ΤΟΜΕΑΣ: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Διπλωματική Εργασία

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Κυριάκου Σοφοκλή του Ιωάννη Αριθμός Μητρώου: 6924 Θέμα «Σχεδίαση Δικτύου PON (Passive Optical Network) σε ημιαστικά κέντρα» Επιβλέπων: Στυλιανάκης Βασίλειος, Επίκουρος Καθηγητής Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Νοέμβριος

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Σχεδίαση Δικτύου PON (Passive Optical Network) σε ημιαστικά κέντρα» Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Κυριάκου Σοφοκλή του Ιωάννη Αριθμός Μητρώου: 6924 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων Βασίλειος Στυλιανάκης, Επίκουρος Καθηγητής 2 Ο Διευθυντής του Τομέα Νίκος Φακωτάκης Καθηγητής

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Σχεδίαση Δικτύου PON (Passive Optical Network) σε ημιαστικά κέντρα» Φοιτητής: Κυριάκου Σοφοκλής Επιβλέπων: ΒασίλειοςΣτυλιανάκης Επίκουρος Καθηγητής Περίληψη Λόγω της υψηλής ζήτησης για νέες τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες, όπως η IPTV, τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας (HDTV), video conferencing, και πολλών άλλων, υπάρχει ανάγκη να εφαρμοστούν δίκτυα που ικανοποιούν τη συνεχή ζήτηση των χρηστών για μεγαλύτερο εύρος ζώνης για χρήση των νέων τεχνολογικών τάσεων, μια εύκολη λύση είναι η εφαρμογή οπτικών παθητικών δικτύων που είναι και το θέμα τις παρούσας διπλωματικής. H μελέτη της τεχνολογίας των παθητικών οπτικών δικτύων παρουσιάζεται σαφέστερα από την GPON που είναι μια λύση πολλαπλών υπηρεσιών, η οποία χρησιμοποιεί οπτικές ίνες και μπορεί να μειώσει σημαντικά το λειτουργικό κόστος που παρουσιάζεται, προσφέρει εύρος ζώνης υψηλής χωρητικότητας και ευελιξίας με ταχύτητες 2,5 Gbps. Αυτή η τεχνολογία μας επιτρέπει να συνδέσουμε ένα μεγάλο αριθμό πελατών με μία μόνο ίνα που υπερβαίνει τους τρέχοντες περιορισμούς απόστασης. Αρχικά θα αναφερθούμε στην ιστορική εξέλιξη των παθητικών οπτικών δικτύων,στην 3

4 συνέχεια θα αναλύσουμε τον όρο FTTX καθώς επίσης και τις κατηγοριοποιήσεις των οπτικών δικτύων γενικά. Συνεχίζοντας θα μελετήσουμε τις διάφορες τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης που μπορεί να εφαρμόζει ένα παθητικό οπτικό δίκτυο. Προχωρώντας θα κάνουμε ανάλυση καθώς και σύγκριση των διάφορων οπτικών παθητικών δικτύων. Στη συνέχεια θα σχεδιάσουμε ένα GPON FTTH στην ημιαστική περιοχή που περιλαμβάνει τα Πάνω Πολεμίδια,το πάνω μέρος των Κάτω Πολεμιδιών και την Ανθούπολη της επαρχίας Λεμεσού στην Κύπρο. Τέλος κάνουμε προσομοίωση του δικτύου και λαμβάνουμε τα αποτελέσματα με την βοήθεια του λογισμικού Optisystem

5 Πίνακας περιεχομένων Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή Ιστορική εξέλιξη των παθητικών οπτικών δικτύων... 9 Κεφάλαιο 2 : Κατηγοριοποιήσεις Οπτικών Δικτύων-Ορισμοί-FTTX-Διάφορες προκλήσεις ενός PON Κατηγοριοποίηση ως προς τον προορισμό της οπτικής σύνδεσης [4][5][6][7] FTTH FTTB FTTP FTTΝ FTTC FTTB FTTLA FTTO FTTP Κατηγοριοποίηση ως προς την τοπολογία [4][5][6][10] Point-to-Point (P2P) Point-to-Multipoint (PMP) Κατηγοριοποίηση ως προς τις τεχνολογίες πρόσβασης (PON vs AON) Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (Passive Optical Network-PON) Ενεργό Οπτικό Δίκτυο (Αctive Optical Network-AON) Υβριδικό (PON) Φυσικό υπόστρωμα και πολυπλεξία ενός PON Κεφάλαιο 3 :Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης σε ένα Παθητικό Οπτικό Δίκτυο Τεχνική Πολλαπλής Πρόσβασης με Πολυπλεξία διαίρεσης Χρόνου (TDMA) Τεχνική Πολλαπλής Πρόσβασης με Πολυπλεξία Υποφέροντος( SCMA) Τεχνική Πολλαπλής Πρόσβασης με Πολυπλεξία διαίρεσης Μήκους Κύματος(WDMA) Τραχύς Πολυπλεξία με διαίρεση Μήκους Κύματος (CWDM) Πυκνή Πολυπλεξία Διαχωρισμού Μήκους Κύματος (DWDM) Διαφορές μεταξύ CWDM και DWDM Κεφάλαιο 4:Ανάλυση Παθητικού Οπτικού Δικτύου

6 4.1 Γενική λειτουργία του PON OLT (Optical Line Terminal) ONT (Optical Network Terminal ) ή ONU (Optical Network Unit) Παθητικός Διαχωριστής (Splitter) ή συνδυαστής (combiner) Τοπολογίες PON Παθητικό Δέντρο Παθητικός Δακτύλιος Παθητικός Δίαυλος Σύγκριση Κατηγορίες Παθητικών Οπτικών Δικτύων Παθητικό Οπτικό Δίκτυο με Πολυπλεξία διαίρεσης Χρόνου (TDM PON) Γενική Αρχιτεκτονική ΑΤΜ Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (APON) Θετικά των ATM Παθητικών Οπτικών Δικτύων Ethernet Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (EPON) Θετικά των Ethernet Παθητικών Οπτικών Δικτύων Gigabit Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (GPON) Μελέτες για εξέλιξη των Gigabit Παθητικών Oπτικών Δικτύων (GPON) Υβριδικά GPON/CDWM ΧG-PONs Παθητικό Οπτικό Δίκτυο με Πολυπλεξία διαίρεσης Μήκους Κύματος (WDM PON) Γενική Αρχιτεκτονική WDM PON Δίκτυο Χρησιμότητα Παθητικών Οπτικών Δικτύων με Πολυπλεξία διαίρεση μήκους κύματος Πλεονεκτήματα WDM PON Πλέγμα Συστοιχίας Κυματοδηγών (Arrayed Waveguide Grating AWG) Κεφάλαιο 5:Σχεδίαση του δικτύου Γενικά Σχεδιασμός και επιλογή των στοιχείων του δικτύου πρόσβασης Σχεδιασμός του δικτύου πρόσβασης [20] Επιλογή των στοιχείων του δικτύου

7 Τερματικό οπτικής γραμμής (OLT) Oπτικοί διαχωριστές (optical splitters) [22] ONT(optical network terminal) Καλώδια οπτικών ινών Θεωρητικός υπολογισμός μακρινότερου ONU Υπολογισμός κόστους των στοιχείων Κεφάλαιο 6 : Προσομοίωση του δικτύου Επιλογή του προγράμματος προσομοίωσης του δικτύου Πρόγραμμα προσομοιώσεις Optisystem Βασικά χαρακτηριστικά Βιβλιοθήκη Μετρήσεις εξαρτημάτων συναρμολόγησης Αναπαράσταση ανάμικτων σημάτων Ποιότητα της λειτουργίας των αλγορίθμων Εργαλεία για προχωρημένη οπτικοποίηση Μonitor δεδομένων Ιεραρχική προσομοίωση με υποσυστήματα Στοιχεία ορισμένα από το χρήστη Πολλαπλές διατάξεις Αναφορές Παράμετροι και βελτιστοποιήσεις Κατάλογοι υλικών Σχεδίαση και αποτελέσματα του δικτύου στο Optisystem Σχεδιασμός και ανάλυση του δικτύου[24] Στοιχεία που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση Bidirectional fiber WDM Transmitter (OLT) Bidirectional Circulator Splitter Optical Network Unit (ONU) R Regenerator - BER Analyzer

8 Optical spectrum analyzer Ανάπτυξη της προσομοίωσης Αποτελέσματα της προσομοίωσης Σύγκριση θεωρητικού υπολογισμού με αποτελέσματα της προσομοίωσης Ανάλυση BER Διάγραμμα ματιού Κεφάλαιο 7: Συμπεράσματα και παρατηρήσεις ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

9 Κεφάλαιο 1 : Εισαγωγή Καθώς η ευρυζωνική επανάσταση συνεχίζεται η συνεχή ζήτηση των χρηστών για μεγαλύτερο εύρος ζώνης μεγαλώνει όλο και περισσότερο, που το καθιστά ένα από τα μεγαλύτερα ζητήματα τα τελευταία χρόνια. Οι μεγάλες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης προήλθαν όχι μόνο από τη συνεχή αύξηση του αριθμού των χρηστών του Internet, αλλά και από τις αυξανόμενες απαιτήσεις των δικτυακών εφαρμογών, οι οποίες αλλάζουν την συμπεριφορά των χρηστών, καθιστώντας τους ολοένα και πιο απαιτητικούς. Παράλληλα, το κόστος για τη μετάδοση αυτού του συνεχώς αυξανόμενου όγκου δεδομένων πρέπει να διατηρείται σε λογικά επίπεδα και η προσφορά του απαιτούμενου εύρους ζώνης να μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσα σε εύλογο χρονικό διάστημα. Το απαιτούμενο εύρος ζώνης μπορεί να επιτευχθεί με πάρα πολλές και διαφορετικές τεχνολογίες,αλλά κάθε τεχνολογία έχει και τα όριά της όσον αφορά, την αξιοπιστία, το κόστος και την κάλυψη. Η οπτική ίνα ξεχωρίζει αφού μπορεί να προσφέρει σχεδόν απεριόριστες δυνατότητες εύρους ζώνης, έχει εξαιρετική αξιοπιστία και γίνεται όλο και περισσότερο πιο οικονομική ως προς την εγκατάσταση της.έτσι την τελευταία δεκαετία παρατηρείται η εγκατάλειψη του χαλκού και η σταδιακή μετάβαση σε δίκτυα πρόσβασης οπτικών ινών. Από τις διαθέσιμες τεχνολογίες οπτικών δικτύων πρόσβασης, τα παθητικά οπτικά δίκτυα εμφανίζουν σαφή πλεονεκτήματα, γεγονός που αποδεικνύεται από τον υψηλό βαθμό διείσδυσής τους στη πλειοψηφία των αγορών.[1][2] 1.1 Ιστορική εξέλιξη των παθητικών οπτικών δικτύων Τα πρώτα βήματα για την υλοποίηση ενός δικτύου πρόσβασης με οπτική ίνα μέχρι το σπίτι ξεκίνησαν από την δεκαετία του 1990 από μια ομάδα τηλεπικοινωνιακών παρόχων γνωστή ως Full Service Access Network (FSAN).Στην πορεία η Διεθνής Ένωση 9

10 Τηλεπικοινωνιών International Telecommunication Union (ITU) εξέδωσε δύο πρότυπα ένα για κάθε γενιά οπτικού δικτύου. Το παλαιότερο πρότυπο της International Telecommunication Union (ITU-Τ),το G.983 βασίζεται στο πρωτόκολλο Asynchronous Transfer Mode (ATM) και είναι γνωστό ως APON (ATM PON).Οι βελτιώσεις που έγιναν στο αρχικό πρότυπο APON,οδήγησε στην τελική μορφή του προτύπου ITU-T G.983,το οποίο είναι γνωστό ως Broadband PON (BPON).Ο ρυθμός μετάδοσης ενός APON/BPON για την downstream κυκλοφορία είναι 622Mbit/s και για την upstream κυκλοφορία 155Mbit/s,παρόλο που το πρότυπο καθορίζει μεγαλύτερους ρυθμούς μετάδοσης. Το πρότυπο ITU-T G.984 (GPON) αποτελεί μια βελτιωμένη λύση,τόσο σε επίπεδο συνολικού εύρους ζώνης, όσο και σε επίπεδο απόδοσης,εφόσον χρησιμοποιεί μεγαλύτερα πακέτα. Αυτό το πρότυπο επιτρέπει πολλούς ρυθμούς μετάδοσης, όμως στην παγκόσμια αγορά έχει καθιερωθεί ο ρυθμός μετάδοσης των Gbit/s για την downstream κυκλοφορία και Gbit/s για την upstream κυκλοφορία. Η μέθοδος ενθυλάκωσης (encapsulation) του GPON (GPON Encapsulation Method GEM) επιτρέπει τη βέλτιστη δυνατή πακετοποίηση των δεδομένων του χρήστη με τμηματοποίηση του πλαισίου (Frame Segmentation),προσφέροντας έτσι μεγαλύτερη ποιότητα στις υπηρεσίες (QoS),όπως η φωνή και η εικόνα. Παράλληλα, η Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE),το 2004 εξέδωσε το πρότυπο IEEE Ethernet PON (EPON ή GEPON),ως εναλλακτική πρόταση για τα δίκτυα πρόσβασης. Το παθητικό οπτικό δίκτυο Ethernet passive optical network (EPON), χρησιμοποιεί το πρότυπο IEEE Ethernet με downstream και upstream κυκλοφορία 1Gbit/s ρυθμό μετάδοσης. Τα EPON χρησιμοποιούνται κυρίως σε κεντρικά δίκτυα, καθώς επίσης σε δίκτυα φωνής, δεδομένων και εικόνας. Μέσα στο 2006, η IEEE ξεκίνησε την δημιουργία ενός νέου προτύπου για τα EPON πολύ υψηλών ταχυτήτων, της τάξεως των 10Gbit/s, γνωστά ως XEPON ή 10GEPON. 10

11 Τα παθητικά οπτικά δίκτυα PON εκμεταλλεύονται τα πλεονεκτήματα της πολυπλεξίας μήκους κύματος WDM (Wavelength Division Multiplexing), χρησιμοποιώντας ένα μήκος κύματος για την downstream και upstream μετάδοση μέσω μιας οπτικής ίνας. το μήκος κύματος της downstream μετάδοσης είναι στα 1490nm και της upstream μετάδοσης στα 1310nm. Σύμφωνα με την άποψη της FSAN και της ITU-T, τα δίκτυα νέας γενιάς χωρίζονται πλέον σε δύο επίπεδα, στα NG-PON1 (Next-Generation PON), γνωστά ως 10G-PON (XG-PON) και στα NG-PON2. Το XGPON θεωρείται μια βραχυπρόθεσμη εξέλιξη, καθιερωμένη από το 2010, ενώ η τεχνολογία NGPON2, θεωρείται ότι είναι μια μακροπρόθεσμη τεχνολογία (2015), αφού κίνησε τις διαδικασίες να προτυποποιηθεί από την ITU-T στα μέσα της χρονιάς. Στην Εικόνα 1 βλέπουμε την εξέλιξη της PON τεχνολογίας. 11

12 Εικόνα 1 : Επανάσταση της PON τεχνολογίας. Οι κύριες απαιτήσεις των δύο αυτών τεχνολογικών εξελίξεων είναι, η ομαλή συνύπαρξη τους με τα ήδη ανεπτυγμένα GPON συστήματα, λαμβάνοντας παράλληλα υπόψη ότι το οπτικό δίκτυο διανομής ODN (Optical Distribution Network),αντιπροσωπεύει το 70% του συνόλου σε μια εγκατάσταση PON. Με την προδιαγραφή της συνύπαρξης μεταξύ των συστημάτων και της επαναχρησιμοποίησης του ODN, η μετανάστευση από GPON σε NGPON1 και NGPON2, αποδεικνύει την ωρίμανση της τεχνολογίας και την ανάγκη για μεγαλύτερο εύρος ζώνης.[3] 12

13 Κεφάλαιο 2 : Κατηγοριοποιήσεις Οπτικών Δικτύων-Ορισμοί-FTTX- Διάφορες προκλήσεις ενός PON Πριν πάμε να μιλήσουμε για τα παθητικά οπτικά δίκτυα θα δούμε τα 3 στοιχεία που διαμορφώνουν το κάθε οπτικό δίκτυο : Αρχιτεκτονική, Τοπολογία και Τεχνολογία. Για να κατασκευάσει κανείς ένα οπτικό δίκτυο πρόσβασης πρέπει να διαλέξει Αρχιτεκτονική, Τοπολογία και Τεχνολογία (με αυτή τη σειρά).τυπικά, οποιασδήποτε συνδυασμός είναι επιτρεπτός και τεχνικά εφικτός. Στην πράξη όμως, καταλήγουμε σχεδόν πάντα σε δύο «πακέτα» ολοκληρωμένων λύσεων: PtP AON και PtMP PON.Είναι ιδιαίτερα σπάνιο να συναντήσει κανείς PtP PON ή PtMP AON.Είναι αξιοσημείωτο ότι η μία ακριβή λύση πάει με την ακριβή λύση και η φθηνή με τη φθηνή.αυτό έχει ως αποτέλεσμα η λύση PtP AON είναι περίπου κατά ένα τρίτο ακριβότερη από αυτη του PtMP PON Σε αυτό το κεφάλαιο θα δούμε τι επιλογές υπάρχουν για κάθε ένα από τα 3 στοιχεία 2.1 Κατηγοριοποίηση ως προς τον προορισμό της οπτικής σύνδεσης [4][5][6][7] Η Αρχιτεκτονική δείχνει στην ουσία πόσο μακριά θα φτάσει η οπτική ίνα στο last mile (ή αλλιώς, πόσο κοντά στο συνδρομητή) Με το γενικό όρο «Fiber to the x (FTTX)», αναφερόμαστε σε οποιαδήποτε αρχιτεκτονική χρησιμοποιεί οπτική ίνα για την αντικατάσταση μέρους ή όλου του χαλκού ή άλλων τεχνολογιών στον τοπικό βρόχο. Ανάλογα με το πόσο κοντά στο χρήστη φτάνει η οπτική ίνα διακρίνουμε διάφορες περιπτώσεις οι οποίες αναφέρονται πιο κάτω FTTH Οπτική ίνα μέχρι το σπίτι (Fiber To The Home). Σύμφωνα με τον ορισμό του FTTH Council, ως Fiber to the Home (FTTH) ορίζεται η τηλεπικοινωνιακή αρχιτεκτονική σύμφωνα με την οποία μία επικοινωνιακή οδός εκτείνεται με χρήση αποκλειστικά οπτικού μέσου από τον εξοπλισμό μεταγωγής ενός δικτυακού παρόχου έως το χώρο διαμονής ή εργασίας κάθε χρήστη. Η οπτική ίνα τερματίζεται εντός του καθαυτού χώρου διαμονής ή εργασίας του καθενός από τους παραπάνω χρήστες. 13

14 2.1.2 FTTB Σύμφωνα με τον ορισμό του FTTH Council, ως Fiber to the Building (FTTB) ορίζεται η τηλεπικοινωνιακή αρχιτεκτονική σύμφωνα με την οποία επικοινωνιακή οδός εκτείνεται με χρήση αποκλειστικά οπτικού καλωδίου από τον εξοπλισμό μεταγωγής ενός δικτυακού παρόχου έως τουλάχιστον το όριο της ιδιοκτησίας που περιβάλλει το χώρο διαμονής ή εργασίας ενός ή περισσοτέρων χρηστών και τερματίζεται πριν από τον καθαυτό χώρο διαμονής ή εργασίας του καθενός από τους παραπάνω χρήστες. Το επικοινωνιακό μονοπάτι προς τον ή τους χρήστες ολοκληρώνεται με χρήση άλλου μέσου, όπως ομοαξονικό καλώδιο, συνεστραμμένα ζεύγη χαλκού ή ασύρματη ζεύξη. Η προαναφερθείσα επικοινωνιακή οδός παρέχεται με σκοπό την εξυπηρέτηση τηλεπικοινωνιακής κίνησης από και προς ένα η περισσότερους χρήστες, για μία ή περισσότερες υπηρεσίες και από ή προς ένα ή περισσότερους παρόχους υπηρεσιών. Ο παραπάνω ορισμός δεν συμπεριλαμβάνει αρχιτεκτονικές σύμφωνα με τις οποίες το οπτικό μέσο τερματίζεται σε δημόσιο χώρο όπως καμπίνα εξωτερικού χώρου. Είναι προφανές ότι η FFTB αποτελεί μια μεταβατική αρχιτεκτονική για την παροχή υπηρεσιών σε υπάρχοντα κτίρια και μπορεί να είναι συμπληρωματική ώς πρός την FFTH η οποία αναπτύσσεται κυρίως σε νέα κτίρια. Βέβαια, με εισαγωγή, σε δεύτερη φάση, οπτικών καλωδίων εντός του κτιρίου, η αρχιτεκτονική FFTB μπορεί να μετεξελιχθεί σε πλήρη αρχιτεκτονική FFTH. Αυτό που αξίζει να αναφερθεί είναι ότι η διαφορά ανάμεσα στο FTTH και στο FTTB είναι σημαντική. Αν και το κόστος ανάπτυξης του δικτύου αυτό καθαυτό επιμερίζεται σε συντριπτικό ποσοστό στο κομμάτι εκτός του κτιρίου του συνδρομητή και χιλιομετρικά η απόσταση από το Αστικό Κέντρο μέχρι το κτίριο του συνδρομητή είναι πολλαπλάσιο της απόστασης του υπογείου του κτιρίου μέχρι την οικία του συνδρομητή (στην πρώτη περίπτωση περιμένουμε να είναι μερικά χιλιόμετρα, ενώ στη δεύτερη μερικές δεκάδες 14

