Εναλλακτικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα

Transcript

1 Μάθημα Εναλλακτικά τηλεπικοινωνιακά δίκτυα Ευρυζωνικά δίκτυα MAN και LAN Τεχνολογίες οπτικών συστημάτων Μάθημα 7o 8o 9o ΕΘΝΙΚΟ & ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τομέας Επικοινωνιών και Επεξεργασίας Σήματος 1 Τή Τμήμα Πληροφορικής & Τλ Τηλεπικοινωνιών

2 Περιεχόμενα Τεχνολογίες οπτικών ινών στα οπτικά δίκτυα Long haul Τεχνολογίες οπτικών ινών στα Μητροπολιτικά δίκτυα ΜΑΝ Τεχνολογίες οπτικών ινών στα τοπικά δίκτυα LΑΝ Τεχνολογίες οπτικών ινών στα δίκτυα πρόσβασης Access Networks υναμική και τάσεις 2

3 Οπτικά δίκτυα LAN ίκτυα επιχειρήσεων Χαμηλού κόστους optical components Σύνδεση μεταξύ Η/Υ Χαμηλά bit rates Σύνδεση μεταξύ Η/Υ και περιφερειακών ιάφορα πρότυπα και τοπολογίες 3

4 Δίκτυα ΜΑΝ (Metropolitan Access Ntwrks) Τα δίκτυα ΜΑΝ καλύπτουν μεγάλες αστικές περιοχές (<50 Km) και συνδέουν LANs και back bone ntwrks Υψίρρυθμη Πρόσβαση για επιχειρήσεις Xρήση του Ethernet ως πρωτοκόλλου Αποφυγή του «last mile» για κάποιες εφαρμογές/υπηρεσίες Οι περισσότεροι οργανισμοί επιχειρήσεις δεν διαθέτουν ιδιόκτητα ΜΑΝ και νοικιάζουν κυκλώματα από Παρόχους MAN (over FE-GE/SDH) Voice Optimized SDH SDH Router MUXs MUXs Switch Switch Router 4

5 Αρχιτεκτονικές ΜΑΝ 5 ADM Campus network Internet backbone POP Add/Drop Multiplexer l 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: Λογική τοπολογία αστέρα (star) ADM Local network

6 Μητροπολιτικά δίκτυα & τεχνολογίες πρόσβασης Επιχειρήσεις/οικιακοί χρήστες xdsl Access χαλκός ημόσιες Υπηρεσίες/ Επιχειρήσεις Επιχειρήσεις/οικιακοί χρήστες FTTH Οπτική ίνα Hotspot Customer Premises Equipment Metro Edge Metro core Metro Edge Οπτική ίνα Ethernet over dark fiber IP Backbone 6

7 Τεχνολογίες ΜΑΝ Ethernet (100 Mbps, 1Gbps) 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) 7

8 ΜΑΝ Bottleneck Other Sites Access Metro 8 End User Access Metro Core Ethernet LAN IP/DATA 1GigE E1 DS1 DS3 STM-4 STM-16 STM-64 DWDM n x

9 Τεχνολογίες πρόσβασης... Twisted Pair POTS ISDN xdsl Νέες τεχνολογίες Fiber To X Satellite Hybrid Fiber Coax GSM-UMTS Wireless LAN Cable Broadcast 9

10 δίκτυα πρόσβασης νέας γενιάς I Γρήγορο Internet = ADSL (?) Ισχύει σήμερα αλλά όχι σε 3-4 χρόνια Ολοένα και πιο απαιτητικές ικτυακές Εφαρμογές 2015: Απαίτηση για 100Mbps σε οικιακές εφαρμογές (?) Βίντεο, τηλεδιάσκεψη υψηλής ευκρίνειας Όσες χώρες παραμένουν στα χάλκινα καλώδια θα πρέπει να αναμένουν ραγδαία τεχνολογική υποβάθμιση απέναντι στις χώρες που θα μεταβούν σε οπτικά δίκτυα 10

11 δίκτυα πρόσβασης νέας γενιάς II Το ADSL μπορεί να εξελίσσεται καλύπτοντας τις ανάγκες των χρηστών? Αρκετές ερευνητικές προσπάθειες Εστιάζουν στη μείωση του θορύβου από τα χάλκινα καλώδια Ωστόσο, η φύση του χαλκού αδυνατεί να προσφέρει αξιόπιστα τις ταχύτητες που απαιτούν οι χρήστες ΟΟΣΑ, ΕΕ Επιμένουν πως οι οπτικές ίνες είναι το μόνο μέσο μετάδοσης που αντέχει στο χρόνο για την κάλυψη των αναγκών των χρηστών 11

