Μάθημα Ευρυζωνικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα κορμού και πρόσβασης

Transcript

1 Μάθημα Ευρυζωνικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα κορμού και πρόσβασης Ευρυζωνικά δίκτυα οπτικών ινών στον κορμό και την πρόσβαση Μάθημα 7o - 8ο ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τομέας Επικοινωνιών και Επεξεργασίας Σήματος Τμήμα Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών 1

2 Περιεχόμενα Τεχνολογίες οπτικών ινών στα Μητροπολιτικά δίκτυα ΜΑΝ Τεχνολογίες οπτικών ινών στα δίκτυα πρόσβασης - Access Networks PON AON και πρότυπα Δυναμική και τάσεις 2

3 Τυπική αρχιτεκτονική τηλ/κου δικτύου WAN - Δίκτυα ευρείας καλυψης: δίκτυα που διασυνδέουν πόλεις ή γεωγραφικά απομακρυσμένες περιοχές (μέγεθος μερικές δεκάδες χιλιόμετρα)- Ζεύξεις: (πολλαπλά) ζεύγη ινών ΜΑΝ Μητροπολιτικά δίκτυα: δίκτυα εντός μεγαλουπόλεων (μέγεθος μερικές δεκάδες χιλιόμετρα). Αποτελούνται από δίκτυο διανομής και δίκτυο πρόσβασης -Ζεύξεις: (πολλαπλά) ζεύγη ινών Δίκτυο προσβασης: χαλκός Xρήση των: SDH ή Ethernet CWDM O πυρήνας του backbone συντελεί στην επέκταση και στα δίκτυα ΜΑΝ τεχνολογιών όπως: DWDM IP over SDH IP over DWDM MPLS και MP λ S (μεταγωγή Label και μήκους κύματος) 3 NGN

4 100Mbps: κλειδί για τις μελλοντικές υπηρεσίες Πολυάριθμα διεθνή και εθνικά σενάρια δίνουν τα 100Mbps σαν στόχο στο εγγύς μέλλον, για τα υπάρχοντα δίκτυα πρόσβασης (ΝGA) Η χρήση του FTTH είναι αναπόφευκτα η κατάληξη, αλλά ακόμα αποτελεί απαγορευτική λύση λόγω κόστους σε πολλά σενάρια παροχής ευρυζωνικών υπηρεσιών (>100Μbps) όμως η οπτική ίνα είναι απαραίτητη στα δίκτυα πρόσβασης επόμενης γενιάς (NGA), ενώ οι τηλεπικοινωνιακοί πάροχοι μπορούν να είναι ακόμη ανταγωνιστικοί χρησιμοποιώντας την υποδομή χαλκού, προσφέροντας όμως ρυθμούς μεγαλύτερους από 100Mbps χρησιμοποιώντας νέες τεχνολογίες (VDSL2 vectoring, VDSL2, S-vectoring, G-fast) 4

5 Ο δρομος προς τα δίκτυα NGA Μεγαλύτερες ταχύτητες πρόσβασης (30, 50, 100 Mbps, 300Μbps) τόσο Upstream όσο και Downstream. Ποιοτικότερο Bandwidth και άρα σταθερότητα γραμμής και καλύτερη σύνδεση. Επιτρέπει νέες Υπηρεσίες ή αναβαθμισμένες υφιστάμενες (HD- IPTV). 5 Νέες Υπηρεσίες Μεγαλύτερο ARPU

6 Δίκτυα νέας γενιάς και στην πρόσβαση ( NGA) Τα Δίκτυα Πρόσβασης Νέας Γενιάς NGA, είναι μια νέα προσέγγιση στην αρχιτεκτονική ενός «μελλοντικού» δικτύου πρόσβασης, που θα άρει τους περιορισμούς του παραδοσιακού χάλκινου δικτύου σε εύρος ζώνης, προσφέροντας στους συνδρομητές του την δυνατότητα για ταχύτητες αρκετά υψηλές, ώστε να καλύπτονται οι ανάγκες τους για τα επόμενα πενήντα χρόνια Σχετίζoνται στενά με το Δικτύου Νέας Γενιάς (NGN), και αναμένεται, μελλοντικά, να συνεισφέρουν στη μετατροπή της πολύπλοκης δικτυακής δομής του υφιστάμενου παραδοσιακού δικτύου TDM, σε ένα ενιαίο δίκτυο βασισμένο στο πρωτόκολλο IP Οι πιο βασικές παράμετροι που επηρεάζουν την χωρητικότητα μια γραμμής DSL είναι: η εξασθένηση του σήματος (απόσταση του DSL modem από το DSLAM ) και ο λόγος σήματος προς θόρυβο στην πλευρά του δέκτη 6 Τα Δίκτυα νέας γενιάς που έχουν σαν στόχο να δώσουν μεγαλύτερες ονομαστικές ταχύτητες από το θεωρητικό όριο των 24Mbps της ADSL2+ τεχνολογίας και βασίζονται: σε μικρότερο μήκος χάλκινου βρόγχου και σε VSDL2 τεχνολογίες πάνω στον χαλκό (θεωρητική ταχύτητα είναι 100Mbps), είτε Σε λύσεις FTTx Ουσιαστικά σε δίκτυα που ολόκληρα ή ένα μέρος τους είναι οπτικά