15 μέτρα ανάλογα τον όροφο),τα λίγα αυτά μέτρα μπορούν να καθυστερήσουν εβδομάδες ή και μήνες τα έργα, μιας και αρκετές φορές απαιτείται έγκριση από όλους τους ενοίκους του κτιρίου ώστε να περαστεί οπτική ίνα στο κτίριο. Αυτός ακριβώς είναι ο λόγος που αρκετοί πάροχοι προτιμούν το FTTB από το FTTH.Φυσικά, αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί εύκολα αν υπάρχει η πολεοδομική υποχρέωση εγκατάστασης οπτικών ινών στα νέα κτίρια και δια νόμου άδεια εγκατάστασης οπτικών ινών στα υπάρχοντα κτίρια ανεξάρτητα από τις ενστάσεις των ενοίκων του κτιρίου FTTP Με τον όρο «Fiber to the Premises (FTTP) είθισται να γίνεται γενική αναφορά στις δύο προαναφερθείσες αρχιτεκτονικές, σε αντιπαραβολή συνήθως με αυτές που αναφέρονται στη συνέχεια, λόγω των ουσιωδών διαφορών μεταξύ των δύο ομάδων FTTΝ Ως Fiber to the Node ή αλλιώς Fiber to the Neighborhood (FTTN) και με σύνηθες συνώνυμο το «Fiber to the Cabinet (FTTCab) ορίζεται η τηλεπικοινωνιακή αρχιτεκτονική σύμφωνα με την οποία η επικοινωνιακή οδός εκτείνεται με χρήση αποκλειστικά οπτικού καλωδίου από τον κεντρικό εξοπλισμό του δικτυακού παρόχου μέχρι τουλάχιστον μία καμπίνα εξωτερικού χώρου η οποία υποστηρίζει ολόκληρη περιοχή (γειτονιά). Η ολοκλήρωση της επικοινωνιακής οδού έως τους χρήστες υλοποιείται με άλλα μέσα πλην του οπτικού καλωδίου, με πιο συνηθισμένη τεχνολογία, κάποια μορφή DSL. Η προαναφερθείσα επικοινωνιακή οδός παρέχεται με σκοπό την εξυπηρέτηση τηλεπικοινωνιακής κίνησης από και προς πολλούς χρήστες, συνήθως για μία έως δύο υπηρεσίες (fast internet ή/και voice/voip), συνήθως από ένα πάροχο υπηρεσιών (αυτόν που κατέχει το οπτικό τμήμα της επικοινωνιακής οδού). Η τυπική ακτίνα της εξυπηρετούμενης περιοχής είναι μικρότερη από 1500 μέτρα και καλύπτει αρκετές εκατοντάδες χρήστες. Εάν η καμπίνα εξυπηρετεί περιοχή μικρότερη απο 300m τότε η αρχιτεκτονική αποκαλείται στην αμερικάνικη ορολογία Fiber to the Curb (FFTC) και στην Αγγλική ορολογία Fiber to the Kurb (FFTK). 15

16 Είναι προφανές ότι η αρχιτεκτονική FFTN παρουσιάζει θεωρητικά μικρότερο δυναμικό εύρους ζώνης από την FFTC και ουσιωδώς μικρότερο δυναμικό από τις αρχιτεκτονικές FFTP (δηλαδή FFTB και FFTH). Επίσης είναι προφανές ότι η επιλογή FTTH είναι η πιο ακριβή από τις FTTC FTTC (Fiber To The Cabinet) Οπτική ίνα μέχρι την καμπίνα: Παραλλαγή συνώνυμη με αυτή για το Fiber To The Curb FTTB FTTB (Fiber To The Business) Οπτική ίνα μέχρι την επιχείρηση: Το τελικό σημείο της οπτικής ίνας βρίσκεται σε μια επιχείρηση FTTLA FTTLA (Fiber To The Last Amplifier) Οπτική ίνα μέχρι τον πρώτο ενισχυτή: Σε δίκτυα που χρησιμοποιούν αρκετούς ενισχυτές σήματος, η τεχνολογία FTTLA σκοπεύει στην αντικατάσταση των ομοαξονικών καλωδίων πριν τον τελευταίο ενισχυτή κοντά τις κατοικίες των συνδρομητών. Χρησιμοποιείται κυρίως για να αντικαταστήσει σταδιακά με οπτική ίνα τα υπάρχοντα ομοαξονικά καλώδια που υπάρχουν στην αρχιτεκτονική CATV FTTO FTTO (Fiber To The Office) Οπτική ίνα μέχρι το γραφείο: Παρόμοια περίπτωση με το Fiber To The Business, όπου υπάρχει οπτική ίνα μέχρι το γραφείο κάποιου εταιρικού πελάτη μιας επιχείρησης FTTP FTTP (Fiber To The Premises) Οπτική ίνα μέχρι τα όρια ενός κτίσματος: Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται σε διάφορα πλαίσια: Είτε σαν γενικός όρος για τα FTTH και FTTB, ή σε δίκτυα πρόσβασης που περιλαμβάνουν τόσο σπίτια αλλά και μικρές επιχειρήσεις. 16

17 Η Εικόνα 2 πιο κάτω αναδεικνύει μερικές από τις διάφορες περιπτώσεις. Εικόνα 2 : Αρχιτεκτονικές FTTx 2.2 Κατηγοριοποίηση ως προς την τοπολογία [4][5][6][10] Η Τοπολογία καθορίζει το αν η κάθε οπτική ίνα που ξεκινάει από το Αστικό Κέντρο αντιστοιχεί σε ένα συνδρομητή ή αν μοιράζεται σε περισσότερους. Έτσι έχουμε : α)point-to-point (PtP),όπου κάθε οπτική ίνα αντιστοιχεί σε ένα συνδρομητή β)point-to-multipoint (PtMP),όπου κάθε οπτική ίνα συναντάει κάποιον αριθμό splitters (συνήθως 4 ή 5) με την πίσω άκρη του splitter να βγάζει δύο οπτικές ίνες με το οπτικό σήμα να χωρίζεται στη μέση όσον αφορά την οπτική του ισχύ, ώστε μετά από 4 ή 5 στάδια splitting, να εξυπηρετούνται 16 ή 32 συνδρομητές 17

18 Είναι προφανές ότι η PtP λύση είναι σαφώς πιο ακριβή, μιας και απαιτεί πολλές περισσότερες οπτικές ίνες και πολύ μεγαλύτερες τάφρους για αυτές. Επίσης, η επιλογή PtP προσφέρει περισσότερη ασφάλεια, αφού κάθε συνδρομητής έχει dedicated medium,ενώ στο PtMP έχει shared medium,οπότε είναι πιο ευαίσθητο σε υποκλοπή. Αντίθετα, το μόνο πλεονέκτημα του PtMP είναι το μικρότερο κόστος Point-to-Point (P2P) Με την προσέγγιση P2P η υποδομή παρέχει στο φυσικό επίπεδο, αστεροειδώς, διακριτές οπτικές οδούς από το απομακρυσμένο σημείο παρουσίας του παρόχου προς κάθε υποστηριζόμενο από το σημείο αυτό, χρήστη. Είναι σαφές ότι η «διακριτότητα» της κάθε σύνδεσης όσο απομακρυνόμαστε από τον παραπάνω κόμβο προς το εσωτερικό του δικτύου, μπορεί να εξασφαλίζεται όχι στο φυσικό επίπεδο αλλά σε ανώτερα επίπεδα (λ, L2, L3). Εικόνα 3: Συνδέσεις σημείου προς σημείο (P2P) 18

19 Πρακτικά, με τον όρο P2P αναφερόμαστε στον αστέρα πρόσβασης Ενεργών Οπτικών Δικτύων (ΑΟΝ) από το ενεργό στοιχείο (L2 ή L3) του ακραίου κόμβου πρόσβασης έως το ενεργό στοιχείο (L2 ή L3) του κτιρίου (FFTB) ή του χρήστη (FFTH) Point-to-Multipoint (PMP) Με την ορισμό PΜP η οπτική υποδομή αναπτύσσεται με τρόπο ώστε να δίνει τη δυνατότητα δενδροειδούς διακλάδωσης οπτικών μονοπατιών, χωρίς ενδιάμεσους κόμβους, μέσω διακλαδωτήρων από το σημείο παρουσίας του παρόχου, προς διαδοχικές ομάδες γειτνιαζόντων χρηστών. Οι οπτικές οδοί από τον πάροχο προς τον διακλαδωτή, εξυπηρετούν την κίνηση από και προς πολλούς χρήστες, η οποία μεταφέρεται αυτούσια σε όλες τις ακτίνες του αστέρα. Ουσιαστικά οι χρήστες στα άκρα του αστέρα μοιράζονται το εύρος ζώνης μιας οπτικής οδού με επιπλέον απώλειες και αυξημένη πολυπλοκότητα για την απομόνωση των κινήσεων των χρηστών. Εικόνα 4 : Συνδέσεις σημείου προς πολλαπλά σημεία με AON (PΜP) 19

20 Εικόνα 5: Συνδέσεις σημείου προς πολλαπλά σημεία με PON (PΜP) Αν και τοπολογίες PMP μπορούν να εντοπιστούν τόσο σε Ενεργά (ΑΟΝ) όσο και σε Παθητικά Οπτικά Δίκτυα (PON), πρακτικά ο όρος PMP τείνει να αναφέρεται περισσότερο στον τρόπο ανάπτυξης των παθητικών δικτύων (PON), από το Κεντρικό Σημείο του Παρόχου (Central Office CO) έως το χρήστη. Το ισοδύναμο για την περίπτωση των ενεργών δικτύων είναι η σύνδεση του ακραίου μεταγωγού πρόσβασης (Switch) με το χρήστη το οποίο είναι τοπολογίας P2P και όχι PMP. 2.3 Κατηγοριοποίηση ως προς τις τεχνολογίες πρόσβασης (PON vs AON) Η Τεχνολογία εξαρτάται από τη χρήση ή μη ενεργών οπτικών στοιχείων στο δίκτυό μας έξω από το Αστικό Κέντρο. Ενεργό οπτικό στοιχείο λέγεται το οπτικό στοιχείο που καταναλώνει ρεύμα (άρα θέλει αδιάλειπτη παροχή ρεύματος και γεννήτρια ή μπαταρία για εφεδρεία),ενώ παθητικό αυτό που δεν καταναλώνει ρεύμα (και κατά κανόνα χρειάζεται πολύ λιγότερη συντήρηση).έτσι λοιπόν έχουμε: 20

21 2.3.1 Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (Passive Optical Network-PON) Το οπτικό τμήμα ενός δικτύου πρόσβασης μπορεί να είναι ενεργό ή παθητικό, όπως επίσης και τύπου σημείο προς σημείο (point to point) ή σημείο προς πολλαπλά σημεία (point to multipoint). Τα Παθητικά Οπτικά Δίκτυα (Passive Optical Networks PONs) είναι οπτικά δίκτυα σημείου προς πολλαπλά σημεία, τα οποία δεν περιέχουν ενεργά στοιχεία, δηλαδή δεν πραγματοποιείται μετατροπή του οπτικού σήματος σε ηλεκτρικό από την πηγή μέχρι το προορισμό. Τα μόνα στοιχεία που χρησιμοποιούνται είναι παθητικοί ζεύκτες (couplers), διαιρέτες (splitters) και συνδυαστές (combiners). Εικόνα 6 : Παθητικό Οπτικό δίκτυο (Passive Optical Network PON) Τα PONs είναι μια αξιόπιστη λύση για τα Δίκτυα Πρόσβασης (Access Networks AN) αφού επιτρέπουν τη χρήση υπηρεσιών ευρείας ζώνης με οικονομικούς όρους, ώστε να είναι εφικτή η πρόσβαση από μεμονωμένους χρήστες ή μικρές επιχειρήσεις οι οποίοι δεν έχουν τη οικονομική δυνατότητα χρησιμοποίησης οπτικών ινών αποκλειστικής χρήσης. Κάποια από τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των PONs περιγράφονται πιο κάτω. 21

22 Πλεονεκτήματα Δεν είναι ενεργός κανένας απομακρυσμένος κόμβος Πλήρως παθητικό δίκτυο Επιτρέπει την εύκολη μετάδοση βίντεο και δεδομένων Υλοποίηση με το λιγότερο δυνατό αριθμό πομποδεκτών Χαμηλότερο κόστος κύκλου ζωής Ελάχιστη ίνα Μειονεκτήματα Το ίδιο εύρος ζώνης πρέπει να διαιρεθεί μεταξύ διάφορων χρηστών Η οπτική ισχύς διαχωρίζεται μεταξύ των θυρών εξόδου (output ports), γεγονός που περιορίζει την μέγιστη απόσταση Το ίδιο οπτικό σήμα παραλαμβάνεται από όλες τις μονάδες (ONUs), εγείροντας ανησυχίες για την ασφάλεια δικτύων Το εύρος ζώνης που χρησιμοποιείται για uploading δεν είναι broadcast (λιγότερο εύρος ζώνης από πλήρες P2P) Απαίτηση για έναν αυστηρό αλγόριθμο για την σύλληψη upstream κυκλοφορίας (καταμερισμός χρόνου για την upstream σύνδεση) Πιο σύνθετοι πομποδέκτες (οπτική ισχύς, δυνατότητα burst mode) Πίνακας 1 :Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του ΡΟΝ [8] Για τα PON θα αναφερθούμε πιο αναλυτικά σε επόμενα κεφάλαια 22

23 2.3.2Ενεργό Οπτικό Δίκτυο (Αctive Optical Network-AON) Αντί της εγκατάστασης ενός PON, είναι επίσης δυνατό να επεκταθεί ένα ενεργό δίκτυο, που είναι παρόμοιο με ένα PON, αλλά έχει μερικές σημαντικές διαφορές. Η κύρια διαφορά είναι η αντικατάσταση του παθητικού splitter από έναν ενεργό κόμβο, όπως παρουσιάζεται στην εικόνα 7. Μια σημαντική συνέπεια είναι ότι είναι απαραίτητο ένα ηλεκτροφόρο καλώδιο (power line) μεταξύ του CO και του ενεργού κόμβου. Εκτός από μια διακλαδισμένη δεντρική αρχιτεκτονική όπως χρησιμοποιείται σε ένα PON, 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. Δεύτερον, αντί της διανομής του εύρους ζώνης μεταξύ πολλαπλών συνδρομητών, σε κάθε τελικό χρήστη παρέχεται αφιερωμένη σύνδεση που του παρέχει το συνολικό αμφίδρομο εύρος ζώνης. Αυτό μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας τεχνικές SDM (Space Division Multiplexing) ή WDM. Λόγω της φύσης του, αυτός ο τύπος αρχιτεκτονικής αναφέρεται επίσης ως από-σημείο-σε-σημείο (point-to-point P2P). Εικόνα 7 : Point-to-point συνδέσεις με έναν ενεργό κόμβο (Ethernet Switch) Ο Πίνακας 2 παρουσιάζει συνοπτικά τα βασικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της χρήσης ενός ενεργού κόμβου. 23

24 Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Υψηλότερο εύρος ζώνης Ανάγκη ενός ηλεκτροφόρου Καλωδίου Υψηλότερη πιθανή Πιο πολύπλοκη υποδομή καλωδίων απόσταση Mεγαλύτερη ασφάλεια - Πίνακας 2 :Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του ΑΟΝ [8] Η Τρίτη διαφορά στην αρχιτεκτονική του PON και του ενεργού κόμβου είναι ο περιορισμός της απόστασης. Σε ένα PON, ο πιο απομακρυσμένος συνδρομητής πρέπει να βρίσκεται σε μια ακτίνα 10-20km από το CO, ανάλογα με το συνολικό αριθμό των διαμοιράσεων (μέγιστο 1:32). Αντίθετα, ένα ενεργό δίκτυο, έχει έναν περιορισμό απόστασης περίπου 80km, ανεξάρτητα από τον αριθμό συνδρομητών που εξυπηρετεί. Ο αριθμός συνδρομητών περιορίζεται μόνο από τους κόμβους μεταγωγής (switches) που χρησιμοποιούνται και όχι από την ίδια την υποδομή, όπως στην περίπτωση PON. Ο ενεργός κόμβος θα είναι χαρακτηριστικά ένα Ethernet Switch και ο διαθέσιμος ρυθμός μετάδοσης δεδομένων θα είναι πάνω από 10 Gbps.[8] Υβριδικό (PON) Εκτός από τα καθαρά PON και AON υπάρχουν και τα υβριδικά τα οποία αποτελούν ένα συνδυασμό ενός ενεργού κόμβου και μιας αρχιτεκτονικής PON. Η αρχιτεκτονική των υβριδικών παρουσιάζεται στην πιο κάτω Εικόνα 8. Η εφικτή απόσταση είναι υψηλότερη από ότι στην περίπτωση χρησιμοποίησης ενός PON με διαμοίραση ισχύος. Παράλληλα, αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μια απλούστερη υποδομή σε σχέση με μια απολύτως ενεργή τοπολογία. 24

25 Εικόνα 8 : Υβριδικό Ο Πίνακας 3 παρουσιάζει συνοπτικά τα βασικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα ενός υβριδικού PON. Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Υψηλή εφικτή απόσταση Ανάγκη ενός ηλεκτροφόρου Καλωδίου Απλούστερη υποδομή απ ότι στην ενεργή τοπολογία Πίνακας 3 : Πλεονεκτήματα μειονεκτήματα Υβριδικού PON [8] Η τεχνολογία ΡΟΝ λαμβάνει όλο και περισσότερη προσοχή από τον τηλεπικοινωνιακό κλάδο ως η λύση του πρώτου μιλίου (first mile). Στα επόμενα κεφάλαια θα αναλύσουμε τη γενική λειτουργία ενός παθητικού οπτικού δικτύου, τα διάφορα παθητικά οπτικά δίκτυα καθώς και τις διάφορες τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης. 2.4 Φυσικό υπόστρωμα και πολυπλεξία ενός PON Κατά το σχεδιασμό του ένα δίκτυο πρόσβασης με παθητική τεχνολογία(pon) έχει να αντιμετωπίσει διάφορες προκλήσεις, ανεξαρτήτως της φυσικής του τοπολογίας, 25

26 δένδρου, αστέρα κ.τ.λ. Πρώτα πρέπει να γίνει επιλογή του πρωτοκόλλου που θα χρησιμοποιηθεί για το στρώμα δεδομένων. Υπάρχουν τρεις διαφορετικές επιλογές : SONET, ATM, Ethernet, στον Πίνακα 4.πιο κάτω φαίνονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τους [9][10] Πρωτόκολλο Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα SONET Ανοχή στα λάθη Διαχείριση λαθών Χρησιμοποιείται σε πολλά δίκτυα Ακριβό υλικό (hardware) Μεγάλο κόστος για τοπικό βρόχο Μη αποδοτικό για κίνηση δεδομένων ATM Είναι δυνατή η παροχή διαφορετικών QoS (Quality of Service) και εγγυημένου εύρους ζώνης στα δεδομένα που υπάρχουν στο OLT και στο ONU ώστε να είναι εφικτή η μετάδοση δεδομένων πραγματικού χρόνου. Επειδή τα δεδομένα τόσο στο OLT όσο και στο ONU είναι σε πακέτα IP, για τη μεταφορά μέσω PON είναι απαραίτητος ο τεμαχισμός των πακέτων και η επανασυναρμολόγησή τους στο άλλο άκρο. Αυτό δημιουργεί επιπρόσθετο κόστος και πολυπλοκότητα στο δίκτυο. Ethernet Είναι αποδοτικό στη μεταφορά πακέτων IP. Διαδεδομένο και φθηνό υλικό. Υποστηρίζει διάφορους ρυθμούς μεταφοράς δεδομένων (100Mbps, 1Gbps, 10 Gbps) Απαιτεί την ανάπτυξη τεχνικών QoS για τη μεταφορά δεδομένων πραγματικού χρόνου. Πίνακας 4 :Σύγκριση πρωτοκόλλων στρώματος δεδομένων[9] 26

27 Ένα άλλο πρόβλημα είναι ο τρόπος πολυπλεξίας για το διαχωρισμό των προς τα άνω καναλιών (από τα ONU στο OLT), ώστε να μην έχουμε σύγκρουση στην περίπτωση που δύο ONU μεταδώσουν σε τέτοιες χρονικές στιγμές που τα δεδομένα τους θα φτάσουν ταυτόχρονα στο OLT. Υπάρχουν τρεις δυνατοί τρόποι για την πολυπλεξία των δεδομένων: η πολυπλεξία μήκους κύματος (WDM), η πολυπλεξία χρόνου (TDM) και η πολυπλεξία κώδικα (CDM). Στον πίνακα 5 φαίνονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα καθεμιάς μέθοδο.[9] WDM TDM CDM Πλεονεκτήματα Παρέχει υψηλό εύρος ζώνης Είναι εύκολο στην υλοποίηση Επιτρέπει σε κάθε ONU να χρησιμοποιεί ένα κλάσμα της χωρητικότητας του δικτύου. Μόνο ένας μεταδότης είναι απαραίτητος στο OLT ανεξαρτήτως του αριθμού των ONU. Δεν υπάρχει περιορισμός στον αριθμό των χρηστών. Παρέχει ασφάλεια. Μειονεκτήματα Υψηλό κόστος, αφού κάθε ONU πρέπει να έχει ένα διαχωριστή μήκους κύματος. Δυσκολία αναβάθμισης, αφού το OLT έχει ένα πίνακα αντιστοίχισης για κάθε μήκος κύματος με κάθε ONU. Η προσθήκη ενός ONU θα ήταν δύσκολη. Μεγαλύτερη πολυπλοκότητα από το WDM. Απαιτεί τον συγχρονισμό των ONU. Οι παρεμβολές μεταξύ διαφορετικών καναλιών αυξάνονται όσο αυξάνουν οι χρήστες. Το υλικό πρέπει να έχει τη δυνατότητα να χειριστεί ρυθμούς δεδομένων πολύ υψηλότερους από αυτούς των χρηστών. Πίνακας 5 : Σύγκριση τεχνικών πολυπλεξίας[9] 27

