Perfomance Management); PMD - уровень, зависящий от физической среды (Physical Media Dependent); Port-iD - идентификатор порта (Port Identifier); Psync - физическая синхронизация (Physical synchronization); RMS - среднее квадратичное значение (Root Mean Square); RTT - время задержки на двойном пробеге (Round Trip Time); SDU - элемент сервисной информации (Service Data Unit); ТС - сходимость передачи (Transmission Convergence); T-CONT - передающий контейнер (Transmission Container) TDMA - множественный доступ с разделением по времени (Time Division Multiplex Access); ТЕ - оконечное оборудование (Terminal Equipment); UAS - секунды неготовности (Unavailable Seconds); UPC - управление параметрами использования (Usage Parameter Control); VC - виртуальный канал (Virtual Channels); VCI - идентификатор виртуального канала (Virtual Channel Identifier); VP - виртуальный путь (Virtual Path); VPI - идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier); ВВЕДЕНИЕ Эффективное использование ресурсов уже созданных магистральных транспортных оптических сетей и дальнейшее их развитие не имеют смысла без адекватного развития оптических сетей доступа (ОСД). С другой стороны, потребность в таком развитии ОСД (Optical Acces Network) возрастает ускоряющимися темпами. В последние 10 лет быстро развиваются и получают всё более широкое распространение новые услуги связи, а также улучшается качество традиционных услуг. При этом разные виды услуг предоставляются различными сетями связи, например, телефонные услуги телефонная сеть, телевизионные - сеть кабельного телевидения, широкополосный доступ в интернет также по специальной, часто волоконно-оптической сети. Соответственно, пользователь получает эти услуги с помощью отдельных терминалов: телефонного аппарата, телевизора, персонального компьютера. Такая ситуация создает ряд неудобств и проблем управления сетями доступа при оптимизации предоставления услуг с высоким качеством и в удобное для потребителя время. Сегодня все крупные провайдеры ощущают острую необходимость интегрального предоставления перечисленных выше услуг связи но одному физическому каналу. Интегральное предоставление мультимедийных услуг осуществимо только с помощью широкого внедрения волоконно-оптических технологий, т.е. создания ОСД. Пока еще медленное их развитие обусловлено чисто экономическими причинами, главная из которых высокая стоимость предоставляемых услуг связи при относительно низкой платежеспособности пользователей. Высокая стоимость услуг обусловлена, прежде всего, дороговизной элементной базы (оптический кабель, оптические элементы), а также прокладки оптического кабеля (особенно и городских условиях). С другой стороны, об актуальности развития ОСД, в особенности важнейшего их сегмента - пассивных оптических сетей (ПОС) или PON (Passive Opticai Network), свидетельствует эволюция документальной основы МСЭ-Т. Если еще 3 года тому назад единственным!) документами, регламентирующими стандарты ОСД и ПОС, были рекомендации МСЭ-Т G.982 и G.983.I, то к настоящему времени появились еще 13 рекомендаций: G.9S3.2, ..., G.983.10, G.984.1, ..., G.984.4, а также ряд стандартов ШЕ 802.3 (3u, 3z, Зае, 3ah). В зависимости от транспортной технологии, обеспечивающей широкополосный мультисервисиый доступ, современные пассивные оптические сети в соответствии с международными стандартами п рекомендациями МСЭ-Т подразделяются на несколько видов: A-PON ПОС, использующая протокол ATM со скоростью передачи 155 или 622 Мбит/с, B-PON ПОС, представляющая расширение возможностей A-PON для доступа к дополнительным широковещательным услугам (В - broadcasting) па дополнительных длинах волн, G-PON ПОС, позволяющая расширить возможности A-PON за счет увеличения скорости передачи до 2,5 Гбит/с (G - Gigabite), E-PON - ПОС, ориентированная на протокол Ethernet. Разработка основных положений и принципов построения к применения оптических сетей доступа в документах МСЭ-Т и международных стандартах неразрывно связана с принципами организации цифровой сети с интеграцией служб (ЦСИС) или ISDN (Integrated Services Digital Network) на базе транспортных технологии: асинхронного способа переноса (ATM), Ethernet, спектрального разделения по длинам волн (ВОСП-СР) и др. Сеть доступа - часть сети связи, обеспечивающая доставку сигналов (услуг связи) между пользователями и транспортной сетью. Основное направление развития сетей доступа — цифровизация н увеличение пропускной способности с целью предоставления абонентам комплекса услуг, включая интерактивную цифровую высокоскоростную связь и услуги мультимедиа. Развитие сетей доступа происходит по двум основным направлениям: 1. использование существующих кабельных сетей; 2. строительство новых оптических линий связи. Использование волоконнооптических средств на сетях доступа позволяет реализовать: 1. организацию типовых телефонных (аналоговых или цифровых) каналов с меньшими капитальными затратами, чем на кабелях с медными жилами; 2. передачу по тем же оптическим волокнам программ кабельного телевидения; 3. создание цифровых сетей с интеграцией служб, включая услуги мультимедиа. При этом физический уровень технических средств сети доступа остается практически неизменным для любого варианта (капитальные затраты не меняются). Может увеличиваться только стоимость терминального оборудования и оплата услуг но мере увеличения их количества и качества. Это определяется огромной информационной избыточностью соединительных линий. Другими словами, оптические сети доступа имеют возможное)). одновременного удовлетворения как потребителей, которым нужен традиционный телефонный аппарат, гак и потребителей, которым требуется широкополосный канал, включая кабельное телевидение. 1.1 Архитектура и технологии ОСД На рисунке 1.1 приведены различные варианты организации ОСД, включая: ВвД (FTTH - Fibre To The Home) - волокно вводится в дом (помещение индивидуального пользователя); ВвК (FTTCab - Fibre To The Cabinet) - волокно вводится в кабинет (оффис, учреждение); ВвЗ (FTTB - Fibre To The Building) - волокно вводится в здание (к группе пользователей); ВвШ (FTTC- Fibre To The Curb) - волокно вводится в распределительный шкаф (перед одним или несколькими зданиями). При построении ОСД на сетях связи России следует учитывать мировой опыт развития: при строительстве в новых районах создавать полностью оптические сети доступа, а в районах с относительно развитой инфраструктурой связи модернизировать есть на базе гибридных волоконно-коаксиальных сетей (ГВКС) или HFC (Hybrid Fibre Coaxial). Проектирование и строительство ОСД может осуществляться при: телефонизации вновь строящихся районов; дополнительной телефонизации или создании сети кабельного телевидения; создании локальных выделенных сетей, имеющих перспективу быть наложенными сетями. На рисунке 1.2 приведена типовая конфигурация ОСД, которая включает: оптическое линейное окончание, OJIO (OLT - Optical Line Terminal); оптический сетевой блок, ОСБ (ONU - Optical Network Unit); оптическая распределительная сеть, ОРС (ODN - Optical Distribution Network). ОЛО является окончанием ОСД на станционной стороне (станции или узла предоставления услуг). ОЛО обеспечивает стык ОСД со стороны транспортной сети (стык узла обслуживания или предоставления услуг, СУО), и оптический стык в точке П;/Пр (стык пассивной оптической сети, СПО) с ОРС, например, на основе НОС. ОЛО может подключаться к одной или нескольким ОРС. ОСБ является окончанием ОСД на стороне абонента (пользователя). Он обеспечивает (непосредственно или на расстоянии) стык ОСД со стороны пользователя (стык сети пользователя, ССГ1) и оптический стык в точке Пд/Пр (СПО) с ОРС. Разновидностью ОСБ может являться окончание ОСД на стороне пользователя, применяемое в топологии ВвД и непосредственно выполняющее функцию порта пользователя. В этом случае ОСБ является оптическим сетевым окончанием (ОСО). как показано на рисунке 1.1. Характерным для ОСО (ONT - Optical Network Terminal) в отличие от ОСБ является и то, что в нем оканчивается и канал управления системы управления ОСД, т.к. он передается в заголовке ячейки ATM, информационных структур (кадра) СЦИ, Ethernet и др. ВвД (FTTH) - волокно вводится а дом (помещение индивидуального пользователя) ВвК (FTTCab) - волокно вводится в кабинет (оффис, учреждение) ВвЗ (FTTB) - волокно вводится в здание (к группе пользователей) ВвШ (FTTC) - волокно вводится в распределительный шкаф (перед одним или несколькими зданиями) ОСО - оптическое сетевое окончание СО - сетевое окончание СУО - стык узла обслуживания (пункт доступа ТС или узел предоставления услуг) ССП - стык сети пользователя Рисунок 1.1. Варианты построения оптической сети доступа ОРС обеспечивает средства оптической передачи от ОЛО к пользователям и обратно, как правило, состоит из пассивных оптических компонентов (ПОС) и выполняет следующие функции: а) обеспечивает прямое оптическое соединение (возможность непосредственного обмена оптическими сигналами между ОЛО и ОСБ); б) осуществляет оптическое разветвление в нисходящем (от ОЛО) потоке и объединение в восходящем (к ОЛО) потоке при помощи оптических разветвнтелей; в) обеспечивает возможность оптической многоволновой транспортировки (одновременную передачу по одному и тому же волокну сигналов на различных длинах волн в обоих направлениях передачи). ОРС (или ПОС.) обеспечивает один или более оптических трактов между одним ОЛО и одним или более ОСБ. Каждый оптический тракт определяется между точками нормирования оптического стыка на передаче (Пд) и на приеме (Г1р). Как показано на рисунке 1.2, ОСД является системой между точками нормирования параметров стыка пользователя ССП (Т) и стыка узла обслуживания СУО (V). ОСБ может подсоединяться к ССП через устройство сопряжения (УС) при реализации ГВКС, т.е. при передаче на последнем участке ОСД по цифровой абонентской линии по медным жилам. Для этого случая на рисунке 1.2 добавлена точка нормирования параметров стыка (а) между ОСБ и УС (или AF - Adaption Function). На ОСД должны быть предусмотрены точки доступа для оптических измерений и контроля. Эти точки могут быть расположены п ОЛО, ОСБ/ОСО, ОРС/ПОС. Должно быть обеспечено сопряжение с системой управления электросвязи, через стык типа Q3, как показано на рисунке 1.2. На рисунке 1.3 показана структурная схема ОРС (ПОС). Сплошная линия обозначает одно или более оптических волокон. Пунктирная линия обозначает дополнительные резервные волокна. Рисунок 1.2 Типовая конфигурация оптической сети доступа Рисунок 1.3 Структурная схема оптической распределительной сети Два направления оптической передачи в ОРС/ПОС определяются следующим образом: 1. нисходящее направление для сигналов, поступающих от ОЛО к одному или нескольким ОСБ; 2. восходящее направление для сигналов, поступающих от одного или нескольких ОСБ к ОЛО. При передаче в нисходящем и восходящем направлениях могут использоваться одно и то же волокно и те же компоненты или разные волокна и компоненты. Если для реконфигурации ОРС/ПОС требуются дополнительные соединители или другие пассивные устройства, они должны располагаться между точками П„ и П„, а их затухание следует \читывать при любых расчетах оптических потерь. На рисунке 1.3 обозначены следующие оптические стыки: 1. Осн, Осв — оптический стык в точке нормирования Пр/П, между ОСБ и ОРС/ПОС для нисходящего и восходящего направлений соответствен! го; 2. Q;m, Олв - оптический стык в точке нормирования Пл/Пр между ОЛО и ОРС/ПОС для нисходящего и восходящего направлений соответственно. ОРС должна обеспечивать предоставление любой из предполагаемых услуг без необходимости проведения обширных изменений самой ОРС/ПОС. Это требование влияет на свойства пассивных оптических компонентов, которые входят в состав IIOC. Ряд важных требований, непосредственно влияющих на оптические свойства 110C, определяются следующим образом: прозрачность по оптической длине волны: устройства, такие как оптические разветвители, которые не предназначены для выполнения функции выбора по длине волны, должны обеспечивать передачу сигналов на любой длине волны в диапазонах 1310 нм и 1550 нм; обратимость изменение направления на обратное входных и выходных портов не должно вызывать значительных изменений оптических потерь компонентов ПОС; совместимость с волокном: все оптические компоненты должны быть совместимы с одномодовым кабелем, хотя на НОС возможно применение и мпогомодового кабеля. Для увеличения перекрываемого затухания в оптическом тракте ОСД могут применяться оптические усилители. Пример использования ОУ в составе оптического тракта ОРС в нисходящем направлении показан на рисунке 1.4. Как показано на рисунке, в общем случае могут применяться три типа ОУ: 1. ОУ, - оптический усилитель передачи (booster); 2. ОУ2 - оптический усилитель приема (preamplifier); 3. ОУз - промежуточный усилитель (line amplifier). Использование ОУ позволяет компенсировать дополнительные потери в птическом тракте, характерные для ОСД, которые связаны с большим количеством ответвлений части мощности оптического излучения в оптических разветвителях (ОР). ОУ рекомендуется станавливать в одном помещении (или месте размещения) с другим оборудованием ОСД, например, ОУ; вместе с оборудованием ОЛО, а ОУт вместе с оборудованием ОСБ, что позволит более рационально решать вопросы электропитания и технического обслуживания. Допустимые потери оптического тракта ОСД определяются как потери между точками Пд/'Пр и Нр/Пд (рисунок 1.3). Они включают в основном, километрические потери на затухание в оптическом волокне и потери в пассивных оптических компонентах ГЮС (оптические разъемные соединители, сростки, оптические разветвители. и т.д.). Рисунок 1.4 Пример использования ОУ в ОРС Расчет потерь в ОРС определяется между точками оптических стыков Пд/Пр на стороне ОСБ и ОЛО (показаны на рисунках 1.3 и 1.5) Физический уровень оптических стыков Осн/Осв и Олп/Ол,, (см. рисунок 1.3) может определяться для одного или более оптических волокон. При этом важными характеристиками ОСД являются: максимальное различие потерь в оптических трактах ОРС; максимальное значение перекрываемого затухания, определяемое в соответствии с ОСТ 45.104-97 как разность между минимальным уровнем мощности оптического излучения на передаче (в т. Пд) и максимальным уровнем чувствительности приемника (в т. Пр) в конце срока службы при наихудшем сочетании условий эксплуатации; минимальное значение перекрываемого затухания, определяемое в соответствии с ОСТ 45.107-97 как разность между максимальным уровнем мощности оптического излучения на передаче (в т. 11д) и минимальным уровнем перегрузки приемника (в т. Пр) в конце срока службы при наихудшем сочетании условий эксплуатации. На рисунке 1.5 приведена схема оптического тракта ОРС между ОЛО и ОСБ, состоящего из Р участков ОРС. Каждый j-тый участок включает оптическое волокно протяженности Lj с пассивными оптическими компонентами: оптический разветвитель с отношением разветвления: hj : nj (1г(>1,П;> 1 ); Kj оптических соединителей разъемных (соединителей); ту оптических соединителей неразъемных (сростков). Потери Aj (дБ) на каждом j-том участке ОРС определяется следующим выражением: Aj= ctpCKj + aOBLj + mjaHC + anH – lOlg*l/ ni где: apc (дБ) - потери в разъемном соединителе; а0„(д1з/км) - километрическое затухание в оптическом волокне; «пс(дБ) - потери в сростке; «вн(дБ) - вносимые потери в разветвителе; I Olg— (дБ) — потерн в разветвителе на разветвлении. Число сростков на j-том участке ОРС определяется следующим образом (см. Рекомендацию МСЭ-Т G.982): где: mdj - среднее число планируемых сростков па единицу длины ОВ на этапе проектирования и сооружения ОРС (между строительными длинами кабеля); m,-j - среднее число сростков на единицу длины ОВ из-за ремонта в кабеле на этапе эксплуатации ОРС; maj — число дополнительных планируемых сростков при соединении оптических трактов с оборудованием ОСЬ (если это имеет место на j-том участке) на этане проектирования и сооружения (развития) ОРС. В целом оптический тракт ОРС состоит из: - оптического волокна суммарной длины Суммарное отношение разветвления для всего оптического тракта Выбор конкретной топологии ОСД, основанной на архитектуре сети доступа на стороне абонента типа ВвШ, ВвЗ и/или ВвД и архитектуре (или комбинации архитектур) ОРС/ПОС при конкретном проектировании, должен осуществляться с учетом нижеследующих факторов: существующая инфраструктура сети доступа, возможность и необходимость ее модернизации; топологическое распределение абонентов. Рисунок 1.5 - Схема оптического тракта ОРС между ОЛО и ОСБ возможность подключения новых абонентов к существующим и будущим сетям связи для быстрого и гибкого обеспечения универсального доступа к услугам связи; величина расстояния между ОЛО и ОСБ; потребность в оптических трактах с разной пропускной способностью, позволяющих при существующей технологии предоставлять все более изменяющийся набор услуг; надежность и доступность; питание оптических сетевых блоков; емкость кабеля; безопасность; эксплуатация и техническое обслуживание; снижение вносимых инвестиций и эксплуатационных расходов и т.д. Архитектура ОРС/ПОС может быть типа точка-к-многим точкам и T04fCa~K-TG4KC. Архитектура точка-к-точке предоставляет каждому абоненту отдельное волокно оптического кабеля. Архитектура точка-к-многим точкам используется при значительном удалении абонента или абонентов от узла предоставления услуг. В этом случае по одному волокну оптического кабеля передается групповой абонентский поток, который разделяется в точке распределения на индивидуальные абонентские потоки, передаваемые далее абонентам по отдельным волокнам оптического кабеля. При реализации архитектуры ОРС/ПОС точка-к-многим точкам можно использовать древовидную структуру, шину, кольцо и их комбинации. История развития технологии НОС началась весной 1995 г., когда группа из семи крупных операторов основала консорциум FSAN (Full Service Access Networks), главной целью которого стала разработка основ для стандартизации этой технологии и активное выведения ее на рынок. В настоящее время при активном участии этого консорциума были определены несколько разновидностей ПОС (таблица 1.1). A-PON - самый первый вариант технологии, основанный на использовании протокола ATM. Скорость нисходящего непрерывного потока ATM в технологии A-PON достигает 155 Мбит/с. Позже стандарт был усовершенствован: увеличена скорость передачи (622 Мбкт/с), реализовано динамическое распределение ресурсов полосы пропускания и т.п. Для того чтобы название стандарта более полно отражало сущность обновленной технологии, консорциум принял решение ввести новое наименование - Broadband PON (BPON). Технология B-PON, стандартизованная МСЭ, реализует помимо традиционных ВРК-услуг большое количество широкополосных услуг, включая доступ Hthernet и трансляцию аналогового и цифрового видео. Недавно консорциум FSAN, продолжающий работы по стандартизации высокоскоростных (свыше 1 Гбит/с) сетей PON, предложил новое решение для построения оптических сетей доступа - G-PON (Gigabit PON). Данная технология, обладающая очень высокой производительностью, стандартизована МСЭ и предназначена для реализации мультисервисных услуг, причем не только на базе протокола IP, но и на основе ВРК. Таблица 1.1 Технологии ПОС Технология ATM PON (APGN), Broadband PON (B-PON) Ethernet PON (E- Gigabit PON (O-PON) PON) Скорость 0.155/0.622 нисходящего потока, Гбит/с i.25 1.25 или 2.5 Скорость 0.155/0.622 восходящего потока, 1.25 0.155/0.622/1.25/2.5 Гбит/с Особенности Транспортировка мульсервисного трафика (речь, выделенные линии, Ethernet, видео); асимметричный или симметричный режим работы Возможность транспортировки мультисервисного трафика (основное назначение транспортировка трафика Ethernet); симметричный режим работы Транспортировка мультисервисного трафика (речь, выделенные линии. Eihernct, видео); расширенные возможности по передаче IPтрафика; асимметричный и симметричный режим работы В одном волокне сетей PON для нисходящего и восходящего потоков задействуются разные длины волн (метод WDM). Теоретически могла бы использоваться и одна длина волны, но, во-первых, две частоты обеспечивают лучшую оптическую изоляцию между передатчиком и приемником, а во-вторых, при задействовании двух частот можно применять недорогие планарные лазеры, которые позволяют значительно снизить стоимость всей системы. Когда в 1995 году консорциум FSAN разрабатывал технологии создания мультисервисиых сетей доступа, то для решения задачи обеспечения множественного доступа по одному волокну была взята технология ATM, обеспечивающая транспорт мультисервисиых услуг и высокое качество. Планировалось использовать данный транспортный протокол для построения локальных, городских и магистральных сетей. На сегодняшний день в пассивных оптических сетях ATM используется при построении сетей доступа на технологиях A-PON, B-PON и G-PON. Во времена создания ATM использование технологии Ethernet для транспортировки мультисервисных услуг с требуемым уровнем качества не представлялось возможным. Ethernet не мог составить конкуренцию ATM в обеспечении качественных мультисервисных услуг по простой причине: в основе протокола Ethernet лежал недетерминированный механизм случайного доступа с разрешением коллизий, допускающий непредсказуемые задержки. Однако, сегодня ситуация резко изменилась в пользу протокола Ethernet. Рассмотрим основные изменения, повлиявшие на возможность использования протокола Ethernet в мультисервисных сетях доступа: 1. достигнут рубеж в 10 Гбит/с; 2. появился и был внедрен стандарт полнодуплексного Ethernet TERR 802.3, который позволил нейтрализовать недостаток протокола связанный с коллизиями и задержками; 3. стандарт IEEE 802.3Q, позволяющий организовывать виртуальные сети и приоритезацию трафика; 4. протокол DilTServ, позволяющий обеспечить разделение трафика в сети на несколько крупных классов, для каждого из которых будет обеспечиваться определенный уровень качества; 5. 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 в рамках стандарта IEEE 802.3. В 2000 году была создана специальная комиссия EFM (Ethernet in the first mile - Ethernet на первой миле), получившая код IEEE 802.3ah. Эта комиссия была создана для решения задачи построения архитектуры сети PON, наиболее приближенной к сетям Ethernet, то есть разработать Ethernet PON (E-PON) в рамках стандарта ШЕЕ 802.3. Дополнительно существенное влияние на работу этой комиссии оказал созданный позже (в 2001 году) альянс EFMA (Ethernet in the first mile alliance). Если EFM больше концентрировался на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA преимущественно изучал индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. В 2004 году был утвержден стандарт IEEE Std 802.3ah-2004, в котором было стандартизировано решение EFMP (EFM PON) для сетей доступа. EFMP - решение, основанное на соединении «точка-многоточка» по оптическому волокну. Это решение получило название E-PON. 1.2 Компоненты ОСД 1.2.1 Перечень волоконно-оптических средств Весь перечень волоконно-оптических средств - компонентов ОСД может быть разделен на квантовые активные и оптические пассивные. К активным компонентам откосятся: оптические источники излучения, обеспечивающие передачу оптических сигналов; оптические источники излучения, предназначенные для осуществления оптической накачки в ОУ; ОУ, обеспечивающие оптическое усиление при передаче информационных оптических сигналов; трансиондеры, обеспечивающие преобразование входных оптических сигналов, поступающих в широком диапазоне длин волн, например, в пределах второго окна прозрачности (1260 - 1340 нм) или в пределах третьего окна прозрачности (1480 1580 нм), в выходные оптические сигналы конкретных оптических каналов многоволновой системы передачи ВОСП-СР; оптические коммутаторы, предназначенные для коммутации входных оптических сигналов по заданному алгоритму. К пассивным компонентам относятся: оптические разветвители (без разделения по длине волны); оптические аттенюаторы; оптические фильтры (фиксированные); настраиваемые (регулируемые) оптические фильтры; оптические изоляторы; оптические переключатели; пассивные компенсаторы дисперсии; оптические окончания; оптические соединители разъемные; оптические соединители неразъемные (сростки); оптические мультиплексоры и демультиплексоры по длине волны; оптические волокна (ОВ). 1.2.2 Оптические разветвители Оптический разветвитель представляет собой в общем случае многополюсное устройство, в котором оптическое излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов (портов), распределяется между его остальными оптическими полюсами (портами). Другими словами, OP относятся к устройствам, выполняющим соответственно пространственное разделение оптического сигнала по нескольким каналам и объединение оптических сигналов различных оптических каналов в один оптический канал. ОР с одним входным и двумя выходными портами, предназначенный для ответвления заданной части мощности оптического излучения, называют оптическим ответвителем. Различают направленные и двунаправленные (ненаправленные) ОР, а также ОР, по уровню мощности оптического излучения и по длине волны. В двунаправленном ОР каждый оптический полюс (порт) может работать или на прием, или на передачу оптического сигнала, или осуществлять прием и передачу одновременно. Основные виды ОР: древовидный разветвитель (нее coupler), звездообразный разветвитель (star coupler), направленный ответвитель, многоволновый ответвитель. Древовидный разветвитель (или Т-ответвитель) осуществляет расщепление сигнала на N выходных, как показано на рисунке 1.6, или выполняет обратную функцию: объединение N входных сигналов в один выходной. В звездообразном разветвителе оптический сигнал приходит на один из N входных полюсов (портов) и в равной степени распределяется между N выходными полюсами (портами), как показано на рисунке 1.7. Направленный ответвитель представляет собой трехгюртовый ответвитель, который позволяет передавать оптический сигнал в одном направлении, например, от порта А до порта С, как показано на рисунке 1.8, тогда как оптический сигнал той же длины волны принимается с другого направления и передается с порта С на порт В. Многоволновый ответвитель - это ОР, в котором разветвление оптических сигналов осуществляется по длине волны. На рисунке 1.9 приведена схема многоволнового ответвителя с тремя портами, который позволяет передавать оптические сигналы с разными длинами волн л. и Х2 (с портов А и В) на одно оптическое волокно (порт С). Рисунок 1.9 Многоволновый ответвитель может быть реализован и но схеме на рисунке 1.8. В этом случае он позволяет передавать оптический сигнал с длиной волны Х\ в одном направлении (от порта А до порта С), а оптический сигнал другой длины волны 12 принимать с другого направления - от порта С на порт В. К основным характеристикам ОР относятся: - вносимые потери (insertion loss, IL) - определяются как разность уровней мощности оптического излучения между входным ( i ) и выходными (j) портами ОР - затухание отражения (return loss, RL; - определяется как разность уровнен входной мощности оптического излучения на i-том входном порте ( Рвх. ) и отраженной мощности иа этом же порте (Рcipj) (2) - рабочий диапазон длин волн (passband)- диапазон длин волн, в пределах которого определена работа ОР; - потери на разветвлении (splitting loss, SL) - это потери связанные с естественным распределением мощности оптического излучения входного сигнала между выходными портами. Например, при числе портов N и равном распределении входной мощности между всеми выходными портами (3) - соотношение разветвления (splitting ratio, SR) - определяет, каким образом мощность оптического излучения распределяется между выходными портами- Эта характеристика может быть выражена как в виде набора коэффициентов передачи по выходным порчам, гак п в виде процентной пропорции мощностей оптического излучения по выходным портам, где за 100% принята суммарная выходная мощность. ОР по длине волны, т.