7 Εισαγωγή οπτικών υποδομών στην πρόσβαση Η προσπάθεια εχει ξεκινήσει εδώ και αρκετά χρόνια Το 1998 η ITU-T δημοσιεύει τις συστάσεις της σειράς G.983.x, που συντάθηκαν από την ομάδα Full Service Access Network (FSAN) και αναφέρονται συχνά ως πρωτόκολλο ΑTM-PON. Το πρωτόκολλο αυτό χρησιμοποιεί το ΑΤΜ ως στρώμα μεταφοράς Η τεχνολογίας ATM δεν είναι κατάλληλη για την υλοποίηση PONs που μεταφέρουν κυρίως κίνηση IP Εμφάνιση του Broadband PON (B-PON) και στη συνέχεια από το Gigabit PON (G-PON), το οποίο έχει καθιερωθεί ως πρότυπο ITU-T G.984 Το 2010, ξεκινά προτυποποίηση της επόμενης γενιάς G-PON, του 10G- PON ή XG-PON Το 2004, παράλληλα με την ITU-T, η IEEE εξέδωσε το πρότυπο 802.3ah, στο πλαίσιο του προγράμματος Ethernet στο πρώτο μίλι (Ethernet in the First Mile EFM), το οποίο περιγράφει το Ethernet Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (E-PON) 7

8 Δίκτυα ΜΑΝ (Metropolitan Access Ntwrks) Τα δίκτυα ΜΑΝ καλύπτουν μεγάλες αστικές περιοχές (<50 Km) και συνδέουν LANs και back bone ntwrks H υποδομή τους είναι οπτική Υψίρρυθμη Πρόσβαση για επιχειρήσεις Xρήση του SDH ή Ethernet πλέον ως πρωτοκόλλου Αποφυγή του «last mile» για κάποιες εφαρμογές/υπηρεσίες Οι περισσότεροι οργανισμοί επιχειρήσεις δεν διαθέτουν ιδιόκτητα ΜΑΝ και νοικιάζουν κυκλώματα από Παρόχους 8 MAN (over FE-GE/SDH) Voice Optimized Router SDH Switch MUXs MUXs SDH Switch Router

9 Αρχιτεκτονικές οπτικών ΜΑΝ ADM Campus network Internet backbone POP Add/Drop Multiplexer ADM Access network POP = Point of Presence ADM Local network ADM Campus network Internet backbone POP ADM Access network 1. Point to point SDH technology ( ring, WDM + TDM): Fixed bandwidth circuits to the POP 2. Centralized switching at POP - GE technology Λογική τοπολογία αστέρα (star) ADM Local network 9

10 Μητροπολιτικά δίκτυα & τεχνολογίες πρόσβασης Επιχειρήσεις/οικιακοί χρήστες xdsl Access χαλκός Δημόσιες Υπηρεσίες/ Επιχειρήσεις Επιχειρήσεις/οικιακοί χρήστες FTTH 10 Οπτική ίνα Hotspot Customer Premises Equipment Metro Edge Metro core Metro Edge Οπτική ίνα Ethernet over dark fiber IP Backbone

11 Οι οπτικές υποδομές στα δίκτυα πρόσβασης Η χρήση των οπτικών ινών στο δίκτυο πρόσβασης υλοποιείται από την τεχνολογική πλατφόρμα FITL (Fibre Into The Loop). Ξεκίνησε στις αρχές του 1990 (ΗΠΑ, Ιαπωνία, Ευρώπη) Υψηλό κόστος FTTH (to The Home) } FTTP επιλογές FTTx FTTB (to The Building) FTTN, FTTCή FTTCab (node, Curb ή Cabinet) 11 Fibre to the x is the key method used to drive Next-generation access (NGA) NGA: Not fully copper-based access network, capable of providing broadband access services with sustained bandwidths clearly higher than those available with fully copperbased access networks

12 Fiber to the Node / Cabinet / Curb (FTTN FTTCab - FTTC) Το μονοπάτι από τον πάροχο υπηρεσιών ως τον ενδιάμεσο κόμβο (εξωτερική καμπίνα) που εξυπηρετεί μια ολόκληρη γειτονιά αποτελείται αποκλειστικά από οπτική ίνα Απαιτείται ένας μεταγωγός (switch) / DSLAM που τοποθετείται στην εξωτερική καμπίνα Το DSLAM συνδέεται με τον πάροχο υπηρεσιών με μια ίνα ή ένα ζευγάρι ινών μεταφέρει την κίνηση που συγκεντρώθηκε από τη γειτονιά συνήθως μέσω Gigabit Ethernet Υποστηρίζει συνήθως την κίνηση από μία ή δύο υπηρεσίες (ιντερνετ και φωνή) από και προς πολλούς χρήστες Περιοχή κάλυψης με ακτίνα μέχρι 1500 μέτρα Αν η ακτίνα < 300 μέτρα Fiber to the Curb FTTN ή FTTCab FTTC 12

13 Fiber to the Building (FTTB) Το μονοπάτι από τον πάροχο υπηρεσιών ως τον περιβάλλοντα χώρο διαμονής ή εργασίας ενός ή περισσοτέρων τελικών χρηστών αποτελείται αποκλειστικά από οπτική ίνα Η οπτική ίνα τερματίζεται έξω από το σπίτι ή το χώρο εργασίας καθενός τελικού χρήστη Ο απαραίτητος εξοπλισμός τοποθετείται συνήθως στο υπόγειο του κτηρίου Διασυνδέεται με καθέναν από τους τελικούς χρήστες με χρήση συνεστραμμένων χάλκινων καλωδίων, οπτικής ίνας ή ασύρματης ζεύξης ανάλογα με την υφιστάμενη καλωδίωση σε κάθε κτήριο Υποστηρίζει αρκετές τηλεφωνικές κλήσεις, μεταδόσεις τηλεόρασης και βίντεο καθώς και χρήση διαδικτύου από και προς έναν ή περισσότερους χρήστες Χρησιμοποιείται για την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών σε υπάρχοντα κτίρια Αποτελεί μεταβατικό στάδιο για την αρχιτεκτονική FTTH Δεν Απαιτείται αντικατάσταση της χάλκινης καλωδίωσης του κτιρίου με οπτικές ίνες 13