28 Κεφάλαιο 3 :Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης σε ένα Παθητικό Οπτικό Δίκτυο 3.1 Τεχνική Πολλαπλής Πρόσβασης με Πολυπλεξία διαίρεσης Χρόνου (TDMA) Σε ένα σύστημα που χρησιμοποιεί πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση χρόνου(tdma) το διατιθέμενο φάσμα χωρίζεται σε χρονοθυρίδες (time slots), δηλαδή ο χρήστης έχει πρόσβαση σε ένα μόντεμ που λειτουργεί με ρυθμό αρκετές φορές πιο γρήγορο από αυτόν που απαιτείται για την αποστολή των δεδομένων του, και έτσι μπορεί να αποστείλει την πληροφορία του σε μία χρονοθυρίδα που είναι μικρότερη από την ελάχιστη διάρκεια του μηνύματος του. Επομένως, στους άλλους χρήστες μπορούν να παραχωρηθούν γειτονικές χρονοθυρίδες στο ίδιο κανάλι, όπως φαίνεται στην εικόνα.είναι φανερό ότι εάν ο ρυθμός εκπομπής των δεδομένων στο κανάλι είναι w bit/sec και εάν ο κάθε χρήστης χρειάζεται b bit/sec, τότε το σύστημα μπορεί να υποστηρίξει w/b ταυτόχρονους χρήστες. Σε ένα χρήστη που θέλει να επικοινωνήσει του εκχωρείτε μια μοναδική χρονοθυρίδα στο πλαίσιο TDMA, μέσω του διαύλου ελέγχου. Αυτή η χρονοθυρίδα μπορεί να κρατηθεί από τον χρήστη μέχρι το τέλος της επικοινωνίας. 28

29 Εικόνα 9 : Ανάθεση Χρονοθυρίδων στο TDMA 29

30 Οι πληροφορίες που μεταδίδονται από διάφορους χρήστες πολυπλέκονται σε ένα πλαίσιο TDMA το οποίο είναι επαναλαμβανόμενο. Κάθε πλαίσιο αποτελείτε από το μήνυμα πληροφορίας (data),από το προοίμιο (preamble), και τον επίλογο (trail bits).το προοίμιο περιέχει την διεύθυνση και την πληροφορία συγχρονισμού, την οποία χρησιμοποιούν τόσο ο σταθμός βάσης όσο και το κινητό τερματικό για να αναγνωρίζονται μεταξύ τους. Χρονικές περίοδοι ασφαλείας χρησιμοποιούνται μεταξύ των διάφορων χρονοσχιμών και πλαισίων, για να επιτρέπουν των συγχρονισμό των δεκτών. Το TDMA έχει το πλεονέκτημα ότι είναι δυνατόν να διατεθούν διαφορετικοί αριθμοί χρονοσχισμών ανά πλαίσιο σε διάφορους χρήστες. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η διάθεση μεταβλητού εύρους ζώνης, σε κάθε χρήστη ξεχωριστά, ανάλογα με τις απαιτήσεις του.[11] 3.2 Τεχνική Πολλαπλής Πρόσβασης με Πολυπλεξία Υποφέροντος( SCMA) Στη πολλαπλή πρόσβαση με πολυπλεξία υποφέροντος (SCMA, Subcarrier multiplexing access ) χρησιμοποιούν πολλά μικροκυματικά υποφέροντα για μετάδοση πολλών καναλιών (ηλεκτρική FDM) μέσω ομοαξονικών καλωδίων ή ελεύθερου χώρου,με τη χρήση ενός μηχανισμού πρόσβασης δανεισμένου από την τεχνολογία της μικρό-κυματικής επικοινωνίας. Το ολικό εύρος ζώνης περιορίζεται αρκετά κάτω από 1GHz όταν χρησιμοποιούνται ομοαξονικά καλώδια για να μεταδώσουν το πολυκαναλικό μικροκυματικό σήμα. Ωστόσο, αν το πολυκαναλικό μικροκυματικό σήμα εκπέμπεται οπτικά μέσω οπτικών ινών, το εύρος ζώνης του σήματος μπορεί εύκολα να υπερβεί τα 10GHz για ένα μόνο οπτικό φέρον. Η τεχνική αυτή έχει προσελκύσει αρκετή προσοχή λόγω της εμπορικής της χρήσης από την βιομηχανία καλωδιακής τηλεόρασης (CATV). Επίσης μπορεί να συνδυαστεί με τα TDM και WDM. Ένας συνδυασμός SCM και WDM έχει την δυνατότητα να πετύχει εύρος ζώνης πάνω από 1THz. H τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με πολυπλεξία υποφέροντος 30

31 είναι μια τεχνική η οποία συνδυάζει πολλά διαφορετικά σήματα επικοινωνίας έτσι ώστε να μπορούν να μεταδίδονται κατά μήκος μίας οπτικής ίνας. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείτε μερικές φορές στα παθητικά οπτικά δίκτυα ως μία παραλλαγή της πολυπλεξίας με διαίρεση μήκους κύματος. Σε μία υποδομή SCM τα σήματα βασικής ζώνης είναι διαμορφωμένα σε μία υποφέρουσα (GHz) η οποία με την σειρά της διαμορφώνεται στο οπτικό φέρον. Με αυτό τον τρόπο κάθε σήμα καταλαμβάνει ένα διαφορετικό τμήμα του οπτικού φάσματος περιβάλλον-τας την κεντρική συχνότητα του οπτικού φέρον. Από την άλλη μεριά ο δέκτης συντονίζεται στην σωστή συχνότητα υποφέροντος φιλτράροντας τις υπόλοιπες που δεν του είναι χρήσιμες. Η SCM έχει το μειονέκτημα ότι περιορίζεται σε μέγιστες συχνότητες υποφέροντος και ρυθμούς δεδομένων από το διαθέσιμο εύρος ζώνης των οπτικών και των ηλεκτρικών στοιχείων. Συνεπώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με την WDM τεχνολογία για να επωφεληθούν το διαθέσιμο εύρος ζώνης της ίνας[12] 3.3 Τεχνική Πολλαπλής Πρόσβασης με Πολυπλεξία διαίρεσης Μήκους Κύματος(WDMA) Η τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος επιτρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση πολλών ψηφιακών σημάτων μέσω της εκχώρησης σε κάθε ένα από αυτά μιας ιδιαίτερης περιοχής μήκους κύματος καναλιού. Το οπτικό σήμα στο δέκτη υφίσταται αποπολυπλεξία σε ξεχωριστά κανάλια χρησιμοποιώντας μια οπτική τεχνική. Το WDM έχει την δυνατότητα να εκμεταλλεύεται το μεγάλο εύρος ζώνης της οπτικής ίνας. Πιο κάτω στην εικόνα 10 παρουσιάζεται ένα WDM σύστημα όπου μεταδίδει 4 διαφορετικά σήματα με διαφορετικά μήκη κύματος μέσο μιας οπτικής ίνας.[13] 31

32 Εικόνα 10 : Πολλαπλή Πρόσβαση σε ένα WDM Τραχύς Πολυπλεξία με διαίρεση Μήκους Κύματος (CWDM) Η τραχύς μήκους κύματος διαίρεση πολυπλεξία (CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing) είναι μια τεχνολογία μεταφοράς πολυπρωτοκόλλων, που παρουσιάζει σημαντική ανάπτυξη στην αγορά λόγω των ιδιοτήτων χαμηλότερου κόστους και της απλότητας στον σχεδιασμό της. Η CWDM τεχνολογία αντιπροσωπεύει μια τέλεια οικονομική τεχνολογία τόσο σε πρόσβαση όσο και στην αγορά δικτύων κορμού και ειδικά σε σχετικά μικρές αποστάσεις (έως 31 μίλια). Παραδίδει τα πολλαπλάσια μήκη κύματος μέσω μιας οπτικής ίνας σε ένα μέρος του κόστους και πολυπλοκότητας των συστημάτων DWDM. Ένας ακριβέστερος ορισμός του CWDM είναι «μια μορφή διαίρεσης και πολυπλεξίας μήκους κύματος που έχει 32

33 ευρύτερα διαστήματα μεταξύ των μηκών κύματος από αυτά που χρησιμοποιούνται στο DWDM. Επίσης, αντίθετα από άλλες μορφές WDM, χρησιμοποιεί ένα πολύ ευρύτερο φατνιακό φάσμα ζωνών από άλλα τέτοια συστήματα, τα οποία συχνά είναι περιορισμένα σε μια ή δύο ζώνες». (Μέχρι 18 μήκη κύματος μπορούν να σταλούν χρησιμοποιώντας μερικά σχέδια CWDM). Η CWDM μπορεί να χρησιμοποιηθεί πάνω από πολύτροπες και μονότροπες ίνες αν και οι αποστάσεις του σήματος είναι γενικά πιο σύντομες από το DWDM[11] Πυκνή Πολυπλεξία Διαχωρισμού Μήκους Κύματος (DWDM) Συχνά, η τεχνολογία WDM αναφέρεται και ως DWDM (Dane-WDM) και προφανώς η μόνη διαφορά της DWDM έγκειται στο μεγαλύτερο αριθμό των μεταφερόμενων καναλιών, μέσω της διαίρεσης του καθορισμένου εύρους συχνοτήτων σε περισσότερα μήκη κύματος. Η DWDM λειτουργεί με εντελώς διαφορετικό τρόπο σε σχέση με την Πολυπλεξία Διαχωρισμού Χρόνου (TDM Time Division multiplexing, ο οποίος είναι να διαμορφώνει τα εισερχόμενα οπτικά σήματα σε συγκεκριμένες συχνότητες φωτός (μήκη κύματος, ή λάμδα) μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων. Μπορούμε να πούμε ότι αυτός ο τρόπος μετάδοσης είναι όμοιος με τον τρόπο μετάδοσης ραδιοφωνικού σήματος με διαμόρφωση συχνότητας (FM), όπου κάθε κανάλι έχει τη δική του συχνότητα και μπορούμε λάβουμε το περιεχόμενό του συντονίζοντας το δέκτη στη συχνότητα αυτή. Αντί για τη λέξη «λάμδα» πολλές φορές χρησιμοποιείται η λέξη «χρώμα» για να περιγράψει τα διακριτά κανάλια ενός WDM διαμορφωμένου σήματος, αφού διαφορετικά μήκη κύματος του φωτός αντιστοιχούν σε διαφορετικά χρώματα. Σε ένα WDM σύστημα, κάθε ένα από τα μήκη κύματος προωθείται στην ίνα, και τα σήματα αποπολυπλέκονται στο λαμβάνον άκρο. Όπως στο TDM, η προκύπτουσα χωρητικότητα είναι ένα σύνολο των εισερχόμενων σημάτων, αλλά το WDM μεταφέρει κάθε εισερχόμενο σήμα ανεξάρτητα από τα άλλα. Αυτό σημαίνει ότι κάθε κανάλι έχει το 33

34 δικό του αφιερωμένο εύρος ζώνης και όλα τα σήματα φθάνουν συγχρόνως αντί να διαχωρίζονται και να μεταφέρονται σε χρονοθυρίδες. Το DWDM έχει και διάφορα άλλα ξεχωριστά χαρακτηριστικά. Αυτά περιλαμβάνουν τη δυνατότητα ενίσχυσης όλων των μηκών κύματος αμέσως χωρίς να μεσολαβήσει η μετατροπή τους σε ηλεκτρικά σήματα, και τη δυνατότητα μεταφοράς σημάτων διαφορετικών ταχυτήτων και είδους διαφανώς πάνω από μία ίνα (ανεξαρτησία στο είδος πρωτοκόλλου και στο ρυθμό μετάδοσης). Η τεχνολογία που επιτρέπει την άμεση ενίσχυση ενός σήματος DWDM, είναι οι οπτικοί ενισχυτές. Οι οπτικοί ενισχυτές λειτουργούν σε μια συγκεκριμένη ζώνη του φάσματος συχνοτήτων και βελτιστοποιούνται για τη λειτουργία με τις υπάρχουσες ίνες, που καθιστά δυνατή την ενίσχυση των κυμάτων φωτός και με αυτόν τον τρόπο την αύξηση της διαδρομής τους χωρίς να είναι αναγκαία η μετατροπή τους ξανά σε ηλεκτρική μορφή. Ένας μοναδικός οπτικός ενισχυτής μπορεί να ενισχύσει όλα τα κανάλια σε μια ίνα DWDM χωρίς να αποπολυπλέξει και να επεξεργαστεί το καθένα ξεχωριστά, με ένα κόστος που πλησιάζει αυτό ενός αναγεννητή. Ο οπτικός ενισχυτής ενισχύει μόνο τα σήματα δεν τα αναδιαμορφώνει, επαναχρονίζει και δεν τα αναμεταδίδει όπως ένας αναγεννητής. Η σημασία του DWDM είναι τεράστια στο να δίνει την δυνατότητα στους πάροχους να παρέχουν όλο και περισσότερο εύρος ζώνης στους χρήστες. Το DWDM είναι κρίσιμο συστατικό των οπτικών δικτύων μιας και επιτρέπει μετάδοση video, πολυμέσων, δεδομένων και φωνής πάνω στην οπτική ίνα. Φυσικά η έκρηξη στην ανάγκη των χρηστών για εύρος ζώνης, συνοδεύεται απαραίτητα κι από την αλλαγή των δικτύων των πάροχων. Μία έρευνα που διενεργήθηκε το 1995, έδειξε ότι 70-80% των δικτύων αποτελούνταν από ίνες. Σήμερα πολλοί πάροχοι υπηρεσιών διαδικτύου πλησιάζουν το 100%, σε πολλά σημεία του δικτύου τους. Εδώ παρουσιάζεται κι ένα ακόμα πρόβλημα, αυτό της υλοποίησης πολλών διαφορετικών τεχνολογιών πάνω σ ένα δίκτυο. Οι ανάγκες των χρηστών καθιστούν απαραίτητο στους πάροχους να έχουν διάφορες οικονομικές τεχνολογίες εξαπλωμένες σ όλο τους το δίκτυο. Αρχίζοντας με την τεχνολογία DWDM, οι πάροχοι υπηρεσιών διαδικτύου μπορούν να εγκαταστήσουν μια επεκτάσιμη υποδομή που τους επιτρέπει να προσθέσουν νέα 34

35 συστήματα TDM για σχεδόν απεριόριστες δυνατότητες επέκτασης. Το DWMD δίνει επίσης την ευελιξία να αυξηθεί η χωρητικότητα σε οποιοδήποτε μέρος του δικτύου, κάτι που δεν προσφέρει καμία άλλη τεχνολογία. Έτσι οι πάροχοι μπορούν να αναγνωρίσουν συγκεκριμένες προβληματικές περιοχές που έχουν υπερφορτωθεί λόγω υψηλών αναγκών σε εύρος ζώνης. Οι πάροχοι που ψάχνουν νέους και δημιουργικούς τρόπους κέρδους, ενώ παράλληλα να εξυπηρετούν και τις διαφορετικές ανάγκες των χρηστών τους, μπορούν επίσης να ωφεληθούν από την υποδομή του DWMD. Αυτό συμβαίνει γιατί μπορούν να διαχωρίσουν το δίκτυο τους, διατηρώντας διαφορετικά μήκη κύματος για διαφορετικούς χρήστες. Θα μπορούσαν για παράδειγμα να νοικιάσουν κάποια μήκη κύματος (αντί για ολόκληρη ίνα) σε πελάτες με υψηλές ανάγκες. Η τεχνολογία DWDM είναι σχεδιασμένη για να δίνει την δυνατότητα στους πάροχους να ικανοποιούν τις ανάγκες των χρηστών τους για εύρος ζώνης. Αυτό σε συνδυασμό με το ότι είναι επεκτάσιμη, την καθιστούν ως τον καλύτερο τρόπο σχεδιασμού ενός δικτύου. Μάλιστα, οι συνεχίσεις εξελίξεις κι επεκτάσεις του δικτύου, ρίχνουν σημαντικά το αρχικό κόστος ενώ αναπτύσσουν και την υποδομή που θα τους υποστηρίξει μακροχρόνια. Πολλοί αναλυτές έκριναν ότι το DWDM είναι η τέλεια επιλογή για δίκτυα με συνεχώς αυξανόμενες ανάγκες εύρους ζώνης. Όμως για να ισχύει αυτό πρέπει να ισχύει μία συνθήκη: Το σύστημα DWDΜ πρέπει να έχει την δυνατότητα κλιμάκωσης. Κλείνοντας αυτή την ενότητα αναφέρουμε ότι τα οπτικά δίκτυα δίνουν την ραχοκοκαλιά για υποστήριξη των υπαρχουσών αλλά και των ανερχόμενων αναγκών για εύρος ζώνης. Η υποδομή που έχουν μας δίνει την δυνατότητα κάλυψης των σημερινών αλλά και των αυριανών μας αναγκών. Η ταυτόχρονη μεταφορά τεράστιας ποσότητας πληροφορίας αποτελεσματικά και οικονομικά, καθιστά τους πάροχους ικανούς για να ικανοποιήσουν ακόμα και τους πιο απαιτητικούς πελάτες[11][13]. 35

36 3.3.3 Διαφορές μεταξύ CWDM και DWDM Οι διαφορές μεταξύ CWDM και DWDM είναι στα εξής συστατικά: Οπτικό laser (πομπός) Οπτικός δέκτης Οπτικά φίλτρα πολύπλεξης και (απόπλεξης) αποπολύπλεξης Οπτικοί ενισχυτές μακρινής επέκτασης Τυπικά το οπτικό laser που χρησιμοποιείται για μετάδοση ενός σήματος και ο αντίστοιχος δέκτης που χρησιμοποιείται για να λάβει το σήμα στο ίδιο μήκος κύματος που αυτό μεταδόθηκε, συνενώνονται σε ένα ενιαίο πομποδέκτη. Η πραγματική ποσότητα πληροφορίας που μεταδίδεται σε ένα μήκος κύματος αποφασίζεται από το bit rate του laser. Τα DWMD lasers, έχουν τυπικό bit rate μέχρι και 10Gbits/sec, ενώ τα CWDM lasers φτάνουν τα 2,5Gbits/sec. Η τιμή ενός DWDM πομποδέκτη είναι τυπικά 4 με 5 φορές μεγαλύτερη από ενός αντίστοιχου CWDM πομποδέκτη. Ακόμα, οι DWDM πομποδέκτες τείνουν να αυξάνουν τα λειτουργικά τους έξοδα, μιας και καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια, και αποβάλουν περισσότερη θερμότητα από τους CWDM. Το τελευταίο συστατικό είναι ο add/drop πολυπλέκτης (OADM), που χρησιμοποιείται για να προσθέτει και να αφαιρεί μήκη κύματος σε ένα WDM δίκτυο. 36

37 Εικόνα 11 : Διαφορά Απόστασης Μήκους Κύματος μεταξύ CWDM και DWDM 37

38 Κεφάλαιο 4:Ανάλυση Παθητικού Οπτικού Δικτύου 4.1 Γενική λειτουργία του PON Η μετάδοση σε ένα PON πραγματοποιείται μεταξύ ενός τερματικού οπτικής γραμμής(optical Line Terminal OLT) και των μονάδων οπτικού δικτύου (Optical Network Units- ONUs). Το τερματικό οπτικής γραμμής (OLT) και η μονάδα οπτικού δικτύου (ONU) είναι διατάξεις που μετατρέπουν το ηλεκτρικό σήμα σε οπτικό και αντίστροφα. Το τερματικό οπτικής γραμμής (OLT) ανήκει σε ένα τηλεπικοινωνιακό κέντρο (central office CO) που συνδέει το δίκτυο πρόσβασης με το δίκτυο μητροπολιτικής περιοχής (Metropolitan Area Network MAN) ή το δίκτυο ευρείας περιοχής (Wide Area Network WAN), το οποίο είναι επίσης γνωστό ως δίκτυο κορμού (backbone) ή δίκτυο μακράς διαδρομής (long haul). Όλες οι μεταδόσεις σε ένα ΡΟΝ πραγματοποιούνται μεταξύ ενός τερματικού οπτικής γραμμής (OLT) και των μονάδων οπτικού δικτύου(onus). Η μονάδα οπτικού δικτύου (ONU) εντοπίζεται είτε στην περιοχή του χρήστη (FTTH) είτε σε μια περιοχή που αποτελείται από ένα σύνολο χρηστών (FTTC, FTTB). Θα πρέπει να τονιστεί ότι στα PONs δεν είναι δυνατή η επικοινωνία μεταξύ των τελικών χρηστών. Ο κάθε χρήστης μπορεί να στείλει δεδομένα μόνο στο OLT, αφού στη διαδρομή των δεδομένων μέσω της οπτικής ίνας από το ONU μέχρι το OLT υπάρχει μόνο ο παθητικός συνδυαστής ( passive combiner).[7][8][15] 38

39 Εικόνα 12 : Παθητικό Οπτικό Δίκτυο OLT (Optical Line Terminal) Ο OLT συναντάται στο κέντρο σύνδεσης του τηλεπικοινωνιακού παρόχου και διαχειρίζεται και τα δυο ρεύματα κίνησης κατά μήκος του Οπτικού Δικτύου Διανομής(Optical Distribution Network, ODN), σε αποστάσεις μέχρι 20km. Για το ρεύμα καθόδου η λειτουργία του OLT συνίσταται στο να υποδέχεται κίνηση φωνής, δεδομένων και video από το δίκτυο κορμού, ή το μητροπολιτικό δίκτυο, και να την οδηγεί σε όλες τις Οπτικές Μονάδες Δικτύου (Optical Network Units, ONUs) ή τους Οπτικούς Τερματιστές Δικτύου (Optical Network Terminals,ONTs) του ODN. Αντίστοιχα και για το ρεύμα ανόδου ο OLT υποδέχεται πολλαπλούς τύπους φωνής, δεδομένων και video από τους χρήστες του δικτύου και τους οδηγεί στους προορισμούς τους. Ο κάθε OLT είναι σχεδιασμένος έτσι ώστε να διαχειρίζεται την κίνηση σε πολλά PONs ταυτοχρόνως. 39