12 δίκτυα πρόσβασης νέας γενιάς III Τα δίκτυα οπτικών ινών είναι αναγκαία μόνο για επιχειρηματικούς χρήστες? Είναι πιο οικονομική η εξαρχής εγκατάσταση οπτικής καλωδίωσης σε νέα κτίρια Ανατολική Ασία: Μαζικές επενδύσεις σε οπτικές ίνες μέχρι το σπίτι Χώρες Βόρειας Ευρώπης, Βόρειας Αμερικής Γαλλία, κανονισμός που καθιστά υποχρεωτική την οπτική καλωδίωση σε νέα κτίρια Οι προηγμένες χώρες έχουν αντιληφθεί τη σπουδαιότητα της χρήσης οπτικών ινών 12

13 δίκτυα πρόσβασης νέας γενιάς IV Το κόστος του FTTH είναι απαγορευτικό? Νέες τεχνολογίες εγκατάστασης οπτικών καλωδίων Συρρίκνωση του κόστους οπτικής σύνδεσης ανά οικία Κάλυψη νοικοκυριών Το κόστος μπορεί να πέσει κάτω από / οικία Επένδυση με ορίζοντα 30 ετών Οικονομικές παράμετροι Μειωμένο κόστος λειτουργίας Αξιοπιστία οπτικών συνδέσεων 13

14 Απαιτήσεις σε εύρος ζώνης ανά υπηρεσία 14

15 Κατάσταση Σήμερα Ελλα δα Υψηλό κόστος κατασκευής δικτύων Μακροχρόνια απόδοση κεφαλαίων (ROI) Εκτεταμένη χρήση δικτύου χαλκού (Φυσικό μονοπώλειο) Απουσία εναλλακτικών ευρυζωνικών υποδομών (CableTV) Περιορισμένη χρήση οπτικής ίνας (κυρίως σε δίκτυα κορμού) Έλλειψη ανταγωνισμού στα δίκτυα διασύνδεσης με το κέντρο (Backhaul) Ρυθμιστικό πλαίσιο (δικαιώματα ώ δέλ διέλευσης, ρυθμιστικές υποχρεώσεις 15

16 Τυπική αρχιτεκτονική τηλ/κου δικτύου Κόμβοι: σημεία παρουσίας (Points of Presence POPs) Ζεύξεις: (πολλαπλά) ζεύγη ινών ΜΑΝ Μητροπολιτικά δίκτυα: δίκτυα εντός μεγαλουπόλεων (μέγεθος μερικές δεκάδες χιλιόμετρα). Αποτελούνται από δίκτυο διανομής και δίκτυο πρόσβασης. WAN - ίκτυα ευρείας καλυψης: δίκτυα που διασυνδέουν πόλεις ή γεωγραφικά απομακρυσμένες περιοχές (μέγεθος μερικές δεκάδες χιλιόμετρα) 16

17 Η οπτική τεχνολογία στα δίκτυα πρόσβασης 17 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 Τεχνικές επιλογές FTTx FTTH (to The Home) FTTB (to The Building) } FTTP FTTN, FTTCή FTTCab (node, Curb ή Cabinet) 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

18 ONU και ONT ONU Optical Network Unit : Αντιστοιχούν στους συμβατικούς υπαίθριους κατανεμητές. ιατηρούν 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 ζύξ 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 ) 20 Tα Optical distribution networks περιλαμβάνουν τις κατωθι τεχνολογίες: 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)..