14 Fiber to the Home (FTTH) Το μονοπάτι από τον πάροχο υπηρεσιών ως τον τελικό χρήστη αποτελείται αποκλειστικά από οπτική ίνα Η οπτική ίνα τερματίζεται μέσα στο σπίτι ή στο χώρο εργασίας του τελικού χρήστη Υποστηρίζει αρκετές τηλεφωνικές κλήσεις, μεταδόσεις τηλεόρασης και βίντεο καθώς και χρήση διαδικτύου από και προς έναν ή περισσότερους χρήστες Απαιτεί αρχικά περισσότερη επένδυση διασφαλίζοντας όμως χαμηλότερα λειτουργικά κόστη μελλοντικά 14

15 FTTx και ΝGA Bitrate(Mbps) Οπτική ίνα FTTH 1000 FTTH 1 Gbps symmetric Χαλκός G.Fast FTTB G.Fast FTTC VDSL2 35b SuperVect VDSL2 17a Vectored FTTB FTTC FTTC FTTC Mbps 100~500Mbp 100~300Mbp 15 VDSL2 UnVectored 50 FTTC Distance (m) 1000 Οι ρυθμοί του G.Fast / VDSL εξαρτώνται από την ποιότητα και το μήκος του χαλκού

16 16

17 Δομικά στοιχεία ένα οπτικό δίκτυο πρόσβασης Περιλαμβάνει: ONU Optical Network Unit ή ΜΟΔ: εξοπλισμός τερματισμού των οπτικών ζεύξεων προς την πλευρά του χρήστη. ONT: optical network terminals ΟLT: Optical Line Terminal: εξοπλισμός τερματισμού των οπτικών ζεύξεων στο τηλ. Κέντρο. ODN: Τhe optical distribution network 17

18 ONU και ONT ONU Optical Network Unit : Αντιστοιχούν στους συμβατικούς υπαίθριους κατανεμητές. Διατηρούν το υφιστάμενο χάλκινο δίκτυο υποδομής και ανάλογα με το βαθμό διείσδυσης x εξυπηρετούν από συνδρομητές) ΟΝΤ: Τερματίζουν τα οπτικά καλώδια στο χώρο ενός χρήστη (and converts it into one or more electrical interfaces, such as for example 100BaseTx, POTS, ISDN or Coax) 18

19 OLT ΟLT: Optical Line Terminal: εξοπλισμός τερματισμού των οπτικών ζεύξεων στο τηλ. Κέντρο. Περιλαμβάνει: ΑDM+MUX/DMUX και διεπαφές διαχείρισης. Αναλυτικά: OLT τερματίζει τις οπτικές ζεύξεις στο CO παρέχει τις διασυνδέσεις (interface) μεταξύ του MAN που προκύπτει και του backbone network. Περιλαμβάνει: Internet Protocol (IP) traffic over Gigabit, 10G, or 100 Mbit/s Ethernet standard time division multiplexed (TDM) interfaces such as SONET/SDH or PDH at various rates ATM - SDH UNITs at Mbit/s 19

20 ODN (Optical distribution networks ) Tα Optical distribution networks περιλαμβάνουν τις κατωθι επιλογές: Direct fiber The simplest ODN can be called direct fiber (P2P) each fiber leaving the central office goes to exactly one customer. provide excellent bandwidth since each customer gets their own dedicated fiber extremely costly usually used where the service area is very small and close to the central office. Shared fiber each fiber leaving the central office is actually shared by many customers. ιt is not until such a fiber gets relatively close to the customers that it is split into individual customer-specific fibers. There are two competing optical distribution network architectures which achieve this split: active optical networks (AONs) and passive optical networks (PONs). 20

21 Υλοποίηση του Fiber to the Home (FTTH) 21

22 Παθητικά Οπτικά Δικτύα (P2MP) Κάθε πελάτης είναι συνδεδεμένος στο οπτικό δίκτυο μέσω ενός παθητικού οπτικού διαχωριστή - splitter Το εύρος ζώνης και κατ επέκταση το κόστος διαμοιράζεται από τον τροφοδότη έως τον ακραίο κλάδο. Η χρήση καθαρά παθητικών διατάξεων έχει τα εξής πλεονεκτήματα: 1. Αυτές μπορούν να ανταπεξέλθουν σε δύσκολες και απαιτητικές συνθήκες εξωτερικών εγκαταστάσεων 2. Δεν χρειάζονται ηλεκτρική ενέργεια μεταξύ του CO και του τελικού χρήστη. 3. Χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης μείωση του κόστους αναβάθμισης και των λειτουργικών δαπανών 4. Οι αρχιτεκτονικές PON μπορούν να μειώσουν το κόστος καλωδίωσης δεδομένου ότι δίνουν τη δυνατότητα διαμοιρασμού κάθε ίνας από πολλούς χρήστες 5. το κόστος. μειώνεται ακόμα περισσότερο με τη μείωση του αριθμού των οπτό-ηλεκτρονικών στοιχείων που απαιτούνται για το OLT, δεδομένου ότι περισσότερες της μίας ΟΝU διαμοιράζονται μια διεπαφή. 22

23 Tοπολογίες Παθητικών Οπτικών Δικτύων Τα παθητικά οπτικά δίκτυα χρησιμοποιούν τρεις τοπολογίες (δένδρο, αρτηρία και δακτύλιος).h τοπολογία δέντρου προτιμάται εξαιτίας των μικρότερων μεταβολών της ισχύος του σήματος 23

24 Ζητήματα Παθητικών Οπτικών Δικτύων Ι Ένα δίκτυο πρόσβασης που βασίζεται σε PON έχει να αντιμετωπίσει διάφορες προκλήσεις κατά το σχεδιασμό του, ανεξαρτήτως της φυσικής του τοπολογίας, δένδρου, αστέρα κ.τ.λ. 1. Επιλογή του πρωτοκόλλου που θα χρησιμοποιηθεί για το στρώμα δεδομένων Οι διαφορές μεταξύ των προτύπων αφορούν κυρίως τον τρόπο με τον οποίο ενθυλακώνονται τα πακέτα των άλλων επιπέδων. Τα πρότυπα προσδιορίζουν την κωδικοποίηση, τους ρυθμούς μετάδοσης, τις μορφές και τα μεγέθη των πακέτων δεδομένων και ελέγχου και τα μηνύματα που μπορούν να ανταλλάσσουν οι ONUs με το OLT 24 Υπάρχουν τρεις διαφορετικές επιλογές : SONET/SDH, ATM, Ethernet