40 Εικόνα 13 : OLT 40

41 4.1.2 ONT (Optical Network Terminal ) ή ONU (Optical Network Unit) Η Οπτική Μονάδα Δικτύου (Optical Network Unit, ONU) συναντάται συνήθως στο πεζοδρόμιο (Fiber to the Curb, FTTC). Για το λόγο αυτό ο εξοπλισμός που περιέχει μέσα της θα πρέπει να μην είναι ευάλωτος σε μεγάλες μεταβολές θερμοκρασίας. Παράλληλα το κέλυφος της ONU θα πρέπει να έχει αντοχή απέναντι σε τυχόν βανδαλισμούς και να μην επιτρέπει την εισχώρηση του νερού της βροχής. Επιπρόσθετα, θα πρέπει να υπάρχει παροχή ηλεκτρικής ισχύος για την ONU, μαζί με εφεδρικές μπαταρίες για περιπτώσεις διακοπής της παροχής. O Οπτικός Τερματιστής Δικτύου (Optical Network Terminal, ΟΝΤ) βρίσκεται στις εγκαταστάσεις του πελάτη (Fiber to the Home, FTTH Fiber to the Building, FTTB), και του παρέχει υπηρεσίες φωνής, δεδομένων και βίντεο. Πιο συγκεκριμένα, η λειτουργία του αφορά στην παροχή μιας οπτικής σύνδεσης με το PON, από τη σκοπιά της ροής ανόδου, με την μετατροπή των ηλεκτρικών σημάτων σε οπτικά. Αντίστοιχα και για τη ροή καθόδου, έχουμε μετατροπή των οπτικών σημάτων σε ηλεκτρικά. Σε συνδυασμό με τον OLT, ο ONT επιτρέπει την δυναμική ανάθεση εύρους ζώνης (dynamic bandwidth allocation) με σκοπό την όσο το δυνατόν πιο αρμονική και αποδοτική μετάδοση της κίνησης που καταφθάνει σε αυτόν από τους χρήστες του δικτύου. Το μέγεθος του ONT ποικίλει ανάλογα με το αν εξυπηρετεί μόνο μια οικία ή πολύ μεγαλύτερα συγκροτήματα κτηρίων. Στη διαδρομή από τον OLT μέχρι τις ΟΝUs και τους ONTs παρεμβάλλονται διαιρέτες και συνδυαστές για τον διαχωρισμό του οπτικού σήματος σε περισσότερα ή τον συνδυασμό πολλών σημάτων σε ένα αντίστοιχα.[7][15] 41

42 Εικόνα 14 : ONU Εικόνα 15 : ONT 42

43 Εικόνα 16 : Παθητικός Διαχωριστής (Splitter) ή συνδυαστής (combiner) Το ΡΟΝ έχει μια παθητική συσκευή (δηλαδή δεν απαιτεί καθόλου ισχύ) για να διαιρεί το οπτικό σήμα από μια οπτική ίνα σε αρκετές οπτικές ίνες και αντίστροφα, για να συνδυάζει τα οπτικά σήματα από πολλές οπτικές ίνες σε μία. Η συσκευή αυτή είναι ο οπτικός συζεύκτης (optical coupler). Στην πιο απλή του μορφή, ο οπτικός συζεύκτης αποτελείται από δύο οπτικές ίνες, ενωμένες μεταξύ τους μετά από τήξη. Η ισχύς του σήματος που εισέρχεται στη θύρα εισόδου διαιρείται μεταξύ των δύο θυρών εξόδου. Ο λόγος διαίρεσης (splitting ratio) της ισχύος ενός διαιρέτη μπορεί να ρυθμιστεί από το μήκος της κοινής περιοχής των δύο ινών μετά την τήξη τους και για αυτό το λόγο αποτελεί μια σταθερή παράμετρο.[8] 43

44 Εικόνα 17 : Συζεύκτες 8x8 που δημιουργούνται από πολλαπλούς συζεύκτες 2x2 Οι Ν Ν συζεύκτες κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας σε βαθμίδες πολλαπλούς 2 2συζεύκτες ή χρησιμοποιώντας τεχνολογία επίπεδου κυματοδηγού. Οι συζεύκτες χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες παραμέτρους: 1) Απώλειες διαίρεσης (splitting loss): Ο λόγος του επιπέδου της ισχύος στην έξοδο του συζεύκτη προς το επίπεδο της ισχύος στην είσοδό του, και μετράτε σε ντεσιμπέλ (Db). Για ένα ιδανικό συζεύκτη 2 2 με ίση διαίρεση ισχύος, η τιμή αυτού του λόγου είναι 3dB.Η εικόνα 17 απεικονίζει δύο τοπολογίες για συζεύκτες 8 8 οι οποίοι βασίζονται στους συζεύκτες 2 2. Σε μια τοπολογία 4 σταδίων, παραδίδεται μόλις το 1/16 της ισχύος εισόδου σε κάθε έξοδο.η εικόνα 17 β δείχνει ένα πιο αποτελεσματικό σχέδιο, που αποκαλείται δίκτυο διασύνδεσης πολλαπλών σταδίων [2].Σε αυτή τη διευθέτηση, κάθε έξοδος λαμβάνει το 1/8 της ισχύος εισόδου. 2) Απώλειες παρεμβολής (insertion loss): Πρόκειται για απώλειες ισχύος που προκύπτουν από ατέλειες που δημιουργήθηκαν κατά την κατασκευαστική διαδικασία του συζεύκτη. Τυπικά, η τιμή αυτών των απωλειών κυμαίνεται από 0.1 έως 1dB. 44

45 3) Κατευθυντικότητα (directivity): Είναι η ποσότητα της ισχύος εισόδου που διαρρέει από μια θύρα εισόδου και προστίθεται σε μια άλλη θύρα εισόδου. Οι συζεύκτες είναι αρκετά κατευθυντικές συσκευές, με την παράμετρο κατευθυντικότητας να φτάνει τα 40 με -50dB. Στην καθοδική κατεύθυνση (downstream), δηλαδή από το OLT στα ONUs, το ΡΟΝ είναι ένα δίκτυο σημείου προς πολλαπλά σημεία. Το OLT, τυπικά, έχει συνέχεια στη διάθεσή του ολόκληρο το καθοδικό εύρος ζώνης (downstream bandwidth). Στην ανοδική κατεύθυνση (upstream), ένα ΡΟΝ είναι ένα δίκτυο πολλαπλών σημείων προς σημείο: πολλαπλά ONUs μεταδίδουν όλα προς το OLT. Οι κατευθυντικές ιδιότητες του παθητικού διαιρέτη/ συνδυαστή είναι τέτοιες ώστε η μετάδοση ενός ONU δεν μπορεί να ανιχνευτεί από άλλα ONUs. Ωστόσο, οι ροές δεδομένων από διαφορετικά ONUs που μεταδίδονται ταυτόχρονα μπορεί ακόμα και να συγκρουστούν. Έτσι, στην ανερχόμενη κατεύθυνση, ένα ΡΟΝ θα πρέπει να εφαρμόσει κάποιο μηχανισμό διαχωρισμού καναλιών για να αποφύγει τις συγκρούσεις δεδομένων και να διαμοιράσει δίκαια την χωρητικότητα καναλιού και τους πόρους της ζεύξης οπτικών ινών. Πολύ συχνά, οι συζεύκτες κατασκευάζονται έτσι ώστε να έχουν μόνο μια είσοδο ή μια έξοδο. Ο συζεύκτης που έχει μόνο μία είσοδο αναφέρεται ως διαιρέτης (splitter). Ο συζεύκτης που έχει μόνο μια έξοδο λέγεται συνδυαστής (combiner). Μερικές φορές, οι συζεύκτες 2 2 κατασκευάζονται αρκετά ασύμμετροι (με λόγο διαίρεσης 5/95 ή 10/90). Αυτού του είδους ο συζεύκτης χρησιμοποιείται για να δεσμεύει ένα μικρό ποσοστό της ισχύος του σήματος, π.χ. για σκοπούς παρακολούθησης. Αυτές οι συσκευές ονομάζονται συζεύκτες λήψης (tap couplers). Πιο κάτω βλέπουμε τους διάφορους συνδιασμούς.[3][16] 45

46 Εικόνα 18 : optic coupler N:M Εικόνα 19 : optical splitter 1:2 46

47 Εικόνα 20 : optical combiner 2:1 4.2 Τοπολογίες PON Τα παθητικά οπτικά δίκτυα πρόσβασης μπορεί να έχουν διάφορες τοπολογίες, δένδρου, δακτυλίου ή διαύλου, όπως φαίνεται στο σχήμα. ONU ONU OLT ONU ONU ONU ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΔΕΝΤΡΟΥ ONU ONU OLT ONU ONU ONU ONU ONU ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΔΑΚΤΥΛΙΟΥ OLT ONU ONU ONU ΤΟΠΟΛΟΓΙΑ ΔΙΑΔΡΟΜΟΥ Εικόνα 21 : Τοπολογίες παθητικών δικτύων 47

48 4.2.1Παθητικό Δέντρο Χαρακτηριστικό της τοπολογίας δέντρου είναι η διαίρεση του σήματος από παθητικούς διαχωριστές, οι οποίοι βρίσκονται σε διαδοχικά σημεία διακλάδωσης. Με αυτήν τη στρατηγική μία μόνο οπτική ίνα που εξέρχεται από το τοπικό κέντρο μπορεί να συνδεθεί με πολλά σημεία τερματισμού, δημιουργώντας έτσι συνδέσεις σημείου προς πολλαπλά σημεία μεταξύ του OLT και των ONU. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η κοινοχρησία όχι μόνο του εξοπλισμού που βρίσκεται στο κέντρο μεταγωγής, αλλά και της ίδιας της οπτικής ίνας, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του κόστους. Εξαιτίας της διαδοχικής διαίρεσης του οπτικού σήματος, προκαλείται μείωση της οπτικής ισχύος μετά από κάθε διακλάδωση και έτσι περιορίζεται ο αριθμός των συνδρομητών που μπορούν να εξυπηρετηθούν από ένα δίκτυο. Εναλλακτικά είναι δυνατή η χρήση εκπομπών με μεγάλη ισχύ εξόδου ή πολύ ευαίσθητων δεκτών, ώστε να καθίσταται εφικτή η σύνδεση μεγαλύτερου αριθμού χρηστών. Μία σημαντική ιδιότητα της τοπολογίας παθητικού δέντρου, αποτελεί ο τρόπος με τον οποίο επιτυγχάνεται η ανοδική και καθοδική εκπομπή. Στις περισσότερες περιπτώσεις ένα σήμα εκπέμπεται από το τοπικό κέντρο προς όλους τους συνδρομητές για τις καθοδικές μεταδόσεις, ενώ για την ανοδική εκπομπή εφαρμόζεται ένα πρωτόκολλο TDMA (πολλαπλή προσπέλαση διαίρεσης χρόνου), ώστε να γίνεται πολυπλεξία των δεδομένων των χρηστών στο κοινό κανάλι ανόδου. Για την υλοποίηση των τεχνικών αυτών απαιτείται επιπρόσθετος ηλεκτρονικός εξοπλισμός τόσο στο τοπικό κέντρο όσο και στην πλευρά του συνδρομητή. Οι οπτικές πολυπλέξεις / αποπολυπλέξεις γίνονται από συσκευές WDM(πολυπλεξίας μήκους κύματος). Η δομή του δικτύου τύπου δέντρου είναι σχεδόν όμοια με το δίκτυο τύπου αστέρα του τηλεφωνικού δικτύου, που βασίζεται στο χαλκό, και άρα μπορεί να εγκατασταθεί εύκολα. Η τοπολογία δέντρου μπορεί να αναβαθμιστεί με έναν πολύ αποτελεσματικό τρόπο, αφού υπάρχει η δυνατότητα της μετάδοσης σε διαφορετικά μήκη κύματος. Έτσι είναι δυνατή η προσθήκη νέων υπηρεσιών με μεγαλύτερες απαιτήσεις σε εύρος ζώνης, αλλά ταυτόχρονα θα υπάρξει και επιπρόσθετο κόστος από την εγκατάστασης του απαραίτητου εξοπλισμού. Συγκεκριμένα απαιτείται η εγκατάσταση συσκευών WDM στα ONTs και στο OLT, ενώ δεν απαιτείται καμία μετατροπή στο δίκτυο διανομής. 48

49 Η συντήρηση απαιτεί απλές λειτουργίες, αλλά αντίθετα η παρακολούθηση του δικτύου και ο εντοπισμός των σφαλμάτων απαιτούν την ανάπτυξη κατάλληλων διαδικασιών ελέγχου, όπως η υλοποίηση αλγορίθμων ελέγχου και διαιτησίας του μέσου, εντοπισμού και διόρθωσης σφαλμάτων. Όσον αφορά στις απαιτήσεις ασφάλειας αυτές μπορεί να εμπεριέχουν την εφαρμογή τεχνικών κρυπτογράφησης, αφού η καθοδική TDMA είναι διαθέσιμη σε όλους τους τερματιστές του δικτύου. Όμως ακόμα και στην περίπτωση που δε χρησιμοποιείται κρυπτογράφηση, ο βαθμός ασφάλειας φαίνεται να είναι κατά πολύ σύμφωνος με τα πρότυπα των υπαρχόντων δημοσίων δικτύων. Οι δομές παθητικών δέντρων είναι κατάλληλες και για την περίπτωση κατανεμημένων υπηρεσιών, χρησιμοποιώντας για παράδειγμα ένα ξεχωριστό μήκος κύματος για κάθε υπηρεσία. Το παθητικό δέντρο παρέχει ένα καλό βαθμό μερισμού πόρων, μειώνοντας έτσι το κόστος ανά συνδρομητή Παθητικός Δακτύλιος Στην τοπολογία του παθητικού δακτυλίου ενεργητικές από σημείο - σε - σημείο ζεύξεις δημιουργούν ένα δακτύλιο, του οποίου ένας κόμβος είναι το κέντρο μεταγωγής (σχήμα). Η τοπολογία δακτυλίου παρέχει οικονομία, αφού στο κέντρο μεταγωγής υπάρχει ανάγκη για ένα μόνο OLT. Επιπλέον, η τοπολογία αυτή απαιτεί λιγότερο συνολικό μήκος ίνας από τις άλλες τοπολογίες Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα είναι ότι όταν ένα πακέτο φθάσει στον προορισμό του, η πληροφορία αφαιρείται, και μία άδεια χρονοθυρίδα (η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ξανά) εκπέμπεται προς τον επόμενο σταθμό. Η ιδιότητα αυτή, η οποία θα μπορούσε να φανεί χρήσιμη στο τοπικό συνδρομητικό δίκτυο, είναι μικρής αξίας για τον τοπικό βρόχο, όπου δεν υπάρχει σημαντική τοπική κίνηση και όλες οι μεταγωγές γίνονται στο κέντρο μεταγωγής Παθητικός Δίαυλος Η τοπολογία παθητικού διαύλου μειώνει τον αριθμό των οπτικών πομποδεκτών που απαιτούνται στο μισό, σε σχέση με την τοπολογία δέντρου. Για κάθε κατεύθυνση χρησιμοποιείται μία ξεχωριστή ίνα. Στους κόμβους σύνδεσης του συνδρομητή, ένας οπτικός διαχωριστής παγιδεύει μέρος του οπτικού σήματος για να το κατευθύνει προς το συνδρομητή. Η κύρια συσκευή σε ένα τέτοιο δίκτυο είναι ο ασύμμετρος οπτικός διαχωριστής/συνδυαστής. Οι συσκευές αυτές στην καθοδική κατεύθυνση πρέπει να διαχωρίζουν από το δίαυλο τουλάχιστον το ελάχιστο ποσό οπτικής ισχύος που απαιτείται 49

50 για τη σωστή λειτουργία του δέκτη κάθε συνδρομητή, επιτρέποντας να μείνει αρκετή ισχύς στο δίαυλο για τους άλλους συνδρομητές. Κατά την ανοδική κατεύθυνση, η ισχύς η οποία εκπέμπεται από τους συνδρομητές, οδηγεί στη δημιουργία, μέσω των συνδυαστών, της συνολικής ανοδικής κυκλοφορίας σε μία ίνα που οδηγεί προς το τοπικό κέντρο. Τα προβλήματα που υπάρχουν οφείλονται στο γεγονός ότι οι διαφορετικές μεταξύ τους παγιδεύσεις δεν είναι τέλειες και εισάγουν ανακρίβειες στην ποσότητα της οπτικής ισχύς που παγιδεύτηκε. Έτσι, ο ισολογισμός της ισχύος είναι κρίσιμος σε αυτόν τον τύπο τοπολογίας γιατί πρέπει να προνοήσουμε για τις αστάθειες που παρουσιάζονται στην απόδοση της παγίδευσης. Η αναβάθμιση του δικτύου μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση διαφορετικών μηκών κύματος, όπως και στην περίπτωση του παθητικού δένδρου. Τα θέματα αξιοπιστίας, συντήρησης και ασφάλειας είναι και αυτά παρόμοια με αντίστοιχα της τοπολογίας δέντρου. Όσον αφορά τη γεωγραφική μορφή, η τοπολογία αυτή προφανώς δεν είναι συμβατή με τη μορφή της υπάρχουσας υποδομής και έτσι η ανάπτυξη της θα απαιτούσε σημαντικό όγκο εργασίας. Η τοπολογία του παθητικού διαύλου προσφέρεται και για κατανεμημένες υπηρεσίες, αν και ζητήματα οπτικού προϋπολογισμού που σχετίζονται με τον οπτικό παγιδευτή να φανούν στην περίπτωση αυτή κρίσιμα. Η τοπολογία αυτή επιτυγχάνει καλύτερο μερισμό της ίνας σε σύγκριση με το οπτικό δέντρο. Ο αριθμός των οπτικών εξαρτημάτων είναι παρόμοιος αν και οι παθητικοί παγιδευτές μπορεί να είναι πιο ακριβοί από τους διαχωριστές λόγω πιο αυστηρών απαιτήσεων κατασκευής. Αν εξαιρέσουμε τον προβληματισμό για την αξιοπιστία των παγιδευτών τότε το κόστος λειτουργίας της τοπολογίας θα είναι παρόμοιο με την περίπτωση του παθητικό δέντρο.[9] 50

51 4.2.4 Σύγκριση Κριτήριο Δέντρο Δίαυλος Δακτύλιος Ευκολία αναβάθμισης Άριστη Άριστη Άριστη Αξιοπιστία Καλή Καλή Καλή Συντήρηση Άριστη Άριστη Άριστη Ασφάλεια Καλή Καλή Καλή Εξέλιξη Καλή Μηδενική Μηδενική Συμβατότητα με υπάρχοντα δίκτυα Καλή Μηδενική Μηδενική Κατανεμημένες υπηρεσίες Ευνοϊκό Αδύνατον Αδύνατον Αρχικό κόστος εγκατάστασης Χαμηλό Χαμηλό Χαμηλό Λειτουργικό κόστος Χαμηλό Χαμηλό Χαμηλό Πίνακας 6 : Σύγκριση τοπολογιών οπτικών παθητικών δικτύων Η κατανομή του κόστους στο χρόνο, που απορρέει από την ευκολία αναβάθμισης των δικτύων αυτών, είναι ένα σαφές πλεονέκτημα των παθητικών δομών, αφού επιτρέπει τη μείωση του κόστους ανά συνδρομητή. Η δομή παθητικού δέντρου είναι προτιμητέα για το δίκτυο πρόσβασης. Αν και έχει ένα ελαφρό οικονομικό μειονέκτημα συγκρινόμενο με τη δομή παθητικού διαύλου / δακτυλίου, αυτό υπερκαλύπτεται από άλλους παράγοντες: την ευκολία αναβάθμισης σε μελλοντικά συστήματα την καταλληλότητα για παροχή διανεμημένων υπηρεσιών 51

52 τη συμβατότητα με υπάρχουσες δομές τα απλά οπτικά εξαρτήματα (ειδικά οι διαχωριστές συγκρινόμενοι με τους παγιδευτές) 4.3 Κατηγορίες Παθητικών Οπτικών Δικτύων Ξεκινώντας από το 1998, οι δύο μεγαλύτεροι οργανισμοί δημιουργίας προτύπων, η ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) και η IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) έχουν προτείνει αρκετές διαφορετικές υλοποιήσεις Παθητικών Οπτικών Δικτύων. Οι επικρατέστερες από αυτές, οι οποίες αναφέρονται στην παρούσα εργασία, είναι αυτές των APON/BPON (ATM-PON/Broadband-PON), EPON (Ethernet-PON),GPON (Gigabit-PON) και WDM- PON (Wavelength Division Multiplexed-PON). Πιο κάτω θα αναλύσουμε τις διάφορες κατηγορίες Παθητικών Οπτικών Δικτύων σύμφωνα με τις τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης που αναφέραμε πιο πάνω Παθητικό Οπτικό Δίκτυο με Πολυπλεξία διαίρεσης Χρόνου (TDM PON) Γενική Αρχιτεκτονική Στα δίκτυα με πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου ο οπτικός τερματικός εξοπλισμός αναθέτει χρονοθυρίδες σε πολλαπλούς χρήστες δια μέσου του παθητικού οπτικού δικτύου. Κάθε ένας από τους πολλαπλούς χρήστες μπορεί να χρησιμοποιήσει όλο το εύρος ζώνης της οπτικής ζεύξης ανόδου για όσο διαρκεί η χρονοθυρίδα. Δεδομένου ότι τα παθητικά δίκτυα με πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου μπορούν να εξυπηρετήσουν τυπικά από 32 ή περισσότερους χρήστες το διαθέσιμο εύρος ζώνης που έχει ο κάθε χρήστης είναι συνήθως ένα πολύ μικρό ποσοστό της χωρητικότητας του καναλιού. Για να επικοινωνούν οι πολλαπλοί χρήστες με τον τερματικό σταθμό απαιτείται η ύπαρξη ενός διαχωριστή ισχύος (splitter) σε ένα απομακρυσμένο κόμβο (remote node). Αυτός ο διαχωριστής ισχύος ομαδοποιεί όλες τις ισχύς των χρηστών και τις στέλνει πάλι πίσω στον κεντρικό κόμβο. Τέλος, το χαμηλό κόστος εξοπλισμού των χρηστών, η εύκολη προσθήκη νέων χρηστών στο δίκτυο καθώς και η σημαντική πρόοδο σχετικά με την τυποποίηση (standardization) και την εφαρμογή της τα τελευταία χρόνια, την καθιστούν 52