е., работающие в режиме оптических мультиплексоров (ОМ) или оптических демультиплексоров (ОД), характеризуются также направленностью (для ОМ) и изоляцией (для ОД): - направленность (directivity, D;) - является мерой изоляции входных портов ОМ (ближние перекрестные помехи) и определяется для i-oro входного порта как разность между уровнями входной мощности оптического излучения i-ro оптического канала (на длине волны Х() и мощности, утекающей через другие входные порчи (4) - изоляция (isolation, 1() является мерой изоляции выходных портов ОД (дальние перекрестные помехи) и определяется для i-ro выходного порта как разность между уровнями выходной мощности оптического излучения на длине волны X, и мощности этого канала, утекающей через другие выходные порты (5) 1.2.3 Оптические аттенюаторы Оптические аттенюаторы осуществляют ослабление (затухание) мощности оптического излучения входного сигнала. Различают переменные (или регулируемые) ОА, которые допускают регулировку величины затухания в пределах 0-20 дБ, и фиксированные О А с установленным значением затухания. Основной характеристикой ОА является допуск на вносимые потери (Insertion Loss Tolerance), определяемый как разность между номинальным и действительным значениями вносимых потерь. К основным характеристикам только переменных ОА относятся: 1. вносимое (начальное) затухание; 2. диапазон регулируемого затухания. 1.2.4 Оптические фильтры Оптические фильтры - это устройства для выделения (пропускания) или отклонения (не пропускания) определенного диапазона длин волн в спектре оптического излучения сигнала. Различают ОФ фиксированные и настраиваемые (регулируемые). К первым относятся ОФ с фиксированной областью передачи длин волн, которые подразделяются на односторонние (широкополосные), характеризующиеся значительной полосой пропускания рабочих длин волн и узкополосные, пропускающие длины волн одного диапазона, отвергая соседние. Ко вторым относятся интерференционные ОФ, в которых может осуществляться настройка центральной длины волны или полосы пропускания фильтра. К основным характеристикам ОФ относятся: рабочий диапазон длин волн (диапазон «пропускаемых» длин волн); вносимые потери, определяемые как коэффициент передачи «пропускаемых» спектральных составляющих (длин волн) оптического сигнала; затухание отражения; изоляция, определяемая как коэффициент передачи для «не пропускаемых» спектральных составляющих (длин волн) оптического сигнала. 1.2.5 Оптические изоляторы Оптические изоляторы обеспечивают передачу оптического сигнала с малым затуханием (1-2 дБ) в прямом направлении и с большим затуханием (более 30 дБ) в обратном. К основным характеристикам ОИ относятся: центральная длина волны -длина волны, но которой определяется рабочий диапазон длин волн ОИ; рабочий диапазон длин волн (operation wavlength range) - диапазон длин волн, для которого определены характеристики передачи ОИ; вносимые потери (insertion loss) - определяют затухание оптического сигнала в прямом направлении (коэффициент передачи в прямом направлении); развязка (backword loss) - определяет затухание оптического сигнала в обратном направлении (коэффициент передачи в обратном направлении); потери, зависящие от поляризации (polarization dependent loss) -это максимум вариаций вносимых потерь из-за состояния поляризации. 1.2.6 Оптические переключатели Оптические переключатели осуществляют коммутацию одного или нескольких оптических сигналов, переходящих из одних ОВ в другие без оптоэлектронного преобразования. При этом управление процессом переключения может быть либо ручное, либо электрическими или оптическими сигналами. ОП являются изотропными устройствами вносимые потери не зависят от направления распространения сигнала. Различают несколько типов ОП: - переключатель lxN - имеет один входной порт, сигнал из которого перенаправляется в один из N входных портов, как показано на рисунке 1.10; - дуплексный переключатель 2xN - имеет два входных порта, сигналы, из которых могут перенаправляться в выходные порты с шагом 2, как показано на рисунке 1.11; - блокирующий переключатель 2xN имеет два входных порта, но только один сигнал из двух входных можно перенаправлять в выходные порты, как показано на рисунке 1.12. - неблокирующий переключатель 2xN - имеет два входных порта, сигналы из которых могут перенаправляться в выходные порты с шагом I, как показано на рисунке 1.13. Рисунок 1.13 К основным характеристикам ОП относятся: вносимые потери или коэффициент передачи в положении «замкнут»; затухание отражения; время переключения; повторяемость (надежность) переключений. 1.2.7 Пассивные компенсаторы дисперсии Пассивный компенсатор дисперсии - это компонент, применяемый для компенсации хроматической дисперсии в оптическом тракте. Как правило, это отрезок ОВ, имеющий наклон линейной зависимости хроматической дисперсии от длины волны противоположный наклону этой зависимости для ОВ в оптическом тракте. 1.2.8 Оптические окончания Оптическое окончание — это компонент, используемый для оконцевания оптических волокон либо оптическими соединителями разъемными, либо оптическими соединителями неразъемными. Основные характеристики ОО такие же как для ОСР и ОСН. 1.2.9 Оптические соединители разъемные Оптические соединители разъемные применяются для многократного соединения/разъединения различных компонентов ОСД в местах ввода и вывода оптического излучения. По типу (фиксаций) соединения различают следующие ОСР: FC/PC - резьбовой с ключом; ST - байонетная фиксация с ключом; SC - защелка с фиксатором. К основным характеристикам ОСР относятся: вносимые потери; затухание отражения; коэффициент отражения; геометрические параметры; число соединений/разъединений (надежность). 1.2.10 Оптические соединители неразъемные Оптические соединители неразъемные применяются в местах постоянного монтажа (соединения) оптического тракта ОСД. Различают сварные и механические ОСН. . К основным характеристикам ОСН относятся: вносимые потери; затухание отражения; коэффициент отражения; геометрические параметры. . 1.2.11 Оптические мультиплексоры и демультиплексоры Оптические мультиплексоры и оптические демультиплексоры применяются в ВОСП со спектральным разделением по длине волны. Рисунок 1.14 - Схема ОМ/ОД Технологическая конструкция и принцип работы устройств ОМ и ОД аналогичны. На рисунке 1.14 приведена типовая схема ОМ/ОД с зеркальным отражающим покрытием. Рассмотрим принцип работы схемы, например, в режиме ОД. Входной результирующий оптический сигнал через соответствующий входной (выходной) волновод (ВхВ) поступает на волновод-пластину (В-П), где распределяется по множеству волноводов, представляющих дифракционную структуру (ДфС). Сигнал в каждом из волноводов ДфС остается результирующим (спектрально-уплотненным) оптическим сигналом, а каждый канал остается представленным во всех волноводах. Далее происходит отражение сигналов от зеркальной поверхности (ЗК), и, в итоге, световые потоки вновь собираются в В-П, где происходит их фокусировка и интерференция - образуются пространственно разнесенные интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие разfi ым к аналам. Геометрия В-П, в частности расположение выходов и длины волноводов, ДфС рассчитываются таким образом, чтобы интерференционные максимумы совпадали с выходами В-П. Таким образом, па каждом из выходов В-П формируется оптический сигнал соответствующего канала который через соответствующий ВхВ поступает на i-тый выход ОД. Аналогично, но обратным путем происходит работа схемы в режиме ОМ. К основным параметрам ОМ и ОД относятся: вносимые потери (для ОМ и ОД); суммарные вносимые потери (для ОМ); направленность (для ОМ); затухание отражения (для ОМ и ОД); изоляция (для ОД). 1.3 Классификация систем ОСД и требования к основным параметрам Классификация ОСД по емкости или пропускной способности осуществляется в зависимости от числа ОЦК с пропускной способностью 64 кбит/с (В). В зависимости от емкости (пропускной способности) ОСД сетевые оптические блоки могут быть трех классов: класс 1 - по крайней мере, 2 В; класс 2 - по крайней мере, 32 В; класс 3 - по крайней мере, 64 В. При этом не учитываются каналы управления и сигнализации, если передаются с ОЦК. Все три класса ОСЕ могут быть применены в любой из сетевых топологий ВнД, ВвК, ВвЗ и ВвШ, показанных на рисунке 1.1. Классы ОСБ определяются максимумом потребностей на стороне пользователя ОСБ. В зависимости от емкости (пропускной способности) ОСД подразделяются на два типа: тип 1 - по крайней мере, 4 стыка ОРС с суммарной емкостью 800 В и емкостью каждого стыка ОРС по крайней мере, 200 В; тип 2 - ло крайней мере, 4 стыка ОРС с суммарной емкостью 800 В и емкостью каждого стыка ОРС по крайней мере, 100 В. Предельные протяженности оптического волокна с учетом коэффициента разветвлений для ОСД различного типа приведены в таблице 1.2. Таблица1.2 Протяженность ОСД типа 1 ОСД типа 2 20 км отношение разветвления, по крайней мере, 16 отношение разветвления, по крайней мере, 8 10 км отношение разветвления, по крайней мере, 32 отношение разветвления, по крайней мере, 16 В зависимости от диапазона потерь в оптическом тракте ОРС могут быть трех классов: класс А - от 5 до 20 дБ; класс В - от 10 до 25 дБ; класс С - от 15 до 30 дБ. Для архитектур точка-точка, не содержащих оптические разветвители, суммарные оптические потери могут быть не более 5 дБ. 1.3.1 Требования к основным параметрам ОСД Параметры оптического стыка в точках Ос„, Ос„, О,,,, 0,„ для случая использования ШЦСИС на ОСД, определяемые в соответствии с категорией передачи и номинальной скоростью передачи, приведены в таблицах 1.4, 1.5 и 1.6 в соответствии с таблицей 1.3. Таблица 1.3 Направление передачи Номинальная скорость, Мбит/с Таблица Исходящее Входящее 155,52 3 622,08 4 155,52 5 Если значение параметра не существенно для классификации оптического стыка, то в таблицах 1.3, 1.4 и 1.5 указано: НП - не применяется. Для дуплексной передачи может быть использовано одно волокно с уплотнением по длинам волн или пара волокон. Тип волокна в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.652. Таблица 1.4 Параметры Единица измерения Одно волокно Пара волокон Передатчик ОЛО (оптический стык Олв) Номинальная скорость передачи Рабочий диапазон длин волн Мбит/с 155,52 155,52 нм 1480-1580 1260-1360 Код в линии Скремблированный Скремблированный NRZ NRZ Характеристики оптического сигнала на передаче (глаз диаграмма) Коэффициент отражения По ОСТ 45.104 дБ НП НП передатчика, измеренный в полосе частот оптического сигнала, не более Затухание отражения на оптических стыках ОРС (точки Олв и Олн), не менее дБ 32 32 1) 2) Класс ОРС B C B C Минимальный уровень излучаемой мощности дБм -4 -2 -4 -2 Максимальный уровень излучаемой мощности дБм +2 +4 +1 +3 Уровень мощности оптического излучения при отключенном входе к передатчику, не более дБм НП НП Коэффициент гашения , не менее дБ 10 10 Допуск на флуктуации (всплески) мощности передатчика, не менее дБ -15 -15 Среднеквадратичная ширина спектра, если лазер типа МЛД нм 1,8 5,8 Ширина сяектра на уровне - 20 дБ, если лазер типа ОЛД нм 1 1 дБ 30 30 3) Коэффициент подавления боковой моды, если лазер типа ОЛД Приемник ОСБ (оптический стык Осв) Коэффициент отражения приемника, измеренный в полосе частот оптического сигнала, не более дБ Коэффициент ошибок, не более Класс ОРС -20 -20 10-10 10-10 В С В С Уровень чувствительности дБм -30 -33 -30 -33 Уровень перегрузки дБм -8 -11 -9 -12 Иммунитет на случайную цифровую последовательность, не менее бит Допустимое фазовое дрожание ТИ Допуск на отражаемую оптическую мощность, не более дБ Таблица 1.5 72 72 Согласно рисунку 1.15 и таблице 1.6 10 10 Параметры Единица измерения Одно волокно Пара волокон Передатчик ОЛО (оптический стык Олв) Номинальная скорость передачи Рабочий диапазон длин волн Мбит/с 622,08 622,08 нм 1480-1580 1260-1360 Код в линии Скремблированный Скремблированный NRZ NRZ Характеристики оптического сигнала на передаче (глаз диаграмма) По ОСТ 45.104 Коэффициент отражения передатчика, измеренный в полосе частот оптического сигнала не более дБ НП НП Затухание отражения на оптических стыках ОРС (точки Олв и Олн), не менее дБ 32 32 1) 2) Класс ОРС B C B C Минимальный уровень излучаемой мощности дБм -4 -2 -2 -2 Максимальный уровень излучаемой мощности дБм +2 +4 +3 +3 Уровень мощности оптического излучения при отключенном входе к передатчику, не более дБм НП НП Коэффициент гашения , не менее дБ 10 10 Допуск на флуктуации (всплески) мощности передатчика, не менее дБ -15 -15 Среднеквадратичная ширина спектра, если лазер типа МЛД нм НП 1,4 Ширина сяектра на уровне - 20 дБ, если лазер типа ОЛД нм 1 1 дБ 30 30 3) Коэффициент подавления боковой моды, если лазер типа ОЛД Приемник ОСБ (оптический стык Осв) Коэффициент отражения приемника, измеренный в полосе частот оптического сигнала, не более дБ Коэффициент ошибок, не более Класс ОРС В -20 -20 10-10 10-10 С В С Уровень чувствительности дБм -28 -33 -28 -33 Уровень перегрузки дБм -6 -11 -7 -12 Иммунитет на случайную цифровую последовательность, не менее бит Допустимое фазовое дрожание ТИ Допуск на отражаемую оптическую мощность, не более дБ 72 72 Согласно рисунку 1.15 и таблице 1.7 10 10 Таблица 1.6 Параметры Единица Одно волокно измерения Пара волокон Передатчик ОСБ (оптический стык Осн) Номинальная скорость передачи Рабочий диапазон длин волн Мбит/с 155,52 155,52 нм 1260-1360 1260-1360 Код в линии Скремблированный Скремблированный NRZ NRZ Характеристики оптического сигнала на передаче (глаз диаграмма) Рис. 1.16 Коэффициент отражения передатчика, измеренный в полосе частот оптического сигнала не более дБ -6 -6 Затухание отражения на оптических стыках ОРС (точки Осн и Осв), не менее дБ 32 32 1) 2) Класс ОРС B C B C Минимальный уровень излучаемой мощности дБм -4 -2 -4 -2 Максимальный уровень излучаемой мощности дБм +2 +4 +1 +3 Уровень мощности оптического излучения при отключенном входе к передатчику, не более (уровень чувствительности) дБм Минимальный (-10) Минимальный (-10) Коэффициент гашения , не менее дБ 10 10 Допуск на флуктуации (всплески) мощности передатчика, не менее дБ -15 -15 Среднеквадратичная ширина спектра, если лазер типа МЛД нм 5,8 5,8 Ширина сяектра на уровне - 20 дБ, нм 1 1 если лазер типа ОЛД (Замечание 3) Коэффициент подавления боковой моды, если лазер типа ОЛД дБ Коэффициент передачи фазового дрожания Фазовое дрожание оптического сигнала на передаче 30 30 По ОСТ 45.104 для класса типа А ТИRMS 0,02 0,02 Приемник ОЛО (оптический стык Олн) Коэффициент отражения приемника, измеренный в полосе частот оптического сигнала, не более дБ Коэффициент ошибок, не более Класс ОРС -20 -20 10-10 10-10 В С В С Уровень чувствительности дБм -30 -33 -30 -33 Уровень перегрузки дБм -8 -11 -9 -12 Иммунитет на случайную цифровую последовательность, не менее бит 72 72 Допустимое фазовое дрожание ТИ НП НП Допуск на отражаемую оптическую мощность, не более дБ 10 10 Примечание - Знаки сноски 1), 2), 3) относятся к таблицам 1.4-1.6. Значения затухания отражения на оптических стыках ОРС в точках Осн/Осв и Олн/Олв в определенных случаях могут быть не менее 20 дБ. 1) Значения коэффициента отражения передатчика ОСБ для случаев, когда затухание отражения на оптических стыках ОРС в точках Осн/Осв и Олн/Олв составляет 20 дБ могут отличаться от в приведенных таблицах. 2) Значения ширины спектра на уровне - 20 дБ и коэффициента подавления боковой моды соответствуют ОСТ 45.104. 3) Амплитуда входного фазового дрожания, Наклон - 20 дБ/декада в единичных тактовых интервалах (ТИ) Рисунок 1.15 Таблица 1.7 Скорость передачи, Мбит/с f1 кГц f0 кГц А1(ТИ) А2(ТИ) 155.52/155.52 65 6,5 0,075 0,75 155.52/622.08 250 25 0,075 0,75 Рисунок 1.16 1.4. Система контроля и управления Система контроля и управления проектируемой ОСД должна быть организована на основе принципов построения и организации систем технической эксплуатации и управления, изложенных в Правилах технической эксплуатации, введенных в действие приказом Минсвязи России от 19.10.98 г. № 187, кн. 1,2, 3. Все объекты технической эксплуатации ОСД, к которым могут быть отнесены: ОСО, ОСБ и ОЛО, реализуемые на базе современных инфотелекоммуникационных технологий, по существу являются управляемыми объектами, т.к. в них доминирующим является управляемое техническое обслуживание, а система управления полностью соответствует принципам сети управления электросвязи, изложенным в Рекомендации МСЭ-Т М.ЗОЮ. Поэтому в СУЭ для ОСД по существу основные элементы ОСД: ОСО, ОСБ и ОЛО являются сетевыми элементами (СЭ), как показано в РД 45.047. Контроллеры, входящие в состав этих СЭ, по существу выполняют функции агента и/или менеджера и осуществляют сопряжение с СУЭ через стык управления и контроля ОСО по каналу управления и контроля ОСО. СУЭ для ОСД в Рекомендации МСЭ-Т М.ЗОЮ должна функционировать на двух уровнях: 1. сетевом, т.е. управление ОСД; 2. элементов, т.е. управление СЭ. На этих двух уровнях в СУЭ должны выполняться следующие основные операции: 1. 2. 3. 4. доступ в систему управления; конфигурирование; сигнализация и регистрация аварийной информации; контроль качества. Каналы управления и контроля образуют сеть передачи данных для связи между СЭ, операционными системами и другими компонентами СУЭ через стык типа Q3 (рисунок 1.2). На аппаратном уровне в СУЭ ОСД входят рабочая станция (специализированный компьютер), местные терминалы (персональные компьютеры) и контроллеры в ОСО, ОСБ и ОНО. На программном уровне СУЭ ОСД включает операционную систему для рабочей станции и специальное программное обеспечение для местного терминала. Взаимодействие технического персонала с СУЭ осуществляется через стык типа F между PC, MT и любым из СЭ. Техническая эксплуатация ОРС на этапах проектирования, ввода в эксплуатацию, технического обслуживания при эксплуатации и ремонтно-восстановительных работ должна осуществляться по РД 45.047. 2. ТЕХНОЛОГИЯ A-PON 2.1. Общие положения Технология A-PON основана на ATM (режим асинхронной передачи), который принципиально может применяться на различных скоростях передачи. В качестве транспортной сети ATM может использовать существующие каналы СЦИ и ПЦИ. ATM изначально разрабатывалась как универсальная технология, не зависящая от типа передаваемого трафика, её могут использовать все существуюшие службы и службы, которые могут появиться в будущем, так как ATM определяет протоколы на уровнях выше физического. Это даёт возможность постоянного совершенствования алгоритмов кодирования и сжатия информации. Все имеющиеся ресурсы сети могут быть использованы всеми службами, что даёт возможность их оптимального распределения, и обеспечивает высокую эффективность использования сетевых ресурсов. Так как все виды информации транспортируются одним методом, то это даёт возможность проектирования, создания, управления и обслуживания одной сети, что сокращает затраты и делает её наиболее экономичной сетью электросвязи в мире на сегодняшний день. Преимущества технологии ATM определили решение Сектора Стандартизации Международного Союза Электросвязи (МСЭ) в выборе ATM в качестве стандарта режима транспортирования информации в широкополосных цифровых сетях интегрального обслуживания. 2.2. Основные принципы ATM Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) была разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN. Технология ATM с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслужить все виды трафика в соответствии с их требованиями. Единообразие, обеспечиваемое ATM, состоит в том, что одна транспортная технология может обеспечивать несколько перечисленных ниже возможностей: передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) графика, чувствительного к задержкам, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям; в иерархию скоростей передачи данных, от десятков килобит до нескольких гигабит в секунду. Сеть ATM имеет классическую структуру крупной территориальной сети - конечные станции соединяются индивидуальными каналами с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Коммутаторы ATM пользуются 20-байтными адресами конечных узлов для маршрутизации трафика па основе техники виртуальных каналов. Для частных сетей ATM определен протокол маршрутизации PNNI (Private NNI), с помощью которого коммутаторы могут строить таблицы маршрутизации автоматически. В публичных сетях ATM таблицы маршрутизации могут строиться администраторами вручную, как и в сетях Х.25, или могут поддерживаться протоколом PNNI. 2.3. Трансляция ячеек Подход, реализованный в технологии ATM, состоит в передаче любого вида трафика компьютерного, телефонного или видео -пакетами фиксированной и очень маленькой длины в 53 байта. Пакеты ATM называют ячейками. Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок - 5 байт. Чтобы пакеты содержали адрес узла назначения и в то же время процент служебной информации не превышал размер поля данных пакета, в технологии ATM применен стандартный для глобальных вычислительных сетей прием - передача ячеек в соответствии с техникой виртуальных каналов с длиной номера виртуального канала в 24 бит, что вполне достаточно для обслуживания большого количества виртуальных соединений каждым портом коммутатора глобальной (может быть всемирной) сечи ATM. Для пакета, состоящего из 53 байт, при скорости в 155 Мбит/с время передачи кадра на выходной порт составляет менее 3 мкс. Так что эта задержка не очень существенна для трафика, пакеты которого должны передаваться каждые 125 мкс. Однако на выбор размера ячейки большее влияние оказала не величина ожидания передачи ячейки, а задержка пакетизации. Задержка пакетизации - это время, в течение которого первый замер голоса ждет момента окончательного формирования пакета и отправки его по сети. 2.4. Качество обслуживания - QoS В технологии ATM были проанализированы всевозможные образцы трафика, создаваемые различными приложениями, и выделены 4 основных класса трафика, для которых были разработаны различные механизмы резервирования и поддержания требуемого качества обслуживания. Класс трафика (называемый также классом услуг -service class) качественно характеризует требуемые услуги по передаче данных через сеть ATM. Требования к синхронности передаваемых данных очень важны для многих приложений не только голоса, но и видеоизображения, и наличие этих требований стало первым критерием для деления трафика на классы. Другим важным параметром трафика, существенно влияющим на способ его передачи через сеть, является величина его пульсаций. По этому параметру выделяют два типа трафика: трафик с постоянной битовой скоростью (Constant Bit Rate, CBR); трафик с временной битовой скоростью (Variable Bit Rate, VBR). К разным классам были отнесены трафики, порождаемые приложениями, использующими для обмена сообщениями протоколы с установлением соединений и без установления соединений: в первом случае данные передаются самим приложением достаточно надежно, как это обычно делают протоколы с установлением соединения, поэтому от сети ATM высокой надежности передачи не требуется; во втором случае приложение работает без установления соединения и восстановлением потерянных и искаженных данных не занимается, что предъявляет повышенные требования к надежности передачи ячеек сетью ATM. В результате, было определено пять классов графика, отличающихся следующими качественными характеристиками: наличием или отсутствием пульсации трафика, то есть трафики CBR или VBR; требованием к синхронизации данных между передающей и принимающей сторонами; « типом протокола, передающего свои данные через сеть ATM, - с установлением соединения или без установления соединения (только для случая передачи компьютерных данных). Основные характеристики классов трафика ATM приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 Классы трафика ATM Класс трафика Характеристика Постоянная битовая скорость - CBR. Требуются временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными. А С установлением соединения. Примеры: голосовой трафик, трафик телевизионного изображения Переменная битовая скорость - VBR. Требуются временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными. В С установлением соединения. Примеры: компрессированный голос, компрессированное видео изображение. Переменная битовая скорость - VBR. Не требуются временные соотношения между передаваемыми и прнимаемыми данными. С С установлением соединения. Примеры: трафик компьютерных сетей, в которых конечные узлы работают по протоколам с установлением соединений: frame relay X25, LLC2, TCP Переменная битовая скорость - VBR. Не требуются временные соотношения между передаваемыми и принимаемыми данными. D Без установления соединения. Примеры: трафик компьютерных сетей, в которых конечные узлы работают по протоколам без установления соединений (IP, Ethernet, DNS, SNMP) Тип трафика и его параметры определяются пользователем. X В технологии АТМ поддерживается следующий набор основных количественных параметров: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Peak Cell Rate (PCR) - максимальная скорость передачи данных; Sustained Cell Rate (SCR) - средняя скорость передачи данных; Minimum Cell Rate (MCR) - минимальная скорость передачи данных; Maximum Burst Size (MBS) - максимальный размер пульсации; Cell Loss Ratio (CLR) - доля потерянных ячеек; Cell Transfer Delay (CTD) - задержка передачи ячеек; Cell Delay Variation (CDV) - вариация задержки ячеек. Максимальный размер пульсации задает количество ячеек, которое приложение может передать с максимальной скоростью PCR, если задана средняя скорость. Доля потерянных ячеек является отношением потерянных ячеек к общему количеству отправленных ячеек по данному виртуальному соединению. В ATM характеристики пропускной способности называют параметрами трафика и не включают их в число параметров качества обслуживания QoS, хотя по существу они таковыми являются. Параметрами QoS в ATM являются только параметры CTD, CDV и CLR. Сеть старается обеспечить такой уровень услуг, чтобы поддерживались требуемые значения и параметров трафика, и задержек ячеек, и доли потерянных ячеек. В случае насыщения пропускной способности