25 25

26 Ζητήματα Παθητικών Οπτικών Δικτύων ΙΙ 2. Η υποστήριξη αμφίδρομων υπηρεσιών απαιτεί προσοχή καθώς ροές δεδομένων (upstream) από διαφορετικές ONU συνδυάζονται με σκοπό να μεταδοθούν προς το OLT Tα σήματα θα πρέπει να είναι συγχρονισμένα έτσι ώστε να μην αλληλεπικαλύπτονται παραμόρφωση & απώλεια δεδομένων στο δέκτη. Για την αποφυγή τέτοιων προβλημάτων χρησιμοποιείται: Η τεχνική πολυπλεξίας με διαίρεση χρόνου TDM για την downstream κίνηση και TDMA για την upstream Για να μην υπάρχει διαφωνία (crosstalk), τα upstream και downstream σήματα δεν μπορούν να μεταδίδονται στο ίδιο μήκος κύματος εκτός και αν βρίσκονται σε διαφορετικές οπτικές ίνες Η πολυπλεξία μήκους κύματος (WDΜ): Παρέχει υψηλό εύρος ζώνης, Ευκολία στην υλοποίηση αλλά με υψηλό κόστος, αφού κάθε ONU πρέπει να έχει ένα διαχωριστή μήκους κύματος και Δυσκολία αναβάθμισης η πολυπλεξία κώδικα (CDM): μεγάλος αριθμός χρηστών, ασφάλεια αλλά παρεμβολές μεταξύ διαφορετικών καναλιών που αυξάνονται όσο αυξάνουν οι χρήστες 26

27 27

28 Τεχνικά Χαρακτηριστικά Παθητικών Οπτικών Δικτύων Τα παθητικά οπτικά δίκτυα χρησιμοποιούν τρία μήκη κύματος 1310nm (upastream), 1490nm (downstream) και 1550nm (για άλλες υπηρεσίες όπως αναλογικό RF βίντεο) Απαιτείται ένα φίλτρο πολυπλεξίας με διαίρεση μήκους κύματος τόσο στο CO όσο και στη περιοχή του χρήστη. Το στοιχείο του κυκλώματος που λαμβάνει το βίντεο μετατρέπει το downstream αναλογικό σήμα των 1550nm σε 75 ohm ομοαξονικό σήμα. Ο εξοπλισμός του χρήστη (Customer Premises Equipment, CPE) αποτελείται από την απλή υπηρεσία τηλεφώνου (POTS), το 10/100 Base-T Ethernet και τη διεπαφή βίντεο RF. 28

29 Fast Ethernet - βασικά χαρακτηριστικά φυσικού επιπέδου Gigabit Ethernet βασικά χαρακτηριστικά φυσικού επιπέδου 29

30 Splitters - couplers 30

31 Πρότυπα Παθητικών Οπτικών Δικτύων Οφείλονται κυρίως στην ομάδα εργασίας Full Services Access Network (FSAN) και στο Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Αρχικά τα παθητικά οπτικά δίκτυα βασιζόταν στην τεχνολογία ATM- APON Η συνεχής εξέλιξη των παθητικών οπτικών δικτύων οδήγησε στο πρότυπο Broadband PON (BPON) και έπειτα στο Gigabit PON (GPON) (2.5Gbps/1.25Gbps) Η IEEE εισήγαγε ένα ανταγωνιστικό πρότυπο με συμμετρικό ρυθμό bit ίσο με 1Gbps (EPON). Το πρότυπο αυτό είναι ουσιαστικά αποτέλεσμα της απομάκρυνσης από την τεχνολογία ATM και της προσέγγισης του Ethernet Το EPON αναπτύσσεται αποκλειστικά στην Ασία ενώ σήμερα είναι διαθέσιμα προϊόντα που παρέχουν 2Gbps downstream 31

32 ATM & Broadband Passive Optical Networks (APON & BPON) ITU-T G.983. Το APON ήταν η πρώτη τεχνολογία βασισμένη σε PON που χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη FTTH το μεγαλύτερο τμήμα της ήδη υπάρχουσας δικτυακής υποδομής βασιζόταν στην ATM τεχνολογία. Οι υπηρεσίες που προσφέρονταν δεν ήταν μόνο υπηρεσίες βασισμένες στο ATM αλλά και υπηρεσίες διανομής βίντεο, ενοικίασης γραμμών και πρόσβασης Ethernet Στο Α-ΡΟΝ χρησιμοποιείται μία οπτική ίνα τόσο για το upstream όσο και για το downstream κανάλι, οπότε χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικά μήκη κύματος: 1550 nm για το downstream και 1310 nm για το upstream Το OLT λειτουργεί ως ΑΤΜ τελικός μεταγωγέας με ΑΤΜ-σύγχρονη οπτική (SDH - SONET) διεπαφή από την πλευρά του δικτύου κορμού και ΑΤΜ-ΡΟΝ διεπαφή από την πλευρά του συνδρομητή 32

33 APON & BPON Για να εκφραστεί ο ευρυζωνικός χαρακτήρας των συστημάτων PON, τα APON μετονομάστηκαν σε BPON Τυποποιήθηκαν από τις συστάσεις G.983.1, G του ITU Τα BPON έχουν δύο βασικά πλεονεκτήματα Παρέχουν ένα τρίτο μήκος κύματος για υπηρεσίες βίντεο Σταθερό πρότυπο που επαναχρησιμοποιεί την ATM υποδομή 33 Τυπικά ένα ΑPON ή ΒPON έχει συμμετρικό ρυθμό μετάδοσης 625 Μbps και μπορεί να υποστηρίξει 32 χρήστες σε μια απόσταση 20 Km (OLT ONU)