53 ως μία από τις επικρατέστερες τεχνολογίες αυτή τη στιγμή. Τα PONs που χρησιμοποιούν αυτή την μέθοδο πολυπλεξίας στο ρεύμα καθόδου αναφέρονται ως TDM-PONs. Όπως παρουσιάζεται στο επόμενο σχήμα, ο OLT χρησιμοποιεί την TDM πολυπλεξία για να συνδυάσει τις εισερχόμενες ροές φωνής και δεδομένων που προορίζονται για τους χρήστες του PON. Για παράδειγμα, αν υπάρχουν Ν διαφορετικές ροές πληροφοριών που εισέρχονται στον OLT, κάθε μία από τις οποίες έχει ρυθμό μετάδοσης M bits per second (bps), τότε TDM μέθοδος τις πολυπλέκει μεταξύ τους σε διαδοχικά πλαίσια (frames) δεδομένων με ρυθμό μετάδοσης ΝxM bps. Τα frames αυτά, τα οποία στο πεδίο της επικεφαλίδας τους μεταφέρουν πληροφορίες για τη διεύθυνση προορισμού τους, μεταδίδονται από τον OLT προς τις διάφορες ONUs με τη μορφή broadcasting. Η κάθε ONU λαμβάνει και φιλτράρει τα δεδομένα κρατώντας μόνο αυτά που προορίζονται για αυτήν. Απαραίτητη είναι ίσως και η εφαρμογή κρυπτογράφησης στα δεδομένα της ροής καθόδου αφού όλες οι ONUs έχουν πρόσβαση στις πληροφορίες της ροής καθόδου. Η μέθοδος TDM πολυπλεξίας έχει ως σκοπό την όσο το δυνατόν καλύτερη αξιοποίηση του bandwidth του μέσου μεταφοράς, μοιράζοντάς το αποτελεσματικά ανάμεσα στις ONUs. Στο παρακάτω παράδειγμα TDM πολυπλεξίας, τα πακέτα 1,2,,Ν προορίζονται για τις αντίστοιχες ONUs. Η μεταφορά πληροφοριών στη ροή ανόδου είναι λίγο πιο πολύπλοκη διαδικασία από αυτή της ροής καθόδου, και αυτό γιατί όλες οι ONUs θα πρέπει να μοιραστούν το ίδιο μήκος κύματος με βάση τον χρόνο. Για την αποφυγή συγκρούσεων μεταξύ των εκπομπών διαφορετικών ONUs, το PON χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο πολλαπλής πρόσβασης με διαίρεση χρόνου (Time Division Multiple Access TDMA). Το διαθέσιμο bandwidth της ροής ανόδου διαιρείται σε χρονοθυρίδες και κατανέμεται στις ONUs από τον OLT με βάση τις ανάγκες της κάθε μιας. Για να αποφεύγονται οι συγκρούσεις δεδομένων προερχόμενα από διαφορετικές ONUs, το PON διαθέτει μηχανισμούς που δίνουν έγκριση για μετάδοση στην κάθε ONU ξεχωριστά, σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές, έτσι ώστε ανά πάσα στιγμή τα δεδομένα που καταφθάνουν στον OLT να προέρχονται από μία μόνο ONU. Από την στιγμή που κάθε ONU βρίσκεται σε διαφορετικές αποστάσεις από το κέντρο σύνδεσης, ο OLT χρησιμοποιεί την τεχνική ranging για να μετρήσει τις λογικές αποστάσεις ανάμεσα στις ONUs και αυτόν. Αυτό είναι απαραίτητο ώστε η κάθε ONU να ρυθμίσει τις μεταδόσεις της ανάλογα και να αποφύγει τις συγκρούσεις. 53

54 Εικόνα 22 : Γενική Αρχιτεκτονική ενός TDM PON Υπάρχουν τρεις τυποποιημένες εκδοχές των παθητικών οπτικών δικτύων με πολυπλεξία διαίρεση χρόνου: τα Ethernet παθητικά οπτικά δίκτυα(e-pon), τα ευζωνικά οπτικά παθητικά δίκτυα (B-PON) και τα Gigabit παθητικά οπτικά δίκτυα (G-PON). Όλα τα παραπάνω οπτικά δίκτυα χρησιμοποιούν ένα μήκος κύματος για την ζεύξη ανόδου και ένα άλλο διαφορετικό μήκος κύματος για την ζεύξη καθόδου. Μία σαφής διαφορά αυτών των δικτύων είναι η ταχύτητα λειτουργίας τους. Τα B-PON είναι σχετικά χαμηλής ταχύτητας της τάξεως των 155Mbps για την ζεύξη ανόδου και 622Mbps για την ζεύξη καθόδου. Tα E-PON υποστηρίζουν μετάδοση της τάξεως του 1Gbps και στις δύο κατευθύνσεις. Τέλος τα G-PON δίκτυα υποστηρίζουν ταχύτητες της τάξεως των 2.5 Gbps για την άνοδο και 1.25Gbps για την κάθοδο.[11][14] ΑΤΜ Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (APON) Το 1995 η FSAN συνδύασε την τεχνολογία ΡΟΝ με τον ασύγχρονο τρόπο μεταφοράς (ΑΤΜ), διότι θεωρήθηκε τότε ως η πιο πολλά υποσχόμενη τεχνολογία για να 54

55 ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις σε υπηρεσίες των διαφόρων χρηστών, οπότε δημιουργήθηκαν τα APON τα οποία υποστήριζαν διάφορες αρχιτεκτονικές όπως τις FTTH, FTTB/C και FTTH/CAB. Η θεώρηση αυτή βασίστηκε στο γεγονός ότι εκείνη την εποχή οι λογικότερες και πιο συμφέρουσες επιλογές ήταν για τον τρόπο μεταφοράς δεδομένων ο ΑΤΜ και για την τοπολογία των δικτύων πρόσβασης τα δίκτυα ΡΟΝ. Το ΑΤΜ θεωρείτο ο καταλληλότερος για να υποστηρίξει πολλαπλά πρωτόκολλα και τα ΡΟΝ η οικονομικότερη ευζωνική οπτική λύση. Η πρόταση της FSAN έγινε αποδεκτή ως πρότυπο από την ITU και περιγράφεται στο ITU-T Rec.G.983, όπου δίνονται οι προδιαγραφές για την αρχιτεκτονική, τον εξοπλισμό και τη διαστρωμάτωση του APON, και συγκεκριμένα η περιγραφή του υποστρώματος σύγκλισης μετάδοσης δεδομένων και του φυσικού υποστρώματος. Στο ΑΡΟΝ με κριτήρια την απλότητα και το κόστος επιλέχθηκαν η τεχνική TDM για την προς τα κάτω (downstream) ζεύξη και για την πολλαπλή προσπέλαση στο μέσο για την προς τα άνω (upstream) ζεύξη η TDMA τεχνική. Στο ΑΡΟΝ μία οπτική ίνα διαιρείται παθητικά μέχρι και 64 φορές με αποτέλεσμα 64 ONU/ΟΝΤ να μοιράζονται τη χωρητικότητα της. Η παθητική διαίρεση επιτρέπει στους χρήστες να μοιράζονται το εύρος ζώνης και κατ επέκταση το κόστος. Το κόστος μειώνεται ακόμα περισσότερο με την ελάττωση του α- ριθμού των οπτοηλεκτρονικών στοιχείων που απαιτούνται για το OLT δεδομένου ότι μία διεπαφή μοιράζονται περισσότερα του ενός ONU/ΟΝΤ. Το ΑΡΟΝ χρησιμοποιεί τοπολογία διπλού αστέρα. Ο πρώτος αστέρας βρίσκεται στο OLT όπου η διεπαφή του δικτύου ευρείας ζώνης για τις υπηρεσίες διαιρείται λογικά και οδηγείται στη διεπαφή ΑΤΜ-ΡΟΝ. Ο δεύτερος αστέρας υλοποιείται στον διαιρέτη όπου η πληροφορία διαιρείται παθητικά και οδηγείται σε κάθε ΟΝΤ. To OLT, που τοποθετείται στο κέντρο μεταγωγής, είναι το σημείο διασύνδεσης μεταξύ του Δικτύου Πρόσβασης και των σημείων υπηρεσιών στο δίκτυο κορμού (backbone). Όταν δεδομένα από το δίκτυο φθάνουν στο OLT οδηγούνται στον παθητικό διαιρέτη χρησιμοποιώντας την τεχνική TDM. To OLT λειτουργεί ως ΑΤΜ τελικός μεταγωγέας με ΑΤΜ-σύγχρονη οπτική 55

56 (SONET) διεπαφή από την πλευρά του δικτύου κορμού και ΑΤΜ-ΡΟΝ διεπαφή από την πλευρά του συνδρομητή. Το κάθε ΟΝΤ φιλτράρει τα κελιά που φθάνουν και ανακτά μόνο αυτά που προορίζονται για αυτό. Κάθε κελί έχει ένα 28-bit πεδίο που καθορίζει τις τιμές που αφορούν στη νοητή διαδρομή και στο νοητό δίαυλο, που αναφέρονται ως VPI/VCI. Κάθε OLT αρχικά στέλνει ένα μήνυμα στο ΟΝΤ για να το προετοιμάσει να δεχτεί κελιά με συγκεκριμένες τιμές VPI/VCI. Τα πεδία VPI/VCI, της επικεφαλίδας του πακέτου ΑΤΜ, χρησιμοποιούνται για την επίτευξη της πολυπλεξίας πακέτων σε μια κοινή ζεύξη. Δεδομένου ότι κατά το upstream κανάλι χρησιμοποιείται το πρωτόκολο TDMA, κάθε ΟΝΤ πρέπει να είναι συγχρονισμένο χρονικά με κάθε άλλο ΟΝΤ Αυτό πραγματοποιείται με μία διαδικασία που ονομάζεται αποστασιομέτρηση (ranging) των ONU και βασίζεται στη λογική ότι το OLT πρέπει να καθορίσει πόσο μακριά του βρίσκεται το κάθε ΟΝΤ έτσι ώστε να του παραχωρήσει τη βέλτιστη χρονική σχισμή μέσα στην οποία θα πρέπει να εκπέμψει για να αποφευχθούν προβλήματα συγκρούσεων μετάδοσης. Στη συνέχεια το OLT στέλνει μήνυμα παραχώρησης μέσω των κελιών διαχείρισης PLOAM του φυσικού επιπέδου για να αναθέσει στο κάθε ΟΝΤ συγκεκριμένες χρονικές σχισμές. Τέλος το ΟΝΤ προσαρμόζει τη διεπαφή υπηρεσιών σε ΑΤΜ και στη συνέχεια για την επικοινωνία με το OLT θα χρησιμοποιήσει τη τεχνική TDMA. Στο ΑΡΟΝ χρησιμοποιείται μία οπτική ίνα τόσο για το upstream όσο και για το downstream κανάλι οπότε χρησιμοποιούνται δύο μήκη κύματος-1550 nm για το downstream κανάλι και 1310nm για το upstream κανάλι. Συμπληρωματικά αναφέρουμε ότι θα ήταν δυνατό να χρησιμοποιηθεί ένα μήκος κύματος η επιλογή όμως για δύο παρέχει καλύτερη οπτική απομόνωση για τους πομπούς και τους δέκτες laser και εξαλείφει την ανάγκη των ακριβών διαιρετών δέσμης φωτός. Τα κελιά ΑΤΜ μετατρέπονται απευθείας σε οπτικό κύμα και στέλνονται στο δίκτυο PON. Αυτό επιτυγχάνεται με τον κατάλληλο ηλεκτροπτικό εξοπλισμό, ειδικό για τη μετάδοση κίνησης σε ταχύτητες Mbit/sec. Επιπλέον δεδομένου ότι υπάρχουν καθοδικά κανάλια κοινοποίησης (broadcast channels) στα ΡΟΝ χρησιμοποιούνται τεχνικές κρυπτογράφησης για να επιτευχθεί ασφάλεια. 56

57 Το ΑΡΟΝ δεν εξαρτάται από τις διάφορες υπηρεσίες με αποτέλεσμα να μπορούν να υλοποιηθούν τόσο οι κλασικές όσο και μελλοντικές υπηρεσίες. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι μπορεί να μεταφέρει πακέτα Ethernet και να υποστηρίζει T1. Τέλος, θα πρέπει να αναφερθούμε στον όρο Broadband PON (BPON) που με την πάροδο του χρόνου εισήχθη και χρησιμοποιείται, είναι ταυτόσημος με τον όρο ΑΡΟΝ με τη μοναδική διαφοροποίηση ότι περιγράφονται δίκτυα που έχουν τη δυνατότητα να υποστηρίζουν επιπλέον ευρυζωνικές υπηρεσίες, όπως υπηρεσίες video.[9][11] Θετικά των ATM Παθητικών Οπτικών Δικτύων Η συντήρηση της οπτικής ίνας είναι οικονομικότερη από αυτή των συστημάτων που βασίζονται στο χαλκό με αποτέλεσμα οι παροχείς να μειώνουν το κόστος και να αυξάνεται το κέρδος τους ή να έχουν τη δυνατότητα να χαμηλώνουν τις τιμές με αποτέλεσμα να γίνονται πιο ανταγωνιστικοί. Στα ΑΤΜ-ΡΟΝ οι οπτικές διεπαφές βρίσκονται στα OLT οπότε μία μόνο ίνα χρησιμοποιείται για να εξυπηρετήσει μέχρι 64 τελικές τοποθεσίες χρηστών. Συνεπώς έχουμε μείωση των οπτικών διεπαφών από 64 σε 1 σε σχέση με τα σημείο προς σημείο (point-to-point) οπτικά συστήματα. Ένα ακόμα πλεονέκτημα είναι ότι στα ΑΡΟΝ πραγματοποιείται συσσώρευση κελιών ΑΤΜ στα OLT. Η συσσώρευση αυτή επιτρέπει στους παρόχους να εξυπηρετούν πολύ περισσότερους χρήστες από ότι στην περίπτωση που θα χρησιμοποιούνταν μόνο τεχνικές βασισμένες στο TDM. Έχει υπολογιστεί ότι η τεχνολογία ΑΡΟΝ μπορεί να είναι από 20 έως 40 τα εκατό οικονομικότερη από συστήματα πρόσβασης με κυκλώματα. Η οικονομία οφείλεται στην προαναφερθείσα συγκέντρωση του ΑΤΜ και τη στατιστική πολυπλεξία σε συνδυασμό με την από κοινού χρήση των ενεργητικών οπτόηλεκτρονικών εξαρτημάτων μεταξύ των διαιρετών. 57

58 Επειδή τα ΟΝΤ μοιράζονται την ίδια ίνα και οπτικό διαιρέτη, μοιράζονται κατ επέκταση και το εύρος ζώνης οπότε με κατάλληλα δυναμικής ανάθεσης του εύρους ζώνης πρωτόκολλα είναι δυνατό να εξυπηρετεί ο παροχος ακόμα περισσότερους χρήστες. Το ΑΡΟΝ έχει ως πυρήνα την τεχνολογία ΑΤΜ συνεπώς ένα απλό σύστημα διαχείρισης μπορεί να προβλέψει το απαιτούμενο εύρος από άκρο σε άκρο. Ακόμα κρίνεται εύκολη η αύξηση του εύρους ζώνης μιας δεδομένης ζεύξης αν αυτό απαιτηθεί μελλοντικά. Ε- πιπλέον μπορεί να εξυπηρετήσει σχεδόν κάθε επιθυμητή υπηρεσία. Τέλος τα ενεργητικά εξαρτήματα του ΑΡΟΝ τοποθετούνται στο κτήριο του πελάτη ή στο κέντρο μεταγωγής και όχι σε εξωτερικά εγκατεστημένα τερματικά. Με τον τρόπο αυτό εξαλείφονται οι δαπάνες για συστήματα εφεδρικών μπαταριών και τα ενεργητικά στοιχεία που πρέπει να είναι ανθεκτικά στις μεγάλες μεταβολές της θερμοκρασίας[9] Ethernet Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (EPON) Με το πέρασμα του χρόνου το ΑΡΟΝ θεωρήθηκε ως ακατάλληλη λύση για τον τοπικό βρόχο εξαιτίας της αδυναμίας του να υποστηρίξει υπηρεσίες video, το ανεπαρκές του εύρος, την πολυπλοκότητά του και το κόστος του. Η ευρεία χρήση του Ethernet έδινε την εντύπωση ότι η χρήση των Ethernet-ΡΟΝ (ΕΡΟΝ) θα εξάλειφε την ανάγκη για μετατροπή από ΑΤΜ σε ΙΡ πρωτόκολλο στην σύνδεση WAN/LAN. Οι κατασκευαστές Ε- ΡΟΝ εστίαζαν αρχικά στην ανάπτυξη FTTB και FTTC λύσεων με μακροπρόθεσμο στόχο την ανάπτυξη μίας FTTΗ λύσης για τη διανομή δεδομένων, video και φωνής πάνω από την ίδια πλατφόρμα. Το ΕΡΟΝ παρέχει μεγαλύτερο εύρος ζώνης, ελάττωση κόστους και ευρύτερες υπηρεσίες από το ΑΡΟΝ ενώ η αρχιτεκτονική του είναι παρόμοια και κληρονομεί πολλά χαρακτηριστικά του G.983 που αφορά στα ΑΡΟΝ. Η κύρια διαφορά μεταξύ ΑΡΟΝ και ΕΡΟΝ είναι ότι τα δεδομένα στο ΕΡΟΝ μεταφέρονται σε πακέτα μεταβλητού μήκους ως και 1518 bytes σύμφωνα με το πρωτόκολλο της ΙΕΕΕ για το Ethernet. Ενώ στο ΑΡΟΝ σε κελιά ΑΤΜ των 53 bytes όπως επιβάλλεται από το πρωτόκολλο ΑΤΜ, αυτό έχει ως αποτέλεσμα να είναι δύσκολη 58

59 και όχι αποδοτική η μεταφορά σε ένα δίκτυο ΑΡΟΝ κίνησης που βασίζεται στο ΙΡ όπου τα δεδομένα χωρίζονται σε πακέτα μεταβλητού μήκους ως και bytes. Για να μεταφερθεί η ΙΡ κίνηση στο ΑΡΟΝ τα πακέτα θα πρέπει να κατατμηθούν σε κομμάτια των 48-bytes και στο κάθε ένα από αυτά να προσαρτηθεί επικεφαλίδα ΑΤΜ των 5-bytes. Η διαδικασία αυτή είναι χρονοβόρα, πολύπλοκη και προσθέτει επιπλέον κόστος στα ΟΝΤ και OLT. Επιπλέον για κάθε τμήμα δεδομένων των 48-bytes έχουμε σπατάλη εύρους 5-bytes. Αντίθετα το Ethernet είναι φτιαγμένο για να καλύψει κίνηση ΙΡ και μειώνει δραστικά τις επικεφαλίδες σε σχέση με το ΑΤΜ. Στο ΕΡΟΝ η διαδικασία εκπομπής δεδομένων προς τα κάτω από το OLT στα ONU είναι διαφορετική από την αντίστοιχη προς τα άνω. Οι διαφορετικές αυτές διαδικασίες φαίνονται στις παρακάτω εικόνες.[9] Εικόνα 23 : Καθοδική μετάδοση σε ένα Ethernet PON 59

60 Συγκεκριμένα στο παραπάνω σχήμα τα δεδομένα εκπέμπονται από το OLT προς τα ONU σε πακέτα μεταβλητού μήκους με μέγιστο μήκος 1518 bytes, σύμφωνα με το πρωτόκολλο της ΙΕΕΕ Κάθε πακέτο φέρει μία επικεφαλίδα που καθορίζει το ONU στο οποίο προορίζεται το πακέτο. Επιπλέον κάποια πακέτα είναι δυνατό να προορίζονται για όλα τα ONU (broadcast packets) ενώ άλλα για μία δεδομένη ομάδα ONU (multicast packets). Στο δεδομένο σχήμα η κίνηση χωρίζεται στον διαιρέτη σε τρία διαφορετικά σήματα που κάθε ένα φέρει όλα τα πακέτα. Όταν τα πακέτα φτάσουν σε ένα ONU τότε αυτό δέχεται μόνο τα πακέτα που προορίζονται για αυτό ενώ απορρίπτει όλα τα υπόλοιπα πακέτα. Συγκεκριμένα στο παράδειγμά μας το ONU-1 δέχεται τα πακέτα 1,2 και 3 αλλά διανέμει στο τελικό χρήστη-1 μόνο το πακέτο 1. Όσον αφορά την προς τα άνω ζεύξη η λειτουργία της οποίας συνοψίζεται στο σχήμα 5.4, χρησιμοποιείται τεχνική TDM, κατά την οποία χρονικές σχισμές εκπομπής ανατίθενται σε κάθε ONU. Οι χρονικές σχισμές είναι συγχρονισμένες έτσι ώστε να μην υ- πάρχουν συγκρούσεις όταν τα πακέτα από διαφορετικά ONU συνδυάζονται στην κοινή ίνα. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα το ONU-1 εκπέμπει το πακέτο 1 στην πρώτη χρονική σχισμή, το ONU-2 εκπέμπει το πακέτο 2 στη δεύτερη μη επικαλυπτόμενη με την πρώτη χρονική σχισμή και το ONU-3 εκπέμπει το πακέτο 3 στη τρίτη μη επικαλυπτόμενή με την δεύτερη χρονική σχισμή. 60