для сохранения минимальной задержки ATM может отбрасывать отдельные ячейки при насыщении. Реализация стратегии отбрасывания ячеек зависит от производителя оборудования ATM, но в общем случае обычно отбрасываются ячейки с низким приоритетом (например, данные) для которых достаточно просто повторить передачу без потерн информации. Коммутаторы ATM с расширенными функциями могут при отбрасывании ячеек, являющихся частью большого пакета, обеспечить отбрасывание и оставшихся ячеек из этого пакета - такой подход позволяет дополнительно снизить уровень насыщения и избавиться от излишнего объема повторной передачи. Правила отбрасывания ячеек определяются QoS. Если для приложения не критично поддержание параметров пропускной способности и QoS, то оно может отказаться от задания этих параметров, указав признак "Best Effort" в запросе на установление соединения. Такой тип трафика получил название графика с неопределенной битовой скоростью - Unspecified Bit Rate (UBR). После заключения трафик-контракта, который относится к определенному виртуальному соединению, в сети ATM работает несколько протоколов и служб, обеспечивающих нужное качество обслуживания. Для трафика UBR сеть выделяет ресурсы по возможности, то есть те. которые в данный момент свободны от использования виртуальными соединениями 2.5. Качество обслуживания - QoS Такие технологии передачи, как Ethernet и Token Ring, соответствуют семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI). ATM же имеет собственную модель, разработанную организациями по стандартизации. Модель ATM, в соответствии с определением ANSI, МСЭ-Т и ATM Forum, состоит из трех уровней: 1. физического; 2. уровня ATM; 3. уровня адаптации ATM. . Стек протоколов ATM показан на рисунке 2.!, а распределение протоколов по конечным узлам и коммутаторам ATM - на рисунке 2.2. Рисунок 2.2. Распределение протоколов по узлам и коммутаторам ATM Стек протоколов ATM соответствует нижним уровням семиуровневой модели OSI. Прямого соответствия между уровнями протоколов технологии ATM и уровнями модели OSI пег. 2.6. Уровень адаптации AAL Уровень адаптации (ATM Adaptation Layer, AAL) представляет собой набор протоколов AAL1-AAL5, которые преобразуют сообщения протоколов верхних уровней сети ATM в ячейки ATM нужного формата. Уровень адаптации состоит из нескольких подуровней. Нижний подуровень AAL называется подуровнем сегментации и сборки (Segmentation And Reassembly, SAR). Эта часть не зависит от тина протокола AAL (и, соответственно, от класса передаваемого трафика) и занимается разбиением (сегментацией) сообщения, принимаемою AAL от протокола верхнего уровня, на ячейки ATM, снабжением их соответствующим заголовком и передачей уровню ATM для отправки в сеть. Верхний подуровень AAL называется подуровнем конвергенции -Convergence Sublayer, CS. Этот подуровень зависит от класса передаваемого трафика. Протокол подуровня конвергенции решает такие задачи, как, например, обеспечение временной синхронизации между передающим и принимающим узлами (для трафика, требующего такой синхронизации), контролем и возможным восстановлением битовых ошибок в пользовательской информации, контролем целостности передаваемого пакета компьютерного протокола (Х.25, frame relay). Протоколы AAL для выполнения своей работы используют служебную информацию, размещаемую в заголовках уровня АА1... После приема ячеек, пришедших по виртуальному каналу, подуровень SAR протокола AAL собирает посланное по сети исходное сообщение (которое в общем случае было разбито на несколько ячеек ATM) с помощью заголовков AAL, которые для коммутаторов ATM являются прозрачными, так как помещаются в 48-битном поле данных ячейки, как и полагается протоколу более высокого уровня. После сборки исходного сообщения протокол AAL проверяет служебные поля заголовка и хвостовика кадра AAL и на их основании принимает решение о корректности полученной информации. Ни один из протоколов AAL при передаче пользовательских данных конечных узлов tie занимается восстановлением потерянных или искаженных данных. Максимум, что делает протокол AAL, - это уведомляет конечный узел о таком событии. Протокол AALI обычно обслуживает трафик класса А с постоянной битовой скоростью (CBR), который характерен, например, для цифрового видео и цифровой речи и чувствителен к временным задержкам. Этот трафик передается в сетях ATM таким образом, чтобы эмулировать обычные выделенные цифровые линии. Заголовок AALI занимает в поле данных ячейки ATM 1 или 2 байта, оставляя для передачи пользовательских данных соответственно 47 или 46 байт. В заголовке один байт отводится для нумерации ячеек, чтобы приемная сторона могла судить о том, все ли посланные ячейки дошли до нее или нет. При отправке голосового трафика временная отметка каждого замера известна, так как они следуют друг за другом с интервалом в 125 мкс, поэтому при потере ячейки можно скорректировать временную привязку байт следующей ячейки, сдвинув ее на 125x46 мкс. Потеря нескольких байт замеров голоса не так страшна, так как па приемной стороне воспроизводящее оборудование сглаживает сигнал. В задачи протокола AAL1 входит сглаживание неравномерности поступления ячеек данных в узел назначения. Протокол AAL3/4 обрабатывает пульсирующий трафик - обычно характерный для трафика локальных сетей с переменной битовой скоростью (VBR). Этот трафик обрабатывается так, чтобы не допустить потерь ячеек, но ячейки могут задерживаться коммутатором. Протокол AAL3/4 выполняет сложную процедуру контроля ошибок при передаче ячеек, нумеруя каждую составляющую часть исходного сообщения и снабжая каждую ячейку контрольной суммой. При искажениях или потерях ячеек уровень не занимается их восстановлением. Протокол AAL5 является упрощенным вариантом протокола AAL4 и работает быстрее, так как вычисляет контрольную сумму не для каждой ячейки сообщения, а для всего исходного сообщения в целом к помещает ее в последнюю ячейку сообщения. Протокол AAL5 работает не только в конечных узлах, но и а коммутаторах сети ATM Однако там он выполняет служебные функции, не связанные с передачей пользовательских данных. В коммутаторах ATM протокол AAL5 поддерживает служебные протоколы более высоких уровней, занимающиеся установлением коммутируемых виртуальных соединений. Существует- определенный интерфейс между приложением, которому требуется передать трафик через сеть ATM, и уровнем адаптации AAL. С помощью этого интерфейса приложение (протокол компьютерной сети, модуль оцифровывания голоса) заказывает требуемую услугу, определяя тип трафика, его параметры, а также параметры QoS. Технология ATM допускает два варианта определения параметров QoS: первый непосредственное задание их каждым приложением, второй - назначение их по умолчанию в зависимости от типа трафика. Последний способ упрощает задачу разработчика приложения, так как в этом случае выбор максимальных значений задержки доставки ячеек и вариации задержек перекладывается на плечи администратора сети. Самостоятельно обеспечить требуемые параметры трафика и QoS протоколы AAL не могут. Для выполнения соглашений трафик-контракта требуется согласованная работа коммутаторов сети вдоль всего виртуального соединения. Эта работа выполняется протоколом ATM, обеспечивающим передачу ячеек различных виртуальных соединений с заданным уровнем качества обслуживания. 2.7. Протокол ATM Протокол AIM занимается передачей ячеек через коммутаторы при установленном и настроенном виртуальном соединении, то есть на основании готовых таблиц коммутации портов. Протокол ATM выполняет коммутацию по номеру виртуального соединения, который в технологии ATM разбит на две части - идентификатор виртуального пути (VPI) и идентификатор виртуального капала (VCL). Кроме этой основной задачи протокол ATM выполняет ряд функций по контролю за соблюдением трафик-контракта со стороны пользователя сети, маркировке ячеек-нарушителей, отбрасыванию ячеек-нарушителей при перегрузке сети, а также управлению потоком ячеек для повышения производительности сети (естественно, при соблюдении условий трафик-контракта для всех виртуальных соединений). Протокол ATM работает с ячейками следующего формата, представленного на рисунке 2.3. Рисунок 2.3 Формат ячейки ATM. Поле Управление потоком (Generic Flow Control) используется только при взаимодействии конечного узла и первого коммутатора сети. В настоящее время его точные функции не определены. Поля Идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier, VPI) и Идентификатор виртуального канала (Vitual Channel Identifier, VCI) занимают соответственно I и 2 байта. Эти ноля задают номер виртуального соединения, разделенный на старшую (VPI) и младшую (VCI) части. Поле Идентификатор типа данных (Payload Type Identifier, Р'П) состоит из 3-х бит и задает тип данных, переносимых ячейкой, пользовательские или управляющие (например, управляющие установлением виртуального соединения). Кроме того, один бит этого поля используется для указания перегрузки в сет - он называется Explicit Congestion Forward Identifier, IIFCI - и играет ту же роль, что бит FHCN в технологии frame relay, то есть передает информацию о перегрузке но направлению потока данных. Поле Приоритет потери кадра (Cell Loss Priority, CLP) играет в данной технологии ту же роль, что и поле DE в технологии frame relay - в нем коммутаторы ATM отмечают ячейки, которые нарушают соглашения о параметрах качества обслуживания, чтобы удалить их при перегрузках сети. Таким образом, ячейки с CLP-0 являются для сети высокоприоритетными, а ячейки с CLP-1 - низкоприоритетными. Поле Управление ошибками в заголовке. (Header Error Control, НЕС) содержит контрольную сумму, вычисленную для заголовка ячейки. Контрольная сумма вычисляется с помощью техники корректирующих кодов Хэмминга, поэтому она позволяет не только обнаруживать ошибки, но и исправлять все одиночные ошибки, а также некоторые двойные. Поле НЕС обеспечивает не только обнаружение и исправление ошибок в заголовке, но и нахождение границы начала кадра в потоке байтов кадров СЦИ, которые являются предпочтительным физическим уровнем технологии ATM, или же в потоке бит физического уровня, основанного на ячейках. Указателей, позволяющих в поле данных кадра CTM-N технологии СЦИ обнаруживать границы ячеек ATM (подобных тем указателям, которые используются для определения, например, границ виртуальных контейнеров), не существует. Поэтому коммутатор ATM вычисляет контрольную сумму для последовательности из 5 байт, находящихся в поле данных кадра CTM-N, и, если вычисленная контрольная сумма говорит о корректности заголовка ячейки ATM, первый байт становится границей ячейки. Если же это не так, то происходит сдвиг на один байт и операция продолжается. Таким образом, технология ATM выделяет асинхронный поток ячеек ATM в синхронных кадрах СЦИ пли потоке бит физического уровня, основанного на ячейках. Рассмотрим методы коммутации ячеек ATM на основе пары чисел VPI/VCI. Коммутаторы ATM могут работать в двух режимах -коммутации виртуального пути и коммутации виртуального канала. В первом режиме коммутатор выполняет продвижение ячейки только па основании значения поля VPI, а значение поля VCI он игнорирует. Они доставляют ячейки из одной сети пользователя в другую да основании только старшей части номера виртуального канала. В результате один виртуальный путь соответствует целому набору виртуальных каналов, коммутируемых как единое целое. После доставки ячейки в локальную сеть ATM ее коммутаторы начинают коммутировать ячейки с учетом как VPI, так и VCI, но при этом им хватает для коммутации только младшей части номера виртуального соединения, так что фактически они работают с VCI, оставляя VPI без изменения. Последний режим называется режимом коммутации виртуального канала. Для создания коммутируемого виртуального канала в технологии ATM используются протокол Q.2931. Виртуальные соединения, образованные с помощью протокола Q.2931, бывают симплексными (однонаправленными) и дуплексными. Протокол Q.2931 позволяет также устанавливать виртуальные соединения типа "точка-точка" (point-to-point) и "точкамноготочка" (point-to-multipoint). Первый случай поддерживается во всех технологиях, основанных на виртуальных каналах, а второй характерен для технологии ATM и является аналогом мультивещания, но с одним ведущим вещающим узлом. При установлении соединения "точка-многоточка" ведущим считается узел, который является инициатором этого соединения. Сначала этот узел устанавливает виртуальное соединение всего с одним узлом, а затем добавляет к соединению с помощью специального вызова по одному новому члену. Адресом конечного узла в коммутаторах ATM является 20-байтный адрес. Этот адрес может иметь различный формат, описываемый стандартом ISO 7498. При работе в телефонных сетях общего пользования используется адрес в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т Е.! 64, при этом 1 байт составляет AFI, 8 байт занимает IDI основная часть (15 цифр телефонного номера), а остальные 11 байт части DSP (Domain Specific Part) распределяются следующим образом: 4 байта занимает поле старшей части DSP - High-Order Domain Spesific Part (HODSP), имеющее гибкий формат и, в сущности, представляющее собой номер сети ATM, который может делиться на части для агрегированной маршрутизации по протоколу PNNI, подобной той, которая используется в технике CIDR для сетей IP; 6 байт занимает поле идентификатора конечной системы - End System Identifier (ESI), которое имеет смысл МАС-адреса узла ATM, причем формат его также соответствует формату МАС-адресов IEEE; 1 байт составляет поле селектора, которое не используется при установлении виртуального канала, а имеет для узла локальное назначение. Адрес ESI присваивается конечному узлу на предприятии-изготовителе в соответствии с правилами IEEE, то есть 3 первых байта содержат код предприятия, а остальные три байта - порядковый номер, за уникальность которого отвечает данное предприятие. Конечный узел при подключении к коммутатору ATM выполняет так называваемую процедуру регистрации. При этом конечный узел сообщает коммутатору свой ESI-адрес, а коммутатор сообщает конечному узлу старшую часть адреса, то есть номер сети, в которой работает узел. Кроме адресной части пакет CALL SETUP протокола Q.2931, с помощью которого конечный узел запрашивает установление виртуального соединения, включает также части, описывающие параметры трафика и требования QoS. При поступлении такого пакета коммутатор должен проанализировать эти параметры и решить, достаточно ли у него свободных ресурсов производительности для обслуживания нового виртуального соединения. Если да, то новое виртуальное соединение принимается и коммутатор передает пакет CALL SETUP дальше в соответствии с адресом назначения и таблицей маршрутизации, а если нет, то запрос отвергается. 2.8. Категории услуг ATM по управлению трафиком Для поддержания требуемого качества обслуживания различных виртуальных соединений и рационального использования ресурсов в сети на уровне протокола ATM реализовано несколько служб, предоставляющих услуги различных категорий (service categories) no обслуживанию пользовательского трафика. Эти службы являются внутренними службами сети ATM, они предназначены для поддержания пользовательского трафика различных классов совместно с протоколами AAL. Но в отличие от протоколов AAL, которые работают в конечных узлах сети, данные службы распределены по всем коммутаторам сети. Услуги этих служб разбиты на категории, которые в общем соответствуют классам трафика, поступающим на вход уровня AAL конечного узла. Услуги уровня ATM заказываются конечным узлом через интерфейс UNf с помощью протокола Q.2931 при установлении виртуального соединения. Как и при обращении к уровню AAL, при заказе услуги необходимо указать категорию услуги, а также параметры 'Рафика и параметры QoS. Эти параметры берутся из аналогичных параметров уровня AAL или же определяются по умолчанию в зависимости от категории услуги. Всего на уровне протокола ATM определено пять категории услуг, которые поддерживаются одноименными службами: CBR - услуги для трафика с постоянной битовой скоростью; rtVBR - услуги для трафика с переменной битовой скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и синхронизации источника и приемника; nrtVBR - услуги для трафика с переменной битовой скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и не требующего синхронизации источника и приемника; ABR - услуги для трафика с переменной битовой скоростью, требующего соблюдения некоторой минимальной скорости передачи данных и не требующего синхронизации источника и приемника; LJBR - услуги для трафика, не предъявляющего требовании к скорости передачи данных и синхронизации источника и приемника. Названия большинства категорий услуг совпадают с названием типов пользовательского трафика, для обслуживания которого они разработаны, но необходимо понимать, что сами службы уровня ATM и их услуги - это внутренние механизмы сети ATM, которые экранируются от приложения уровнем AAL. 2.9. Протокол A-PON MAC Взаимодействие абонентского узла (ОСБ) с центральным (ОЛО) начинается с установления соединения, после чего происходит передача данных. Все это выполняется в соответствии с протоколом A-PON MAC. В процессе установления соединения запускается процедура ранжирования, которая включает в себя: ранжирование по расстоянию; ранжирование по мощности; синхронизацию. Центральный узел обеспечивает слаженную работу всех абонентских узлов. 1) Ранжирование по расстоянию Ранжирование по расстоянию - определение временной задержки, связанной с удалением ОСБ от ОЛО - выполняется на этапе регистрации абонентских узлов и требуется для того, чтобы обеспечить транспорт с отсутствием коллизий и создать единую синхронизацию и восходящем потоке. Сначала администратор сети заносит в реестр ОЛО данные о новом ОСБ, его серийный номер, параметры предоставляемых абоненту услуг. Затем после физического подключения к сети PON этого абонентского узла и включении питания на нем центральный узел начинает процесс ранжирования. Ранжирование с ОСБ, который прописан в реестре ОЛО, происходит каждый раз при включении ОСБ. При выключении и включении питания на ОЛО ранжирование происходит со всеми внесенными в реестр ОСБ. ОЛО, посылая сигнал ранжируемому ОСБ, слушает отклик от него и на основании этого вычисляет временную задержку на двойном пробеге (RTT), затем в нисходящем потоке передает ОСБ вычисленное значение. Абонентский узел ОСБ вносит соответствующую задержку, которая предшествует началу отправки кадра в восходящем потоке, компенсируя задержку при распространении оптического сигнала по волокну от ОСБ к ОЛО. С учетом того, что расстояния ОЛО-ОСБ могут изменяться в больших пределах (стандарт G.983.I определяет диапазон 0-20 км), оценим возможные вариации задержки. Если учесть, что скорость света в волокне составляет 2-10"1 км/с, то приросту расстояния ОЛО-ОСБ на 1 км будет соответствовать увеличение времени задержки на двойном пробеге на 10 мкс. А для расстояния 20 км RTT составит 0,2 мс. Фактически это минимальное теоретическое время, которое требуется ОЛО, чтобы выполнить ранжирование с одним ОСБ. Ранжирование по расстоянию большего числа абонентских узлов происходит последовательно и требует пропорционального увеличения суммарного времени ранжирования. В течение этого времени передача данных в восходящем потоке не идет. После того как ранжирование по расстоянию выполнено, ОЛО на основании прописанных услуг для каждого ОСБ и с использованием протокола MAC принимает решение, какому абонентскому узлу' передавать в каждом конкретном временном пакете. Заметим, что общая задержка при отправлении кадра в восходящий поток вносится не только конечным временем распространения сигнала по волокну, по и элементами электроники ОЛО, ОСБ. Задержка со стороны последних может испытывать небольшой дрейф, например вследствие колебаний температуры оборудования. Поэтому на этапе передачи данных ОЛО сообщает ОСБ о небольших подстройках задержки, вносимой в восходящий поток, микроранжирование. В результате точность, с которой стабилизируются отправляемые кадры от разных ОСБ, составляет 2-3 бита. В основе инициализации сети PON лежат три процедуры: определение расстояний от ОЛО до разных ОСБ; синхронизация всех ОСБ; определение при приеме на ОЛО интенсивностей оптических сигналов от разных ОСБ. 2) Ранжирование по мощности Ранжирование по мощности - изменение порога дискриминации фотоприемника с целью повышения чувствительности фотоприемника или во избежание его нежелательного насыщения. Поскольку ОСБ удалены на разные расстояния от ОЛО, то и вносимые потери в оптические сигналы при распространении по дереву PON будут разными. Это может привести к нарушению работы фотоприемников из-за перегрузки или слабого сигнала. Возможны два варианта выхода из сложившейся ситуации - либо подстраивать мощность передатчиков ОСБ, либо подстраивать порог срабатывания на фотоприемнике ОЛО. Был выбран второй вариант как более надежный и простой в управлении. Подстройка порога срабатывания фотоприемника ОЛО происходит каждый раз при получении нового пакета ATM из восходящего потока по преамбуле на основе измерения интегральной мощности в преамбуле пакета (определение преамбулы дано ниже). Подстройка по мощности также необходима на всех ОСБ. Она выполняется аналогичным образом, но только один раз, прежде чем синхронизировать приемник для работы с синхронным потоком от ОЛО. Затем непрерывно подечнтывается интегральная мощность на ОСБ, и делается плавная подстройка порога дискриминации фотоприемника. 3) Синхронизация Синхронизация, или ранжирование по фазе, необходимо как для нисходящего, так и для восходящего потока. Абонентские узлы ОСБ синхронизируются в начале своей инициализации и затем все время поддерживают синхронизацию, подстраиваясь под непрерывный TDM трафик от ОЛО и осуществляя, как принято называть, синхронный прием данных. Напротив, центральный узел ОЛО синхронизируется каждый раз по преамбуле вновь приходящего пакета ATM. Знания вычисленной на этапе ранжирования по расстоянию временной задержки со стороны ОСБ, отправившего этот пакет, здесь не достаточно - требуется большая точность. Метод приема данных с синхронизацией по преамбуле принято называть асинхронным. Синхронизация по преамбуле аналогична решению в технологии 10 Мбит/с Ethernet с размером преамбулы 64 бита (8 байтов). Однако сохранение преамбулы такого же размера для относительно небольшого пакета ATM (в восходящем потоке) означало бы крайне неэффективное использование полосы. Для технологии A-PON была разработана новая методика синхронизации, основанная на методе СРА (clock phase alignment), позволяющая установить необходимую синхронизацию по получению трех битов. Больший размер преамбулы пакета ATM в восходящем потоке был выбран постольку, поскольку преамбула также используется в процедуре ранжирования по мощности. 2.10. Передача данных в сети A-PON Протокол MAC для систем доступа A-PON решает три задачи: исключение коллизии между передачами в восходящем потоке; четкое, эффективное, динамическое деление полосы восходящего потока; поддержание наилучшего согласования для транспорта приложений, инициированных конечными пользователями. Протокол A-PON MAC основан на механизме запрос/разрешение. Основная идея состоит в отправке со стороны ОСБ запросов на требуемую полосу. На основании знаний о том, как загружен восходящий поток, и какие услуги закреплены за тем или иным ОСБ, ОЛО принимает решение по обработке этих запросов. Для управления механизмом запрос/разрешение FSAN определил структуру кадра A-PON для нисходящего и восходящего потока. Этот формат был cтандартизирован в Рекомендации МСЭ-Т G.983.1. На рисунке 2.4 представлен формат кадра A-PON для симметричного режима трафика 155Мбит/с. 56 стандартных ячеек по 53 байта: 2 ячейки PLOAM + 54 ячейки данных Кадр нисходящего потока состоит из 56 ячеек ATM по 53 байта. Кадр восходящего потока состоит из 52 пакетов ATM по 56 байтов и одного пакета MBS длиной также 56 байтов, определяемого далее. При нисходящем потоке разрешения на передачу посылаются в специальных служебных ячейках ATM - двух на один кадр, которые называются ячейками работы и обслуживания физического уровня PLOAM (physical layer operation and maintenance). Они следуют строго регулярно, чередуясь с 27 ячейками данных. В одной ячейке PLOAM размещается 26 разрешений для ОСБ, каждое на передачу всего одного пакета ATM. Оставшиеся 54 ячейки в кадре нисходящего потока несут данные и не задействуются для работы механизма «запрос/разрешение». Восходящий поток представляет совокупность пачек данных от разных ОСБ. Абонентский узел может передавать данные только после получения соответствующего разрешения, прочитанного из ячейки PLOAM. Пачки данных от ОСБ в A-PON передаются пакетами ATM. Единственное отличие пакета ATM от ячейки заключается в наличии преамбулы в три байта у пакета ATM. Таким образом, длина пакета ATM - 56 байтов. Преамбула не нужна для ячеек в нисходящем потоке из-за синхронного режима приема данных, как указывалось выше. Первые два бита преамбулы не содержат оптического сигнала, что является достаточным для устранения перекрытия пакетов от разных ОСБ - в линии неизбежны небольшие флуктуации задержки при распространении сигнала. Если принять во внимание, что разрешение на передачу необходимо для каждого пакета ATM, то суммарное число прописанных в ячейках PLOAM разрешений за продолжительное время должно соответствовать числу пакетов ATM, испущенных всеми ОСБ за это время. Почему в ячейке PLOAM помещается 26 разрешений? Для того чтобы две ячейки PLOAM могли дать разрешения на передачу всех 52 пакетов ATM - всего кадра ATM для восходящего потока. 