34 Ε-PON Passive Optical Networks Α-ΡΟΝ θεωρήθηκε ως ακατάλληλη λύση για τον τοπικό βρόχο εξαιτίας της αδυναμίας του να υποστηρίξει υπηρεσίες video, το ανεπαρκές του εύρος, την πολυπλοκότητά αλλά και το κόστος του To Ethernet-ΡΟΝ (Ε-ΡΟΝ ή GE-PON) αναπτύχθηκε για να εξαλείψει την ανάγκη για μετατροπή από ΑΤΜ σε ΙΡ πρωτόκολλο στην σύνδεση WAN/LAN Το Ε-ΡΟΝ παρέχει μεγαλύτερο εύρος ζώνης, μειωμένο κόστος και ευρύτερες υπηρεσίες από το Α-ΡΟΝ, ενώ η αρχιτεκτονική του είναι παρόμοια Η κύρια διαφορά από το Α-ΡΟΝ είναι ότι τα δεδομένα μεταφέρονται σε πακέτα μεταβλητού μήκους (ως και 1518 bytes) σύμφωνα με το πρωτόκολλο της ΙΕΕΕ για το Ethernet 34

35 GEPON - Gigabit Ethernet Passive Optical Network 35 Τυπικά ένα EPON ή GΕ-PON έχει συμμετρικό ρυθμό μετάδοσης 1.25 Gbps και μπορεί να υποστηρίξει 32 χρήστες σε μια απόσταση 20 Km (OLT ONU)

36 Gigabit Passive Optical Networks I H ανάγκη για μεγαλύτερο εύρος ζώνης και η πολυπλοκότητα του ATM οδήγησε στο GPON Για λόγους συμβατότητας πολλές λειτουργίες και χαρακτηριστικά των BPON επαναχρησιμοποιήθηκαν στα GPON ITU-T συστάσεις G.984.1, G και G Το GPON μεταδίδει προς την downstream κατεύθυνση στο μήκος κύματος 1.49μm (χαμηλές απώλειες) και στην upstream στα 1.31μm (χαμηλή διασπορά Φθηνές πηγές) Τυπικά ένα GPON έχει συμμετρικό ρυθμό μετάδοσης μέχρι 2.5 Gbps και μπορεί να υποστηρίξει 32 χρήστες σε μια απόσταση 20 Km (OLT ONU) εξαιτίας του μεγάλου εύρους ζώνης που παρέχουν, υποστηρίζουν ένα ευρύ φάσμα υπηρεσιών, συμπεριλαμβανομένων υπηρεσιών φωνής, TDM, video, Ethernet, 10/100BASE-T, μισθωμένες γραμμές 36

37 Gigabit Passive Optical Networks II To δίκτυο GPON βασίζεται στη μεταφορά πακέτων αλλά με ένα πιο γενικό τρόπο σε σύγκριση με τους άλλους τύπους (EPON, APON) μπορεί να χρησιμοποιηθεί όπως το EPON, αλλά μπορεί να μεταδώσει και απευθείας: πακέτα IP (χωρίς να είναι απαραίτητη η ενθυλάκωση σε πλαίσια Ethernet), με την προσθήκη μιας επικεφαλίδας MPLS (Multi Protocol Label Switching Μεταγωγή Ετικέτας Πολλαπλών Πρωτοκόλλων και πακέτων ΑΤΜ. Αυτό είναι εφικτό επειδή το πλαίσιο (frame) του στρώματος μετάδοσης σχεδιάστηκε εκ νέου 37 Η διαχείριση των πακέτων γίνεται από ένα πρωτόκολλο ελέγχου πρόσβασης στο μέσο (MAC Medium Access Protocol) που λειτουργεί με γνώμονα την Ποιότητα Υπηρεσιών (QoS Quality of Service), έτσι το GPON είναι ένα πλήρες δίκτυο πρόσβασης σε αντίθεση με το EPON που δεν λαμβάνει υπόψη του τη QoS

38 Αρχές Λειτουργίας GPON - EPON Χρήση απλού σχήματος WDM για ταυτόχρονη μετάδοση ανερχόμενης/κατερχόμενης κίνησης Κατερχόμενη κίνηση (P2MP): TDM, broadcast Ανερχόμενη κίνηση (P2P): TDMA 38

39 Μετά το GPON τί? H ταχύτητα πρόσβασης του FTTH-P2MP-GPON δικτύου πρόσβασης με λόγο μοιράσματος [1:32] είναι περίπου Mbps. GPON με λόγο Διαίρεσης 1:32 Ήδη δοκιμάζεται το 10GPON πρωτόκολλο που θα δώσει ταχύτητες 300 Μbps. GPON: 2.5 Gbps / Mbps Εμπορικά είναι διαθέσιμο και χρησιμοποιείται και το WDM PON με ταχύτητες ανά συνδεδεμένο χρήστη = 1 Gbps Το10G-PON (επίσης γνωστό και ως XG-PON) σχεδιάστηκε για να συνυπάρχει με τον ήδη 10GPON: εγκατεστημένο 10Gbps/ 32 G-PON 300εξοπλισμό Mbps στο ίδιο δίκτυο WDM-PON: 1 Gbps