21 Τοπολογίες 21

22 Επιλογές FTTx (x=c,b,h) «Βάθος» ιείσδυσης Καλωδίων Οπτικών Ινών (FTTx όπου x= C (Cabinet) B (Building) co H (Home) C B H Τοπολογία ικτύου - Αρχιτεκτονική του δικτύου Οπτικών Ινών (Ring Star p2p (Point to Point), Tree p2mp (Point to Multi Point) co Τεχνολογία που χρησιμοποιείται ( Ethernet, VDSL2 με GPON ή Ethernet backhaul GPON, ) co Ethernet Switch OLT Point-to-Point to (P2P) Passive Optical Splitter [1:4 or 1:8] [1:4] [1:8] Point-to-MultiPoint (P2MP)

23 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 ρ χρήστες Απαιτεί αρχικά περισσότερη επένδυση διασφαλίζοντας όμως χαμηλότερα λειτουργικά κόστη μελλοντικά 23

24 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 ιασυνδέεται 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 εν Απαιτείται αντικατάσταση της χάλκινης καλωδίωσης του κτιρίου με οπτικές ίνες 24

25 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 25 FTTC

26 Τεχνολογίες βασισμένες στο χαλκό VDSL/VDSL2 Η χρήση υβριδικών αρχιτεκτονικών ίνας / χαλκού μειώνει σημαντικά το κόστος των απαιτούμενων επενδύσεων Χρήση της υπάρχουσας χάλκινης υποδομής στο τελευταίο κομμάτι του δικτύου (απερχόμενο) Το DSLAM συνδέει πολλές ψηφιακές συνδρομητικές γραμμές (DSLs) σε μια γραμμή υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιώντας τεχνικές πολυπλεξίας Ο χρήστης απολαμβάνει συμμετρικούς ή ασύμμετρους ρυθμούς δεδομένων πρόσβασης μέχρι 100Mb/s Ανάλογα με την DSL τεχνολογία και την απόσταση 26

27 Τεχνολογίες βασισμένες στο χαλκό VDSL/VDSL2 27

28 xdsl και FO - Fiber to cabinet DSLAM FTTx DSLAM OLT ADSL km 20 km ONU 3-4 Mbps* ADSL2+ and VDSL km Mbps asymmetric 3 6 Mbps symmetric Fibre Copper * Marketable service due to coverage 28 ONU Remote DC Power Distribution Cross Box

29 Τεχνολογίες βασισμένες στο χαλκό VDSL/VDSL2 Αποτελούν τα νέα και πιο εξελιγμένα πρότυπα ενσύρματων DSL ευρυζωνικών επικοινωνιών Σχεδιάστηκαν με σκοπό να υποστηρίξουν υπηρεσίες Triple Play Το Φεβρουάριο του 2006, οι τεχνολογίες αυτές τυποποιήθηκαν από την ITU ως G Το VDSL2 επιτρέπει τη διάδοση σε συνεστραμμένα καλώδια, ασύμμετρων και συμμετρικών συνολικών (aggregate) ρυθμών δεδομένων μέχρι και 200 Mbps χρησιμοποιώντας εύρος ζώνης 30MHz. Οι επιδόσεις του φθίνουν πολύ γρήγορα στα 100 Mbps σε απόσταση 0.5 Km και στα 50 Mbps σε απόσταση 1 Km. Ίδιο με ADSL2+ για L > 1.6 Km 29

30 Τεχνολογίες βασισμένες στο χαλκό VDSL/VDSL2 Fiber-to-the-cabinet th bi t VDSL (FTTC/VDSL) Το DSLAM πλησιάζει κοντά στον συνδρομητή και διαχειρίζεται ρζ την κίνηση η όλων των κοντινών συνδεδεμένων συνδρομητών Οι καλύτερες επιδόσεις οφείλονται εν μέρει στο μειωμένο μήκος του χάλκινου καλωδίου Αφιερωμένο DSLAM (micro DSLAM) Περεταίρω βελτίωση του BW διαχειρίζεται την κίνηση από τα διαμερίσματα και τα γραφεία μόνο του κτιρίου αυτού Η λύση αυτή έχει το πλεονέκτημα ότι χρησιμοποιείται μόνο η εσωτερική χάλκινη καλωδίωση του κτιρίου. 30

31 Tεχνικές στα οπτικά δικτύα πρόσβασης 31 Point-to-Point / Access Network

32 Τοπολογίες δικτύων πρόσβασης Τοπολογία Δένδρου Τοπολογία Δακτυλίου 32 Οι ενδιάμεσοι κόμβοι μπορεί να είναι παθητικοί PON (χωρίς δυνατότητα δρομολόγησης) ή ενεργητικοί ΑΟΝ