61 Εικόνα 24 : Ανοδική μετάδοση σε ένα Ethernet PON Θετικά των Ethernet Παθητικών Οπτικών Δικτύων Τα ΕΡΟΝ θεωρήθηκαν απλούστερα, πιο αποδοτικά και λιγότερο δαπανηρά από οποιαδήποτε εναλλακτική λύση πολλαπλών υπηρεσιών δικτύου πρόσβασης την εποχή που προτάθηκαν. Τα ΕΡΟΝ προσέφεραν το υψηλότερο εύρος ζώνης στους πελάτες συγκριτικά με οποιοδήποτε άλλο δίκτυο ΡΟΝ. Το γεγονός αυτό είχε ως αποτέλεσμα να μπορούν να υποστηριχθούν περισσότεροι συνδρομητές από το ΕΡΟΝ, να διατίθεται περισσότερο εύρος ανά συνδρομητή, καλύτερο QoS και να υπάρχει η δυνατότητα υποστήριξης υπηρεσιών video. Επιπλέον τα ΕΡΟΝ οδηγούσαν σε μείωση των δαπανών μέσω της εξάλειψης των πολύπλοκων και ακριβών στοιχείων ΑΤΜ και SONET και δραματική απλοποίηση της αρχιτεκτονικής του δικτύου. Ακόμα η εξάλειψη του κόστους συντήρησης των εξωτερικών εγκαταστάσεων δεδομένου ότι δεν χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικά στοιχεία σε αυτές λόγω χρήσης των μεγάλης διάρκειας ζωής παθητικών εξαρτημάτων οδηγούσε σε μείωση της συνολικής δαπάνης. Τέλος, οι Ethernet διεπαφές εξάλειφαν την ανάγκη για 61

62 επιπλέον DSL ή cable modems γεγονός που οδηγούσε σε περαιτέρω μείωση του κόστους. Η τεχνολογία ΕΡΟΝ δεδομένου ότι μπορεί να υποστηρίξει υπηρεσίες, video και φωνής έδινε τη δυνατότητα στους παρόχoυς να προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα υπηρεσιών και κατ επέκταση να αυξήσουν τα έσοδά τους. Συνοψίζοντας τα ΕΡΟΝ εξαιτίας της απλότητας τους, που προέρχεται από τη χρήση των τοπολογιών Ethernet, έδιναν τη δυνατότητα στους παρόχους να μπορούν εύκολα να αναπτύσσουν, να προβλέπουν και να διαχειρίζονται τις υπηρεσίες[9] Gigabit Παθητικό Οπτικό Δίκτυο (GPON) Με την παρουσία όλο και αυξανόμενου όγκου δεδομένων και την εμφάνιση της προδιαγραφής EPON του 1 Gbps, η ομάδα FSAN αντιλήφθηκε την ανάγκη για μια αρχιτεκτονική ικανή για υψηλότερο ρυθμό bit και με βελτιωμένη απόδοση για την κίνηση δεδομένων. Εντούτοις, η προδιαγραφή του φυσικού επιπέδου που υιοθετήθηκε για BPON, κατέστησε αρκετά δύσκολη την επίτευξη ρυθμών bit στην ανοδική κατεύθυνση (up-stream) άνω των 622 Mbps. Το ATM PON είναι επίσης αναποτελεσματικό για κίνηση δεδομένων IP. Για να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί, το 2001, η FSAN ανέλαβε μία νέα προσπάθεια για να προσδιορίσει ένα σύστημα PON που να λειτουργεί σε ρυθμούς bit που ξεπερνούν το 1 Gbps. Η ομάδα έστρεψε την προσοχή της στη γενική διαδικασία πλαισίωσης (generic framing procedure) ως έναν τρόπο βελτίωσης της απόδοσης, επιτρέποντας ένα μίγμα πλαισίων μεταβλητού μεγέθους και πλαισίων ATM. Η επέκταση της χωρητικότητας των PONs στην περιοχή των Gbps πραγματοποιήθηκε με την τυποποίηση του GPON από την ITU στη σειρά προδιαγραφών G.984.x. Η αρχιτεκτονική του δικτύου που περιγράφεται σε αυτά τα πρωτόκολλα έχει πολλές ομοιότητες με την αρχιτεκτονική του ATM-PON. Ο μέγιστος αριθμός διαχωρισμού του σήματος στον παθητικό διαιρέτη είναι 128 και η μέγιστη απόσταση ενός ONU από το OLT είναι 20Km. Στην κατερχόμενη κατεύθυνση 62

63 (downstream) οι ρυθμοί μετάδοσης που υποστηρίζονται είναι ή Mbps, ενώ η φασματική περιοχή του καναλιού που χρησιμοποιείται σε αυτή την κατεύθυνση περιορίζεται στα nm. Στην ανερχόμενη κατεύθυνση (upstream) οι ρυθμοί μετάδοσης που χρησιμοποιούνται είναι , , και Mbps, ενώ το κανάλι λειτουργεί στην περιοχή των nm. Η προδιαγραφή G.984.2, η οποία ορίζει το επίπεδο που είναι εξαρτώμενο από το φυσικό επίπεδο (Physical Medium Dependent Layer PMD Layer), καθορίζει τους ρυθμούς μετάδοσης της ανερχόμενης και της κατερχόμενης κατεύθυνσης. Παράλληλα, καθορίζει ότι στο δίκτυο μεταδίδονται πλαίσια σταθερής διάρκειας (125 μs),που μπορούν να υποστηρίξουν διάφορες μορφές πακέτων (Ethernet, ATM, IP κτλ.). Ταυτόχρονα, η προδιαγραφή G ορίζει το επίπεδο σύγκλισης μετάδοσης (Transmission Convergence Layer), που πραγματοποιεί την προσαρμογή των δεδομένων του χρήστη πάνω στο PMD επίπεδο, ενώ παράλληλα παρέχει τις βασικές παραμέτρους διαχείρισης του δικτύου. Με αυτό τον τρόπο τα GPONs έχουν τη δυνατότητα αξιόπιστης μετάδοσης διαφορετικών μορφών πακέτων, επιτυγχάνοντας παράγοντα αξιοποίησης του δικτύου πάνω από 95%.Ταυτόχρονα τα GPONs παρέχουν ποιότητα υπηρεσίας, καθώς επιτρέπουν διαπραγματεύσεις για συμφωνία του επιπέδου υπηρεσίας (Service Level Agreement SLA) μεταξύ των ONUs και του OLT, που ορίζεται στην προδιαγραφή G Τα GPON υποστηρίζουν 7διαφορετικά bit rates χρησιμοποιώντας για όλα το ίδιο πρωτόκολλο. Οι δυνατοί συνδυασμοί για το upstream και για το downstream κανάλι δίνονται στο παρακάτω πίνακα. 63

64 Ρεύμα Ανόδου Ρεύμα Καθόδου 155 Mbit/s up 1.2 Gbit/s down 622 Mbit/s up 1.2 Gbit/s down 1.2 Gbit/s up 1.2 Gbit/s down 155 Mbit/s up 2.4 Gbit/s down 622 Mbit/s up 2.4 Gbit/s down 1.2 Gbit/s up 2.4 Gbit/s down 2.4 Gbit/s up 2.4 Gbit/s down Πίνακας 7 :Διαφορετικοί ρυθμοί δεδομένων για τα GPON δίκτυα Όσον αφορά τη διαίρεση του σήματος της οπτικής ίνας στον οπτικό διαιρέτη μία ρεαλιστική υλοποίηση με βάση το κόστος είναι η διαίρεση 1:64, ενώ παρά το γεγονός αυτό προβλέποντας τις μελλοντικές τεχνολογικές εξελίξεις πρέπει να λαμβάνετε μέριμνα για διαίρεση 1:128. Επιπλέον το GPON έχει μεγάλες δυνατότητες όσον αφορά στις λειτουργίες ανάπτυξης, πρόβλεψης και διαχείρισης του δικτύου ενώ παρέχει και ασφάλεια σε επίπεδο πρωτοκόλλου για την downstream κίνηση. Συγκεκριμένα δεδομένου του multicast χαρακτήρα του μεριμνά ώστε να μην είναι εύκολη η αποκωδικοποίηση των downstream δεδομένων από όλους τους χρήστες παρά μόνο από αυτόν για τον οποίο προορίζονται τα δεδομένα και επιτρέπει προς την κατεύθυνση αυτή οικονομικά αποδοτικές υλοποιήσεις. Τα τελευταία χρόνια μελετάται η επέκταση των GPONs ώστε να υποστηρίζουν ρυθμούς μετάδοσης έως 10 Gbps και στις δύο κατευθύνσεις. Το βασικό πρόβλημα που πρέπει να επιλυθεί είναι η κατασκευή οικονομικών διατάξεων οπτοηλεκτρονικής μετατροπής, που 64

65 να μπορούν να υποστηρίξουν αυτές τις ταχύτητες και να τοποθετηθούν στο χώρο των χρηστών.[9] Μελέτες για εξέλιξη των Gigabit Παθητικών Oπτικών Δικτύων (GPON). Πρόσφατα έχουν γίνει μελέτες για το τι θα υπάρξει μετά τα Gigabit Παθητικά Οπτικά δίκτυα. Πολλές μελέτες έχουν επικεντρωθεί σε τεχνολογίες όπως τα υβριδικά GPON/CDWM Παθητικά Οπτικά δίκτυα και τα 10Gbits Παθητικά οπτικά δίκτυα. Τα ζητήματα των τεχνολογιών αυτών αναλύονται παρακάτω Υβριδικά GPON/CDWM Στην ουσία αυτό που κάνει ένα υβριδικό είναι ο συνδυασμός της CDWM με την TDM για την δημιουργία ενός πολύ πυκνού δικτύου πρόσβασης, πολλά TDM PONS μεταδίδονται σε μία οπτική ίνα σε διαφορετικά μήκη κύματος στην συνέχεια το κάθε ξεχωριστό PON οδηγείται από ένα cwdm mux στα διάφορα power splitters οπός φαίνεται στο πιο κάτω σχήμα. Εικόνα 25 : CWDM/GPON 65

66 -Ζητήματα Υβριδικών GPON/CDWM Παθητικών Οπτικών δικτύων Το GPON/CDWM Παθητικό Οπτικό δίκτυο είναι μια τεχνολογία που δεν μπορεί να χειριστεί τις αυξανόμενες απαιτήσεις εύρους ζώνης. Αυτό γίνεται κατανοητό λόγο των 2 παρακάτω ζητημάτων: 1. Το GPON/CDWM Παθητικό Οπτικό δίκτυο απαιτεί την χρήση της Coarse DWM τεχνολογίας στην ίνα τροφοδότησης. Τουλάχιστον για την εφαρμογή αυτής της λύσης σημαίνει ότι όλοι οι χρήστες που μοιράζονται την ίδια ίνα τροφοδότησης θα πρέπει να είναι σε κατάσταση εκτός υπηρεσίας για να γίνει αυτή η αναβάθμιση. Θα μπορούσαν να υπάρχουν πρόσθετες διαταραχές ένα έπρεπε να γίνει απαιτούμενες αλλαγές μεταξύ του διαχωριστή ισχύος(splitter) και του κεντρικού τερματικού γραμμής(olt). Εάν υπάρξουν αλλαγές στο λογισμικό των οπτικών τερματικών (ONU) και στις κάρτες γραμμών (line cards) στο οπτικό τερματικό γραμμής ( OLT), αυτό γίνεται ένα ακόμα μεγαλύτερο θέμα. 2. Το GPON/CDWM Παθητικό Οπτικό δίκτυο δεν προσφέρει μακροπρόθεσμη λύση για το πρόβλημα του εύρους ζώνης. Παρέχει μόνο μια προσωρινή λύση. Αντί για 32 χρήστες που μοιράζονται την ίδια ίνα τροφοδότησης τώρα υπάρχουν 8 συνδρομητές που μοιράζονται ένα από τα 4 κανάλια. Επιπλέον αυτό θα απαιτήσει μια επιπλέον μονάδα διαχωριστή στο εξωτερικό κομμάτι, καμπίνα διαχωριστή. Διότι ακόμα και οι πωλητές που υποστηρίζουν το GPON/CDWM Παθητικό Οπτικό δίκτυο, πιστεύουν ότι τα παθητικά οπτικά δίκτυα με πολυπλεξία μήκους κύματος (WDM PON) θα γίνουν πραγματικότητα, οι πάροχοι υπηρεσιών θα πρέπει να γνωρίσουν ότι αν εφαρμόσουν αυτή την τεχνολογία στο μέλλον θα πρέπει να εγκαταστήσουν άλλη μια μονάδα διαχωριστή για τα WDM PON. Η απαίτηση αυτή σημαίνει ότι θα πρέπει να υπάρξουν 3 διαφορετικοί τύποι μονάδων διαχωριστή στην καμπίνα. Αν δεν υπάρχει επαρκής χώρος για αυτές τις μονάδες, άλλη μια καμπίνα απαιτείται. [17] 66

67 ΧG-PONs Όσο η ζήτηση για διαδικτυακή ταχύτητα συνεχίζει να αυξάνεται, τόσο νέες και ταχύτερες τεχνολογίες εμφανίζονται στο προσκήνιο, βασιζόμενες σε ήδη υπάρχοντα πρότυπα. Το XG-PON (επίσης γνωστό και ως 10G-PON) είναι η επόμενη, εξαιρετικά γρήγορης ταχύτητας, γενιά για τους παρόχους G-PON, σχεδιασμένη να συνυπάρχει με τον ήδη εγκατεστημένο G-PON εξοπλισμό στο ίδιο δίκτυο Το XG-PON είναι ένα πρότυπο δικτύωσης του 2010 για συνδέσεις δεδομένων, ικανό να παρέχει κοινή ταχύτητα πρόσβασης στο Internet μέχρι και 10 Gbps. Είναι δηλαδή ένα πρότυπο επόμενης γενιάς, το οποίο θεωρείται η συνέχεια του G-PON που αναφέρθηκε στην προηγούμενη ενότητα. Τα χαρακτηριστικά των δικτύων XG-PON περιγράφονται αναλυτικά στο πρότυπο G.987 της ITU-T. Η αρχιτεκτονική τους φαίνεται στην παρακάτω Εικόνα 26. Εικόνα 26 : Αρχιτεκτονική δικτύου XG-PON Η οπτική ίνα που χρησιμοποιείται στα XG-PON διαμοιράζεται ανάμεσα σε πολλούς συνδρομητές, σε ένα δίκτυο FTTx, με έναν τρόπο ο οποίος επικεντρώνεται κυρίως στον εξοπλισμό τηλεπικοινωνιών, με αποτέλεσμα συχνά να εκτοπίζονται οι τηλεφωνικές 67

68 γραμμές χαλκού που συνδέουν τις διάφορες εγκαταστάσεις για τις ανταλλαγές τηλεφωνημάτων. Η αρχιτεκτονική των Παθητικών Οπτικών Δικτύων έχει πλέον γίνει ένας οικονομικά αποδοτικός τρόπος ούτως ώστε τα δίκτυα πρόσβασης να μπορέσουν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις απόδοσης με τις όποιες βρίσκονται αντιμέτωπα. Έτσι λοιπόν, η ταχύτητα των 10 Gbps που έχει τη δυνατότητα να παρέχει το XG-PON, διαμοιράζεται σε όλους τους χρήστες που είναι συνδεδεμένοι στο ίδιο Παθητικό Οπτικό Δίκτυο, όπως ακριβώς συμβαίνει με το πρότυπο G-PON αλλά και το B-PON. Επίσης, ενσωματώνονται διάφορες τεχνικές πολυπλεξίας οι οποίες εμποδίζουν τα πλαίσια δεδομένων από το να συγκρούονται μεταξύ τους. Επίσης, οι χρήστες έχουν μια συσκευή δικτύου που μετατρέπει τα οπτικά σήματα σε σήματα τα οποία χρησιμοποιούνται στην καλωδίωση του κτιρίου, όπως γίνεται και στην περίπτωση του Ethernet ή στην παλιά, απλή, ενσύρματη και αναλογική τηλεφωνική υπηρεσία. Τέλος, το πρότυπο XG-PON περιλαμβάνει μια ασύμμετρη και μια συμμετρική παραλλαγή. Στην ασύμμετρη περίπτωση το πρότυπο προσφέρει ταχύτητα 10 Gbps για την ροή καθόδου και 2,5 Gbps για την ροή ανόδου. Στην συμμετρική περίπτωση (γνωστή και με την ονομασία XG-PON2) προσφέρεται μεγαλύτερη ταχύτητα: 10 Gbps και για τις δύο ροές. Όμως, ένα πιθανό μειονέκτημα της συμμετρικής παραλλαγής είναι η ανάγκη ακριβότερων λέιζερ για τις ONUs, ούτως ώστε να επιτευχθούν οι υψηλότερες ταχύτητες. -Ζητήματα 10G Gigabits Παθητικών Οπτικών δικτύων (10G GPON) H διαθεσιμότητα είναι το βασικό πρόβλημα στα 10G GPON. Είναι μια σχετικά όχι και τόσο ώριμη τεχνολογία που χρειάζεται ακόμα αρκετή δουλεία για να υπάρξει ως μια πιθανή λύση. Μερικά από τα ζητήματα αυτής της τεχνολογίας είναι αξεπέραστα. Ένα παράδειγμα είναι η φύση ενός 1:32 διαχωριστή σε μία 10G ίνα τροφοδότησης. Ακόμα και αν αυτό το εμπόδιο ξεπεραστεί το επόμενο είναι το υψηλό κόστος των 10G οπτικών πομποδεκτών για υποστήριξη 32 χρηστών σε απόσταση 20km. Αλλά βασικά μειονεκτήματα περιλαμβάνουν το γεγονός ότι η αναβάθμιση της 10G τεχνολογίας επηρεάζει τις υπηρεσίες και εμφανίζει τα ίδια προβλήματα διαλειτουργικότητας με το υπάρχων BPON και GPON. Επίσης το εύρος ζώνης που λαμβάνει ο κάθε χρήστης είναι σχεδόν το μισό από το διαθέσιμο συνολικό εύρος ζώνης του WDM PON δικτύου που 68

69 υπάρχει σήμερα, πράγμα που σημαίνει ότι τα TDM παθητικά οπτικά δίκτυα θα πρέπει να αναβαθμίζονται κάθε 5 χρόνια για να προλάβουν τις εξελίξεις αυτές. Τελικά συμπεράσματα δείχνουν ότι η WDM PON τεχνολογία είναι μία βιώσιμη λύση για την αναβάθμιση των GPON δικτύων διότι συνδυάζει τα καλύτερα συστατικά για ιδιωτική και σημείο σε σημείο ιδιωτικότητα και μοναδικό εύρος ζώνης σε κάθε χρήστη.[18] Σύγκριση των διαφόρων TDM PON Στις προηγούμενες ενότητες έχει γίνει μια αναλυτική σύγκριση δεδομένων που λαμβάνονται από διαφορετικά TDM PON πρότυπα. Τα δεδομένα αυτά μπορούν να συμπυκνωθούν στον ακόλουθο πίνακα 8.[20] Χαρακτηριστικά APON/BPON EPON GPON Pυθμός μετάδοσης (Mbps) Αριθμός οπτικών ινών ανά ONT Μήκη κύματος λειτουργίας Μέγιστος αριθμός split ανά onu Μέγιστη απόσταση Olt-onu Μέγιστη απόσταση μεταξύ Down: 155, 622, 1244 Up: 155, 622 Down: 1250 Up: 1250 Down: 1244, 2488 Up: 155, 622, 1244, ή ή 2 Για μία οπτική ίνα Down: nm Up: nm Video: 1550 nm Για δύο οπτικές ίνες Down: nm Up: nm Video: Down: nm Up: nm Video: nm Για μία οπτική ίνα Down: nm Up: nm Video: nm Για δύο οπτικές ίνες Down: nm Up: nm Video: nm km 20km 60km 20km 20km 20km 69

70 onu Αρχιτεκτονική Συμμετρική και Ethernet συμμετρική Συμμετρική και μετάδοσης ασύμμετρή ασύμμετρή Πίνακας 8 : Σύγκριση των διαφόρων TDM PON [19] Παθητικό Οπτικό Δίκτυο με Πολυπλεξία διαίρεσης Μήκους Κύματος (WDM PON) Γενική Αρχιτεκτονική WDM PON Δίκτυο Τα παραδοσιακά συστήματα ενός μήκους κύματος (TDM PON) συνδυάζουν την υψηλή χωρητικότητα της οπτικής ίνας με το χαμηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης της παθητικής υποδομής. Το οπτικό σήμα μοιράζεται δια μέσω ενός παθητικού διαχωριστή ισχύος (splitter) προς όλους τους συνδρομητές. Ως συνέπεια ο αριθμός των οπτικών τερματικών χρηστών (ONUS) είναι περιορισμένος λόγω του splitter και των πομπών στον κεντρικό κόμβο (CO) και στους οπτικούς τερματικούς χρήστες (ONUS). Τρέχουσες προδιαγραφές επιτρέπουν 32 χρήστες σε απόσταση 20km από τα τερματικά οπτικής γραμμής (OLTs) και 64 χρήστες σε απόσταση 10km από τερματικά οπτικής γραμμής (OLTs). Ένα WDM PON σύστημα παρέχει επεκτασιμότητα λόγω του ότι επιτρέπει την μετάδοση πολλαπλών μήκων κύματος δια μέσου μίας ίνας, είναι αδιαφανής ως προς τον ρυθμό μετάδοσης του καναλιού και δεν υποφέρει απώλειες λόγω του δια-χωριστή ισχύος (splitter). Η πιο απλή προσέγγιση για να κατασκευάσουμε ένα WDM PON σύστημα όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα είναι να χρησιμοποιούμε ένα διαφορετικό μήκος κύματος κάθε αφορά από το τερματικό οπτικής γραμμής (OLT) μέχρι τον αντίστοιχο οπτικό τερματικό χρήστη (ONU) και για την ζεύξη ανόδου και για την ζεύξη καθόδου. 70