40 40 από

41 P2P Passive Optical Networks Μια οπτική ίνα διατρέχει από τον τερματισμό οπτικής γραμμής στο ΑΚ του παρόχου μέχρι το ONT κάθε συνδρομητή Για upstream και downstream μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο μια ίνα με δύο μήκη κύματος όσο δύο οπτικές ίνες μία για κάθε κίνηση Η σύσταση ITU-T G.985 το οποίο καθορίζει τη λειτουργία μιας παθητικής P2P τοπολογίας Το παθητικό P2P σύστημα μπορεί να πετύχει συμμετρικούς ρυθμούς 1000Mbps Η μετάδοση από και προς ένα χρήστη γίνεται σε μία ίνα με τη βοήθεια της πολυπλεξίας με διαίρεση μήκους κύματος 1480 έως 1580nm (downstream μετάδοση) και nm (upstream) Οι συνδρομητές μπορούν να απέχουν από το ΑΚ απόσταση περίπου 80Km. Κάθε συνδρομητής απολαμβάνει θεωρητικά απεριόριστο αμφίδρομο εύρος ζώνης. 41

42 P2P Passive Optical Networks Μια οπτική ίνα διατρέχει από τον τερματισμό οπτικής γραμμής στο ΑΚ του παρόχου μέχρι το ONT κάθε συνδρομητή Καμία πόρτα δεν διαμοιράζεται επομένως απλοποιείται κατά πολύ η επίλυση των διαφόρων προβλημάτων του δικτύου (απομόνωση) Η αρχιτεκτονική αυτή απολαμβάνει το μέγιστο δυνατό εύρος ζώνης Οι ζεύξεις μπορούν εύκολα να αναβαθμιστούν σε υψηλότερους ρυθμούς (με τη χρήση καινούριων οπτικών και ηλεκτρονικών διατάξεων στα δύο άκρα) Η προσθήκη κάθε επιπλέον ίνας αυξάνει γραμμικά το συνολικό (aggregated) εύρος ζώνης του δικτύου Η μετάδοση στην αρχιτεκτονική από σημείο σε σημείο είναι πιο ασφαλής Απαιτεί περισσότερες ίνες από άκρο σε άκρο σε σχέση με οποιαδήποτε άλλη αρχιτεκτονική κόστος μεγάλο μέγεθος της δέσμης των ινών που φτάνουν στο ΑΚ δυσκολία στην διαχείριση όσο και τη συντήρηση των ινών στο ΑΚ. Παρόμοιο δίκτυο όπως του χαλκού 42

43 P2P Passive Optical Networks 43

44 P2P Ενεργό - ΑΟΝ Είναι γνωστό και ως ενεργό Ethernet ή Οπτικό Δίκτυο Μεταγωγής Ethernet (Ethernet Switched Optical Network, ESON) Παρέχει μία αφιερωμένη ίνα από τον υπαίθριο ενεργό εξοπλισμό προς κάθε τελικό χρήστη Αποτελεί ουσιαστικά μια από τις πιο απλές μορφές σχεδίασης δικτύου. Μια αφιερωμένη (αποκλειστική) ίνα παρέχεται από τον υπαίθριο εξοπλισμό προς κάθε τελικό χρήστη Διευκολύνεται σε μεγάλο βαθμό η λειτουργία, διαχείριση και συντήρηση του περιεχομένου καθώς και η επίλυση οποιοδήποτε προβλήματος Ο υπολογισμός του ισοζυγίου ισχύος και η επίλυση των προβλημάτων του δικτύου απλοποιούνται Η κύρια διαφορά ενός ενεργού δικτύου σε σχέση με το PON είναι η αντικατάσταση του παθητικού splitter από έναν ενεργό κόμβο Μια σημαντική συνέπεια είναι ότι είναι απαραίτητο ένα ηλεκτροφόρο καλώδιο (power line) μεταξύ του CO και του ενεργού κόμβου 44

45 ΑΟΝ - Active Ethernet Ένα ενεργό δίκτυο μπορεί να υλοποιείται με μια αρχιτεκτονική δακτυλίου ή αστέρα Η επιλογή οποιασδήποτε ιδιαίτερης αρχιτεκτονικής εξαρτάται από τον τύπο υλοποίησης, τη διαθεσιμότητα και την τοπολογία της ίνας, το κόστος και τη διαθεσιμότητα του εξοπλισμού. The IEEE 802.3ah standard enables service providers to deliver up to 155 Mbit/s full-duplex over one single-mode optical fiber to the premises depending on the provider uses optical ethernet switches to distribute the signal, thus incorporating the customers' premises and the central office into one giant switched ethernet network Each switch can handle up to 1,000 customers

46 P2P Ενεργό 46

47 Πρότυπα μετάδοσης PON: σύνοψη ITU-T G.983 The PON types used here today are: ATM PON (APON) Ethernet-PON (EPON), Gigabit-PON, (GPON) or Gigabit-Ethernet-PON (GEPON). Ethernet technology is the common denominator in all these technologies. APON (ATM Passive Optical Network). This was the first Passive optical network standard. It was used primarily for business applications, and was based on ATM. BPON (Broadband PON) is a standard based on APON. It adds support for WDM, dynamic and higher upstream bandwidth allocation. ITU-T G.984 GPON (Gigabit PON) is an evolution of the BPON standard. It supports higher rates, enhanced security, and choice of Layer 2 protocol (ATM, Ethernet). In early 2008, Verizon is in the process of installing millions of lines, while British Telecom and AT&T are in advanced trials. IEEE 802.3ah EPON or GEPON (Ethernet PON) is an IEEE/EFM standard for using Ethernet for packet data. IEEE 802.3av 10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON) is an IEEE Task Force for 10Gbit/s backwards compatible with 802.3ah EPON. 10GigEPON will likely multi-lamda downstream and continue to use a single lamda with TDMA for upstream. It will also be WDM-PON compatible. 47