33 33

34 Τεχνολογίες βασισμένες στην ίνα FTTH τεχνολογίες Οι τεχνολογίες FTTH μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες Τεχνολογίες από σημείο σε σημείο (Point to Point, P2P): Υλοποιούνται με τη χρήση ενεργών διατάξεων (διατάξεις που απαιτούν παροχή ηλεκτρικού ρεύματος) Παθητικά οπτικά δίκτυα (Passive Optical Networks, PONs) ή δίκτυα από σημείο σε πολλαπλά σημεία (Point to Multi Point, P2M): Υλοποιούνται με τη χρήση παθητικών διατάξεων Η επιλογή της εκάστοτε τεχνολογίας εξαρτάται από: το είδος της υπηρεσίας που πρόκειται να μεταδοθεί το κόστος της υποδομής την υπάρχουσα υποδομή και τα μελλοντικά σχέδια για μετακίνηση σε νέες τεχνολογίες 34

35 Τεχνολογίες Παθητικών Οπτικών Δικτύων (P2MP) Κάθε πελάτης είναι συνδεδεμένος στο οπτικό δίκτυο μέσω ενός παθητικού οπτικού διαχωριστή Το εύρος ζώνης διαμοιράζεται από τον τροφοδότη έως τον ακραίο κλάδο. Η χρήση καθαρά παθητικών διατάξεων έχει τα εξής πλεονεκτήματα: Αυτές μπορούν να ανταπεξέλθουν σε δύσκολες και απαιτητικές συνθήκες εξωτερικών εγκαταστάσεων εν χρειάζονται ηλεκτρική ενέργεια μεταξύ του CO και του τελικού χρήστη. Χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης μείωση του κόστους αναβάθμισης και των λειτουργικών δαπανών Τα παθητικά συστήματα χρησιμοποιούν μία κοινή, διαμοιραζόμενη σύνδεση με τα κεντρικά ηλεκτρονικά συστήματα Οι αρχιτεκτονικές PON μπορούν να μειώσουν το κόστος καλωδίωσης δεδομένου δδ ότι δίνουν τη δυνατότητα διαμοιρασμού κάθε ίνας από πολλούς χρήστες. 35

36 Αρχιτεκτονική PON 36

37 Χαρακτηριστικά Παθητικών Οπτικών Δικτύων Το χαρακτηριστικό της ευρυεκπομπής (broadcast) επιτρέπει την παροχή υπηρεσιών όπως η καλωδιακή τηλεόραση 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 (time division multiplexing TDM) για την downstream κίνηση η τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση χρόνου (time division multiple access 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 37

38 Τεχνικά Χαρακτηριστικά Παθητικών Οπτικών Δικτύων Tα παθητικά οπτικά δίκτυα μπορούν να βρεθούν σε τρεις βασικούς σχηματισμούς (δένδρο, αρτηρία και δακτύλιος), H τοπολογία δέντρου προτιμάται εξαιτίας των μικρότερων μεταβολών της ισχύος του σήματος 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 σοco όσο και στη σηπεριοχή 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. 38

39 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 Η συνεχής εξέλιξη των παθητικών οπτικών δικτύων οδήγησε στο πρότυπο Broadband d 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. 39

40 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 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 40

41 Gigabit Passive Optical Networks 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 μπορεί να υποστηρίξει 32 χρήστες σε μια απόσταση 20 Km (OLT ONU). 41

42 Gigabit Passive Optical Networks 42

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

44 Μετά το GPON τί? H ταχύτητα GPON πρόσβασης με λόγο του ιαίρεσης FTTH-P2MP-GPON 1:32 δικτύου πρόσβασης με λόγο μοιράσματος [1:32] είναι περίπου Mbps. GPON: 2.5 Gbps / Mbps Ήδη δοκιμάζεται το 10GPON πρωτόκολλο που θα δώσει ταχύτητες 300 Μbps. Εμπορικά είναι διαθέσιμο και χρησιμοποιείται και το WDM PON με ταχύτητες 10GPON: ανά 10Gbps/ συνδεδεμένο Mbps χρήστη = 1 Gbps. WDM-PON: 1 Gbps

45 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 Η σύσταση ITU-T G.985 το οποίο καθορίζει τη λειτουργία μιας παθητικής P2P τοπολογίας Το παθητικό P2P σύστημα μπορεί να πετύχει συμμετρικούς ρυθμούς 100Mbps 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. 45

46 P2P Passive Optical Networks 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. 46

47 P2P Passive Optical Networks Τελικοί Χρήστες ONT Μεταγωγός Κορμού IP Data Voice and Video ODF ONT Κεντρικό Γραφείο (CO) Οπτική Ίνα ONT 47

48 P2P Ενεργό - ΑΟΝ Είναι γνωστό και ως ενεργό Ethernet ή Οπτικό ίκτυο Μεταγωγής γής 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 ρχ από τον υπαίθριο εξοπλισμό προς κάθε τελικό χρήστη ιευκολύνεται 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 καθώς οι αποστάσεις από τον υπαίθριο εξοπλισμό και τα απομακρυσμένα σημεία είναι γνωστές. 48

49 Active Ethernet 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 Ένα ενεργό δίκτυο μπορεί επίσης 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.