71 Η προσέγγιση αυτή δημιουργεί ένα σημείο προς σημείο δίκτυο (point-to-point) μεταξύ του κεντρικού κόμβου (CO) και των χρηστών(onus), σε αντίθεση με τα TDM PON δίκτυα τα οποία είναι δίκτυα σημείου προς πολλαπλά σημεία (point-to-multipoint). Εικόνα 27 : Γενική Αρχιτεκτονική ενός WDM PON δικτύου Στο WDM PON δίκτυο μπορεί να λειτουργήσει ο κάθε χρήστης σε έναν πλήρη ρυθμό μετάδοσης του καναλιού. Επιπλέον διαφορετικά μήκη κύματος μπορούν να λειτουργούν σε διαφορετικούς ρυθμούς, και αν είναι απαραίτητο διαφορετικών ειδών υπηρεσίες να υποστηρίζονται μέσα στο ίδιο δίκτυο. Με άλλα λόγια διαφορετικά σύνολα μήκους κύματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να υποστηρίξουν διαφορετικά ανεξάρτητα υποσυστήματα τα οποία όλα μαζί λειτουργούν πάνω από την ίδια ίνα. Ως προ της ζεύξη καθόδου ενός WDM PON συστήματος τα μήκη κύματος δρομολογούνται από τον κεντρικό κόμβο (OLT) στους τελικούς χρήστες (ONUs) δια μέσω ενός κυματοδηγού πλέγματος συστοιχίας (AWG), ο οποίος εδώ λειτουργεί ως ένας απομακρυσμένος κόμβος (RN). Μια πολλαπλού μήκους κύματος πηγή χρησιμοποιείται στο τερματικό οπτικής γραμμής (OLT) για να εκπέμπει πολλαπλά μήκη κύματος προς τους χρήστες. Ως προς την ζεύξη ανόδου ο κεντρικός κόμβος (OLT) χρησιμοποιεί έναν αποπολυπλέκτη μαζί με μία συστοιχία δεκτών για να λαμβάνει τα σήματα που έρχονται. Κάθε χρήστης είναι εξοπλισμένος με έναν πομπό και έναν δέκτη για λαμβάνει και να στέλνει τα δικά του σήματα. 71

72 Χρησιμότητα Παθητικών Οπτικών Δικτύων με Πολυπλεξία διαίρεση μήκους κύματος Η PON τεχνολογία αποτελεί ένα σημαντικό βήμα για την παροχή ευρυζωνικής πρόσβασης στους χρήστες, όμως χαρακτηρίζεται από κάποια μειονεκτήματα. Καθώς στη βασική μορφή των PONs χρησιμοποιείται ένα κανάλι, το προσφερόμενο εύρος ζώνης περιορίζεται από το μέγιστο ρυθμό μετάδοσης των οπτικών πομποδεκτών. Η εξασθένηση λόγω των απωλειών διαίρεσης περιορίζει τον μέγιστο αριθμό των ONUs. Πολλές τηλεπικοινωνιακές εταιρίες μελετούν την υλοποίηση της τεχνολογίας FTTx για την παροχή ενοποιημένων υπηρεσιών φωνής, δεδομένων και βίντεο, γνωστό ως triple play, ως μια λύση με μικρότερο κόστος από την ξεχωριστή παροχή των τριών αυτών υπηρεσιών. Μολονότι τα PONs παρέχουν υψηλότερη χωρητικότητα σε σχέση με τα παραδοσιακά δίκτυα χαλκού, υπάρχει η απαίτηση για παροχή μεγαλύτερου εύρους ζώνης. Αυτή η αύξηση μπορεί να επιτευχθεί με την υιοθέτηση της WDM τεχνολογίας, όπου πολλά κανάλια χρησιμοποιούνται στην ανερχόμενη και την κατερχόμενη κατεύθυνση. Αυτού του είδους τα PONs είναι γνωστά ως WDM-PONs. Είναι ένα δίκτυο πρόσβασης σημείου-προς-σημείο, όπου χρησιμοποιείται διαφορετικό μήκος κύματος για τη ζεύξη του OLT με κάθε ONU. Κάθε μήκος κύματος δρομολογείται με τη βοήθεια ενός πλέγματος συστοιχίας κυματοδηγών (Arrayed Waveguide Grating AWG). Σε ένα WDM-PON μπορούν να υποστηριχθούν πολλοί χρήστες με διαφορετικές ταχύτητες, εφόσον αυτό απαιτείται, και η ταχύτητα μπορεί να φτάσει έως τη μέγιστη ταχύτητα του οπτικού καναλιού, καθώς το εύρος ζώνης κάθε καναλιού δεν μοιράζεται με άλλους χρήστες. Επίσης, τα WDM-PONs δεν παρουσιάζουν απώλειες διαίρεσης ισχύος, ενώ η χρήση διαφορετικών μηκών κύματος αυξάνει την ασφάλεια. Όλα αυτά τα πλεονεκτήματα οδήγησαν στην πρόταση για αναβάθμιση των PONs με τη χρήση της WDM τεχνολογίας. 72

73 Πλεονεκτήματα WDM PON Το προφανέστερο πλεονέκτημα της τεχνολογίας WDM PON εντοπίζεται στη δυνατότητά της να παρέχει τεράστια αύξηση (πρακτικά απεριόριστη) της χωρητικότητας μετάδοσης. Άλλα σημαντικά πλεονεκτήματα των WDM PON δικτύων συνοψίζονται στα παρακάτω: Διαφάνεια (Transparency): Δεδομένου ότι η WDM αποτελεί μια αρχιτεκτονική στο φυσικό επίπεδο, είναι δυνατή η διαφανής υποστήριξη τόσο της TDM τεχνολογίας όσο και δεδομένων τυποποιήσεων όπως ATM, Gigabit Ethernet και Fibre Channel, επιτυγχάνοντας τη διασύνδεση διαφόρων υπηρεσιών μέσω του κοινού φυσικού μέσου. Κλιμάκωση Μεγέθους (Scalability): Επιτυγχάνεται η καλύτερη δυνατή αξιοποίηση της οπτικής ίνας, ειδικότερα σε επίπεδο, μητροπολιτικών και επιχειρησιακών δικτύων. Δυναμική Παροχή Εύρους Ζώνης (Dynamic Provisioning): Η ταχύτατη, απλή και με δυναμικό τρόπο παροχή των δικτυακών συνδέσεων, δίνουν τη δυνατότητα παροχής υπηρεσιών υψηλών ταχυτήτων για ικανοποίηση αναγκών των χρηστών μέσα σε διάστημα ολίγων ημερών παρά μηνών Πλέγμα Συστοιχίας Κυματοδηγών (Arrayed Waveguide Grating AWG) Η δρομολόγηση των μηκών κύματος στα WDM-PONs πραγματοποιείται με τη χρήση ενός AWG. Το AWG είναι μια παθητική διάταξη με ένα προκαθορισμένο πίνακα δρομολόγησης, παρέχοντας σταθερή δρομολόγηση ενός οπτικού σήματος από μια δεδομένη είσοδο σε μια δεδομένη έξοδο με βάση το μήκος κύματος του σήματος. Τα σήματα με διαφορετικά μήκη κύματος που βρίσκονται σε μια είσοδο θα δρομολογηθούν σε διαφορετικές πύλες εξόδου. Επίσης, σήματα με ίδιο μήκος κύματος θα πρέπει να κατευθυνθούν σε διαφορετικές πύλες εισόδου, ώστε να δρομολογηθούν σε διαφορετικές πύλες εξόδου. Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζεται ένας κυματοδηγός συστοιχίας πλέγματος για Μ εισόδους και Μ εξόδους[11] 73

74 Εικόνα 28 : Απεικόνιση Πλέγματος Συστοιχίας Κυματοδηγών Τα τελευταία χρόνια, σε μια προσπάθεια καλύτερης αξιοποίησης του bandwidth έχουν αναπτυχθεί πολλές διαφορετικές αρχιτεκτονικές WDM-PONs. Έχουν προταθεί λύσεις ανάπτυξης υβριδικών παθητικών δικτύων (TDM και WDM PONs), αλλά και λύσεις αποκλειστικής χρήσης WDM PON. Στόχος αυτής της προσπάθειας είναι η μετάβαση του δικτύου πρόσβασης στην τοπολογία FTTH και στην αφιέρωση ενός καναλιού συχνοτήτων μιας ίνας σε κάθε συνδρομητή. Αυτή την στιγμή σε όλον τον κόσμο, η συντριπτική πλειοψηφία των παθητικών δικτύων που έχουν αναπτυχθεί αποτελείται από TDM PONs. Η μετάβαση στα WDM PONs, στις περιοχές που υπάρχουν ήδη TDM PONs, είναι πιο συμφέρον να γίνει σταδιακά με τον εμπλουτισμό των υπαρχόντων δικτύων και την δημιουργία υβριδικών PONs. Να γίνει δηλαδή εκμετάλλευση των υφισταμένων δομών ώστε να κρατηθεί χαμηλά το κόστος της ανάπτυξης των νέων δικτύων αλλά και να ακολουθηθεί ο ρυθμός εισχώρησης της αρχιτεκτονικής FTTH, ο οποίος αυτή τη στιγμή βρίσκεται σε χαμηλή τιμή. Με το πέρασμα των χρόνων όμως, και με τις υπάρχουσες προτάσεις παθητικών οπτικών δικτύων, μοιάζει να είναι μονόδρομος 74

75 η μετάβαση όλου του δικτύου πρόσβασης σε WDM υλοποιήσεις με την οπτική ίνα να φτάνει μέχρι τον τελικό χρήστη. 75

76 Κεφάλαιο 5:Σχεδίαση του δικτύου 5.1 Γενικά Σε αυτό το κεφάλαιο θα ασχοληθούμε με την σχεδίαση του δικτύου στην ημιαστική περιοχή που περιλαμβάνει τα Πάνω Πολεμίδια, το πάνω μέρος των Κάτω Πολεμιδιών και την Ανθούπολη της επαρχίας Λεμεσού στην Κύπρο. Όσον αφορά το σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός δικτύου, οι επιλογές που υπάρχουν ως προς την τεχνολογία και την τοπολογία δικτύου που θα χρησιμοποιηθεί ποικίλουν, εμείς συγκεκριμένα θα σχεδιάσουμε ένα GPON FTTH δίκτυο.η τεχνολογία πρόσβασης μέσω οπτικής ίνας μέχρι το σπίτι (fiber-to-the-home) αποτελεί μία τεχνολογία που επιτρέπει την σύνδεση του τελικού χρήστη με πολύ υψηλές ταχύτητες. Η σύνδεση αυτή μπορεί να εξυπηρετήσει την διάθεση υπηρεσιών φωνής, δεδομένων και video.η δημιουργία ενός δικτύου GPON θεωρείται τεχνολογία αιχμής που παρέχει εξαιρετικά γρήγορες ευρυζωνικές συνδέσεις για τον τελικό χρήστη πάνω από δίκτυο οπτικών ινών. Σε σύγκριση με τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται σήμερα, η υλοποίηση FTTH όχι μόνο παρέχει πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες, αλλά και εξασφαλίζει ότι η ταχύτητα διασύνδεσης θα είναι μεγάλη ανεξάρτητα από την απόσταση του συνδρομητή από το κέντρο OLT.Επίσης θα ασχοληθούμε με το κόστος του ολικού δικτιού καθώς επίσης θα αναφερθούμε και σε συγκεκριμένους τύπους εξοπλισμού που θα χρησιμοποιήσουμε. 5.2 Σχεδιασμός και επιλογή των στοιχείων του δικτύου πρόσβασης Σε αυτό το κομμάτι της διπλωματικής μας θα υλοποιήσουμε μια θεωρητική εφαρμογή του GPON δικτύου. Με την βοήθεια του GOOGLE MY MAPS θα γίνει η σχεδίαση στο χάρτη ούτος ώστε να δούμε την ολική αρχιτεκτονική του δικτύου καθώς και τη μέτρηση των αποστάσεων έτσι ώστε να βρεθούν οι ολικές αποστάσεις που θα καλύψουν οι οπτικές ίνες και στην συνείχα να βρεθεί η τελική τιμή τους. Τέλος θα επιλέξουμε τα απαραίτητα υλικά και εξαρτήματα για να αναπτυχθεί μια ολοκληρωμένη παθητική οπτική υποδομή FTTH. 76

77 5.2.1 Σχεδιασμός του δικτύου πρόσβασης [20] Δε στάθηκε δυνατό να ληφθούν στοιχεία πραγματικής περιοχής από εταιρία για πρόσβαση στο δίκτυο κορμού άρα θα πρέπει να κάνουμε μια υπόθεση ως προς το που θα βρίσκεται το κέντρο διαχείρισης,δηλαδή το GPON OLT (optical line terminal).για να είναι εφικτό το GPON μας δίκτυο τοποθετήσαμε το OLT σε απόσταση περίπου 5km από το όλο δίκτυο η οποία είναι μέσα στα όρια της μέγιστης απόστασης ενός GPON.Για αρχή πριν αρχίσουμε την σχεδίαση, στην πιο κάτω εικόνα δείχνουμε την περιοχή την οποία θα καλύπτει το δίκτυο μας. Εικόνα 29 : Περιοχή κάλυψης δικτύου Η υλοποίησή μας αφορά μια περιοχή με περίπου 9000 κάτοικους η οποία προφανώς δεν είναι και τόσο πυκνοκατοικημένη. Λαμβάνοντας υπόψη ότι κάθε υποστατικό στεγάζει 4 άτομα, μπορούμε να υπολογίσουμε ότι το σύνολο των υποστατικών είναι 2250.Από τα 2250 τα 704 είναι συνδρομητές άρα το δίκτυο μας εξυπηρετεί ένα ποσοστό 31.2%. Με 11 οπτικές ίνες θα υλοποιήσουμε 11 διαφορετικά και ανεξάρτητα GPONS τα οποία θα καταλήγουν το καθένα σε ένα διαχωριστή 1:64 για την δημιουργία fiber to the home και κάλυψη 64 οικιών αντίστοιχα. Πιο κάτω θα δούμε ακριβός την ολική αρχιτεκτονική του δικτύου καθώς και ένα, ένα τα διαφορετικά GPON s που αποτελείτε το δίκτυο. 77

78 Επεξήγηση σχημάτων : Εικόνα 30 : Ολική αρχιτεκτονική δικτύου 78

79 Εικόνα 31 : Πρώτο GPON 79

80 Εικόνα 32 : Δεύτερο GPON 80

81 Εικόνα 33 : Τρίτο GPON(α) Εικόνα 34 : Τρίτο GPON (β) 81

82 Εικόνα 35 : Τέταρτο GPON 82

83 Εικόνα 36 : Πέμπτο GPON Εικόνα 37 : Έκτο GPON 83

84 Εικόνα 38: Έβδομο GPON 84

85 Εικόνα 39 : Όγδοο GPON Εικόνα 40 : Ένατο GPON 85

86 Εικόνα 41 : Δέκατο GPON Εικόνα 42 : Εντέκατο GPON Το κάθε GPON θα χρησιμοποιεί για upstream Gbps και για downstream Gbps,άρα εύκολα υπολογίζουμε ότι η κάθε οικία θα εξυπηρετείτε με περίπου 86

87 1.244 Gbps/64 = 19.4 Mbps για upstream και Gbps /64 = 38,9 Mbps για downstream,που είναι αρκετά ψηλές ταχύτητες για τα δεδομένα της Κύπρου Επιλογή των στοιχείων του δικτύου Τώρα που έχουμε δει με λεπτομέρεια όλο το δίκτυο, ήρθε η ώρα να μιλήσουμε για τα στοιχεία που θα επιλέξουμε για να χρησιμοποιηθούν ως προς την ανάπτυξη του σχεδιασμού Τερματικό οπτικής γραμμής (OLT) Το τερματικό οπτικής γραμμής (OLT) είναι το κύριο στοιχείο του δικτύου και συνήθως τοποθετείτε στο τηλεπικοινωνιακό κέντρο (CO).Είναι ένας κινητήρας που κινεί το FTTH,οι πιο σημαντικές λειτουργίες του είναι ο προγραμματισμός της κυκλοφορίας δεδομένων, ο ρυθμιστικός έλεγχος και η κατανομή του εύρουν ζώνης. Διαθέτει τουλάχιστο μια GPON card η οποία αποτελείτε από ένα αριθμό. GPON ports. Εμείς χρειαζόμαστε τουλάχιστο 11 GPON ports,έτσι επιλέξαμε ένα GPON OLT MA5680T της εταιρίας HUAWEI SMARTAX,το οποίο μπορεί να υποστηρίξει μέχρι 16 cards που αποτελούνται από 16 GPON ports,με μια card είμαστε καλυμμένοι. Εικόνα 43 : GPON OLT MA5680Τ 87

88 Εικόνα 44 : MA5680T Specification and Datasheet 88

89 Oπτικοί διαχωριστές (optical splitters) [22] Προκειμένου να επεκταθεί το δίκτυο πρόσβασης, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν οπτικοί διαχωριστές, δεδομένου ότι οι διαχωριστές συνεπάγονται με σημαντική απώλεια ισχύος σε σχέση με άλλα στοιχεία του δικτύου, ο σχεδιασμός ενός δικτύου πρέπει να εξισορροπείται προσεκτικά μεταξύ της υψηλής διακλάδωσης οπτικών ινών και από τις αποστάσεις προς τους πελάτες έτσι ώστε να πληρούν τις βασικές προδιαγραφές. Στην προκείμενη περίπτωση θα χρειαστούμε 11 οπτικούς διαχωριστές 1:64 οι οποίοι θα τοποθετούνται σε ερμάρια μέσα σε εξωτερικές καμπίνες που θα τοποθετηθούν σε στρατηγικά σημεία, τα οποία έχουν το πλεονέκτημα του χαμηλότερου κόστους της εγκατάστασης την επί τόπου απαιτούμενη συντήρηση. Για το δίκτυο μας επιλέξαμε το διαχωριστή 1x64 ST/UPC Single mode G652D 9/125 Steel Tube Blockless PLC Splitter FTTH Εικόνα 45 : 1x64 ST/UPC Singlemode G652D 9/125 Steel Tube Blockless PLC Splitter FTTH 89

90 Ο συγκεκριμένος διαχωριστής έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά. 1. Καλή ομοιομορφία και χαμηλή απώλεια εισαγωγής 2. Low Polarization Dependent Loss 3. εξαιρετική Μηχανική 4. Stability Telecordia GR-1221 and GR Components through TLC-Certified,Conform to YD Περιβάλλον λειτουργίας: -40ºC έως + 85ºC 7. High Polarization Extinction Ratio & Excellent Uniformity 8. Fiber input: 0.9mm or 250μm fiber for choice 9. Fiber output: 250μm bare fiber (It is benefit for splicing) 10. G.657A Fiber ONT(optical network terminal) Το ONT τοποθετείτε στις εγκαταστάσεις του πελάτη. Είναι συνδεδεμένο με το OLT μέσω οπτικής ίνας και δεν υπάρχουν ενεργά στοιχεία στο σύνδεσμο. Στα GPON, ο πομποδέκτης στο ONT είναι η φυσική σύνδεση μεταξύ των εγκαταστάσεων του πελάτη και του κεντρικού γραφείου OLT.Για το δίκτυο μας επιλέξαμε το ι5800 gpon ftth ont. Εικόνα 46 : ι5800 gpon ftth ont. [23] 90

91 Καλώδια οπτικών ινών Η επιλογή των οπτικών ινών προσδιορίζεται από διάφορες παραμέτρους,από τις πιο σημαντικές να είναι ο περιορισμός διασποράς και η οπτική εξασθένηση. Τα πλεονεκτήματα των μονότροπων οπτικών ινών (υψηλή ικανότητα μετάδοσης και χαμηλή οπτική εξασθένηση) κάνουν αυτό το μέσο ως η πιο ελκυστική επιλογή για τα δίκτυα FTTx. Έτσι, είναι πάντα οπτικές ίνες single-mode που χρησιμοποιούμε για δίκτυα FTTx. Οι καλύτερες επιλογές οπτικών ινών που συνιστάται από τον IEEE 1000Base-LX και 10GBASE-LX G είναι οι G 652D, G.657A και G.657B για FTTH. Εμείς θα επιλέξουμε τις G.657A λόγο της βελτιωμένης καμπυλότητας και ευλυγισίας και τον τρόπο που προσφέρουν λιγότερες απώλειες, δεδομένου ότι τα GPON χρησιμοποιούν την τεχνολογία WDM, τα κανάλια ανερχόμενης και κατερχόμενης ζεύξης θα ταξιδεύουν μέσα από την ίδια οπτική ίνα αλλά σε διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός των οπτικών ινών και η οι σύνδεσμοι θα κοπούν στο μισό, εξοικονομώντας κόστος και χώρο. Μετά την επιλογή της οπτικής ίνας, το επόμενο βήμα είναι να επιλέξουμε τον τύπο του καλωδίου που θα υποστηρίξει αυτές τις οπτικές ίνες. Για να κάνουμε το έργο πιο οικονομικό, θα προχωρήσουμε στην εγκατάσταση σε μικρά χαντάκια, επειδή επιτρέπει τη μείωση στην εγκατάσταση των νέων καλωδίων και μπορεί να κοστίσει 1/3 μιας κανονικής διοχέτευσης. Τα μικρά χαντάκια μπορεί να κυμαίνονται μεταξύ 1 και 10 cm πλάτος και 10 έως 20 cm σε βάθος ανάλογα από τη διάμετρο του καλωδίου για την εγκατάσταση. Εικόνα 47 : Άνοιγμα μικρών χαντακιών για εγκατάσταση οπτικών καλωδίων.[19] 91