48 Ποιοτική σύγκριση (1/2) Χαρακτηριστικό Τύπος δικτύου διανομής Χωρητικότητα B(G) PON (σε παρένθεση ότι ισχύυει χωριστά για το GPON) E(GE) PON Active Ethernet Home Run Fiber Παθητικό Παθητικό Ενεργό - ITU-T G.983 (G.984) IEEE 802.3ah IEEE 802.3ah - Μέχρι 32 (64) χρήστες ανά παθητικό δέντρο 32 χρήστες ανά παθητικό δέντρο - - Εμβέλεια 20 km από OLT 20 km 10 km από ενεργό κόμβο Ρυθμοί μετάδοσης Αποδοτικότητα αξιοποίησης bandwidth Μέχρι 622 Μbps ανά PON (Μέχρι 2,4 Gbps ανά PON) Μέχρι 1,2 Gbps ανά PON Μέχρι 1,2 Gbps ανά χρήστη Υψηλή Χαμηλή Χαμηλή Χαμηλή Εξαρτάται από τον εξοπλισμό Εξαρτάται από τον εξοπλισμό 48 Υπηρεσίες Φωνή με χρονική πολυπλεξία (TDM), RF video, Δεδομένα, IPTV και VoIP πάνω από σύνδεση δεδομένων VoIP, Δεδομένα, IP video VoIP, Δεδομένα, IP video Οτιδήποτε

49 Ποιοτική σύγκριση (2/2) Χαρακτηριστικό B(G) PON E(GE) PON Active Ethernet Home Run Fiber Υποστήριξη QoS Προτυποποιημένο Μερικώς προτυποποιημένο Μερικώς προτυποποιημένο Εξαρτάται από τον εξοπλισμό Ασφάλεια AES AES AES Εξαρτάται από τον εξοπλισμό Αναβαθμισιμότητα Ωριμότητα Αποδοχή Επιπλέον χρήστες υποστηρίζονται με περισσότερη οπτική ίνα και εξοπλισμό Προϊόντα από πολλούς κατασκευαστές Μεγάλοι πάροχοι ειδικά στην Αμερική Επιπλέον χρήστες υποστηρίζονται με περισσότερη οπτική ίνα και εξοπλισμό Προϊόντα από πολλούς κατασκευαστές Μεγάλοι πάροχοι ειδικά εκτός Αμερικής (Ιαπωνία) Υψηλότερες ταχύτητες και περισσότεροι χρήστες υποστηρίζονται με επιπλέον εξοπλισμό Προϊόντα από πολλούς κατασκευαστές Δήμοι και υπηρεσίες Απεριόριστη θεωρητικά χωρητικότητα ανάλογα με τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό Προϊόντα από πολλούς κατασκευαστές Εγκατάσταση νεων δικτύων (σε αντιδιαστολή με την εξέλιξη ήδη υπαρχόντων) 49

50 Σενάρια Ανάπτυξης Χρήση υπηρεσιών Bit stream 50

51 Σενάρια Ανάπτυξης VDSL Συνεγκατάσταση με Εικονική Ζεύξη (VULA) ερ Πανεπιστήμιο Αθηνών Πανεπιστήμιο Αθηνών

52 Σενάρια Ανάπτυξης Συνεγκατάσταση σε κοντινό χώρο 52

53 Σενάρια Ανάπτυξης Duct Sharing ή dark fiber 53

54 Σενάρια Ανάπτυξης Εικονική συνεγκατάσταση 54

55 Φυσική Συνεγκατάσταση στο ΑΚ - Εικονική στο Πεδίο Ίνα -1 Ίνα -2 Ίνα -3 Ίνα -i Υπαίθριος Κατανεμητής splitter- 1 splitter- 2 Οπτικός Κατανεμητής Αστικό Κέντρο ΦΣ splitter- 3 splitter- i Ακραίο Δίκτυο Πανεπιστήμιο Αθηνών ΦΥΠ Κύριο Δίκτυο Διαχωριστής (splitter)- Πανεπιστήμιο Αθηνών

56 Οπτικά δίκτυα πρόσβασης- σύνοψη Κατηγοριοποίηση ως προς τη συμμετοχή του οπτικού σκέλους FTTΗ C B FTTB co FTTP Fiber to the Premises FTTΝ/FTTCab- FTTC Κατηγοριοποίηση ως προς την τοπολογία της υποδομής πρόσβασης Point-to-Point (P2P) Point-to-Multipoint (PMP) Κατηγοριοποίηση ως προς τις τεχνολογίες πρόσβασης (PON vs AON) Τεχνολογίες PON Τεχνολογίες Ethernet AON (L2 και L3) co Ethernet Switch co Είδος Υπηρεσιών Αφιερωμένη σκοτεινή ίνα (dark fiber), Προσφορά μήκους κύματος (λ) Bitstream υπηρεσίες (παροχή χωρητικότητας) OLT Point-to-Point (P2P) Passive Optical Splitter [1:4 or 1:8] [1:4] Point-to-MultiPoint (P2MP) H [1:8] 56

57 Μεθοδική ανάπτυξη τηλεπ. υποδομής 1. Μελέτη σκοπιμότητας 2. Μελέτη εφικτότητας (feasibility) αρχική εκτίμηση κόστους 3. Ανάλυση συστήματος (χωρητικότητα, routing, αρχιτεκτονική, χαρακτηριστικά, προδιαγραφές, χρονοδιάγραμμα, κόστος) 4. Εναλλακτικές λύσεις 5. Τεχνικός σχεδιασμός (σχέδιο για το φυσικό-λογικό δίκτυο, λειτουργικές λεπτομέρειες) 6. Επιλογή προμηθευτών 7. Οικονομικός προγραμματισμός (υπολογισμός συνολικής δαπάνης) 8. Τελική απόφαση 9. Προμήθεια συστημάτων- υλικών υπηρεσιών 10. Προετοιμασία χώρων 11. επίβλεψη 12. Έλεγχος αποδοχή 13. Εκπαίδευση 14. Εφαρμογή λειτουργίας (πιλοτική παράλληλη- πλήρης μετάβαση) 15. Υποστήριξη λειτουργίας - Συντήρηση 57