50 P2P Ενεργό Τελικοί Χρήστες ONT Οπτικό ίκτυο ιανομής (ODN) Μεταγωγός Κορμού IP Data Voice and Video Κεντρικό Γραφείο (CO) Συγκεντρωτής Aggregator Υπαίθριος Οπτικός Κατανεμητής ONT Οπτική Ίνα 50 ONT

51 AON δίκτυο Kόμβος ΑΟΝ: ADM+DXC +MUX kaθε οπτικό καλώδιο Υποστηρίζει μέχρι ανεξάρτητους δακτυλίους SDH R b = STM1, STM4, STM16 H τοπολογία δακτυλίου (SDH) με ΑΟΝ είναι σήμερα η βασική επιλογή των παρόχων στον Ελλαδικό χώρο; Βασική διάταξη ΑΟΝ: ΑDM και DMUX 51

52 Active Ethernet 2 Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Υψηλότερο εύρος ζώνης Ανάγκη ενός ηλεκτροφόρου καλωδίου Υψηλότερη πιθανή απόσταση Πιο πολύπλοκη υποδομή καλωδίων Μεγαλύτερη ασφάλεια -

53 Πρότυπα ΑΟΝ 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. Active Ethernet uses optical ethernet switches to distribute the signal, thus incorporating the customers' premises and the central office into one giant switched ethernet network. Such networks are identical to the ethernet t computer networks used in businesses and academic institutions, except that their purpose is to connect homes and buildings to a central office rather than to connect computers and printers within a campus. Each switch can handle up to 1,000 customers, although is more typical 53

54 Πρότυπα μετάδοσης PON 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 d 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 ATDMA for upstream. It will also be WDM-PON compatible. 54

55 Πρότυπα μετάδοσης PON 55

56 Video over PON Υπάρχουν δυο τρόποι μετάδοσης video σε PON: Radio frequency (RF) overlay Και IP video (or IPTV) 56

57 Ποιοτική σύγκριση (1/2) 57 Χαρακτηριστικό B(G) PON (σε παρένθεση ότι ισχύυει E(GE) PON Active Ethernet Home Run Fiber χωριστά για το GPON) Τύπος δικτύου Παθητικό Παθητικό Ενεργό - διανομής Πρότυπο ITU-T G.983 (G.984) IEEE 802.3ah IEEE 802.3ah - Χωρητικότητα Μέχρι 32 (64) χρήστες ανά παθητικό δέντρο 16 χρήστες ανά παθητικό δέντρο - - Εμβέλεια 20 km από OLT 20 km 10 km από ενεργό κόμβο Εξαρτάται από τον εξοπλισμό Ρυθμοί μετάδοσης Μέχρι 2,4 Gbps ανά PON Μέχρι 1,2 Gbps ανά Μέχρι 1,2 Gbps ανά Εξαρτάται ξρ από τον PON χρήστη εξοπλισμό Αποδοτικότητα αξιοποίησης bandwidth Υπηρεσίες Υψηλή Χαμηλή Χαμηλή Χαμηλή Φωνή με χρονική πολυπλεξία (TDM), RF video, Δεδομένα, IPTV και VoIP πάνω από σύνδεση δεδομένων VoIP, Δεδομένα, IP video VoIP, Δεδομένα, IP video Οτιδήποτε