2.11. Пакет MBS Пакет множественных запросов MBS (multi burst slot) в восходящем потоке является служебным. Он информирует ОЛО о характере запросов но передаче со стороны ОСБ. Этот пакет имеет 8 мини-пакетов, соответствующих различным ОСБ (рисунок 2.5). Если система PON рассчитана на 32 абонентских узла, то передать свои сведения о запросах на передачу все 32 ОСБ смогут только после четырех последовательно переданных пакетов MBS, что составляет цикл. В системе из 64 ОСБ цикл состоит из восьми пакетов MBS. Передача одного кадра при скорости 155 Мбит/с длится 0,15 мс. На передачу всего цикла при 32 ОСБ потребуется 0,6 мс. Другими словами, с периодичностью 0,6 мс ОСБ посылает мини-пакеты - служебные запросы о намерениях передавать данные. ОСБ посылает запрос, когда в его выходном буфере сформировалась очередь для передачи. Поскольку ОСБ сможет передавать только после получения разрешения в ячейке PLOAM, то, чтобы оценить максимальное время с момента, когда в буфере подготовлена очередь, до момента начала передачи, следует к времени цикла 0,6 мс добавить задержку на двойном пробеге RTT (для сети с радиусом 20 км RTT составляет 0,2 мс), и получается 0,8 мс. К этому значению могут быть добавлены аппаратные задержки на ОЛО и ОСБ. Мини-пакет состоит из четырех полей: преамбулы (3 байта), аналогичной преамбуле в пакете ATM; двух специальных полей ABR/GFR и VBR, длиной 8 и 16 битов, соответствующих двум типам запросов на полосу; и ноля контрольной суммы CRC (8 битов). Рисунок 2.5 Структура пакета MBS 2.12. Надежность и резервирование сетей A-PON В первой Рекомендации МСЭ-Т G.983.1 в приложении IV обсуждается вопрос о построении защищенных систем A-PON, так как отсутствие резервирования является слабой стороной систем доступа ON c топологией простого дерева. Неблагоприятным в этом случае мог бы быть сценарий с повреждением волокна, идущего от ОЛО к ближайщему разветвителю (фидерного волокна). В силу специфики ополощи PON, эта задача не является столь простой, как в кольцевых пологиях СЦИ, поскольку полоса восходящего потока в PON является щей и формируется множеством абонентских узлов. В Рекомендации G.983.1 было предложено изучить четыре различные топологии. Только две из них окончательно были выбраны для проработки в более поздней Рекомендации МСЭ-Т G.983.5: первое решение обеспечивает частичное резервирование по фидерному волокну и по приемопередающему оборудованию на центральном узле (рисунок 2.6). Для реализации данного решения требуется разветвитель 2xN. Центральный узел оснащается двумя приемопередающими модулями; второй способ защиты системы PON, обеспечивает полное резервирование (рисунок 2.7). Система становится устойчивой как к выходу из строя приемопередающего оборудования ОЛО и ОСБ, так и к повреждениям любого участка кабельной системы. Информационные потоки на ОСБ генерируются одновременно обоими узлами и передаются в два параллельных восходящих потока. На ОЛО только одна версия двух копий сигналов передается дальше в магистраль, аналогично происходит дублирование в нисходящем потоке. При повреждении волокна или приемопередающих интерфейсов переключение на резервный поток будет очень быстрым и не приведет к прерыванию связи. В этом случае не обязательно подключать все абонентские узлы с резервированием. Различие по стоимости абонентских узлов с резервированием и без него позволяет дифференцированно предлагать услуги различным категориям абонентов. Первое решение, кроме того, что оно обеспечивает только частичное резервирование, требует большого времени на реконфигурацию при повреждении волокна. Основной причиной задержки является прогрев лазера на ОЛО и выполнение процедуры ранжирования. Практически трудно не выйти за пределы 50 мс, одного из требований, сформулированных в Рекомендации МСЭ-Т G.983.5. Второе решение удовлетворяет всем требованиям и представляется наиболее привлекательным. Рисунок 2.7. Полное резервирование 3. ТЕХНОЛОГИЯ B-PON 3.1. Общие положения Технология B-PON основана на технологии A-PON с добавлением в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т G.983.3 функций расширения спектрального диапазона, что открывает возможность для предоставления дополнительных услуг на других длинах волн, например, широковещательного телевидения на третьей длине волны (triple play) в пределах той же структуры (дерева) ПОС. B-PON поддерживает различные архитектуры сети доступа: Fibre to the Home (FTTH), Fibre to the Building/Curb (FTTB/C) и Fibre to the Cabinet (FTTCab). Как правило, используются FTTH и Fibre to the Business (FTTBusiness). Они отличаются друг от друга тем, что вторая обслуживает более одного пользователя, имеет строгие требования к доступности и предоставляет большую функциональность, чем первая. На рисунке 3.1 приведена схема сети доступа на основе технологии B-PON, принципы функционирования и элементы которой рассмотрены в разделе 1. Здесь же, на рисунке 3.1, показана схема функционирования системы управления ОСД через стык управления и контроля удаленными оптическими сетевыми блоками, ONT (OMCI-ONT Management Control Interface) или, другими словами - управляющий интерфейс (отмечен жирными точками на рисунке в блоках ONT и OLT и пунктиром между ними - каналами управления и контроля). Принципы функционирования технологии B-PON, также как и A-PON, основаны на транспортировании ATM ячеек и рассмотрены в разделе 2. В настоящем же разделе рассмотрены общие положения, связанные с работой управляющего интерфейса OMCI. 3.2. Функции ONT ONT выполняет следующие функции (рисунок 3.2): AN-LT функцию доступа к сетевому окончанию (access network line termination); UNI-LT функции пользовательского интерфейса, в случае использования технологии FTTB - волокно к бизнесу, UNI от одного ONT может принадлежать различным пользователям; ATM-Mux функции ATM мультиплексирования/демультиплексирования. Рисунок 3.1 Схема сети доступа на основе B-PON ТЕ - Terminal Equipment NT - Network Terminal HN -Home Network ONU - Optical Network Unit ONT - Optical Network Termination ODN - Optica! Distribution Network OLT - Optical Line Termination 3.3. Функции виртуальных путей в ONT Для ускорения коммутации в распределенных сетях используется понятие виртуального пути — VP (Virtual Path), который объединяет виртуальные каналы - VC (Virtual Channels), имеющие в сети ATM общий маршрут между исходным и конечным узлами или общую часть маршрута между некоторыми двумя коммутаторами сети. Подробнее об этом написано в главе, посвященной технологии ATM. OLT и ONT могут функционировать как ATM VP кроссовые соединения, причем ONT может выставлять разные приоритеты для OMCI сообщений. Конфигурация ATM VP кроссовые соединения может быть инициирована: операционной системой сетевых элементов и управляющим интерфейсом Qз; провайдером или сервисным узлом Service Node (SN) через VB5.2 Broadband Bearer Connection Control (B-BCC) протокол. Необходимо заметить, что ONT всегда действует как ATM мультиплексор. ONT и OLT в совокупности работают как VC коммутатор, но мультиплексирование и демультиплексирование происходит на уровне виртуальных путей, т.к. в ONT поддерживается только преобразование идентификатора виртуального пути VPI (Virtual Path Identifier). Идентификатор виртуального пути - VPI является старшей частью локального адреса и представляет собой общий префикс для некоторого количества различных виртуальных каналов. Вообще, идея агрегирования адресов в технологии ATM применена на двух уровнях — на уровне адресов конечных узлов (работает на стадии установления виртуального канала) и на уровне номеров виртуальных каналов (работает при передаче данных по имеющемуся виртуальному каналу). 3.4. Функции управляющего интерфейса OMCI OMCI (ONT Management and Control Interface) используется OLT для контроля ONT. Этот протокол позволяет OLT: устанавливать соединения через ONT; управлять UNI через ONT; запрашивать информацию о конфигурации и статистику качества передачи; автономно информировать системного оператора об ошибках и проблемах с соединением. Протокол OMCI работает через ATM соединение между OLT контроллером и ONT контроллером, которое устанавливается после ONT инициализации. Протокол OMCI ассиметричный - контроллер в ONT «главный», а в ONT «подчиненный». Один OLT может контролировать несколько ONT через разные каналы управления. OMCI управляет ONT по следующим функциональным направлениям (областям): область управления конфигурации сети; область управления устранением неисправностей; область управления качеством передачи; область управления защитой информации; область управления расчетами 3.5. Управление конфигураций Управление конфигурацией обеспечивает функции для обеспечения контроля, сбора и предоставления информации ONT. Это требует конфигурирования: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. оборудования; UNI - стыков сети пользователя; виртуальных путей сети CTPr-pons и кроссовых соединений ATM; Interworking VCC Termination Points (non-ATM UNIs only) -взаимодействия VCC (Virtual Channel Connection) точек доступа (для не ATM UNI); OAM flows - группы функций управления сетью ОАМ (Operations Administration and Maintenance) потоков; физических портов; , AAL (ATM Adaptation Layer) профилей; service profiles - сервисных профилей; traffic descriptors - описания трафика. Возможность кроссовых соединений виртуальных каналов не так важна для ONT как возможность кроссовых соединений для OLT (рисунок 3.3). Задачи управления конфигурацией сети заключаются в конфигурировании как параметров как сетевых элементов, так и сети в челом. Для сети в целом управление конфигурацией обычно начинается с построения карты сети, то есть отображении реальных связей между элементами сети и изменении связей между элементами сети — образование новых физических или логических каналов, изменение таблиц коммутации и маршрутизации. Рисунок 3.3 Модель организации кроссовых соединений Управление конфигурацией (как и другие задачи системы управления) могут выполняться в автоматическом, ручном или полуавтоматическом режимах. Например, карта сети может составляться автоматически, на основании зондирования реальной сети пакетамиисследователями, а может быть построена оператором системы управления вручную. Чаще всего применяются полуавтоматические методы, когда автоматически полученную карту оператор подправляет вручную. Методы автоматического построения топологической карты, как правило, являются фирменными разработками. 3.6. Управление устранением неисправностей ONT поддерживает только ограниченное управление при сбоях. Это связано с ограниченной индикацией ошибок. OMCI поддерживает сообщения об ошибках для следующих элементов: ONTb.i>on - эта управляемая единица представляет ONT как оборудование, она создается автоматически со стороны ONT, после инициализации. После того как управляемая единица создана, соответствующие атрибуты обновляются ONT самостоятельно; Subscriber Line Cardholder Место размещения сетевой карты абонента в ONT. Эта управляемая единица должна существовать для каждого места сетевой карты. Запрос на управление местом сетевой карты абонента должен создаваться автоматически ONT после его инициализации. После создания управляемой единицы,с интегрированными интерфейсами на стороне UNI. В этом случае создаются виртуальные места для сетевых карт абонента; Subscriber Line Card - Сетевая карта абонента. Для ONT с интегрированным интерфейсом на стороне UNI сетевая карта представляет набор возможных интерфейсов для абонента. Запрос на управляемую единицу должен создаваться автоматически со стороны ONT, когда OLT установит атрибут «Expected Piug-in Unit Type», т.е. будет готов к установке карты. Кроме того, запрос на управляемую единицу может быть создан/удален ONT в запросе к OLT, если атрибут "Expected Piug-in Unit Type" соответствующего места сетевой карты абонента равен OxFF (255), что означает, что используется стандарт "plug-and-play". Если этот стандарт поддерживается, то конфигурирование сетевой карты и ее настроек осуществляется автоматически, в противном случае эти настройки необходимо делать вручную. Поддержка этого стандарта оборудованием — целиком и полностью лежит на производителе. Для ONT с интегрированными интерфейсами со стороны клиента, запрос на создание управляемой единицей создается автоматически. Запрос на создание управляемой единицей должен быть удален ONT, в случае если в запросе к OLT атрибут "Expected Plug-in Unit Type" соответствующего места сетевой карты абонента равен 0x00 (0), т.е. «no LMI» (Line Interface Module) модуль с интерфейсами не вставлен. Для ONT с интегрированными интерфейсами со стороны абонента, запрос не может быть удален со стороны OLT; Окончание ЛТМ UNI - эта единица управления используется для организации данных с помощью ANI (Access Network Interface), поддерживаемых в свою очередь ONT. Один запрос на один ONT. Запрос на создание управляемой единицей создается О NT автоматически после инициализации. Тем не менее, этот запрос не будет передаваться в процессе загрузки МТВ (Management Information Base - База информационного контроля и управления), в отличие от ANI. Управляемая единица представляет собой точку на ATM UNI в ONT, где оканчивается «физическая часть» и начинается функциональная. Запрос должен автоматически создаваться/удаляться ONT вследствие создания/удаления управляемой единицы для сетевой карты абонента; Окончание Ethernet UNI - эта управляемая единица представлена в Ethernet UNI в ONT, где оканчивается «физическая часть» и начинается функциональная. Запрос должен автоматически создаваться/удаляться ONT вследствие создания/удаления управляемой единицы для сетевой карты абонента; Окончание CES (Circuit Emulation Service - служба эмуляции соединений) UNI - эта управляемая единица представлена в CES UNI в ONT, где оканчивается «физическая часть» и начинается функциональная. Запрос должен автоматически создаваться/удаляться ONT вследствие создания/удаления управляемой единицы для сетевой карты абонента; ТС (Transmission Convergence) Adapter B-PON — управляемая единица представляет собой точку в сетевой карте абонента, где идет разделение ATM логического уровня и более низких (СЦИ, ПЦИ, транспортная сеть), Функция адаптации - одна из многих, представленных на подуровне ТС стека протоколов BISDN. Эта управляемая единица ответственна за генерацию сообщений о сбоях, которые сообщают о возможности управляемой единицы отделять ячейки ATM от полезной нагрузки оконечной цифровой части тракта. Запрос должен автоматически создаваться/удаляться ONT вследствие создания/удаления ATM UNI и физической составляющей окончания тракта; Взаимодействие окончаний VCC - управляемая единица представляет собой точку в ONT, где идет взаимодействие сервисов (например, CES, IP) или физической инфраструктуры (например, nxDS0/DSl/DS3/E3/Ethemet). В этой точке ячейки ATM создаются из потока трафика (nxDSO/DS I /DS3/E3/Frame Relay/Ethernet) или поток трафика восстанавливаются из ATM ячеек. Запрос создается и удаляется ONT по требованию OLT. Установление CES соединения: Сложно реализовать атрибут «pointer list» - список указателей, который решил бы вопрос взаимодействия при установлении различных видов соединений, поэтому используется следующий механизм: для структурированных услуг - Создать VP сеть и СТРb-pon запрос и запрос на соединение в формате Nx64 kbit/s и только потом происходит взаимодействие окончаний VCC. Последний будет содержать связь запроса виртуального пути СТРц.|.0м с одной стороны и запрос Nx64 kbit/s порта окончания CES UNI с другой стороны; для неструктурированных услуг - Создать VP сеть CTPn.P0n запрос и потом создать взаимодействие окончаний VCC, последнее будет содержать связь запроса виртуального пути CTP|j_|.ON с одной стороны и запрос окончания CES UNI с другой стороны. Установление Ethernet соединения: создать VP сеть СТРв.роn запрос и потом создать взаимодействие окончаний VCC. Последнее будет содержать связь запроса виртуального пути CTPB.роn с одной стороны и запрос окончания Ethernet UNI с другой стороны. Виртуальные пути для CTPb_.роn - эта управляемая единица используется для представления оконечных VP соединений на ONT. Запрос управляемой единицы виртуального пути кроссового соединения ATM (VP мультиплексор в ONT) может быть использована для установления связи между двумя запросами для управляемой единицы VP сети CTPH-pon и управляемой единицы для кроссового соединения «точка-точка». Запросы на управляющие единицы VP сетей CTP1M>ON должны, быть созданы по требованию QLT: как результат действия «создать» (Создать запрос на управляющую единицу) на управляющей единице VP сети *- ТРв-гокч как результат действия «создать полное соединение» (Создать два запроса на управляющие единицы VP сетей СТРв.роn (со стороны ANI и UNI) и ATM VP кроссовых соединений) на управляющей единице ATM VP кроссового соединения. Аналогично для удаления но требованию OLT: как результат действия «удалить»; как результат действия «удалить полное соединение». Необходимо заметить, что VP сеть СТРв.роn может быть удалена только если ATM. VP кроссовое соединение или взаимодействие окончаний VCC ассоциируются с ним. Это некоторая ответственность OLT чтобы не возникла ситуация, когда VP сеть СТРв.роn предпринимает действия в тот же момент времени, когда OLT запрашивает удаление. Окончание POTS (Plain Old Telephone System - старые телефонные линии) UNI - эта управляемая единица представляет собой точку в POTS UNI на ONT, где оканчивается «физическая часть» и начинается функциональная (аналоговая телефония, факс). Запрос должен автоматически создаваться/удаляться ONT вследствие вставления/удаления сетевой карты пользователя с POTS. Для каждого существует система сообщений о сбоях в работе. В этой группе задач иногда выделяют подгруппу задач управления проблемами, подразумевая под проблемой сложную ситуацию, требующую для разрешения обязательного привлечения специалистов по обслуживанию сети. ONT должен также поддерживать определенные О AM (Operations Administration, Maintenance - Операции Управления и Обслуживания), такое как петлевое тестирование па UNI. Имеется в виду, что Fia оборудование клиента поддерживается установка шлейфов (рисунок 3.4) позволяющих тестировать канал вплоть до оконечного оборудования. Диагностика ONT ограничена до самотестирования на наличие неисправностей. Практика использования «заворотов» показывает, что это довольно эффективный и простой метод диагностики. Группа задач обработки ошибок включает выявление, определение и устранение последствий сбоев и отказов в работе сети. На этом уровне выполняется не только регистрация сообщений об ошибках, но и их фильтрация, маршрутизация и анализ на основе некоторой корреляционной модели. Фильтрация позволяет выделить из весьма интенсивного потока сообщений об ошибках, который обычно наблюдается в большой сети, только важные сообщения. Маршрутизация обеспечивает их доставку нужному элементу системы управления, а корреляционный анализ позволяет найти причину, породившую поток взаимосвязанных сообщений (например, обрыв кабеля может быть причиной большого количества сообщений о недоступности сетей и серверов). Рисунок 3.4 Схема сети со шлейфом AAL Устранение ошибок может быть как автоматическим, так и полуавтоматическим. В первом случае система непосредственно управляет оборудованием или программными комплексами и обходит отказавший элемент за счет резервных каналов и т. п. В полуавтоматическом режиме основные решения и действия по устранению неисправности выполняют люди, а система управления только помогает в организации этого процесса — оформляет квитанции на выполнение работ и отслеживает их поэтапное выполнение (подобно системам групповой работы). 3.7. Управление качеством передачи ONT имеет ограниченную способность для мониторинга качества передачи. Вообще, для FTTBusiness ONT, может потребоваться управление трафиком на уровне кадров протокола ATM. Сохраняется «история» сообщений (Monitoring History Оа1ав_р0\) для: 1. UPC (Usage Parameter Control) несоответствия — запрос па создание управляемой единицей используется для сбора и оповещения информации связанной с UPC несоответствиями за 15 минут. Делается это силами ONTn-pow- запросы на управляющую.единицу создаются и удаляются OLT; 2. AAL I (Уровень адаптации ATM, тип I: функции AAI., поддерживающие постоянную скорость и критичный к задержкам трафик типа голоса или видео). Эта управляемая единица содержит 15 минутный отчет о SAR (Segmentation and Reassembly) сегментации и сборки и CS (Convergence Sublayer) сходимости подуровней протоколов мониторинга. Все счетчики атрибутов, в т.ч. Header Errors ошибки в заголовке обновляются в конце каждого периода наблюдения. Запросы па эту управляемую единицу создаются OLT, тогда как запросы взаимодействия окончаний VCC с помощью AAL 1. Удаляются запросы с помощью OLT; 3. AAL 5 (Уровень адаптации ATM, тип 5: функции AAL для поддержки переменной скорости; устойчивый к задержкам трафик с организацией соединений, требующий минимальной упорядоченности и контроля ошибок) Эта управляемая единица также содержит 15 минутный отчет о SAR (Segmentation and Reassembly) сегментации и сборки и CS (Convergence Sublayer) сходимости подуровней протоколов мониторинга. Все счетчики атрибутов, в том числе CRC (Cyclic Redundancy Check) -циклическая проверка четности с избыточностью, обновляются и конце каждого периода наблюдения. Запрос на эту управляемую единицу создается автоматически, с помощью OLT, тогда как запросы взаимодействия окончаний VCC с помощью AAL 5. Удаляются запросы с помощью OLT; 4. Качество передачи Ethernet - Эта управляемая единица также содержит 15 минутный статистический отчет о потоке данных через интерфейс Ethernet. Показатели статистики обновляются в конце каждого периода наблюдения. Запросы на создание управляющей единицей и на ее удаление создаются силами OLT после создания/ удаления запроса управляющей единицы окончания Ethernet UNI; 5. Интерфейса CES (Circuit Emulation Service) - Эта управляемая единица содержит 15 минутный статистический отчет о потоке данных через физический интерфейс (DS1/E1/J1/J2) CES UNI. Запросы на создание управляющей единицей и на ее удаление создаются силами OLT после создания/удаления запроса управляющей единицы окончания CES UNI. Возможные варианты интерфейсов DS1/DS3/E1/E3/JI/J2. Требования управления качеством передачи конкретного интерфейса рассмотрены в Рекомендации МСЭ-Т G.784. Сообщение об ошибке или напоминание должны содержать тысячи сообщений о недопустимых значениях качества передачи. Показатели пропускной способности должны включать в свой состав ES (Errored Seconds) - продолжительность сбоя в секундах, SES (Severely Errored Seconds) - единица, используемая для оценки числа ошибок в системах Топераторов. Показывает число секунд с 10 или более ошибками. Обычно выражается как SES в час, день или неделю, UAS (Unavailable Seconds) - секунды неготовности время в секундах в течение которого интерфейс не был доступен. Необходимо отметить, что из-за требований различных операторов связи (провайдеров), каждый производитель ONT может поддерживать различные уровни управления качеством передачи физических интерфейсов. В стандарте не утверждается, что секунды за которые происходили ошибки, должны генерироваться на конкретном интерфейсе. Производитель оборудования может сам решить какими дополнительными счетчиками он дополнит оборудование и ПО. ТС адаптер протокола - Эта управляемая единица представляет собой точку в сетевой карте абонента, где происходит переход и адаптация ATM уровня к нижележащей «физической» инфраструктуре (СЦИ или транспортная сеть ПЦИ). Функция адаптации представлена на ТС (Transmission Convergence) подуровне стека протоколов B-ISDN, это описано в Рекомендации МСЭ-Т 1.321. Эта управляемая единица может генерировать сообщения о сбоях, которые сообщают о возможности управляемой единицы отделять ячейки ATM от полезной нагрузки оконечной цифровой части тракта. Запрос должен автоматически создаваться/удаляться ONT вследствие создания/удаления ATM UNI и физической составляющей окончания тракта. AAL 2 CPS. Уровень адаптации ATM, тип 2: этот тип AAL еще не определен в качестве международного стандарта. AAL-2 является псевдонимом передачи с переменной скоростью. Эта управляемая единица содержит 15 минутный статистический отчет о потоке данных собранных в результате наблюдения за AAL 2. Все счетчики атрибутов (CPSInPkts), обновляются в конце каждого периода наблюдения. Запрос должен автоматически создаваться OLT вследствие создания запроса от взаимодействия окончаний VCC, который представляет функции AAL 2. Запросы на управляемую единицу удаляются также OLT. Приоритетной очереди Priority queueB.p0N - Эта управляемая единица определяет приоритет очереди в ONT. Это используется в VP сетях CTPb-pon. Приоритезация очереди используется для восходящего трафика, она начинает работать после инициализации. Для низходящего трафика она создается/удаляется после установки/удаления сетевой карты абонента. Следующее меры приняты для упрощения управления приоритетными очередями: максимальное количество приоритетных очередей поддерживаемых ONT, поддерживающихся сетевой картой абонента - 32. Если на сетевой карте абонента появится очередь N-oro приоритета, то на ONT будет автоматически создана управляющая единица. OLT должен обнаружить все очереди по запросам на создание управляющих единиц приоритетных очереден. Если OLT пытается обнаружить не существующую очередь, то это будет отражено в ответе ONT на запрос OLT. Поподробнее остановимся па приоритезации трафика. Когда одна из поставленных целей - легкое внедрение, ONT использует приоритезацию восходящего трафика. В этом случае говорить о качестве предоставляемых услуг не приходится. ONT конфигурируется OLT для реализации приоритезации трафика для каждого соединения и направления движения трафика. Теоретически, UPC (Usage Parameter Control) - управление параметрами использования. Основной целью UPC является предотвращение несанкционированного доступа к сетевым Ресурсам, который может воздействовать на качество обслуживания (QoS) уже организованных соединений.) необходим в каждой точке мультиплексирования, включая и ONT. Система с функцией UPC должна следить за потоком трафика от всех активных VP/VC соединений, для того чтобы убедиться в том, что параметры не превышают установленных значений. При внедрении приоритезации трафика, функции UPC выполняет OLT и защищает транспортную сеть от перегрузок. PON защищен протоколом MAC, подобным UPC. MAC управляет всеми соединениями ONT, изолируя их друг от друга. Являясь по сути клиентским оборудованием, CPE (Customer Premises Equipment), ONT может регулировать свои собственные соединения. Подробнее QoS рассмотрено отдельно. Задачи анализа качества передачи и надежности связаны с оценкой на основе накопленной статистической информации таких параметров, как время реакции системы, пропускная способность реального или виртуального канала связи между двумя конечными абонентами сети, интенсивность трафика в отдельных сегментах и каналах сети, вероятность искажения данных при их передаче через сеть, а также коэффициент готовности сети или ее определенной транспортной службы. Функции анализа производительности и надежности сети нужны как для оперативного управления сетью, так и для планирования развития сети. Результаты анализа качества передачи и надежности позволяют контролировать соглашение об уровне обслуживания (SEA - Service Level Agreement) заключаемое между пользователем сети и ее администраторами (или компанией, продающей услуги). Обычно в SLA оговариваются такие параметры надежности, как коэффициент готовности службы в течение года и месяца, максимальное время устранения отказа, а также параметры производительности, например средняя и максимальная пропускная способности при соединении двух точек подключения пользовательского оборудования, время реакция сети (если информационная служба, для которой определяется время реакции, поддерживается внутри сети), максимальная задержка пакетов при передаче через сеть (если сеть используется только как транзитный транспорт). Без средств анализа качества передачи и надежности поставщик услуг публичной - сети или отдел информационных технологий предприятия не сможет ни проконтролировать, ни тем более обеспечить нужный уровень обслуживания для конечных пользователей сети. MAC Bridge РМ (Perfomanc Management - управление качеством работы, рабочими характеристиками) - Эта управляемая единица содержит статистическую информацию о производительности операции MAC bridging, поддерживающую Ethernet интерфейсы на ONT. Запросы на создание управляющей единицей и на еена ONT. Запросы на создание управляющей единицей и на ее удаление создаются силами OLT после/до, создания/удаления запроса управляющей единицы MACBridgeServiceProfile. MAC Bridge Port PM - Эта управляемая единица содержит статистическую информацию о производительности операции port bridging, поддерживающую Ethernet интерфейсы на ONT. Запросы на создание управляющей единицей и на ее удаление создаются силами OLT после/до создания/удаления запроса управляющей единицы MACBridgeServiceProfile. Голоса РМ - Эта управляемая единица содержит 15 минутный статистический отчет о потоке данных собранных в результате наблюдения за голосовым портом ONT. Все счетчики атрибутов обновляются в конце каждого периода наблюдения. Запросы на создание/удаление создаются силами OLT после создания/удаления запроса управляющей единицы сетевого окончания POTS UNI. Виртуальных путей РМ - Эта управляемая единица собирает отчет за 15 минут о прошедшем трафике через VPC(Virtual Path Connection). Запросы на создание или удаление управляющей единицы создаются по требованию OLT. 3.8. Управление защитой информации Этот раздел еще не сформирован в стандарте, но общие принципы понятны и очевидны. Задачи управления безопасностью подразумевают контроль доступа к ресурсам сети (данным и оборудованию) и сохранение целостности данных при их хранении и передаче через сеть. Базовыми элементами управления безопасностью являются процедуры аутентификации пользователей, назначение и проверка прав доступа к ресурсам сети, распределение и поддержка ключей шифрования, управления полномочиями и т. п. Часто функции этой группы не включаются в системы управления сетями, а реализуются либо в виде специальных), либо входят в состав операционных систем и системных приложений. 