58 Σχεδίαση τηλ. δικτύου AΝΑΘΕΣΗ περιοχών και Προσδιορισμός των υπηρεσιών που θα προσφέρονται στις εν λόγω περιοχές Ζήτηση : αναλυτική κατανομή πληθυσμών, πρόβλεψη ζήτησης (Μοντέλα ζήτησης ) Διαστασιοποίηση δικτύου Δομή Ανάλογα με τη κατανομή των χρηστών (γραμμικός προγραμματισμός;) Κοστολόγηση Τιμολογιακή Πολιτική Αξιολόγηση- Αποτίμηση Επένδυσης 58

59 Μέθοδος 6Α Απλότητα Ασφάλεια Αξιοπιστία Αναβαθμισιμότητα Ανοικτά πρότυπα Ανταποδικότητα 59

60 Σχεδιαση Οπτικού ΜΑΝ (ΑΟΝ-PON) Eνεργός ή splitter 60

61 Σχεδιαση Οπτικού ΜΑΝ (ΑΟΝ-PON) 61

62 Υλοποίηση optical MAN-[PON-AON] Επιλογή οπτικής ινας System costs Distance Transmission bit-rate 62 The types G.657A, B fibres are specially designed for the Access Network in terms of reduced bending sensitivity (including applications inside buildings). Type A is fully compliant to G.652D for all other transmission parameters; type B may deviate from G.652D in terms of mode field diameter

63 Υλοποίηση optical MAN-[PON-AON] Όδευση: To μέσο όδευσης είναι επίσης πολύ σημαντικό. Ποτέ δεν εγκαθιστούμε καλώδια ελεύθερα στο περιβάλλον. Πάντα χρησιμοποιούμε σωλήνες PVC, κανάλια, μεταλλικές σχάρες κτλ ώστε να προστατεύουμε τα καλώδια, όπως κάνουμε άλλωστε και στις εγκαταστάσεις χαλκού. Τα οπτικά καλώδια του ΜΑΝ εγκαθίστανται με δυο τεχνικές: Μέσα σε ειδικούς πλαστικούς PVC σωλήνες Φ50 ή Φ90 με ελκυσμό Με εμφύσηση σε ειδικούς πλαστικούς σωλήνες που περιέχουν μικροσωληνίσκους (microducts) Χρησιμοποιείται για εγκατάσταση καλωδίων μεγάλου μήκους (πάνω από 500m) If blowing technique is used, a single fibre can be installed, since the advantage with blowing technique is that it is easy to add fibres if a micro duct system is used If a microduct system is used it is easy to add fibres 63

64 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου 24 micro ducts 4 micro ducts 64

65 Πολυσωλήνια - δικτυο διανομής Designs The duct assemblies are available in three versions with 1, 4 or 7 sub-ducts. Each sub-duct has outer/inner diameter of 10/8 mm, suitable for installation of micro cables. 65

66 Πολυσωλήνια - δίκτυο πρόσβασης 66

67 Οπτικά καλώδια Copper pairs T he micro cable consists of six compact fiber units (CFU) with either 4 or 12 fibers per unit. This enables a fiber count from 4 to 96 fibers. 67

68 Οπτικα καλώδια 68 Όταν εγκαθιστούμε καλώδια σε εξωτερικούς χώρους, για παράδειγμα, επιλέγουμε καλώδιο με μεταλλική θωράκιση και προστασία gel (tide buffer). Έτσι προστατεύουμε την εγκατάσταση μας από τρωκτικά, υγρασία κτλ. Σε εσωτερικούς χώρους (κτήρια κτλ) επιλέγουμε καλώδια χαμηλότερου κόστους (lose buffer).

69 Υβριδικά καλώδια 69

70 Εγκατάσταση Ι Λύση RoW Εκμετάλλευση υπαρχόντων δικτύων Εκσκαφές 70

71 Εγκατάσταση ΙΙ Εγκατάσταση πολυσωληνίων 71 Εγκατάσταση οπτικών καλωδίων

72 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου ασφαλτος συμπιεσμένο, αμμοχάλικο και τσιμέντο. Ταινία σήμανσης ασφαλτος 72 >400mm 1xM1 1xM1 1x(Σ) ~150mm 40mm 1xM1 1xM1 >150 mm 1x(Σ) 1xM1(M2)

73 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου 73

74 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου 74

75 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου 75

76 Οι κόμβοι πρόσβασης 76

77 Connectors SFPs - Switches 77 LC connectors SFP (GBIC) Switches gigabit interface converter small form-factor pluggable (SFP)

78 connectors 78

79 Optical Splitters 79

80 Υπολογισμός του optical Budget 80 Οπτικό ΜΑΝ είναι power oriented Optical power budget (Opb) Fibre attenuation (F a L max ) + Connector attenuation (a C a ) + Fibre splice attenuation (b S a ) (n) Opb=P r /P t R b Στο πανω σχήμα: a=3, b=3

81 Τεχνικά χαρακτηριστικά transceiver (class b+) 81

82 (class b+) 82

83 Τεχνικά χαρακτηριστικά transceiver (class C+) 83

84 Παράδειγμα Ένα GPON χρησιμοποιεί πομποδέκτες b + class και υποστηρίζει 16 χρήστες. Αν οι απώλειες της ίνας είναι 0.30 db/km downstream και 0.42 db/km upstream, 0.3 db/connector και 0.1 db/splicing, να υπολογιστεί η μεγίστη απόσταση των χρηστών από το CO (AK). (υπολογίστε 1dB υποβάθμιση λόγω γήρανσης της υποδομής και 1.5dB sf) πομποδέκτες b+ class άρα budget 28dB (τυποποιημένο) Απώλειες λόγω συγκόλλησης: 2x0.1dB Απώλειες connector: 2x0.3dB 84 Απώλειες splitter: 1x13.8dB [θεωρ. -12dB=10 log(1/16)] στην πραγματικότητα 13.8) Distance L: 28 > 13.8+( ) L L =( ) / 0.42 [km] ~ 25 km