58 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 Επιπλέον χρήστες Επιπλέον χρήστες Υψηλότερες ταχύτητες Απεριόριστη θεωρητικά Ωριμότητα Αποδοχή υποστηρίζονται με περισσότερη οπτική ίνα και εξοπλισμό Προϊόντα από πολλούς κατασκευαστές υποστηρίζονται με περισσότερη οπτική ίνα και εξοπλισμό Προϊόντα από πολλούς κατασκευαστές και περισσότεροι χρήστες υποστηρίζονται με επιπλέον εξοπλισμό Προϊόντα από πολλούς κατασκευαστές χωρητικότητα ανάλογα με τον χρησιμοποιούμενο εξοπλισμό Προϊόντα από πολλούς κατασκευαστές Μεγάλοι πάροχοι ειδικά στην Αμερική Μεγάλοι πάροχοι ειδικά εκτός Αμερικής Δήμοι και υπηρεσίες Εγκατάσταση νεων δικτύων (σε αντιδιαστολή με την εξέλιξη ήδη υπαρχόντων) 58

59 Οπτικά δίκτυα πρόσβασης-συνοψη Κατηγοριοποίηση ως προς τη συμμετοχή του οπτικού σκέλους FTTΗ FTTB 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) 59 Είδος Υπηρεσιών Αφιερωμένη σκοτεινή ίνα (dark fiber), Προσφορά μήκους κύματος (λ) Bitstream υπηρεσίες (παροχή χωρητικότητας)

60 ΑΟΝ και PON 60

61 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 λ ό 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 61

62 Σχεδίαση τηλ. δικτύου AΝΑΘΕΣΗ περιοχών και Προσδιορισμός των υπηρεσιών που θα προσφέρονται στις εν λόγω περιοχές Ζήτηση : αναλυτική κατανομή πληθυσμών, πρόβλεψη ζήτησης (Μοντέλα ζήτησης ) ιαστασιοποίηση δικτύου ομή Ανάλογα με τη κατανομή των χρηστών (γραμμικός ό προγραμματισμός;) ) Κοστολόγηση Τιμολογιακή Πολιτική Αξιολόγηση- Αποτίμηση Επένδυσης 62

63 Μέθοδος 6Α Απλότητα Ασφάλεια Αξιοπιστία Αναβαθμισιμότητα Ανοικτά πρότυπα Ανταποδικότητα 63

64 Χάραξη Πραγματικού Δικτύου 64

65 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου ασφαλτος συμπιεσμένο, αμμοχάλικο και τσιμέντο. Ταινία σήμανσης ασφαλτος >400mm 1xM1 1xM1 1x(Σ) ~150mm 40mm 65 1xM1 1xM1 1x(Σ) >150 mm 1xM1(M2)

66 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου 66

67 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου 67

68 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου 68

69 Εγκατάσταση Οπτικού Δικτύου 69

70 Fiber in the Access End Passive Optical Networks (PON) No active elements or O/E conversion (GPON, EPON etc) Fibre-Coaxial (analog) or DSL (digital) fibre-copper systems Radio over fibre (Fibre- Wireless) Systems 70

71 Σχεδιαση Οπτικού ΜΑΝ (ΑΟΝ-PON) Eνεργός ή splitter 71

72 ΜΑΝ και PON - AON 72

73 Σχεδιαση Οπτικού ΜΑΝ (ΑΟΝ-PON) 73

74 Σχεδιαση Οπτικού ΜΑΝ (ΑΟΝ-PON) 74

75 Υλοποίηση optical MAN-[PON-AON] Επιλογή οπτικής ινας System costs Distance Transmission bit-rate 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 75

76 Υλοποίηση optical MAN-[PON-AON] If blowing technique is used, a single fibre can be installed, since the advantage with blowing technique is that t it is easy to add fibres if a microduct system is used If a microduct system is used it is easy to add fibres 76

77 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. 77

78 Πολυσωλήνια - δίκτυο πρόσβασης 78

79 Οπτικά καλώδια 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 72 fibers. 79

80 Οπτικα καλώδια 80

81 υβριδικά καλώδια 81

82 Εγκατάσταση Ι Λύση RoW Εκμετάλλευση υπαρχόντων δικτύων Εκσκαφές φς 82

83 Εγκατάσταση ΙΙ Εγκατάσταση πολυσωληνίων Εγκατάσταση οπτικών καλωδίων 83

84 Οι κόμβοι πρόσβασης 84

85 Connectors SFPs - Switches LC connectors SFP (GBIC) Switches gigabit interface converter 85 small form-factor pluggable (SFP)

86 connectors 86

87 Optical splitters 87

88 Υπολογισμός του optical Budget Οπτικό ΜΑΝ είναι power oriented Optical power budget (Opb) Fibre attenuation ti (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 3, b=3 88