3.9. Управление расчетами К задачам учета работы сети относится регистрация времени использования различных ресурсов сети — устройств, каналов и транспортных служб. Подобные задачи имеют дело с такими понятиями, как время использования службы и плата за ресурсы - billing. Ввиду специфического характера оплаты услуг у различных поставщиков и различными формами соглашения об уровне услуг эта группа функций обычно не включается в коммерческие системы и платформы управления, а реализуется в заказных системах, разрабатываемых для конкретного заказчика. 3.10. Многоуровневое представление системы управления Система управления строится по иерархическому принципу, т.е. кроме описанного выше разделения на несколько функциональных областей, она разделяется также на уровни в соответствии с иерархической организацией управляемой сети. Нижний уровень сети составляют элементы сети — отдельные компьютеры, коммуникационные устройства, каналы передачи данных. На следующем уровне иерархии эти элементы образуют сети разного масштаба. Применительно к системе управления сетями наиболее проработанным и эффективным для создания многоуровневой иерархической системы является стандарт сети управления электросвязью (СУЭ) - TMN (Telecommunication Network Management), разработанный совместными усилиями МСЭ-Т, ISO, ANSI и ETSI. На каждом уровне иерархии модели СУЭ решаются задачи одних и тех же пяти функциональных областей, рассмотренных выше (то есть управления конфигурацией, утсранением несправностей, качеством передачи, защитой и расчетами), однако на каждом уровне эти задачи имеют свою специфику. Чем выше уровень управления, тем более общий и агрегированный характер приобретает собираемая о сети информация, а сугубо технический характер собираемых данных начинает по мере повышения уровня меняться на производственный, финансовый и коммерческий. Модель СУЭ упрощенно можно представить в виде двухмерной диаграммы (рисунок 3.5). Элементы сети: 1) уровень элементов сети (Network Element Layer, NE) — состоит из отдельных устройств сети: каналов, усилителей, оконечной аппаратуры, мультиплексоров, коммутаторов и т. п. В случае с технологией B-PON, элементы содержат встроенные средства для поддержки управления — датчики, интерфейсы управления. 2) уровень управления элементами сети (Network Element Management Layer) -представляет собой элементарные системы управления. Элементарные системы управления автономно управляют отдельными элементами сети. Уровень управления элементами изолирует верхние слои системы управления от деталей и особенностей управления конкретным оборудованием. Этот уровень ответственен за моделирование поведения оборудования и функциональных ресурсов нижележащей сети. Атрибуты этих моделей позволяют управлять различными аспектами поведения управляемых ресурсов. Обычно элементарные системы управления разрабатываются и поставляются производителями оборудования. Рисунок 3.5 Многоуровневое представление системы управления сетью 3) уровень управления сетью (МеШогк Management Layer). Этот уровень координирует работу элементарных систем управления, позволяя контролировать конфигурацию составных каналов, согласовывать работу транспортных подсетей разных технологий и т. п. С помощью этого уровня сеть начинает работать как единое целое, передавая данные между своими абонентами. 4) уровень управления услугами (Service Management Layer) — намается контролем и управлением за транспортными и формационными услугами, которые предоставляются конечным пользователям сети. В задачу этого уровня входит подготовка сети к предоставлению определенной услуги, ее активизация, обработка вызовов клиентов. Формирование услуги заключается в фиксации в базе данных значений параметров услуги, например, требуемой средней пропускной способности, максимальных величин задержек пакетов, коэффициента готовности и т. п. В функции этого уровня входит также выдача уровню управления сетью задания на конфигурирование виртуального или физического канала связи для поддержания услуги. После формирования услуги данный уровень занимается контролем за качеством ее реализации, то есть за соблюдением сетью всех принятых на себя обязательств в отношении производительности и надежности транспортных услуг. Результаты контроля качества обслуживания нужны, в частности, для подсчета оплаты за пользование услугами клиентами сети. 5) уровень бизнес-управления (Business Management Layer) занимается вопросами долговременного планирования сети с учетом финансовых аспектов деятельности организации, владеющей сетью. На этом уровне помесячно и поквартально подсчитываются доходы от эксплуатации сети и ее отдельных составляющих, учитываются расходы на эксплуатацию и модернизацию сети, принимаются решения о развитии сети с учетом финансовых возможностей. Уровень бизнес-управления обеспечивает для пользователей и поставщиков услуг возможность предоставления дополнительных услуг. Этот уровень является частным случаем уровня автоматизированной системы управления предприятием (АСУП), в то время как все нижележащие уровни соответствуют уровням автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП), для такого специфического типа предприятия, как телекоммуникационная или корпоративная сеть. Но если телекоммуникационная сеть чаще всего является основой телекоммуникационной компании, то корпоративную сеть и обслуживающий ее персонал трудно назвать предприятием. Тем не менее, на некоторых западных фирмах корпоративная сеть выделена в автономное производственное подразделение со своим бюджетом и со своими финансовыми договорами на обслуживание, которое данное подразделение заключает с основными производственными подразделениями предприятия. 3.11. Контроль потока данных и их восстановление в случае сбоев Контроль передачи сообщений (flow-control) и процедура восстановления (recovery) для сообщений передающихся через OMCI основаны на подтверждениях механизме «stop-and-wait», который поддерживает приоритезацию трафика и нормально работает на сети при большой нагрузке. Контроль передачи потока сообщений осуществляется с помощь запросов и подтверждений: в начале OLT посылает запрос на передачу сообщения, пока этот запрос не обработает ONT, следующий запрос этого приоритета не будет послан, «stop-and-wait» протокол использует корреляцию поля identifier, сброс счетчиков и запрос таймеров трансакции для контроля потока сообщений. Целостнось данных обеспечивается с помощью подсчета CRC (Cyclic Redundancy Check) циклической проверки четности с избыточностью, Схема определения ошибок при передаче данных. На основе полиноминального алгоритма вычисляется контрольная сумма передаваемого модуля данных и передается вместе с данными. Получившее пакет устройство заново вычисляет контрольную сумму по тому же алгоритму и сравнивает ее с принятым значением. Отсутствие расхождений говорит о высокой вероятности безошибочной передачи. 3.12. Протокол управления и контроля ONT Формат ячейки протокола управления и контроля ONT Каждый пакет протокола управления и контроля ONT инкапсулируется непосредственно в 53-битовую ячейку ATM. Ее формат представлен на рисунке 3.6. ATM Header Transaction Correlation Message Type Device Identifier Message Identifier Message Contents AAI.5 Trailer (5 bytes) Identifier (2 bytes) (1 byte) (1 byte) (3 bytes) (33 bytes) (8 bytes) Рисунок 3.6 Формат ячейки протокола управления и контроля ONT Рассмотрим каждое поле ячейки подробнее. ATM Header Заголовок содержит значение VP1/VCI. Transaction Correlation Identifier Операция корреляции метки используется, чтобы ответ на запрос соответствовал самому запросу. Для запросов - OLT выбирает какую-либо метку (transaction, identifier) сообщения к которому оно относится. Ответное сообщение содержит метку сообщения к которому оно относится. Формат метки 0x0000, где первый бит - приоритет сообщения (о нем будет рассказано чуть позже): 0 — низкий приоритет; 1 - высокий приоритет. OLT решает с каким приоритетом должна выполняться команда, в зависимости от бита приоритета. Механизм, который использует OLT для заполнения остальных битов в командах подтверждения не стандартизирован. Выбор метки очень важен, т.к. при посылке команды от OLT к ONT с определенной меткой необходимо удостовериться, что ранее другая команда не была послана с той же меткой к тому же ONT, иначе с большой вероятностью ответ на первую команду не будет получен. Message type Тип сообщения. Это поле поделено на четыре части (рисунок 3.7) Заслуживает внимания бит 8 ~ DB (destination bit) бит назначения. В OMCI он всегда равен 0. Бит 7 - AR (Acknowledge Request) запрос на подтверждение. Он используется, когда сообщение требует подтверждения. Необходимо заметить, что это не всегда так. Если подтверждение все же требуется, этому биту присваивается значение 1, если не требуется - О-Необходимо понимать, что подтверждение — ответ на запрос действия. Бит 6 - АК (Acknowledgement) бит подтверждения. Он используется, когда необходимо определить тип сообщения - является оно подтверждением или нет. Если да, то значение бита - 1, нет - 0. Бит 5 - MT (Message Type) тип сообщения, используется для определения типа сообщения, в зависимости от его значения: От 0 до 3 - сообщение получено для будущего использования; От 4 до 3 ! — см. таблицу 3.1. Таблица 3.1 МТ Тип НАЗНАЧЕНИЕ. АК 4 Create Создать объект запроса с атрибутами yes 5 Create complete connection Создать ATM VP кроссовое соединение yes 6 Delete Удалить объект запроса yes 7 Delete complete connection Удалить ATM VP кроссовые соединения yes 8 Se7 Установить один или несколько запроса yes 9 Get Получить один или несколько запроса yes 10 Get complete connection Получить атрибуты ATM VP кроссовых соединений yes 11 Get all alarms Сохранить статусы сбоев управляемых запросов и«сбросить счетчик» сообщений о сбое yes 12 Get all alarms next Получить статусы сбоев следующего управляемого запроса yes 13 MSB upload Сохранить MIB yes 14 Ml В upload next 1 получить сохраненные атрибуты управляемых запросов yes 15 MIB reset Удалить содержимое М1В и сбросить настройки до значений «но умолчанию» yes 16 Alarm Напоминание о сбое no 17 Attribute value change Напоминание о автономной смене значения запроса no 18 Test Заявка тестирования конкретного запроса ves 19 Start software download Начать процесс загрузки программного обеспечения ПО yes 20 Download section 'Загрузить секцию образа ПО 21 End software download Закончить загрузку ПО yes 22 Activate software Активировать загруженный образ ПО yes 23 Commit software Запускать загруженный образ ПО yes 24 Synchronize Time Синхронизировать время между OLT и ONT yes 25 Reboot Перезапустить ONT, сетевой карты абонента или PON IF сетевую карту yes 26 Get next Запрос на сохраненные значения атрибутов управляемого запроса yes 27 Test result Напоминание о готовых результатах теста - результатах заявки на тестирование запроса no yes/no yes Device Identifier Идентификатор устройства. В (Рекомендация МСЭ-Т G.983.1) это поле определено как 0x0А. Message identifier Идентификатор сообщения состоит из трех байт: Первый - наиболее важный. Он используется, чтобы определить какой из запросов является тем самым, определенным в поле «тип сообщения». Максимальное число управляемых запросов - 256. Последние два байта используются для определения требований управляемого запроса. Максимальное число требований на запрос -65 536. Списки возможных запросов и их классы приведены в Рекомендации МСЭ-Т G.983.2. Message contents. Содержание сообщения. Это поле специфично для каждого сообщения. Все типы возможных для сообщений я не буду приводить, опишу лишь общие принципы. Ответ на команды может быть результатом их выполнения. Если в ноле стоит 0 - то команда была успешно выполнена, если что-то отличное от нуля — то это закодированная причина сбоя. Если результатом выполнения команды стала ошибка, то оставшаяся часть сообщения будет заполнена значениями 0x00. Результаты и их причины: 1. Command processed success/idly - Команда выполнена успешно. Успешным считается выполнение, если команда «усвоена» или она выполняется. Результатом может быть то, что, например, команды Get/Set/Test/Reboot правильно без проблем «усвоены» командным интерпретатором ONT, и они успешно переданы к исполнению. 2. Command processing error - Сбой выполнения программы. Это означает, что произошел сбой при выполнении команды на стороне ONT, по причинам не описанным в 3), 4),... 3. Command not supported - Команда не поддерживается. Это означает, что тип команды (message type) не поддерживается ONT. 4. Parameter error — сбой параметра. Это означает, что часть или вся команда была получена ONT с ошибкой. 5. Unknown managed entity - неизвестный запрос. Это означает, что класс управляемого запроса не поддерживается ONT. 6. nknown managed entity instance — неизвестные требования запроса. Это означает, что требования запроса не поддерживаются ONT 7. Device busy - устройство «занято». Это означает, что команда не может быть обработана, т.к. на ONT заполнен лимит выполняемых программ. 8. Attribute(s) failed or unknown - атрибут(ы) неверны или неизвестны. Это означает, что опциональные атрибуты не поддерживаются на ONT, или обычный/опциональный атрибут не может быть применен, даже если он поддерживается. Следующие виды «масок» атрибутов используются, когда результат/причина сообщается: o optional attribute mask coding — маска кодирования опционального атрибута. Она показывает поддерживается или нет опциональный атрибут; o attribute execution mask coding - маска кодирования выполняемого атрибута. Она показывает был ли применен обычный/опциональный атрибут. Если один или более опциональных атрибутов не поддерживается ONT, то «маска кодирования опционального атрибута» для каждого неподдерживаемого опционального атрибута становится 1, тогда как «маска кодирования выполняемого атрибута» поддерживаемого ONT остается 0. Если один или более из обычных/опциональных атрибутов не будет выполняться ONT, то «маска кодирования опционального атрибута» останется 0, а «маска кодирования выполняемого атрибута» будет 1. AAL 5 трейлер Восемь байт этого поля используются для (см. рисунок 3.8): 1. CPCS (Common Part Convergence Sublayer - подуровень конвергенции) - User-toUser-Indication (CPCS-UU) - Индикация пользователь-пользователь CPCS. Это поле установлено в 0x00 на стороне передающего и игнорируется на стороне принимающего; 2. The CPCS Common Part Indication (CPCS-CPI) - Индикация общей части CPCS. Это поле установлено в 0x00 па стороне передающего и игнорируется на стороне принимающего. Длина CPCS-SDU. Это поле всегда установлено 0x0028; 3. Поле CRC циклической проверки четности, оно 32 бита длиной и определено в Рекомендации МСЭ-Т G983.1. CPCS-SDU(Common Part Convergence SublayerService Data Unit) -Модуль данных протокола доставляемый приемному уровню за счет подуровня конвергенции CPCS. Рисунок 3.8 Формат CPCS-PDU AAL типа 5 4. ТЕХНОЛОГИЯ E-PON 4.1. Общие положения E-PQN использует преимущества пассивных оптических сетей и позволяет организовать сеть доступа с архитектурой «точка-многоточка» максимальной протяженности до 20 км со скоростью передачи 1 Гбит/с. Особенностью такого подхода к организации сети является то, что пользователи подключаются выделенным оптическим волокном к выходному порту оптического разветвителя, но при этом участок между ОЛО и входным портом разветвителя является общей средой. Так как в подавляющем большинстве случаев оборудование ОЛО расположено на стороне оператора услуг, то этот узел ОСД в зарубежной литературе называют также центральным узлом. Участок оптического волокна, соединяющий центральный узел и оптический разветвитель называют фидерным волокном. Таким образом, фидерное волокно передает оптические сигналы между центральным узлом и разветзителем, который позволяет подключать одновременно несколько абонентских узлов (ОСБ). Для удобства подключения пользователей в точке первичного разветвления устанавливается волоконнораспределительный концентратор. Волоконно-распределительный концентратор состоит из разветвителя, соединяющегося с одной стороны с фидерным волокном, и кросс-панели. Каждый выходной порт кросс-панели соединен с пользователем. В случае необходимости подключения нового пользователя, порт кросс-панели, к которому подведено волокно от нового пользователя, соединяется с соответствующим портом на разветвителе. Распределительные волокна протягиваются от кросс-панели до ОСБ. Данная схема организации сети доступа позволяет в полной мере использовать преимущества технологии ПОС, а именно: невысокая стоимость построения сети, технология реализует возможность подключения через одно оптоволокно большого количества абонентских терминалов, что способствует значительной экономии волокон; низкие расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание сети, преимущество обусловлено использованием пассивного оборудования в распределительной сети; возможность постепенного наращивания сети, ввод новых узлов не оказывает влияния на действующую сеть; перспективность создания распределительной инфраструктуры, строительство оптической распределительной сети закладывает хорошую и долговременную основу для дальнейшего развития и предоставления в будущем любых мультимедийных услуг с практически неограниченной полосой пропускания; надежность, использование меньшего числа активных элементов в сети обеспечивает ее надежность, и, кроме того, способствует как снижению чувствительности к влиянию смежных линий связи, так и уменьшению воздействия на них; высокая гибкость, построение распределительной сети по технологии ПОС требует применения всего лишь одного; оптического волокна, а не пучка волокон, как при использовании других оптоволоконных технологий, благодаря чему можно строить сеть по шинной или древовидной топологии, что весьма выгодно с экономической точки зрения и позволяет использовать ее в любых сетевых конфигурациях семейства Ввх (FTTx). 4.2. Топология сети E-PON Типичное дерево E-PON представлено на рисунке 4.1. Пассивные элементы сети E-PON сосредоточены в оптической распределительной сети (также называемой внешней частью сети). К пассивным компонентам в данном случае следует относить: одномодовый волоконно-оптический кабель; оптические разветвители; соединители; сростки. Активные сетевые элементы, такие как ОЛО и многочисленные ОСБ, расположены на оконечных пунктах ОРС, то есть в центральном узле и на стороне абонента. Оптические сигналы либо разветвляются на несколько, либо, наоборот, объединяются в один в разветвителях в зависимости от направления распространения световой волны вдоль ОРС. Типичная схема построения сети на технологии E-PON -разветвленное дерево с пассивными элементами. 4.3. Оборудование E-PON центрального узла Стойка оборудования центрального узла состоит из ОЛО и модулей взаимодействия с сетью, что позволяет обеспечить взаимодействие между сетью E-PON и сетями поставщиков услуг (данные, ТфОП, видео). Интерфейсы стыка с глобальной сетью будут в основном обеспечивать взаимодействие со следующими типами оборудования: 1. оборудование цифрового кросс-соединения, обеспечивающее транспортировку локально не расшифровываемого трафика ВРК в телефонную сеть. Обычно, стыки цифрового кросс-соединения включают в себя интерфейсы DS-1, DS-3, STS-1, СТМ-1; 2. голосовой шлюз, который обеспечивает транспортировку локального голосового/TDM трафика в телефонную сеть общего пользования; 3. IP маршрутизатор или ATM шлюз, перенаправляющие трафик данных из одной сети в другую; 4. устройство преобразования видео, перенаправляющие трафик видео из одной сети в другую. Рисунок 4.1 Топология сети E-PON Основными функциями стойки оборудования центрального узла являются: предоставление мультисервисного стыка с транспортной сетью; предоставление стыка гигабитного Ethernet в ПОС; осуществление маршрутизации и переключения; концентрация трафика; обеспечение требуемого качества предоставляемых услуг 4.4. Абонентское оборудование E-PON На абонентской стороне в качестве активного оборудования E-PON выступает оптический сетевой блок или оптическое сетевое окончание. ОСБ обеспечивает предоставление стыков между пользовательскими сетями передачи данных, видео, телефонной сетью и ПОС. Основной Функцией осб является преобразование трафика из оптического формата в формат, требуемый пользователю (Ethernet, El и т.д.). Уникальной особенностью E-PON является то, что дополнительно к преобразованию оптического сигнала, ОСБ предоставляет возможности маршрутизации внутреннего трафика сети пользователя. Также, сети E-PON хорошо адаптированы для передачи как аналогового видео в формате CATV, используя третью длину волны передачи, так и IP видео. Так как ОСБ располагается на стороне каждого подключаемого абонента, то основную часть расходов на организацию сети E-PON составляет стоимость ОСБ. Процент затрат на ОСБ от общих затрат на организацию сети может достигать 70% при применении технологии FTTB для организации сети доступа и 80% при применении FTTH. На оборудование ОСБ возлагаются следующие функции: предоставление абонентских стыков для подключения к телефонной сети, El, DS-3, IO/100BASE-T, IP и стыков для предоставление услуг на выделенной длине волны (видео или выделенные каналы); обеспечение маршрутизации. К требованиям, предъявляемым к аппаратуре ОСБ, можно отнести следующие: низкая стоимость; простота расширения спектра предоставляемых услуг; наличие стандартных стыков Ethernet. 4.5. Архитектура стандарта E-PON Стандарт Ethernet на сетях доступа в рамках IEEE 802.3ah сочетает в себе набор минимально необходимых расширений к подуровня»» управления доступом к среде (MAC), контроля MAC (входящих в стандарт IEEE 802.3) и набор физических уровней. Физический уровень» включает в себя подуровень, зависимый от физической среды передачи (PMD). Для сети E-PON стандарт также предусматривает подуровень» согласования, специфичные подуровни PMD, поддерживающие топологию «точкамноготочка» (Р2МР), й расширения к уровням контроля MAC. Также в стандарт входит механизм управления, контроля и администрирования (ОАМ) сети для диагностики и исправления неисправностей. Принцип взаимодействия между данными элементами стандарта и моделью взаимодействия открытых систем (OSI - Open System Interconnection) изображен на рисунке 4.2. GM11 - Гигабитный интерфейс, независимый от среды MD1 - интерфейс, зависящий от среда ОАМ - управление, контроль и администрирование ОЛО - оптическое линейное окончание ФСБ - аттический сетевой блок PCS - подуровень физического кодирования PHY - оборудование физического уровня РМА - приложение к физической среде PMD - уровень, зависящий от физической среды ОР - оптический разветвитель Рисунок 4.2 Положение топологии Р2МР в рамках модели OSI Для волоконно-оптической топологии Р2МР стандарт определяет номинальную битовую скорость 1000 Мбит/с, разделяемую между множеством ОСБ, входящих в топологию. Оборудование физического Уровня использует подуровни физического кодирования (PCS) O0QBASE-X и подключения к физической среде доступа (РМА). Протокол управления доступом к среде множества узлов (МРСР), используя сообщения, временные задержки и диаграммы состояний, контролирует доступ к Р2МР топологии. В состав топологии Р2МР входит ОЛО и несколько ОСБ. Один из нескольких образов МРСР в ОЛО обменивается информацией с МРСР ОСБ. Пара протоколов МРСР, согласованных между ОЛО и ОСБ, является однозначно определенной и выделенной. Цель подуровня согласования (RS) и независимый от среды интерфейс (GMII) введены для соединения подуровней MAC и оборудования физического уровня (PHY). Комбинация МРСР и подуровня RS позволяет высшим уровням (выше клиента MAC) считать сеть Р2МР соединением «точка-точка». Такой режим эмуляции достигается тем, что в начало каждого кадра данных вставляется идентификатор логического соединения (LLID). Семейство систем физического уровня, введенных стандартом E-PON, предусматривает следующие варианты интерфейсов, зависящих от физической среды (таблица 4.1): 1000BASE-PX10-D. Нисходящий протяженностью до ! О км; I000BASB-PX10-U. Восходящий протяженностью до ! 0 км; 1000BASE-PX20-D. Нисходящий протяженностью до 20 км; 1000ВASE-PX20-U. Восходящий протяженностью до 20 км; поток пассивной оптической сети поток пассивной оптической сети поток пассивной оптической сети поток пассивной оптической сети Таблица 4.1 Системы физического уровня E-PON Название Расположение Скорость (Мбит/сек) Удаленность (км) Физическая среда 5000В ASEPX10-D ОЛО 1000 10 ПОС на одном одномодовом волокне I0O0BASEPX1O-U ОСБ 1000 10 ПОС на одном одномодовом волокне 1000BASHPX20-D ОЛО 1000 20 ПОС на одном одномодовом волокне 1000В ASEPX20-U ОСБ 1000 20 ПОС на одом одномодовом волокне 4.6. Физический уровень PMD Подуровни физической среды (PMD) 1000BASE-PX10 и 1000BASE-РХ20 предоставляют соединения 1000BASE-X по архитектуре «точка-многоточка» (Р2МР) через пассивную оптическую сеть на расстояния до Ю км и до 20 км соответственно и с типичным коэффициентом разветвления 1:16. В сети E-PON нисходящий поток формируется на уровне PMD ОЛО и широковещательным образом рассылается PMD уровням всех ОСБ. Обратный восходящий поток PMD уровень ОЛО получает от каждого ОСБ. Одно и то же волокно используется для одновременной передачи как нисходящего, так и восходящего потоков. 1000ВASE-PX-U и 1000BASE-PX-D с одной стороны соединяются с соответствующим подуровнем приложения к физической среде (РМА) 1000ВASE-X и к физической среде через интерфейс, зависящий от среды (MD1), с другой стороны. Таким образом, соединение 1000BASE-PX 10(20) использует PMD 1000BASE-PX10(20)-U с одной стороны и 1000BASE-PX10(20)-D PMD с другой. Стоит отметить, что стандарт подразумевает взаимодействие 1000BASE-PX20-D PMD и IOOOBASE-PX10-1/ PMD. То есть эти подуровни физической среды совместимы друг с другом. Это дает возможность в дальнейшем усовершенствовать ПОС и перейти от радиуса 10 км к радиусу 20 км. Обычно, длина волны 1490 нм используется для передачи нисходящего потока и 1310 нм для передачи восходящего потока. Особенностью данного протокола является то, что он позволяет увеличить коэффициент разветвления при использовании технологии предварительной коррекции ошибок (FEC). В таблице 4.2 представлены основные параметры различных Уровней PMD. Таблица 4.2 Типы PMD Описание 1000ВASE PX10-U Тип волокна 1000ВASE PX20-U 1000BASE PX10-D 1000BASE PX20-D Стандартное одномодовое волокно Количество волокон 1 |Длина волны передачи 1310 нм Направление передачи Восходящее Нисходящее Восходящее Нисходяще е Минимальное расстояние 0.5м - 10км Максимальные вносимые потери 20дБ минимальные вносимые потери 5дБ 1490 нм 1310 нм 1490 нм 0.5м -20км 19дБ 24дБ 23.5дБ 10дБ 1000BASE-PX10 и 1000BASE-PX20 осуществляют следующие задачи: в реализация топологии Р2МР но оптическому кабелю; обеспечение скорости передачи 1000 Мбит/с на расстояние до 10 км при коэффициенте разветвления 1:16; обеспечение скорости передачи 1000 Мбит/с на расстояние до 20 км при коэффициенте разветвления 1:16; обеспечение коэффициента блочных ошибок не ниже 10:1. Служебный интерфейс подуровня PMD поддерживает обмен кодовыми группами 8В/10В между подуровнями PMD и РМА. PMD приводит последовательность данных от РМА к виду, подходящему для передачи по конкретной среде. Для осуществления этой задачи определены следующие базовые элементы: 1. PMD UN1TDATA.request. Этот элемент определяет передачу последовательного потока данных от РМА к PMD. Структура данного элемента следующая: PMD_UNITDATA.indicate (tx_bit). Данные, транспортируемые элементом PMD_UNITDATA.request представляют собой последовательный поток битов. Параметр tx bit может иметь два значения: "0" и "1". РМА последовательно посылает соответствующий поток битов для передачи r среду на номинальной скорости 1.25 Гбит/с. После получения этого . элемента PMD преобразует полученную последовательность в соответствующие сигналы для уровня интерфейса, зависящего от среды (fvlDf - Media Dependent Interface); 2. PMD_UNITDATA.indicate. Этот элемент определяет передачу последовательного потока данных от PMD к РМА. Структура данного элемента следующая: PMD_UNITDATA.indicate (rx_bit). Данные, транспортируемые элементом PMD_UNITDATA.indicate представляют собой последовательный поток битов. Параметр rх_bit может иметь два значения: "0" и "1". PMD последовательно посылает поток битов в РМА в соответствии с сигналами от MDI; 3. PMDS1GNAL. request. В направлении восходящего потока этот элемент создается PCS для того, чтобы включить или отключить передатчик на выделенный интервал времени. Структура данного элемента следующая: PMD_S1GNAL.request (tx^enable). Параметр tx enable может принимать два значения: "ENABLE" (разрешить) и "DISABLE" (запретить) в зависимости от того, находится ли передатчик PMD s состоянии "включен" или "отключен". PCS посылает данный элемент для того, чтобы отразить изменение параметра tx_enable. После получения данного элемента PMD соответственно либо включает передатчик, либо отключает; 4. PMD_SlGNAL.indicate. Этот элемент создается PMD для указания статуса получаемого сигнала от MDI. Структура данного элемента: PMD_SIGNAL.indicate (SIGNALJ>ETECT). Параметр SIGNALJDETECT может принимать два значения: "ОК" (правильно) и "FAIL" (ошибка), что отображает, обнаруживает ли PMD излучение на приемнике ("ОК") или нет ("FAIL"). PMD создает данный элемент для того, чтобы отразить изменения в значении параметра SIGNALJDETECT. Подуровни PMD 1000BASE-PX осуществляют функции приема и передачи, транспортируя данные между служебными интерфейсами PMD и MDI. Подуровень PMD определяется между четырьмя контрольными точками, показанными на рисунке 4.3, где первая цифра представляет направление нисходящего потока, а вторая - восходящего. Оптический сигнал передачи определяется на выходном конце оптического кабеля (ТР2), подсоединенного к передатчику. Оптический сигнал приема определяется на выходном конце оптического кабеля (ТРЗ), подключенного к приемнику. Точки ТР1 и ТР4, обычно, совмещены в 1000BASE-PX PMD. Функция передачи уровня PMD заключается в транспортировке битов, запрашиваемых сообщением PMD LJNITDATA.request (tx_bit). Передача при этом осуществляется в направлении от PMD к интерфейсу MDI. Значению "1" параметра tx_bit соответствует более высокий уровень излучения оптического передатчика. В восходящем направлении поток битов прерывается в соответствии со значением PMDjSlGNAL.request (tx_enable). Таким образом, фактически обеспечиваются три оптических уровня передачи: "1", "О" и "лазер отключен". Функция приема уровня PMD заключается в транспортировке битов, получаемых от MD1 посредством сообщения PMDJUMTDATA.indicate(rx_bil). В э том случае более высокий уровень излучения, зафиксированный на приемнике, также соответствует значению параметра rx_bit равному "1". 4.7. Характеристики оптического волокна Оптический кабель для интерфейсов 1000BASE-PX должен Удовлетворять Рекомендации МСО-Т G.652 и МЭК 60793-2. таблице 4.3 приведен краткий обзор основных характеристик "гического кабеля. Оптическая кабельная сеть обычно состоит из одной или нескольких секций оптического кабеля и любых промежуточных соединений, необходимых для соединения секций между собой. Также, в оптическую кабельную сеть входят соединительные разъемы на каждом конце для подключения к интерфейсам MDI. Таким образом, оптическая кабельная сеть располагается между интерфейсами MDI со стороны ОЛО и стороны ОСБ, что отражено на рисунке 4.4. Рисунок 4.3 Диаграмма 1G00BASE-PX Рис.4.4 Модель оптической сети Таблица 4.3 Характеристики оптического кабеля Описание SMF волокно Единица измерения Номинальная длина волны 1310 115501 Затухание в кабеле, не более Длина волны нулевой дисперсии Наклон дисперсионной характеристики 0.4 0.25 нм дБ/км 1100<Ав<1324 нм 0.093 нсек/нм*км В таблице 4.4 представлены допустимые значения потерь в оптическом тракте передачи. Таблица 4.4 Допустимые потери в тракте Описание 1000ВА SE-PX10 I000BASE-PX20 Единица Восходящий Нисходящий Восходящий Нисходящий измерения Тип волокна SMF Длина волны для проведения измерений 1310 Номинальное расстояние 10 Перекрываемое затухание 23.0 Вносимые потери, не 20 более Вносимые потери, не 5 менее Возвратные потери ОРС, не менее 1550 1310 1550 мм км 20 21.0 26.0 26.0 дБ 19.5 24 23.5 дБ 10 дБ 20 4.8. Принцип действия E-PON 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, GPON). Наглядно, это преимущество отражено на Рисунке 4.5. Передача пакетов в сети E-PON осуществляется в двух направлениях: от центрального узла (ЗЛО к абонентским узлам ОСЬ -нисходящий поток и от ОСБ к ОЛО - восходящий поток. Рисунок 4.5 Преобразования трафика в оптических сетях доступа Прямой (нисходящий) поток формируется из кадров Ethernet 802.3, передаваемых ОЛО. Затем нисходящий поток проходит через разветвитель 1: N и принимается узлами ОСБ (рисунок 4.6). В стандарте для передачи нисходящего потока используется длина волны 1490 нм. На длине волны 1550 нм возможно организовать широковещательную передачу цифрового видео-потока (кабельное телевидение). Передача данных в прямом потоке аналогична передаче данных в сети Ethernet с общей шиной, когда передаваемый одной станцией сигнал принимается всеми остальными станциями и извлекается ими в соответствии с указанным МАС-адресом назначения. Рисунок 4.6 Обратный (восходящий) поток формируется потоками данных от различных ОСБ на длине волны 1310 нм (рисунок 4.7). В силу специфики пропускания оптического сигнала разветвителем, данные, отправленные узлом ОСБ, получает только ОЛО. Таким образом, в обратном направлении сеть E-PON аналогична совокупности соединений «точка-точка». Однако в отличие от истинной архитектуры «точка-точка», сеть E-PON нуждается в специальном методе управления, который следил бы за тем, чтобы не было коллизий потоков от разных ОСБ. Поэтому в E-PON, равно как и в любой другой архитектуре ПОС, центральный узел ОЛО должен делить всю полосу обратного потока между всеми ОСБ и выполнять функцию диспетчера, указывая различным ОСБ в какое время разрешена передача. Реализация в E-PON для распределения полосы обратного потока между ОСБ метода управления обратным потоком на основе механизма множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий или конфликтов (CSMA/CD - Carries-Sens Multiple Access with Collision Detection)He эффективна по нижеследующим причинам: в размер коллизионного домена в сопоставимом по скорости передачи стандарте Gigabit Ethernet составляет сотню метров, что неприемлемо для сети E-PON с радиусом до 20км; управление каналом, основанное на механизме CSMA/CD, не смогло бы гарантировать определенные временные задержки и обслуживать ВРК трафик (голос, видео), иными словами обеспечить требуемый уровень качества передаваемых услуг. Для обеспечения детерминированной доставки кадров в восходящем потоке нельзя было использовать схему, основанную на механизме разрешения коллизий. Коллизии в нормальном режиме работы, т.е. когда передаются данные, следовало бы полностью исключить. Таким решением стал протокол управления множеством узлов (МРСР). Для работы протокола потребовались дополнительные служебные кадры, которыми обмениваются ОЛО и ОСБ, и которые не выходят за пределы сети E-PON. Все ОСБ путем передачи служебных кадров синхронизируются по единой временной шкале центрального узла ОЛО. Отправка данных абонентскими узлами осуществляется в разрешенные интервалы времени, длина которых определяется планировщиком расписания на ОЛО. В этих временных интервалах может помещаться один или несколько кадров Ethernet. До тех пор, пока не получено разрешение на отправку временного интервала, ОСБ накапливает кадры, полученные от рабочих станций абонентов. 4.9. Форматы передаваемых кадров в сети E-PON Начиная со стандарта дуплексного Ethernet IEEE 802.ЗХ, рудиментарным становится ограничение на .минимальную длину кадра 64 байта, которое требовалось исключительно для корректной отработки механизма разрешения коллизий внутри коллизионного домена допустимого диаметра. А начиная со стандарта Fast Ethernet (100BASE-FX/TX), когда прием сигнала на физическом уровне стал синхронным (в отличие от Ethernet 10 Мбит/с), рудиментами стали и межкадров интервал (12 байт), и столь большая (8 байт) преамбула кадра. Технология E-PON использует высвободившийся ресурс. Выше было обозначено, что при прохождении кадров Ethernet через сеть E-PON не происходит их фрагментации. Но это не означает, что не происходит вообще никаких изменений. Преамбула стандартного кадра Ethernet, (рисунок 4.8а), модифицируется добавлением нескольких служебных полей, (рисунок 4.86): SOP (start of packet) - поле 1байт, указывает на начало кадра; Резервное поле, 4байта; LLID (logical link identificator) - поле 2байта, указывает индивидуальный идентификатор узла E-PON. LL1D требуется эмуляции соединений «точка-точка» и «точка-многоточка» в с E-PON. Первый бит ноля указывает режим вещания кадра ("unicast" или "multicast" - "направленный" или "групповой"?. Остальные 15бит содержат собственно индивидуальный адр« узла E-PON; CRC (circle redundancy check) - поле 1байт, контрольная сумма по преамбуле. Рисунок 4.8 (а, б, в) Форматы кадров Ethernet и E-PON Фактически можно сказать, что на кадр при прохождении через сеть E-PON навешивается E-PON-тег. На выходе кадра из сети E-PON преамбула кадра преобразуется обратно к стандартному виду - тег ликвидируется. ОЛО модифицирует преамбулу каждого исходящего в дерево PON кадра 802.3, в частности в преамбулу добавляется специальный тег LLID. Этот тег извлекается соответствующим подуровнем на ОСБ, где происходит восстановление преамбулы. Узел ОСБ в нормальном режиме работы, то есть когда уже зарегистрирован, обрабатывает только те кадры, в преамбуле которых идентификатор LLID совпадает с собственным LLID. Остальные поля кадра E-PON совпадают с полями стандартного кадра Ethernet: DA (destination address) - поле 6 байт, указывает МАС-адрес станции назначения. Это может быть единственный физический адрес (unicast), групповой адрес (multicast) или широковещательный адрес (broadcast); SA (source address) - поле 6 байт, указывает МАС-адрес станции отправителя; L/T (length/type) - поле 2 байта, содержит информацию о длине или типе кадра; Поле данных, переменной длины; Pad (наполнитель) - поле используется для дополнения кадра до минимального размера; FCS (frame check sequence) - поле 4байта, контрольная последовательность кадра, в котором указывается контрольная сумма, вычисленная с использованием циклического избыточного кода. Внутри сети E-PON наряду с кадрами данных также передаются и служебные кадры (сообщения), рисунок 4.8в Все они имеют фиксированную длину 64 байта. Преамбула и адресные поля управляющего кадра и кадра данных E-PON аналогичны. Остальные поля управляющего кадра несут следующую информацию: L/T - поле 2байта, для управляющего кадра поле содержит значение 0x8809. Именно по этому полю узел E-PON отличает управляющий кадр от кадра данных; opcode (optional code) - поле 2байта, уточняет тип управляющего кадра. Существуют две категории управляющих кадров, отличающиеся значением этого поля: сообщения GATE, испускаемые ОЛО, и сообщения REPORT, испускаемые ОСБ; TS (time stamp) — поле 4байта, содержит временную метку отправителя; message - поле 40 байт, .собственно в этом поле содержится служебная информация, необходимая для работы протокола МРСР. 5. ТЕХНОЛОГИЯ G-PON 5.1. Общие характеристики технологии G-PON G-PON (Gigabit-capable Passive Optical Network) - это технология пассивных оптических сетей доступа, которая является модификацией технологии A-PON. Как и всем технологиям PON ей свойственно то, что при построении оптической сети доступа на основе этой технологии также используются только пассивные компоненты, которые рассматривались в предыдущих главах. Технология G-PON поддерживает вес существующие сервисы, что делает ее привлекательной для задач бизнеса и при решении проблемы «последней мили» у конечного пользователя. Она поддерживает такие услуги, как высокоскоростной Ethernet, цифровая телефония, передача высококачественных телевизионных каналов и т.д. Технология G-PON поддерживает 7 комбинаций скоростей для восходящего и нисходящего потоков: 155 Мбит/сир, 1.2 Гбит/с down; 622 Мбит/с up, 1.2 Гбит/с down; 1,2 Гбит/с up, 1.2 Гбит/с down; 155 Мбит/с up, 2.4 Гбит/с down; 622 Мбит/с up, 2.4 Гбит/с down; 1.2 Гбит/с up, 2.4 Гбит/с down; 2.4 1 'бит/с up, 2.4 Гбит/с down. Это позволяет эффективно использовать те скорости, которые заложены в данную технологию. Например, для задач бизнеса может использоваться технология FTTH или FTTB с высокой скоростью как на передаче, так и на приеме, если же на сети доступа планируется использование технологий xDSL, то в зависимости от конкретной ситуации резоннее использовать меньшие скорости. В настоящий момент, учитывая существующую технологическую базу, коэффициент разветвления составляет 1:64. Технологии G-PON поддерживает коэффициент разветвления 1:128, что потребует большего энергетического потенциала системы. С учетом развития оптических модулей можно полагать, что это соотношение будет достигнуто уже в ближайшем будущем. Максимально возможное расстояние между OLT и ONT/ONU составляет 20 км. Это ограничение связано со средой распространения оптического сигнала, а не логическим ограничением технологии G-PON. При расстоянии в 10 км между OLT и ONT/ONU технология гарантирует скорости от 1.25 Гбит/с и выше. Логическое ограничение дальности действия технологии G-PON составляет 60 км. С учетом нынешних реалий немаловажным становится и то, что технология G-PON располагает механизмами защиты, которые позволяют избежать возможность несанкционированного подключения к сети G-PON. Данные обратного потока шифруются, что позволяет избежать возможности быстрого получения информации злоумышленником. В технологии предусмотрены механизмы, защищающие сеть от возможного появления «двойников» ONU, то есть возможности маскировки одного ONU под другой и, как следствие, получения им чужой информации. Оптические сети доступа на основе технологии G-PON могут иметь различные способы резервирования. Приведем способы резервирования, применяемые на сети G-PON: 1. резервирование волокон, по которым осуществляется передача оптического сигнала, смотри рисунок 5.1; 2. использование второго блока OLT в качестве резервного, плюс использование резервного волокна в направлении от OLT к разветвителю, смотри рисунок 5.2; 3. полное дублирование блоков OLT и ONU на передающей и принимающей сторонах, смотри рисунок 5.3. Рисунок 5.1 Резервирование оптического волокна, соединяющего ОЛ с оптическим разветвителем Рисунок 5.2 Резервирование оптического волокна, соединяющего OLT с оптическим разветвителем и самого OLT Рисунок 5.3 Резервирование оптического волокна, соединяющего OLT с оптическим разветвителем, OLT и ONU Переключение на запасной вариант может быть осуществлено двумя способами: автоматическое переключение на запасной вариант; принудительное переключение на запасной вариант. В первом случае переключение происходит в случае резкого ухудшения характеристик оптического сигнала, потеря кадров, потеря самого сигнала. Второй вариант осуществляется с помощью администратора сети, который осуществляет контроль за характеристиками работы системы, и принимает решение о переходе на резервный вариант. 5.2. Иерархическая структура оптической сети Иерархическая структура оптической сети доступа рассматривалась в разделе 1. Оптическая распределенная сеть (ОРС) относится к волоконной распределительной сети, в состав которой входят пассивные оптические компоненты, например разветвители. Оптическая сеть доступа показана на рисунке 1.2 между точками "V" и "Т". В оптическом сетевом блоке (ОСБ) может быть реализована в устройстве сопряжения (УС), так называемая «функция адаптации» (AF), которая обеспечивает передачу сигнала по медным кабелям, с использованием одной из xDSL технологий. Управление оптической сетью доступа осуществляется как управление единым сетевым элементом посредством интерфейса Q3. Эталонную модель протоколов можно представить в виде следующих уровней: уровень физической среды передачи - ТС (Transmission Convergence), уровень маршрутизации. ТС уровень в свою очередь состоит из двух подуровней: подуровень передачи PON и подуровень адаптации (adaptation sublayer). Применительно к технологии G-PON, уровень физической среды передачи (PMD - Physical Media Dependent), ТС уровень называется GTC (G-PON Transmission Convergence), соответственно подуровни уровня GTC будут: GTC framing sub-layer - подуровень передачи кадров; ТС adaptation sub-layer - подуровень адаптации. 5.3. PMD уровень технологии G-PON PMD уровень - это уровень архитектуры G-PON, осуществляющий взаимодействие высших уровней архитектуры G-PON со средой, по которой осуществляется передача оптического сигнала. Данный уровень устанавливает следующие требования к среде передачи для скоростей нисходящего и восходящего потоков: 1244.16 Мбит/с/155.52 Мбит/с; 1244.16 Мбит/с/622.08 Мбит/с; 1244.16 Мбит/с/1244.16 Мбит/с; 2488.32 Мбит/с/155.52 Мбит/с; 2488.32 Мбит/с/622.08 Мбит/с; 2488.32 Мбит/с/1244.16 Мбит/с; 2488.32 Мбит/с/2488.32 Мбит/с. Оптической средой передачи должен быть оптический кабель, в состав которого должно входить одномодовое оптическое волокно, удовлетворяющее требованиям Рекомендации МСЭ-Т G.652. PMD уровень выполняет условие, при котором восходящий и нисходящий потоки передаются по одной среде передачи. Передача нисходящего и восходящего потоков может осуществляться с помощью одного из двух способов. В первом случае может использоваться технология спектрального разделения каналов (WDM), когда передача нисходящего и восходящего потоков осуществляется по одному оптическому волокну, но на разных длинах волн. Второй способ предполагает использование 2х волоконной среды передачи, когда передача восходящего и нисходящего потоков осуществляется по отдельным волокнам. Для восходящего и нисходящего потоков регламентированы окна прозрачности, в которых осуществляется передача. Для нисходящего потока: в случае использования одного оптического волокна для передачи в прямом и обратном направлении устанавливается, что передача нисходящего потока осуществляется в 3-м окне прозрачности 1480-1500 им; в случае использования двух оптических волокон для передачи в прямом и обратном направлении устанавливается, что передача нисходящего потока осуществляется во 2-м окне прозрачности 1260-1360 нм. Для восходящего потока: в любом из вариантов: при использовании одного или двух волокон для передачи восходящего и нисходящего потоков передача восходящего потока осуществляется во 2-м окне прозрачности 1260-1360 нм. Код, поступающий в линию ( в оптическое волокно ) - NRZ. Для кодирования логической «1» используется уровень оптического излучения с высокой интенсивностью, для кодирования логического «0» используется оптическое излучение с меньшей интенсивностью. PMD уровень определяет два класса затуханий 10-25 dB: класс В; 15-30 dB: класс С. Два диапазона затуханий учитывают наихудшие показатели по затуханию во время эксплуатации сети. Они включают в себя потери на разветвителях, в разъемных соединителях, аттенюаторах и других оптических компонентах. Эти классы учитывают ситуации, когда может потребоваться установка новых разветвителей, возможность увеличения затухания в оптических соединителях из-за процессов старения и деградации материалов, и другие ситуации. 5.4. GTC уровень технологии G-ON В этой главе будет рассмотрен ТС (Transmission Convergence) уровень технологии G-PON. На рисунке 5.4 показан стек протоколов ТС (Transmission Convergence) уровня технологии G-PON - GTC стек. Рисунок 5.4 Стек протоколов GTC уровня GTC уровень состоит из двух подуровней: GTC подуровень кадров (GTC framing sublayer) и подуровень адаптации (GTC adaptation sublayer). Подуровень кадров выполняет следующие функции: * Мультиплексирование и демультиплексирование: Физический уровень системы контроля и управления (PLOAM -Physical Layr Operations, Adminisration and Maintenance), ATM ячейки и другие инкапсулированные цифровые форматы (GEM- G-PON Encapsulation Mode) собираются в один кадр нисходящего потока. Информация о том, где начинается и заканчивается PLOAM, ATM и GEM в нисходящем кадре, содержится в заголовке кадра. Эти же части выделяются из восходящего потока в соответствии с информацией, полученной из заголовка кадра. * Создание и декодирование заголовка: Подуровень кадров осуществляет создание заголовка кадра нисходящего потока и декодирует заголовок восходящего потока. * Функция внутренней маршрутизации на основе данных в поле кадра Alioc-ID (см. рис. 5.7): Подуровень кадров осуществляет маршрутизацию данных поступающей из/в ATM или GEM адаптеров на основании данных, полученных из Alioc-ID. На подуровне адаптации (GTC adaptation sub-layer) имеется три ТС адаптера: ATM ТС адаптер, GEM ТС адаптер и OMCI адаптер. Функция ATM и GEM ТС адаптеров заключается в выделении PDU (Protoco! Data Unit) элемента информации протокола ATM и GEM из каждого сегмента подуровня кадров и наоборот, в обозначении этих элементов в каждом сегменте. ATM ТС адаптер, GEM ТС адаптер и ОМС1 адаптер предоставляют следующие интерфейсы для объектов высших уровней: * АТМ интерфейс: Подуровень кадров и связанный с ним ATM ТС адаптер организуют стандартный ATM интерфейс. * GEM интерфейс: GEM ТС адаптер может быть сконфигурирован таким образом, чтобы преобразовать кадры этого уровня в набор кадров транспортных интерфейсов. ATM ТС и GEM ТС адаптеры имеют возможность обрабатывать информацию канала OMCI, основываясь на VPI/VCI данных в случае протокола ATM и Port-ID в случае протокола GEM. OMCI адаптер в свою очередь может обмениваться OMCI канальной информацией с GEM ТС и ЛТМ ТС адаптерами. OMCI адаптер принимает информацию от ATM ТС и GEM ТС адаптеров и передает ее объекту ОМС1. Другая же функция OMCI адаптера состоит в том, чтобы принять информацию от OMCI объекта и передать ее вниз на ATM ТС или GEM ТС адаптер. С другой стороны, GTC уровень можно представить, состоящим из С/М плоскости, которая отвечает за управление потоками информации, за безопасность, и несет административные функции, и плоскость U, в задачах которой стоит транспортировка пользовательского трафика. Как показано на рисунке 5.4, на GTC подуровне кадров могут быть однозначно определены ATM сегмент, GEM сегмент, Embedded OAM and PLOAM сегменты по их положению в структуре GTC кадра. Особенностью Embedded OAM сегмента является то, что этот сегмент внедряется непосредственно в заголовок GTC кадра. На рисунке 5.4 видно, что блок PLOAM обрабатывает PLOAM информацию, содержащуюся в кадре подуровня кадров. Как видно из рисунка, блок PLOAM выступает в роли клиента по отношению к подуровню кадров. На адаптивном подуровне происходит преобразование SOU (Service Data Unit) элемента сервисной информации ATM или GGM. протокола в/из PDU (Protocol Data Unit) информационный элемент протокола ATM или GEM. Кроме того, PDU (Protocol Data Unit) элемент включает в себя информацию OMCI канала. В «плоскостной модели» GTC уровня встроенный канал управления и контроля (Embedded OAM), PLOAM and OMCI относят к С/М плоскости (см. рис. 5.5). В «плоскостной модели» GTC уровня SDU (Service Data Unit) элементы за исключением OMCI относятся к U плоскости (см. рис. 5.6). Особенностью системы GTC (G-PON Transmission Convergence) является то, что она работает в одном из 2х режимов, при котором задействован либо протокол ATM, либо GEM. Выбор поддерживаемого протокола осуществляется в процессе инсталляции системы. Оптические сетевые блоки (ONU) информируют о своем базовом протоколе посредством сообщения своего серийного номера. Если оптическое линейное окончание (OLT) поддерживает, по крайней мере одним из протоколов (режимов работы), то OLT пытается организовать канал ОМС1, результатом чего является обнаружение оборудования ONU. Если выявляется несовместимость, то ONU объявляется несовместимой с существующей системой. Стек протоколов для С/М-плоскости Плоскость