89 Gb Ethernet - fast Ethernet Gigabit Ethernet defined by the IEEE 802.3z and 802.3ab 1000BASE-T It can use only Category 6 cable 1000BASE-SX multimode fiber MMF (0.85 μm m over 62.5/125 µm fiber) 1000BASE-LX singlemode fiber SMF(1270 to 1355 nm, spectral width δλ =4 nm, 2 km over 9 µm SMF. Στην πράξη 10-20km) 1000BASE-CX balanced copper cabling (obsolete ) 100BASE-TX Category 5 cable [100m max] 100BASE-FX 2xMMF (400m 2Km) 100BASE-SX 2xMMF(300m max ) 89

90 παραδείγματα ανάπτυξης οπτικών ινών στην Ευρώπη 90

91 FTTx στην Ευρώπη 91

92 FTTx στην Ελλάδα Η υιοθέτηση μιας μοναδικής λύσης για ευρυζωνικό δίκτυο υψηλών ταχυτήτων στην Ελλάδα δεν είναι βιώσιμη λόγω του γεωγραφικού ανάγλυφου και της ύπαρξης πολλών περιοχών με χαμηλή πληθυσμιακή πυκνότητα και η μεγάλη διαφοροποίηση του κατά κεφαλήν εισοδήματος που παρουσιάζει συσχέτιση με την διείσδυση της ευρυζωνικότητας Αάλ Ανάλυση AT A.T. Kearney-Planning 92

93 Προτεινόμενες τεχνολογίες 93

94 Προτεινόμενες τεχνολογίες 94

95 Πάγια κόστη για ανάπτυξη FTTH PtP πηγή A.T. Kearney /Hellenic Ministry of Transport & Communications/Broadband strategy/may

96 Οι τομείς της αγοράς Από τα προήγουμενα είναι φανερό ότι τα οπτικά συστήματα αποτελούν επιλογη για τους παρακάτω τομείς: Ultra-Long Haul. Συνδέσεις μεταξύ πόλεων Μεγάλης απόστασης Long-Haul. Συνδέσεις μεταξύ συγκεκριμένων μεγάλων πόλεων. (Used by large service providers). Metro (MAN). Συνδέσεις μέσα σε αστικές περιοχές. Παροχή υπηρεσιών σε ποικίλους πελάτες σε μια μητροπολιτική περιοχή. Access Systems. Παροχή υπηρεσιών σε end-users Συνδέσεις Businesses and Homes. Enterprise/Local Area Network (LAN) {Gb and 10Gb Ethernet, Fibre Channel, etc..} 96

97 Κατασκευή ή αγορά; Τυπικά μπορεί κανείς να αγοράσει υπάρχουσα ίνα από 10Εu έως 20Εu ανά μέτρο ανά έτος Advantage: fiber can be used immediately Disadvantage: fiber may have high losses Disadvantage: Ανάλογα με τη ζήτηση το κόστος μπορεί να είναι πολύ υψηλότερο... Τυπικά η κατασκευή στοιχίζει λιγότερο από 10 Eu ανά μετρο ανά έτος Advantage: low cost and fiber can be used for swaps Advantage: Can use new micro-conduit technology or optical ribbon Disadvantage: διαρκεί δύο φορές περισσότερο από τη χειρότερη εκτίμησή μας 97

98 Fiber or wavelengths? Τα μήκος κύματος στοιχίζει 40 Εu ανα Κm ανα έτος για STM64 και 10 ετές IRU (δικαίωματος χρήσης) Για μεγάλες απόστασεις μεταξύ σημαντικών κέντρων (Long haul) η αγορά μήκους κύματος φαινρται καλή λύση......όπως και για metro fiber networks μέχρι 100 km χωρίς επαναλήπτες For regional networks greater than 100 Km fiber is the answer if the payback is less than 5 years 98

99 Typical Fiber Capital Costs Μέσο κόστος Eu ανά μέτρο: Engineering and Design: 2 6Εu per meter for engineering, design, supervision, splicing Plus Installation: 14 to 18Eu per meter for install in existing conduit; or 6to10Eu per meter for install on existing poles Plus Premise termination: Κατά μέσο όρο 5kΕu Plus cost of fiber: 15 per strand per meter for 36 strands or less 12 per strand per meter for 96 strands or less 10 per strand per meter 192 strands or less 5 per strand per meter over 192 strands 99