контроля и управления в системе GTC состоит из трех частей: Embedded OAM, PLOAM и OMCI. Через Embedded OAM и PLOAM каналы осуществляется управление уровнями PMD и GTC. В свою очередь через канал OMCI организуется универсальная система управления с более высокими уровнями (уровнями услуг). В заголовке GTC кадра посредством поля-форматной информации организуется встроенный канал управления и контроля. Этот канал предоставляет самый короткий путь с точки зрения задержки по времени для критичной ко времени информации, так как эта информация содержится в четко отведенных полях заголовка кадра GTC. Этот канал реализует следующие функции: выделение полосы частот, изменение ключей, DBA сигнализация и некоторые другие функции. Канал PLOAM организуется посредством системы форматных сообщений, передающихся в структуре кадра GTC в специально отведенном для этого месте. Этот канал используется для передачи всей дополнительной информации управления PMD и GTC уровнями, которая не вошла в состав встроенного канала управления и контроля. OMCI канал используется для управления «уровнями услуг», расположенными выше уровня GTC. В то же время G'I'C уровень с помощью механизмов ATM и GEM предоставляет транспорт для канала, OMCI. Функцией GTC уровня в данном случае является предоставление средств для организации этих дополнительных каналов. Функциональная схема С/М плоскости показана на рисунке 5.5. Стек протоколов для U- плоскости Трафик, входящий в U-плоскость, определяется типом протокола, который используется для транспортировки трафика (ATM или GEM), a также его VPI или Port-ID, в зависимости от типа используемого протокола. На рисунке 5.6 проиллюстрировано, как происходит определение типа протокола, а также Port-ID/VPI. Рисунок 5.5 Функциональная схема C/M плоскости Тип трафика однозначно определяется сегментом GTC кадра, в котором он передается, если речь идет о нисходящем потоке, и по Allocation ID (Alloc-ID), если речь идет о восходящем потоке. В случае, если поток представляет собой GEM трафик, идентификация потоков происходит но 12-битному Port-ID, а в случае, если поток представляет собой ATM трафик, для этих же целей используется VPI. Кроме того, здесь мы знакомимся с концепцией T-CONT. T-CONT представляет собой для транспортных потоков некий фрагмент кадра, следующий за полем Alloc-ID, (см. рис. 5.7). Каждый TCONT осуществляет контроль за занимаемой полосой частот BW и качеством обслуживания (QoS) с помощью положения BW посредством контроля переменного значения числа временных интервалов. Надо отметить, внутри одного T-CONT не может содержаться информация о положении внутри кадра одновременно ATM и GEM трафика, так же как и разные виды трафика (ATM и GEM) не могут иметь одинаковые Alloc-ID. Рисунок 5.6 Стык протоколов U-плоскости и механизм определения типа трафика и PortID/VPI Рассмотрим более подробно механизмы работы ATM и GEM на уровне GTC: ATM в GTC: в нисходящем потоке ячейки, переносящиеся внутри ATM сегмента, достигают всех ONU. Подуровень кадров на стороне ONU выделяет из общего потока ATM ячейки, a ATM адаптер играет роль фильтра. И только ячейки с подходящими VPI проходят дальше от ATM адаптера к ATM клиенту; в восходящем потоке ATM трафик переносит в себе один или несколько T-CONT. Каждый T-CONT связан либо с ATM, либо с GEM трафиком. OLT получает пакеты, связанные с конкретным T-CONT, который характеризуется Alloc-ID, далее информация поступает в ATM адаптер, а после в ATM клиент. GEM в GTC: в нисходящем потоке GEM кадры переносятся внутри GEM сегмента и достигают всех ONU. Подуровень кадров на стороне ONU выделяет кадры. GEM адаптер играет роль фильтра. Только ячейки с подходящими 12-битными PORT-ID проходят дальше от GEM адаптера к GEM клиенту. в восходящем потоке GEM трафик переносит в себе один или несколько T-CONT. Каждый T-CONT связан либо с ATM, либо с GEM трафиком. OLT получает пакеты, связанные с конкретным T-CONT, который характеризуется А11ос-Ш, далее информация поступает в GEM адаптер, а после в GEM клиент. GTC уровень предоставляет восходящему потоку средства, которые обеспечивают контроль за доступом к среде. Базовая концепция говорит о том, что потоки нисходящих кадров, синхронизированные с потоками восходящих кадров, несут в себе информацию о местах в кадрах восходящего потока, в которых может передаваться трафик. Иллюстрация этой концепции приведена на рисунке 5.7. Рисунок 5.7 Концепция доступа к среде передачи данных схема С/М плоскости OLT в блоке физического контроля нисходящего потока PCBd (Physical Control Block downstream) отправляет указатели. Эти указатели определяют интервалы, в течение которых для каждого ONU устанавливается время, когда должна начинаться и заканчиваться передаваемая от него информация. Следуя этому принципу, только один GNU может осуществлять доступ к среде передачи в строго отведенное ему время. Указатели представляют из себя последовательность байтов, и позволяют OLT осуществлять эффективный контроль за средой передачи на скорости 64 кбит/с. На рисунке 5.7 показано, что каждый ONU имеет один единственный T-CONT, в каждом TCONT содержится информация о том, когда и на сколько каждый ONU имеет доступ к среде передачи. Структура кадра GTC ТС На рисунке 5.8 показана структура GTC ТС кадра для нисходящего и восходящего потоков. Кадр нисходящего потока состоит из блока физического контроля нисходящего потока (PCBd), ATM блока и GEM блока. Кадр восходящего потока состоит из многочисленных пакетов передачи. Каждый пакет кадра восходящего потока содержит по крайней мере PLOu (Physical Layer Overhead upstream) служебную информацию физического уровня. Кроме полезной информации, кадр восходящего потока может содержать PLOAMu, PLSu, и DBRu секции. Кадр нисходящего потока несет сигнальную информацию для восходящего потока и содержит в себе основные временные соотношения для PON. Рисунок 5.8 Структура GTC ТС кадра Рассмотрим более подробно структуру кадра нисходящего потока. Она представлена на рисунке 5.9. ....... N*53 bytes Рисунок 5.9 Структура кадра нисходящего потока Как видно, длительность кадра нисходящего потока составляет 125 мкс. Для нисходящего потока длительность в 125 мке используется как при скорости передачи 1.24416 Гбит/с, так и при 2.48832 Гбит/с. Для скорости 1.24416 Гбит/с объем кадра составляет 19440 байт, а для 2.48832 Гбит/с 38880 байт. Длина блока физического контроля нисходящего потока PCBd для обоих скоростей остается одинаковой. На рисунке 5.10 показана структура блока физического контроля (PCBd) нисходящего потока. Этот блок состоящит из несколько полей, каждый из которых будет рассмотрен ниже. Информация, отправляемая OLT, (содержащаяся в блоке PCBd) достигает каждого оптического сетевого блока (ONU). Поведение оптических сетевых блоков ONU, получивших PCBd блок, основывается на информации, содержащейся в этом блоке. Coverage of this BIP Coverage of next B1P Рисунок 5.10 Структура блока физического контроля (PCBd) Поле физической синхронизации Psync (Physical synchronization) имеет длину 32 бита и используется ONU для определения начала кадра. Кодовая последовательность этого поля – 0хВ56АВ31Е0. Поле Ident имеет размер 4 байта и служит для обозначения следующей за ней структуры. Кроме этого поле Ident выполняет функцию счетчика сверхциклов, используется для системы шифрования, а также служит для низкочастотной синхронизации служебных сигналов. Поле PLOAM имеет длину 13 байт и служит для транспортировки PLOAM сообщения. Поле BIP имеет длину 8 битов, и используется для проверки четности на приемной стороне. Поле Plend содержит информацию о длине ATM сегмента и информацию о длине карты пропускной способности. Для повышения надежности это поле дублируется. Поле BWmap представляет собой скалярный массив длинной 8 байт. Каждый элемент этого массива представляет собой единичную полосу пропускания выделенную для одного T-CONT. Информация, о количестве элементов массива хранится в поле Plend ATM сегмент нисходящего кадра содержит n-ое число 53 байтных ATM ячеек. Длина этого раздела задается в Plend/Alen поле и является всегда целочисленным числом. На приемной стороне нисходящий поток обрабатывается ATM фильтром. ATM фильтр обрабатывает VPI информацию, которая содержится в каждой ячейке. Ячейки предназначенные для данного ONU пропускаются и передаются далее ATM клиенту. GEM сегмент содержит переменное число GEM фрагментов. Его размер получается как разность общей длины кадра минус сумма PCBd and ATM сегментов. Нисходящий поток обрабатывается GEM фильтром на приемной стороне на основе 12-битовой информации Port-ID, содержащейся в каждой ячейке. Ячейки, предназначенные для данного ONU пропускаются и обрабатываются GEM клиентом. Рассмотрим более подробно структуру кадра восходящего потока. Ома представлена на рисунке 5.11. Рисунок 5.11 Структура кадра восходящего потока Длина кадра восходящего потока соответствует длине кадра нисходящего потока соответствующей скорости. Каждый кадр содержит некоторое число посылок от одного или нескольких ONU. BWmap устанавливает расположение этих посылок. В течение строго отведенного периода времени, контролируемого OLT, ONU может передавать один из четырех видов служебной информации и полезной нагрузки: 1. служебная информация физического уровня (PLOu); 2. операции над физическим уровнем, административная, управленческая информация (PLOAMu); 3. разноуровневая последовательность восходящего потока (PLSu); 4. отчет о динамичной полосе пропускания восходящего потока (DBRu). С помощью флагов в поле BWmap OLT устанавливает, будет ли отправляться PLOAMu, PLSu, или DBRu информация каждому из получателей. При выборе частоты отправки этих запросов модуль управления OLT принимает в расчет полосу частот и величину чадержек в этих дополнительных информационных каналах. Более детально структура восходящего кадра показана на рисунке 5.12. Рисунок 5.12 Детальная структура GTC кадра восходящего потока Поле PLOu несет в себе служебную информацию физического уровня и содержит три информационных подполя. PLOu информация содержится в начале любого пакета, отправляемого с ONU. Поле В1Р имеет длину 8 битов, и используется для проверки четности на приемной стороне. Поле ONU-ID field имеет длину 8 битов и содержит информацию об уникальном идентификаторе ONU. Идентификатор присваивается в процессе «ранжирования». Перед тем, как ONU получит свой уникальный номер, ONU имеет значение поля, равное 255. В поле Ind содержится информация реального времени о статусе работы системы, предназначенная OLT, PLOAM поле для восходящего потока (PLOAMu) имеет длину 13 байтов, и содержит PLOAM сообщение. Поле PLSu имеет длину 120 байтов и служит для отслеживания ONU изменения уровня мощности. Эта функция позволяет ONU регулировать динамический диапазон путем изменения уровня мощности. Этот механизм используется для начального установления уровня излучаемой мощности, а также во время изменения мощности передатчика ONU. DBRu поле восходящего потока (Dynamic Bandwidth Report upstream) содержит информацию, которая связана с информацией Т-CONT. DBA поле содержит статус информации T-CONT. Для этих целей отводится поле длинной 8-, 16-, или 32-бита. Поле CRC используется для выявления ошибок. В нем используется механизм защиты CRC-8. Сегмент полезной нагрузки (Upstream payload section ) является последним полем в структуре GTC кадра восходящего потока. Он используется для передачи ATM ячеек, GEM ячеек или DBA отчетов. В случае, если «payload section» используется для переноса ATM ячеек, то восходящий кадр будет иметь вид, как показано на рисунке 5.13. Рисунок 5.13 GTC кадр восходящего потока, полезная нагрузка – ATM ячейки В данном случае восходящий поток содержит ATM ячейки, длина каждой из них составляет 53 байта. Длина этой секции есть разность общей длины всего кадра и части, содержащей служебную информацию.ОЬТ может попытаться задать в «payload» сегменте целое число ATM ячеек, каждое из которых будет длинной 53 байта. Если же число ATM ячеек не будет целочисленным, то остается целое число ячеек, а дробная часть отбрасывается и заполняется «нулями». В случае, если «payload section» используется для переноса GEM ячеек, то восходящий кадр будет иметь вид, как показано на рисунке 5.14. В данном случае восходящий поток содержит некоторое число GEM ячеек. Длина этой секции есть разность общей длины всего кадра и части, содержащей служебную информацию. OLT должен поддерживать различные схемы организации GEM ячеек. Рисунок 5.14 GTC кадр восходящего потока, полезная нагрузка - GEM ячейки В случае, если «payload section» используется для переноса DBA блока, то восходящий кадр будет иметь вид, как показано на рисунке 5.15. Рисунок 5.15 GTC кадр восходящего потока, полезная нагрузка - DBA блок DBA блок содержит информацию от ONU о занимаемой им динамической полосе пропускания. Первые биты DBA отчета располагаются в самом начале «payload» блока. Каждый другой отчет начинается в конце предыдущего. Если в «payload» блоке не помещается последний отчет, то он либо обрезается, либо все это место заполняется «нулями». 5.5. Вопросы защиты информации в сетях G-PON Основной особенностью всех PON сетей является то, что нисходящий поток достигает все оптические сетевые блоки (ONU), подключенные к сети. Злоумышленник после некоторых манипуляций с перепрограммированием ONU может добиться того, что будет получать информацию, адресованную другим пользователям. Система безопасности PON сетей как раз должна уметь противостоять такого рода угрозам, как «прослушивание». Конечно, существуют и другие специфические виды угроз, но они не будут рассматриваться в этой главе, так как требуют больших затрат и, следовательно, мало применимы. Другая особенность сети PON состоит в том, что пользователь одного ONU никаким образом не может получить передаваемую информацию пользователем другого ONU. Это обстоятельство позволяет передавать в восходящем потоке шифро-ключи и другую важную информацию без необходимости предварительного шифрования этих данных. Основной алгоритм шифрования, использующийся в технологии G-PON - это расширенный стандарт криптозащиты (AES - Advanced Encryption Standard). Этот алгоритм шифрования относится к виду так называемых блочных кодов, который обрабатывает блоки данных длинной 16 байт. Данный алгоритм поддерживает длину шифр-ключа в 128, 192 и 256 битов. Стандарт AES поддерживает несколько режимов шифрования данных, однако в технологии G-PON используется только один из них. Он получил название «шифрование со счётчиком» Counter Mode (CTR). Шифратор создает поток, состоящий из 16 байтных псевдослучайных шифроблоков. По заданному алгоритму шифроблоки взаимодействуют с входной нешифрованной информацией в результате чего на выходе получается зашифрованная информационная последовательность. Па приемной стороне происходит обратная операция, в которой участвуют те же самые шифроблоки и зашифрованная информационная последовательность. В результате получается исходная нешифрованная информационная последовательность. В технологии G-PON стандартным ключом является ключ длиной 128 битов, хотя могут поддерживаться и ключи большей длины. В технологии «шифрование со счётчиком» Counter mode (CTR) используется синхронный крипто-счетчик, который является общим как для оптического линейного окончания (OLT), так и для оптического сетевого блока (ONU). Крипто-счетчик имеет длину 46 битов и состоит из 2х частей. Старшие 30 бит представляют собой межкадровый счетчик (inter-frame counter), а младшие 16 бит внутрикадровый счетчик (intra-frame counter). Внутрикадровый счетчик обнуляется в начале нисходящего кадра и увеличивается после каждых четырех байт. Например, при скорости 1.244 Гбит/с счетчик будет принимать значения от 0 до 4859. Межкадровый счетчик аналогичен счетчику сверхциклов, который располагается в поле Ident PCBd блока. Оптический сетевой блок (ONU) осуществляет синхронизацию локального счетчика и, следовательно, имеет возможность исправлять ошибки, возникающие в этом поле. Начала блоков, содержащих псевдослучайную шифропоследовательньсть, выравниваются по положению с началом блока полезной нагрузки. В случае, если в блоке полезной нагрузки располагается ATM трафик, в результате выполнения операции «исключающее или» (XOR) зашифрованными оказывается 48 байт исходной полезной информации. Как известно, ATM ячейка имеет длину 53 байта, а 48 байт, о которых речь шла выше, соответствуют 3-м целым блокам шифропоследовательности. В результате операции «исключающего или» мы и получаем, что 48 байт информации становятся зашифрованной. В случае, если полезная нагрузка представлена в виде GEM фрагментов, шифруется вся информация блока полезной нагрузки за исключением заголовка Port-ID. Так как количество СЕМ фрагментов не соответствует целому числу блоков с шифропоследовательностью, то оставшаяся часть кодируется с помощью старших битов последнего блока с шифропоследовательностью, оставшаяся часть шифроблока отбрасывается. Надо отметить также, что крипто счетчик выравнивается с блоком GTC нисходящего потока, тогда как блоки с шифропоследовательностью выравниваются с блоком, переносящим информацию от пользователя. Это иллюстрирует рисунок 5.16. Когда датаграмма отправляется OLT или принимается ONU, то в ней содержится информация о первом байте заголовка. В первом байте заголовка находится значение криптосчетчика. Для конкретной датаграммы это значение используется в качестве начального значения счетчика шифроблоков. Для последующих шифроблоков в той же датаграмме счетчик увеличивается на 1 для каждого последующего. Такая организация счетчиков приводит к тому, что значение счетчика никогда не повторяется два раза. 46-ти битное значение блока криптосчетчика управляет 128 битами AES последовательности по следующему алгоритму. 46 бит повторяются 3 раза, в итоге получается 138 битная последовательность, 10 первых бит которой отбрасываются. Полученные 128 бит информации подвергаются обработке AES алгоритма, в результате чего получается случайная шифропоследо-вательность, которая потом взаимодействует с блоками данных. Рисунок 5.16 Взаимосвязь между последовательностью криптосчетчика и шифроблока Рассмотрим вопрос обмена ключами в сети G-PON. Будем считать, что у нас имеется OLT и ONU, которые при взаимодействии используют либо Port-TD, либо VPI и готовы для обмена ключами. Как ONU, так и OLT используют специальные регистры, в которых содержится информация о ключах. Процесс обмена ключами инициируется OLT. Со стороны OLT отправляется сообщение <запрос ключа> <key request_message> внутри канала PLOAM. Действие ONU на этот запрос заключается в создании, сохранении и отправки ключа OLT. GNU сохраняет у себя ключ в так называемом <теневом регистре> <shadow_key_register>. Поскольку длина PLOAM сообщения ограничена по длине, то ключ отправляется в 2х PLOAM сообщениях. Для увеличения надежности обе части шифроключа отправляются 3 раза. Все ключи или части этих ключей имеют параметр Key Index, таким образом на приемной стороне OLT имеет однозначную информацию какой ключ или какая часть ключа к нему пришла. Данный параметр - Keyjndex увеличивается для каждого следующего ключа, создаваемого ONU в ответ на запрос со стороны OLT. Если OLT не удается принять какую-либо часть ключа во всех трех посылках, то OLT создает новое сообщение <key_request_message>, отправляемое на ONIJ. Если OLT в течении последующих трех раз так и не сможет получить шифроключ, то создается сообщение о потери синхронизации при передаче ключей. Как только OLT удается получить шифроключ, он сразу же сохраняет его в своем <теневом регистре> <shadow keyregister>. После этого система готова к переключению ключами. OLT выбирает номер кадра, который в будущем будет обрабатываться новым ключем. Эта информация передается ONU в сообщении Key_switching_time. Это сообщение также передается на ONU три раза, последнему ее нужно только правильно получить, чтобы вовремя сменить ключ. В начале выбранного кадра OLT и ONU копируют содержимое <теневых регистров> в <активные регистры> active_key_register. В этом случае ONU и OLT начинают использовать новые ключи. 5.6. Система управления и контроля объектами сети G-PON Для контроля и управления и для того, чтобы обеспечивалась совместимость оборудования для сетей G-PQN различных производителей, был разработан OMCI интерфейс (ONT Management and Control Interface). На рисунке 5.17 показана эталонная модель оптической сети доступа, которая аналогична схеме на рисунке 3.1. Пунктирной линией показан маршрут прохождения сигналов управления и взаимодействия между оптическим сетевым блоком ONT и оптическим линейным окончанием OLT. С помощью интерфейса контроля и управления (OMCI) оптическое линейное окончание OLT осуществляет контроль над оптическим сетевым окончанием ONT. OLT могут быть произведены следующие действия: 1. установление, разрыв соединения с О NT; 2. управление пользовательскими сетевыми интерфейсами (UNI) на стороне ONT; 3. получение информации о конфигурации ONT и информацию о производительности работы; 4. Информирование оператора об ошибках в соединениях. В качестве транспорта протокол OMCI использует либо GEM, либо ATM трафик и обмен OMCI трафиком происходит между контроллерами на стороне OLT и ONT. Особенностью OMCI протокола является то, что он ассиметричный. Контроллер на стороне OLT является ведущим, а контроллер на стороне ONT является ведомым. Рисунок 5.17 Эталонная модель оптической сети доступа OMCI контроллер на стороне OLT позволяет осуществлять контроль за многими ONT. В соответствии с общими принципами управления, изложенными в разделах 1 и 3 система управления и контроля G-PON охватывает ниже следующие функциональные области: область управления конфигурацией; область управления устранением неисправностей; область управления качеством передачи; область управления расчетами; область управления защитой информации. Область управления конфигурацией включает в себя такие обязанности, как конфигурирование оборудования, конфигурирование сетевых пользовательских интерфейсов (UNI), организация каналов, выбор скорости передачи и некоторые дополнительные функции. Область управления ошибками позволяет контролировать ошибки, возникающие при передаче информации в различных узлах сети в восходящем и нисходящем потоках, информировать оператора о статусе ошибок и т.д., с помощью специальных алгоритмов выявить место возникновения ошибок и др. Область управления качеством передачи включает в себя постоянный мониторинг работы системы, проведение автоматических проверок. Отслеживается качество электропитания, временные задержки, количество ошибок в сети, отслеживается состояние среды передачи оптического сигнала. Область управления безопасностью отвечает за сохранение целостности и защищенности информации. Здесь осуществляется шифрование данных, обмен ключами и некоторые другие функции. 5.7. Проблема сетей PON Одним из, пожалуй, наиболее серьезных недостатков PON является незащищенность обратного канала от неисправности оборудования или действий злоумышленников. На канальном уровне проблемы практически решены, необходимые защиты обеспечиваются современными алгоритмами шифрования данных. На физическом — неисправность лазера обратного канала или контроллера этого лазера может вывести из строя всю систему. В принципе, такие случаи предусмотрены и отслеживаются системами управления, а включившийся по странному стечению обстоятельств на непрерывную передачу лазер может быть отключен обыкновенным «сторожевым псом» — watchdog'oм, присматривающим за тем, чтобы лазер не превышал отведенных ему временных интервалов. Куда серьезнее могут быть последствия действий злоумышленников: для нарушения (или даже прекращения) работы всего сегмента PON-сети достаточно засветить лазером в любое из абонентских окончаний или даже просто подключить к нему любое активное сетевое устройство. По сути, это является недостатком всех сетей множественного доступа, использующих общий канал передачи данных. Правда, в случае PON задача диагностики и поиска злоумышленника существенно усложняется, в особенности, если проектом не предусмотрены контрольные точки для быстрой диагностики состояния сети. С другой стороны, такие контрольные точки могут в значительной мере свести на нет основные преимущества PON. Ведь оптические разветвители могут быть размещены в герметически защищенных муфтах, а любой разъем вносит дополнительные потери в и без того ограниченный бюджет потерь (как правило, составляющий около 25-26 дБ). Однако для технологий широкополосного доступа (например, в случае применения GPON) большая пропускная способность абонентских окончаний позволяет использовать их для организации коллективных подключений и реализации двух вариантов волоконного доступа — Fiber To The Curb и Fiber To The Building. В первой — активное оборудование размещается в защищенных шкафах всепогодного исполнения, обслуживающих несколько зданий. Во второй — в помещениях внутри здания или шкафах, в значительной мере ограничивающих несанкционированный доступ к аппаратуре. Соответственно, абонент получает свои данные по традиционным двухточечным соединениям и вряд ли может быть заинтересован в нарушении работы своего подключения, тем более что такие случаи легко диагностируются традиционными методами. 5.8. Преимущества G-PON по сравнению с другими технологиями PON В настоящее время существуют четыре технологии PON, каждая из которых обладает своими достоинствами и недостатками. Перечислим технологии: A-PON, B-PON, F.-PON, G-PON. 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. 6. АТМОСФЕРНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ О применении атмосферных оптических линий передачи на сетях доступа Сегодня применение волоконно-оптических средств на сетях доступа не так интенсивно при всей перспективности, поскольку окупаемость значительных капитальных затрат на прокладку волоконно-оптических кабелей зависит от спроса на весь спектр реализуемых услуг (и, прежде всего, широкополосных). Именно поэтому сегодня наблюдается решение проблемы «последней мили» а основном средствами радиодоступа. Тем не менее при организации сетей доступа требуется все большая пропускная способность линий передачи, а в ряде конкретных случаев и появляются дополнительные требования к скрытности связи. Это привело к востребованию казалось бы давно забытых атмосферных оптических линий передачи (АОЛП). Перспективность применения АОЛП определяется прежде всего такими свойствами как: практически абсолютной помехозащищенностью и помехоустойчивостью от электромагнитных помех искусственного и естественного происхождения; высокой скоростью передачи (от единиц до сотен Мбит/с) и независимостью затухания от скорости передачи; высокой скрытностью передаваемой информации и самого факта информационного обмена и, как следствие, отсутствием практических возможностей несанкционированного доступа в канат связи; возможностью работы в агрессивных, зараженных, огнеопасных или взрывоопасных средах; возможностью установления связи в местах, где прокладка кабеля невозможна или запрещена. Перечисленные свойства, а также сравнительно небольшие массо-габаритные характеристики, энергопотребление, низкая стоимость и мобильность строительства делают АОЛП доступными практически для любой области систем связи и передачи информации. Отвечая этому новому предложению на рынке услуг связи, ряд производителей в нашей стране и за рубежом уже разработали или разрабатывают соответствующие технические средства, предназначенные прежде всего для применения на сетях доступа, а также для организации соединительных линий между базовыми станциями сотовой связи. Это потребовало в свою очередь и разработки соответствующих требований на эти средства при их внедрении на сетях связи России. В соответствии с этим нормативным документом отрасли аппаратура линейного тракта (АЛТ) АОЛП должна быть предназначена для применения на местных первичных сетях общего пользования, включая сети доступа, для передачи сообщений III класса, т.е. сообщений, передаваемых по коммутируемым сетям общего пользования (см. Основные положения развития взаимоувязанной сети связи Российской Федерации на перспективу до 2005 года, ЦНТИ «Информсвязь», М, 1996 г., книга 1, п. 3.7.17). При этом максимальная протяженность участка регенерации должна определяться для конкретных вариантов применения АЛТ в зависимости от условий распространения оптического сигнала в атмосфере выполнением требований по обеспечению коэффициента готовности не менее 0,92 на всю протяженность АОЛП, которая в общем случае может включать один или несколько участков регенерации. Требования к качеству передачи цифровых каналов и трактов по показателям ошибок должны соответствовать действующим на сети нормам в части MUC к абонентских линий (Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов магистральной и внутризоновых первичной сети, ООО «Резонанс», М., 1996 г.). Особенностью АОЛП является резкая зависимость качества ее функционирования от погодных условий при той же протяженности участка регенерации или резкая зависимость протяженности участка регенерации от погодных условий при том же качестве функционирования. 7. ПЕРСПЕКТИВЫ ОПТИКОВИЗАЦИИ СЕТЕЙ ДОСТУПА Перспективы оптиковизации сетей доступа В настоящее время на ГЮС рекомендуется использовать рабочий диапазон длин волн в области 1310 им в пределах 1260 - 1380 нм (второе окно прозрачности) и в области 1550 нм в пределах 1480 - 1580 нм (третье окно прозрачности). Однако, постоянное совершенствование ОВ вносит в перспективу оптиковизации сетей доступа коррективы. Во-первых, постоянное уменьшение цены стандартных одномодовых ОВ (за последние 5-7 лет с 50 до 15$ за км) заметно приближает эту перспективу. Например, в Японии планируется к концу 2005 года обеспечить за счет ввода ОВ в дома (ВвД) предоставление услуг населению в объеме 10 Мбит/с для 30 млн. домов и объеме 100 Мбит/с для 10 млн. домов. Во-вторых, появление новых ОВ типа «all wave» (например, SMF-28e фирмы Coming) существенно расширит рабочий диапазон длин волн в пределах от 1260 до 1625 нм, позволяя применять технологию неплотного спектрального разделения по длинам волн (CWDM) с реализацией на дешевых компонентах ВОСП. При этом резко увеличиваются возможности по пропускной способности ОСД и по другим, сетевым возможностям ВОСП-СР. Благодаря использованию CWDM существенно снижается стоимость услуг, предоставляемых ОСД своим клиентам. В последние два года наблюдается устойчивая тенденция интеграции технологий CWDM и плотного спектрального разделения (DWDM) в оптических сетях доступа. В результате такой интеграции появляется возможность в одном (или нескольких) оптическом канале CWDM размещать оптические каналы DWDM для увеличения пропускной способности выделенных участков ОСД. На аппаратурном уровне в оборудовании ОСД последнего поколения используются полупроводниковые оптические усилители, лазеры с вертикальным резонатором (VCSEL) и оптические коммутаторы на основе технологии микроэлектромеханики (MEM). Основное преимущество использования оптических полупроводниковых усилителей состоит в том, что они выполняются из тех же полупроводниковых структур, что и полупроводниковые лазеры и фотодиоды, т.е. имеют также малые размеры активного элемента (кристалла) и могут быть интегрированы на одной подложке с другими элементами. Стоимость такого усилителя в десятки раз ниже стоимости волоконнооптических усилителей. У лазера с вертикальным резонатором (VCSEL - vertical cavity surface emitting lasers), выходное излучение имеет круговое сечение, вследствие чего для согласования такого лазера с волокном не требуется применения какого-либо оптического согласующего устройства, благодаря чему значительно снижается стоимость лазера и передающего оптического модуля. Одной из важных технических проблем управления и оптимальной реконфигурации архитектуры ОСД является интеллектуализация выполнения этих операций. Для реализации решений этих проблем для ОСД с использованием технологий CWDM и DWDM разработаны многопротокольные волновые коммутаторы меток MPA.S и GMPA.S, а также оптические кросс-коммутаторы на базе технологий микроэлектромеханики MEM. Многоканальные ВОСП-СР в перспективе могут реализовываться и на современных многомодовых ОВ, если потребуется уплотнять большое число каналов с относительно невысокой скоростью передачи в каждом канале. В этом случае используется преимущество многомодовых ОВ по сравнению с одномодовыми, связанное с более высоким порогом возникновения влияния нелинейных оптических эффектов. Кроме того, в перспективе ожидается внедрение на ОСД пластиковых ОВ, имеющих еще пока достаточно большое затухание, но значительно меньшую стоимость, чем у ОВ на основе кварцевого стекла. Грубое спектральное разделение (Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM) характеризуется тем, что расстояние между соседними каналами равно 20 нм (в некоторых случаях 25 нм). Это в десятки раз больше, чем расстояние между каналами при плотном спектральном разделении (DWDM). В отличие от других типов технологий WDM технология CWDM использует существенно более широкую полосу частот, которая может включать несколько стандартных для оптических систем связи диапазонов частот («окон прозрачности»). В CWDM-системах могут одновременно работать до 18 каналов и использоваться как многомодовые, так и одномодовые волокна. По сравнению с DWDMсистемами в CWDM-системах длина волоконных линий и затраты на построение сети, как правило, в несколько раз меньше. В последнее время технология грубого спектрального разделения CWDM получает все большее распространение, особенно в сетях городского и регионального масштаб! Наиболее крупные провайдеры телекоммуникационных услуг в городах осуществляют модернизацию сети и в дополнение к давно используемым системам СЦИ/АТМ/ГР/FR начинают использовать системы CWDM. Именно системы CWDM могут решить проблемы нехватки пропускной способности при увеличении экономической эффективности использования сети и минимизации капитальных затрат на 'ее построение. Городские и региональные сети представляют собой CWDM-системы характеризуются общими для систем спектрального разделения преимуществами. К ним относятся возможность независимой передачи по одному волокну данных различного типа, скоростей и форматов, а также возможность дуплексной передачи информации по одному волокну. Если же сравнивать технологии CWDM и DWDM, то одними из важнейших являются преимущества устройств CWDM по габаритам и энергопотреблению. Серийный 8-канальный CWDM мультиплексор, рассчитанный для установки в стандартную 19" стойку, имеет размеры (ширина глубина высота) 482 мм 200 мм 44 мм, при этом в нем заключены все необходимые устройства электропитания и охлаждения. Серийный 32- канальный DWDM мультиплексор имеет габариты (ширина глубина высота) 482 мм 300 мм 400 мм, при этом могут потребоваться отдельные блоки электропитания и вентиляторов. Зачастую мультиплексоры DWDM представляют собой большие шкафы, требующие отдельного помещения с соответствующими условиями окружающей среды. CWDM-мультиплексор потребляет 3050 ВА, DWDM-мультиплексор - 300-500 В А. На рисунке 7.2 схематически представлены сравнительные размеры оборудования CWDM и DWDM. Рисунок 7.2 Сравнение габаритов устройств CWDM и DWDM Проблема уменьшения габаритов устройства становится особенно актуальной, когда для его установки арендуется помещение. Для монтажа мультиплексора CWDM потребуется только одно место минимального стандартного размера в стойке (конструкция европейского стандарта (ETSI)) в стойке, а для DWDM-мультиплексора целая стойка. При эксплуатации DWDM-оборудования необходимо обеспечить постоянную рабочую температуру окружающей W что приводит к весомым затратам на электроэнергию, ремонт и обслуживание кондиционеров. Для обеспечения гарантированного питания эксплуатируемого оборудования требуется установка источников бесперебойного электропитания, размеры и стоимость которых напрямую зависят от потребляемой устройствами электрической мощности. В таблице 7.2 приведены основные показатели эксплуатационных расходов, обусловленные различиями систем DWDM и CWDM по габаритам и электропотреблению. Обобщая преимущества технологии грубого спектрального разделения по сравнению с DWDM-технологией, можно выделить следующие: компактные размеры оборудования; низкая потребляемая электрическая мощность; возможность использования многомодовых волокон; уменьшение капитальных затрат при строительстве сети, за счет -применения в CWDM - оборудовании недорогих передатчиков, устройств разделения оптических каналов и схем мультиплексирования/демультиплексирования; 5. снижение эксплуатационных расходов за счет уменьшения затрат на электроэнергию для обеспечения бесперебойного питания и создания требуемых условий окружающей среды. 1. 2. 3. 4. Таблица 7.2 Основные показатели эксплуатационных расходов систем DWDM и CWDM CWDM DWDM Габариты (ширина х глубина х высота) 482мм х 200 мм х 44 мм 482 мм х 300 мм х 400 мм Электропитание, ВА 30 - 50 300 - 500 Затраты на кондиционирование Низкие Высокие Затраты на бесперебойное электроснабжение Низкие Высокие Затраты на аренду Низкие Высокие Главным недостатком является сравнительно небольшое допустимое расстояние между узлами. Использование оптических усилителей для увеличения дальности передачи приводит к удорожанию сети, тем более что перекрыть одним оптическим усилителем всю полосу CWDM-системы невозможно, а использование усилителей на отдельные диапазоны приведет к еще большим затратам. Относительно малое число каналов не является весомым недостатком, так как емкость возможных 16-18 оптических каналов, как правило, намного превышает современные потребности операторов связи в полосе пропускания, и такая ситуация сохранится в течение ближайших лет. В заключение рассмотрим перспективы дальнейшего развития технологии CWDM. Одним из основных требований операторов связи является повышение гибкости сети, получение возможности динамически изменять ее конфигурацию путем вставки/выделения оптических каналов на промежуточных узлах. Для этого необходимо создание оптических мультиплексоров ввода/вывода, причем желательно, чтобы все этапы коммутации осуществлялись на оптическом уровне без преобразования оптического сигнала в электрический и обратно. По сравнению с системами DWDM, в системах CWDM использование большого шага между несущими позволяет создавать сравнительно дешевые коммутационные элементы для оптических мультиплексоров ввода/вывода (OADM, optical add-drop multiplexer) и оптических кросскоммутаторов (OXC, optical cross connector). Наряду с увеличением гибкости сети важным показателем сети является способность к масштабированию, т.е. к увеличению емкости сети во время ее эксплуатации. В этом случае наилучшие возможности по наращиванию числа каналов, не прибегая к замене всего оборудования и переходу на другую схему мультиплексирования, обеспечивают гибридные системы. Теоретически в спектральной полосе, приходящейся на один канал CWDM, можно разместить до 15 каналов DWDM с расстоянием между несущими 0,8 нм, что позволяет увеличить емкость 8-канальной CWDM-системы до 120 каналов. Практически реализованы системы, позволяющие заполнять один CWDM-канал восемью каналами DWDM, увеличивая емкость 8-канальной системы до 64 каналов. На рисунке 7.3 проиллюстрирован принцип комбинирования CWDM- и DWDM-систем. Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод о большой перспективности применения систем с грубым спектральным уплотнением на сетях доступа. Технология CWDM способна предложить современные, надежные, а главное, дешевые решения пробмемы нехватки рабочей полосы пропускания при сохранении и даже увеличении гибкости и масштабируемости сетей доступа городского и регионального масштаба. Рисунок 7.3. Комбинирование оптических несущих CWDM и DWDM В настоящее время во всем мире наблюдается последовательная фогонизация волоконнооптических средств связи, охватывающая как транспортную сеть, так и сети доступа. Сущность фотонизации заключается в том, что на физическом уровне во всех звеньях цепи передачи исключается преобразование типа фотон-электрон и электрон-фотон. Это дает возможность на несколько порядков увеличить скорость передачи сигнала, значительно увеличить протяженность участка линии передачи между соседними промежуточными пунктами благодаря уменьшению шумов за счет тепловой компоненты, а также существенно повысить технико-экономические показатели оборудования и его надежность в результате исключения электронно-оптических преобразователей. Реализация преимуществ фотонизации приводит к изменению сетевых структур, в частности, принципов коммутации и маршрутизации сигналов. Для реализации транспортной системы, которая выполняет функции кросс - конвекции (кроссовых соединений, оперативного переключения) и мультиплексирования вводавывода, предлагается много технологий. Особый интерес представляет собой сеть, в которой применяется маршрутизация по длине волны, многократное использование длин воля, пакетное переключение с многократными пересылками сигнала. В этом случае оптический транспортный узел может состоять из оптического кросс-коннектора и оптического мультиплексора ввода/вывода. Каждая станция доступа преобразует сигналы, полученные от пользователей, в соответствующий оптический формат и передает эти сигналы на транспортный узел. На рисунке 7.4 показан возможный вариант построения фотонной сети. Сеть состоит из оптических транспортных узлов и узлов доступа, имеющих порты для связи пользователей с сетью. Оптический транспортный узел выполняет функции образования и распределения оптических трактов между произвольными узлами доступа. Транспортные узлы соединены оптическими линиями передачи с оптическими усилителями. Например, оптический тракт "точка-к-точке", такой как 1-6 или 4-7, и распределительный тракт, такой как 2-3-5-8, может быть реализован без оптоэлектронного преобразования. Конфигурация сети должна динамично изменяться, чтобы удовлетворять требованиям трафика. Повышенный интерес к фотонным сетям обусловлен следующими причинами. 1. Для предоставления постоянно расширяющегося спектра широкополосных услуг постоянно увеличивающемуся количеству пользователей и функциоЕшрования интерактивных служб мультимедиа необходимы сверхскоростные линии и системы передачи и сверхскоростное оборудование коммутации. Однако, это невозможно осуществить при электронных методах обработки сигнала даже при использовании таких прогрессивных методов передачи сигнала как СЦИ и ATM, т.к. быстродействие электронных коммутаторов, схем и компонентов подошло к своему пределу, составляющему десятки пикосекунд, что не позволяет обеспечить передачу требуемых информационных потоков с заданным качеством. 2. Появление оптических технологий, на базе которых могут развиваться системы оптической коммутации, оптические усилители, селективные оптические фильтры, пассивные оптические разветвители, оптическое временное мультиплексирование/демультиплексирование (OTDM), мультиплексирование по длине волны или спектральное разделение, пакетное переключение с многократными пересылками и т.д., позволяет постепенно перейти к полностью оптической обработке сигнала и создать оптические среды с колоссальной пропускной способностью. Таким образом, фотонные сети позволяют создать гибкие сети с ультравысокой пропускной способностью, имеющие возможность модульно расширяться до очень больших конфигураций, как в плане технических средств, гак и программного обеспечения. Кроме того, они очень высоконадежны и просты в отношении контроля, управления и технического обслуживания, т.к. часть пропускной способности этих сетей без всякого ущерба для передаваемого трафика может быть использована для системы контроля и управления. На рисунке 7.5 приведена в качестве примера схема элементарного соединения, не содержащего во всей цепи передачи ни одного оптоэлектронного преобразователя. ЛОМ - акусто оптический модулятор ОАД - оптикоакустический детектор ОП - оптический переключатель с управлением оптическим сигналом ОВ - оптическое волокно ОУ- оптический усилитель Рисунок 7.5 Следовательно, при разработке стратегии развития государственных и частных сетей доступа необходимо иметь ввиду стремительную фотонизацию всех элементов связи и исходить из соображений преемственности этапов внедрения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гроднев И.И., Мурадян А.Г., Шарафутдинов P.M. и др. «Волоконно-оптические системы передачи и кабели». Справочник, «Радио и связь», М., 1993. 2. Андреев В.А., Бурдин В.А., Попов В.В., Полыгаков А.И. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи. Учебник для ВУЗов - М., Радио и связь, 1995. 3. Алексеев Е.Б. Особенности внедрения ВОСП на ВСС РФ, «Вестник связи», 1995, № 2. 4. Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Макеев О.Н., Устинов С.А. Концепция развития современных высокоскоростных ВОСП, «Электросвязь», 1996, № 9. 5. Убайдуллаев P.P. «Волоконно-оптические сети». ЭКО-ТРЕНДЗ, М., 1998. 6. Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Устинов С.А. Концепция построения сетей доступа ВСС РФ на элементах фотонной технологии, «Электросвязь», ! 998, № 10. 7. Алексеев Е.Б. «Принципы построения и технической эксплуатации фотонных сетей связи». Учебное пособие, ИПК МТУ СИ, ЗАО «Информсвязьиздат», М. 2000. 8. Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Скляров O.K., Устинов С.А. Эволюция сети доступа на основе применения волоконно-оптических технологий, «Электросвязь», 2003, № 9. 9. Алексеев Е.Б., Заркевич Е.А., Скляров O.K., Павлов Н.М. Атмосферные оптические линии передачи на местной сети связи России и проблемы их внедрения, «Электросвязь», 2003, №9. 10. Алексеев Е.Б. «Основы проектирования и технической эксплуатации цифровых волоконно-оптических систем передачи». Учебное пособие, ИПК МТУСИ, ООО «Оргсервис-2000», М., 2004. 11. Алексеев Е.Б. «Транспортные сети СЦИ. Проектирование, техническая эксплуатация и управление». Учебное пособие, ИПК МТУСИ, ООО «Оргсервис2000», М., 2004. 12. Алексеев Е.Б., Скляров O.K., Устинов С.А. Оптические сети операторов связи DWDM и CWDM в России, «Технологии и средства связи», 2004, № 2. 13. Алексеев Е.Б., Скляров O.K., Устинов С.А. Спектральное уплотнение в оптических сетях связи, «ФОТОН-ЭКСПРЕСС», 2004, № 1. 14. Алексеев Е.Б., Скляров O.K., Устинов С.А. Спектральное уплотнение оптических каналов в современных ВОСП, «ФОТОН-ЭКСПРЕСС», 2004, № 1. 15. Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 1. Архитектура и стандарты, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2004, № 1. 16. Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 1. Архитектура и стандарты, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2004, № I. 17. Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 2. ETHERNET на первой миле, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2004, № 2. 18. Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 3. Проектирование оптимальных сетей, «LIGHTWAVE RUSSIAN EDITION», 2004, № 3. 19. Долотов Д.В. Оптические технологии в сетях доступа, «Технологии и средства связи», спецвыпуск «Системы абонентского доступа», 2004. 20. РД 45.047-99 Линии передачи волоконно-оптические па магистральной и внутризоновых первичных сетях ВСС России. Техническая эксплуатация. Руководящий технический материал. ' 21. ОСТ 45.178-2000 Системы передачи с оптическими усилителями и спектральным уплотнением. Стыки оптические. Классификация и основные параметры. 22. РД 45.036-99 Технические требования на аппаратуру атмосферного оптического цифрового линейного тракта плезиохронной цифровой иерархии. 23. Р 45.07-2001 Рекомендации по безопасной работе с источниками оптического излучения, используемыми в оптических системах передачи на всех участках Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации. 24. РД 45.186-2001 Аппаратура волоконно-оптических усилителей для применения на Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации. Технические требования. 25. РД 45.200-2001 Применение волоконно-оптических средств на сетях доступа. Руководящий технический материал. 26. РЛ 45 286-2002 Аппаратура волоконно-оптической системы передачи со спектральным разделением. Общие технические 27. Скляров O.K., Заркевич Е.А., Устинов С.А. Волоконно-оптические технологии как основа развития широкополосных сетей доступа, «Технологии и средства и связи», №3, 2003 28. Павлов Н.М. Параметры атмосферного кнала и надежность АОЛП, «Технологии и средства и связи», №2, 2003 29. Основные положения развития Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации на перспективу до 2005 года, кн.1, 2, М, 1996 г. 30. Правила технической эксплуатации первичной сети Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации», кн. 1,2,3. Введены в действие приказом Минсвязи России от 19.10.98 г., N 187. 31. РД 45.180-2001 Руководство по проведению планово-профилактических и аварийно-восстановительных работ на линейно-кабельных сооружениях связи волоконно-оптической линии передач. 32. ГОСТ 26599-85 Системы передачи волоконно-оптические. Термины и определения. 33. ОСТ 45.201-2003 Системы передачи волоконно-оптические. Усилители оптические. Термины и определения. 34. ОСТ 45.202-2003 Системы передачи волоконно-оптические со спектральным разделением. Основные компоненты. Термины и определения. 35. Стандарт МЭК 60875-1 Generic Specification for Fibre-optic Branching Devices (Основная спецификация для волоконно-оптических устройств разветвления) 36. Стандарт МЭК 60869-( Generic Specification for Fibre-optic Attenuators (Основная спецификация для волоконно-оптических аттенюаторов). 37. Стандарт МЭК 6)931-1 Fibre-optic Terminology (Терминология по волоконной оптике). 38. Стандарт МЭК 61202-1 Generic Specification for Fibre-optic solators (Основная спецификация для волоконно-оптических изоляторов). 39. Стандарт МЭК 60876-1 Generic Specification for Fibre-optic Switches (Основная спецификация для волоконно-оптических переключателей). 40. Стандарт МЭК 60874-1 Generic Specification for Fibre-optic Connectors (Основная спецификация для волоконно-оптических разъемных соединителей). 41. Стандарт МЭК 61073-1 Generic Specification for Splices for Optical Fibres and Cables (Основная спецификация для волоконно-оптических соединителей). 42. Рекомендация МСЭ-Т М.ЗОЮ Принципы организации сети управления электросвязью (TMN). 43. Рекомендация МСЭ-Т 1.112 Цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС). Общая структура. Словарь терминов по ЦСИС, 44. Рекомендация МСЭ-Т 1.ПЗ Словарь терминов по широкополосным аспектам ЦСИС. 45. Рекомендация МСЭ-Т f.321 Эталонная модель протоколов Ш-ЦСИС и ее применение. 46. Рекомендация МСЭ-Т 1.361 Спецификация уровня ATM BISDN 47. Рекомендация МСЭ-Т 1.363 Спецификация уровня адаптации ATM В B-ISDN. 48. Рекомендация МСЭ-Т 1.371 Управление трафиком и перегрузкой В B-ISDN. 49. Рекомендация МСЭ-Т G.651 Характеристики многомодовых фадиентных волоконно-оптических кабелей 50/125 мкм. 50. Рекомендация МСЭ-Т G.652 Характеристики одномодового волоконнооптического кабеля. 51. Рекомендация МСЭ-Т G.653 Характеристики одномодового волоконнооптического кабеля со сдвигом дисперсии. 52. Рекомендация МСЭ-Т G.654 Характеристики одномодового волоконнооптического кабеля с затуханием, минимизированным на волне 1550 мкм. 53. Рекомендация МСЭ-Т G.655 Характеристики одномодового волоконнооптического кабеля с ненулевой дисперсией. 54. Рекомендация МСЭ-Т G.661 Определение и методы испытаний основных параметров волоконно-оптических усилителей. 55. Рекомендация МСЭ-Т G.662 Основные характеристики приборов и подсистем на базе оптических волоконных усилителей. 56. Рекомендация МСЭ-Т G.663 Аспекты применения приборов и подсистем на базе оптических волоконных усилителей. 57. Рекомендация МСЭ-Т G.671 Характеристики передачи оптических компонентов. 58. Рекомендация МСЭ-Т G.681 Функциональные характеристики внутристанционных и линейных систем большой протяженности, использующих оптические усилители, включая оптическое мультиплексирование. 59. Рекомендация МСЭ-Т G.691 Оптические стыки для одноканальных систем с оптическими усилителями. 60. Рекомендация МСЭ-Т G.692 Оптические стыки для многоканальных систем с оптическими усилителями. 61. Рекомендация МСЭ-Т G.784 Управление синхронной цифровой иерархией. 0птичеСкая сеть доступа для узкополосной ЦСИС. 62. Рекомендация МСЭ-Т G.983.1 Широкополосные оптические сети доступа на базе пассивных оптических сетей. 63. Рекомендация МСЭ-Т G.983.2 Спецификация стыка управления и контроля оптического сетевого окончания для пассивной оптической сети B-PON. 64. Рекомендация МСЭ-Т G.983.3 A broadband optical access system with increased service capability by wavelength allocation!. 65. Рекомендация МСЭ-Т G.983.4 A broadband optica] access system with increased service capability using dynamic bandwidth assignment (DBA). 66. Рекомендация МСЭ-Т G.983.5 A broadband optical access system with enhanced survivability. 67. Рекомендация МСЭ-Т G.983.6 ONT managrment and control interface specifications for B-PON system with protection features. 68. Рекомендация МСЭ-Т G.983.7 ONT managrment and control interface specifications for dynamic bandwidth assignment (DBA) B-PON system. 69. Рекомендация МСЭ-Т G.983.8 B-PON OMCI support for IP, ISDN, video, VLAN tagging, VC cross-connections and other select functions. 70. Рекомендация МСЭ-Т G.983.9 B-PON ONT managrment and control interface (OMCI) support for wireless Local Area Network interfaces. 71. Рекомендация МСЭ-Т G.983.10 B-PON ONT managrment and control interface (OMCI) support for Digital Suscribcr Line interfaces. 72. Рекомендация МСЭ-Т G.984.1. Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): General characteristics. 73. Рекомендация МСЭ-Т G.984.2. Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification. 74. Рекомендация МСЭ-Т G.984.3. Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer specification. 75. Рекомендация МСЭ-Т G.984.4 Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): ONT management and control interface specification.