92 Ως εκ τούτου, θα χρησιμοποιηθούν οπτικά καλώδια με επίστρωση ESP, επειδή έχουν σχεδιαστεί για υπόγεια εγκατάσταση. Αυτά τα καλώδια είναι οπλισμένα με ταινία χάλυβα, δίνοντάς τους τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά μηχανικής αντοχής. Εικόνα 48 : Οπτικό καλώδιο με επίστρωση ESP [19] Ολοκληρώνοντας την επιλογή για το τι είδος οπτικών ινών θα χρησιμοποιήσουμε και το τη είδος εγκατάστασης θα εφαρμόσουμε, αυτό που μένει είναι να υπολογίσουμε τις αποστάσεις των οπτικών καλωδίων,έτσι με εφαρμογή συγκεκριμένου εργαλείου του GOOGLE MY MAPS υπολογίσαμε τις αποστάσεις όπως φαίνεται και πιο κάτω στον πίνακα. 92

93 GPONs Μήκος Συνολικό Σύνολο οπτικής ίνας τροφοδοσίας μήκος Οπτικών ινών διανομής GPON km 28,443 km 34,713 km GPON km km 27,208 km GPON km km km GPON km km km GPON km km km GPON km km km GPON 7 2,75 km km km GPON km km km GPON km km km GPON km km km GPON 11 4,3 km km km Πίνακας 9 : Αποστάσεις οπτικών καλωδίων Θεωρητικός υπολογισμός μακρινότερου ONU Η κύρια παράμετρος που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά το σχεδιασμό ενός δικτύου είναι η συνολική εξασθένηση του σε db. Πιο κάτω βλέπουμε τι συνολική εξασθένιση του πιο μακρινού ONU που βρίσκεται στα 5 km. Εξασθένιση στο OLT: 0.6 db Εξασθένιση στο διαχωριστή 1:64: 21.6 db Εξασθένιση στο ONU: 0.6 db Εξασθένιση οπτικής ίνας ανά km: 2.1 db Συνολική εξασθένιση : 24.9 db 93

94 24.9db =54.9dbm Για να βρούμε το συνολικό ποσό ισχύος ισορροπίας πρέπει να προσθέσουμε την ισχύ του OLT με τις συνολικές απώλειες σε dbm άρα: 7dbm-54.9dbm = -47,9 dbm Για να είναι το σύστημα εφικτό πρέπει το κάθισμα ισορροπίας στο πιο απομακρυσμένο ONU να είναι μεγαλύτερο από το (-46,22dBm) Υπολογισμός κόστους των στοιχείων Στον πίνακα 10 φαίνονται τα στοιχεία του δικτιού και στον πίνακα 11 φαίνεται το κόστος ανά μονάδα του εξοπλισμού. GPON OLT MA5680T 1 Οπτικοί διαχωριστές 11 ι5800 gpon ftth ont. 704 Οπτικά καλώδια G.657A με esp επίστρωση GPON OLT MA5680T Οπτικός διαχωριστής ι5800 gpon ftth ont. Οπτικό καλώδιο G.657A με esp επίστρωση Πίνακας 10 : Συνολικά στοιχεία km 7000 ευρώ 100 ευρώ 75 ευρώ 4000 ευρώ/km Πίνακας 11 : Κόστος Εξοπλισμού ανά μονάδα Έχοντας τους αριθμούς αυτούς σαν βάση μπορούμε να προχωρήσουμε πιο κάτω όπου θα υπολογιστεί το συνολικό κόστος των στοιχείων της συγκεκριμένης αρχιτεκτονικής. Επειδή δεν ήταν δυνατό να ληφθούν ακριβείς πραγματικές τιμές για τις οπτικές ίνες χρησιμοποιήσαμε κατά προσέγγισή τις 4000 ευρώ ανά χιλιόμετρο. GPON OLT MA5680T Οπτικός διαχωριστής ι5800 gpon ftth ont. Οπτικό καλώδιο G.657A με esp επίστρωση Πίνακας 12 : Συνολικό κόστος στοιχείων 7000 ευρώ 1100 ευρώ ευρώ ευρώ

95 Κεφάλαιο 6 : Προσομοίωση του δικτύου 6.1 Επιλογή του προγράμματος προσομοίωσης του δικτύου Αφού βρήκαμε την τεχνολογία που θα σχεδιάσει το δίκτυο και κάναμε την ανάλυση της όλης αρχιτεκτονικής το επόμενο βήμα είναι να επιλέξουμε ένα πρόγραμμα προσομοίωσης που ικανοποιεί τις ανάγκες του σχεδιασμού και το οποίο θα καλύπτει όλες τις πτυχές. Η προσομοίωση με τη χρήση του λογισμικού στον τομέα των τηλεπικοινωνιακών δικτύων είναι τώρα ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για τις επιχειρήσεις και τα πανεπιστήμια, για να αναδημιουργήσει τη συμπεριφορά ενός συστήματος στο οποίο ο χρήστης τρέχει σε καθορισμένες συνθήκες. Η προσομοίωση επιτρέπει την ανίχνευση προβλημάτων του δικτύου πριν να υλοποιηθεί, τη δοκιμή νέων λύσεων δικτύωσης, τη δοκιμή νέων επικοινωνιακών τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων ακόμη και θεωρητικά μοντέλα που στην πραγματικότητα θα μπορούσε να είναι δύσκολο να κατασκευαστούν Όλα αυτά το καθιστούν ένα πολύ χρήσιμο και ισχυρό εργαλείο για το σχεδιασμό δίκτυών επικοινωνιών. Μετά την ανάλυση του OptiSystem 14,0 βρέθηκε να είναι επαρκής για την προσομοίωση του προτεινόμενου σχεδιασμού στο πλαίσιο του έργου, είναι ένα λογισμικό που διατίθεται στην ιστοσελίδα η εταιρεία παρέχει άδεια ενεργοποίησης της πλήρης έκδοσης του OptiSystem μόνο για 30 ημέρες. Λαμβάνοντας αυτό υπόψη, θα επιλέξουμε το πρόγραμμα προσομοίωσης Optisystem 14.0 για το σχεδιασμό του δικτύου GPON Πρόγραμμα προσομοιώσεις Optisystem 14.0 Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα οπτικά συστήματα αυξάνουν ως προς την πολυπλοκότητα πολύ γρήγορα, είναι εξαιρετικά δύσκολο και πολύ χρονοβόρο ως προς το σχεδιασμό και την ανάλυση αφού συνήθως περιλαμβάνουν μη γραμμικές συσκευές και ως εκ τούτου, αυτές οι εργασίες μπορούν να γίνουν αποτελεσματικά μόνο με τη βοήθεια των νέων προηγμένων μέσων λογισμικού. Το OptiSystem 14.0 είναι ένα καινοτόμο σύστημα 95

96 προσομοίωσης οπτικών επικοινωνιών που σχεδιάζει,δοκιμάζει και βελτιστοποιεί σχεδόν οποιοδήποτε τύπο οπτικής σύνδεσης σε επίπεδο φυσικού στρώματος, από το σχεδιασμό, τη δοκιμή και τη βελτιστοποίηση μέχρι και αναλογική μετάδοση βίντεο συστημάτων. Γενικά είναι ένας προσομοιωτής που βασίζεται σε ρεαλιστικές μοντελοποίησεις συστημάτων επικοινωνίας με οπτικές ίνες. Έχει ένα ισχυρό περιβάλλον προσομοίωσης και μεγάλο φάσμα κατασκευαστικών στοιχείων και συστημάτων. Μια φιλικά γραφική διεπαφή χρήστη ελέγχει τη διάταξη των οπτικών στοιχείων και την τοπολογία του δικτύου, τα συστήματα, τα κατασκευαστικά στοιχεία και την γραφική παρουσίαση. Μια εκτεταμένη βιβλιοθήκη των ενεργών και παθητικών στοιχείων περιλαμβάνει ρεαλιστικές παραμέτρους που εξαρτώνται από το μήκος κύματος. Αυτές οι παράμετροι χρησιμοποιούνται για να διερευνηθεί η επίδραση της κάθε συσκευής ξεχωριστά σχετικά με την απόδοση του όλου συστήματος. [24] Βασικά χαρακτηριστικά Τα κύρια χαρακτηριστικά του OptiSystem περιλαμβάνουν: Βιβλιοθήκη Για να είναι πλήρως αποτελεσματική, τα μετρικά στοιχεία πρέπει να είναι σε θέση να αναπαράγουν τη πραγματική συμπεριφορά της συσκευής με ακρίβεια και αποδοτικότητα. Η Βιβλιοθήκη περιλαμβάνει εκατοντάδες εξαρτήματα, όλων των οποίων έχουν επικυρωθεί για να παραδώσουν αποτελέσματα που είναι συγκρίσιμα με πραγματικές εφαρμογές Μετρήσεις εξαρτημάτων συναρμολόγησης Το OptiSystem μας επιτρέπει να διαχειριζόμαστε τις παραμέτρους που μπορεί να είναι μετρήσιμες σε πραγματικές συσκευές. Ενσωματώνει επίσης με εξοπλισμό δοκιμών από διαφορετικούς προμηθευτές Αναπαράσταση ανάμικτων σημάτων Μπορεί να χειριστεί μικτές μορφές σήματος δηλαδή ηλεκτρικά και οπτικά σήματα μαζί Υπολογίζει σήματα χρησιμοποιώντας τους κατάλληλους αλγορίθμους που σχετίζονται με Την αποτελεσματικότητα και την ακρίβεια της προσομοίωσης 96

97 Ποιότητα της λειτουργίας των αλγορίθμων Για την πρόβλεψη της λειτουργίας του συστήματος, υπολογίζει παραμέτρους, όπως BER και Q Factor χρησιμοποιώντας αριθμητική ανάλυση ή ημί αναλυτικές τεχνικές για τα συστήματα που περιορίζονται από παρεμβολές θόρυβο Εργαλεία για προχωρημένη οπτικοποίηση Αυτά τα εργαλεία οπτικοποίησης παράγουν φάσματα OSA, πινακίδες με "τιτίβισμα", μάτι διαγράμματα, κατάσταση πόλωσης, διαγράμματα αστερισμού... Περιλαμβάνει επίσης εργαλεία για την ανάλυση WDM, που δείχνει την ισχύ του σήματος, το κέρδος, παράγοντα θορύβου και οπτικό σήμα σε αναλογία με OSNR θόρυβο ανά κανάλι Μonitor δεδομένων Μπορεί να επιλέξει θήρες σε στοιχεία για δημιουργία αντιγράφων ασφάλειας και την επισύναψη μόνιτορ μετά την προσομοίωση,αυτό επιτρέπει την επεξεργασία των δεδομένων μετά την προσομοίωση χωρίς να χρειάζεται να υπολογίσετε εκ νέου. Μπορείτε επίσης να συνδέσετε ένα αυθαίρετο αριθμό μόνιτορ στην ίδια θύρα Ιεραρχική προσομοίωση με υποσυστήματα Το να είναι ένα εργαλείο προσομοιάσεις ευέλικτο και προσαρμοστικό είναι απαραίτητο να παρέχει μοντέλα σε διαφορετικά επίπεδα αφαίρεσής, συμπεριλαμβανομένου του συστήματος, υποσυστήματος και επίπεδα στοιχείων. Το OptiSystem έχει μια πραγματικά ιεραρχική κατάσταση ως προς τον ορισμό των κατασκευαστικών στοιχείων και συστημάτων, χρησιμοποιούνται εργαλεία λογισμικού ειδικά για εξαρτήματα οπτικών ινών που επιτρέπουν την προσομοίωση να είναι τόσο λεπτομερείς όσο θέλετε Στοιχεία ορισμένα από το χρήστη Μπορεί να προσθέσει νέα στοιχεία και υποσυστήματα με βάση τις βιβλιοθήκες και τα υποσυστήματα που ορίζονται από το χρήστη, ή να χρησιμοποιήσει συν-προσομοίωση με άλλα εργαλεία Πολλαπλές διατάξεις Μπορεί να δημιουργήσει πολλά σχέδια που χρησιμοποιούν το ίδιο αρχείο έργου, επίσης επιτρέπει να δημιουργήσετε και να τροποποιήσετε τα σχέδια γρήγορα και αποτελεσματικά. Το κάθε αρχείο έργου μπορεί να περιέχει πολλαπλές εκδόσεις 97

98 σχέδιού. Οι εκδόσεις του σχεδιασμού υπολογίζονται ξεχωριστά, αλλά ο υπολογισμός των αποτελεσμάτων μπορούν να συνδυαστούν σε διάφορες εκδοχές, λαμβάνοντας υπόψη τη σύγκριση διαφορετικών σχεδίων Αναφορές Μια αναφορά πλήρως "προσαρμοσμένη" επιτρέπει την εμφάνιση κάθε συνόλου παραμέτρων και των αποτελεσμάτων. Οι αναφορές που προκύπτουν οργανώνονται σε αναπροσαρμόσιμα υπολογιστικά φύλλα, κείμενα, 2D και 3D γραφικών. Αυτό περιλαμβάνει επίσης την εξαγωγή προτύπου HTML Παράμετροι και βελτιστοποιήσεις Οι προσομοιώσεις μπορούν να επαναληφθούν με παραλλαγή των παραμέτρων. Το OptiSystem μπορεί επίσης να βελτιστοποιήσει τις παραμέτρους για την ελαχιστοποίηση ή μεγιστοποίηση οποιουδήποτε αποτελέσματος ή για αναζήτηση αντικειμενικών αποτελεσμάτων. Μας δίνει επίσης την επιλογή να συνδυάσουμε πολλαπλές σαρώσεις πολλαπλών παραμέτρων και βελτιστοποιήσεων Κατάλογοι υλικών Ο πίνακας του OptiSystem παρέχει μια ανάλυση κόστους του συστήματος που έχει σχεδιαστεί. Τα στοιχεία για το κόστος μπορούν να εξαχθούν σε άλλες εφαρμογές ή υπολογιστικά φύλλα. 6.2 Σχεδίαση και αποτελέσματα του δικτύου στο Optisystem Τώρα βρισκόμαστε σε ένα από τα σημαντικότερα στάδια της διπλωματικής όπου θα αναλύσουμε τον σχεδιασμό του δικτύου. Σε αυτή την ενότητα θα περιγράψουμε και θα δείξουμε τις παραμέτρους προσομοίωσής. Ο σκοπός είναι να δείξουμε την συμπεριφορά των συνδέσεων οπτικής ίνας όταν το σήμα περνά από όλα τα στοιχεία, με στόχο να βρούμε μια καλή ποιότητα του σε όλους τους δέκτες, τελικός στόχος είναι να αξιολογήσουμε τη συμπεριφορά του δικτύου. Οι παράμετροι που χρησιμοποιούνται για να αξιολογηθεί αυτή η συμπεριφορά θα είναι το BER και το διάγραμμα ματιού. Η πρώτη προϋπόθεση που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της απόδοσης των συνδέσμων 98

99 είναι γενικά το BER (Bit Error Rate) στο δέκτη. Με την προσομοίωση προσπαθούμε να προσεγγίσουμε στο δέκτη ένα ελάχιστο BER. Κάθε προσομοίωση με BER < σε κάποιο σημείο του δικτύου θα δείχνει ότι η σύνδεση δεν είναι σταθερή και αξιόπιστη. Με χρήση των τεχνικών FEC θα διορθωθούν τυχόν σφάλματα φέρνοντας τα από έως Αυτές οι τεχνικές μπορεί να είναι για παράδειγμα Reed-Solomon ( ) που ορίζεται στο πρότυπο G.709 της ITU. Ο δεύτερος όρος είναι το διάγραμμα ματιού. Βλέποντας αυτό το διάγραμμα μπορούμε να περιγράψουμε την ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος. Με την παρουσία του ISI, όταν ο παλμός δεν ικανοποιεί το κριτήριο Nyquist, το διάγραμμα θα τείνει να κλείσει κάθετα. Για μια μετάδοση χωρίς σφάλματα και με απουσία θορύβου, το μάτι πρέπει να διατηρεί κάποιο κατακόρυφο άνοιγμα, ή αλλιώς θα υπάρχει παρεμβολή μεταξύ συμβόλων που θα προκαλεί σφάλμα. Όταν το μάτι δεν είναι πλήρως κλειστό, η παρεμβολή μεταξύ συμβόλων μειώνει τον προσθετικός θόρυβο. Ως εκ τούτου, όσο υψηλότερο είναι το κατακόρυφο άνοιγμα τόσο μεγαλύτερη ανοσία στο θόρυβο θα έχουμε. Στην παρούσα διπλωματική λόγο του ότι το δίκτυο χωρίζετε σε 11 πανομοιότυπα GPONs,στην προσομοίωση θα σχεδιάσουμε το όλο δίκτυο αλλά για διευκόλυνση μας θα αναδείξουμε την ανάλυση του πιο απομακρυσμένου ONU το οποίο βρίσκετε στα 5 km.θα αρχίσουμε με μια περιεκτική περιγραφή των στοιχείων που θα χρησιμοποιηθούν και στην συνεχεία θα ασχοληθούμε με την λεπτομερή ανάλυση και λειτουργία της προσομοίωσης.τέλος, θα λάβουμε τα αποτελέσματα από κάθε ONU, με στόχο την ορθή λειτουργία τους και απόδειξη της βιωσιμότητας του δικτύου και, ως εκ τούτου την πρακτική εφαρμογή του Σχεδιασμός και ανάλυση του δικτύου[24] Όπως αναφέραμε και στις προηγούμενες ενότητες θα περιγράψουμε κάθε ένα από τα στοιχεία με τις σημαντικότερες παραμέτρους του δικτύου Στοιχεία που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση Bidirectional fiber Η οπτική ίνα που χρησιμοποιείται στην ανάπτυξη αυτού του σχεδιασμού είναι αμφίδρομη μονότροπη οπτική ίνα, το λογισμικό αυτό προσομοιώνει την αμφίδρομη διάδοση των οπτικών σημάτων. Αυτή η ίνα θα χρησιμοποιηθεί για να συνδέσουμε όλα τα στοιχεία του σχεδιασμού. 99

100 Εικόνα 49 : Bidirectional fiber WDM Transmitter (OLT) Παρακάτω στο Σχήμα βλέπουμε τον WDM Transmitter, αυτή η συσκευή λειτουργεί ως Optical Line Terminal, είναι ένας πομπός που επιτρέπει διαφορετικούς τύπους διαμόρφωσης με την βοήθεια συστημάτων που χρησιμοποιούν διάφορα συστατικά συγκεντρωμένα σε ένα μόνο στοιχείο Bidirectional Circulator Εικόνα 50 : WDM Transmitter Αυτό το στοιχείο ανακατευθύνει ένα σήμα από μια θύρα σε μια άλλη διαδοχικά, ανάλογα με το μήκος κύματος, την απώλεια παρεμβολής και την απώλεια επιστροφής. Όπως φαίνεται στο Σχήμα είναι συνδεδεμένο με το OLT και του διαχωριστή. 100

101 Εικόνα 51 : Bidirectional Circulator Splitter Όπως φαίνεται στο Σχήμα, ο διαχωριστής διαχωρίζει το σήμα εισόδου σε 64 σήματα, στο λογισμικό υπάρχουν οι εξής splitterς, 1: 4, 1: 8 έως 1:64 που χρησιμοποιήσαμε για αυτό το σχεδιασμό, στην είσοδο του είναι συνδεδεμένο με το Bidirectional Circulator και στην έξοδο του με τα διάφορα ONUs. Εικόνα 52 : splitter 1:64 101

102 Optical Network Unit (ONU) Το Optical Network Unit χρησιμεύει ως μια διεπαφή μεταξύ του δικτύου πρόσβασης και του εσωτερικού δικτύου της επικοινωνίας μέσα στο σπίτι του χρήστη, όπως φαίνεται στην πιο κάτω εικόνα αυτή η συσκευή είναι συνδεδεμένη με τον οπτικό διαχωριστή (slitter) και ένα αναλυτή εξόδου BER για να μελετηθεί η συμπεριφορά του σήματος που λαμβάνει. Εικόνα 53 : ONU R Regenerator - BER Analyzer Όπως φαίνεται στην εικόνα,ο 3R Regenerator είναι ένα στοιχείο για την ανάκτηση δεδομένων και μία γεννήτρια παλμών για αναδόμηση ηλεκτρικού σήματος NRZ δημιουργώντας μια ακολουθία δυαδικών ψηφίων που θα χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση BER. Ο αναλυτής BER που είναι συνδεδεμένος με τον 3R Regenerator είναι στην ουσία μια οθόνη που επιτρέπει στο χρήστη να υπολογίσει και να εμφανίσει το ποσοστό σφάλματος δυαδικών ψηφίων (BER) ενός ηλεκτρικού σήματος στην έξοδο του αυτόματα. Εικόνα 54 : 3R Regenerator - BER Analyzer 102

103 Optical spectrum analyzer Το Optical spectrum analyzer είναι ένας αναλυτής φάσματος, αυτό το στοιχείο επιτρέπει στο χρήστη να υπολογίσει και να εμφανίσει τα οπτικά σήματα στο πεδίο της συχνότητας. Μπορεί να εμφανίσει την ισχύ του σήματος και τη φασματική πυκνότητα ισχύος, στη πιο κάτω εικόνα το βλέπουμε να είναι συνδεδεμένο με το OLT και ένα ONU. Εικόνα 55 : Optical spectrum analyzer Ανάπτυξη της προσομοίωσης Ανοίγοντας το λογισμικό optisystem υλοποιούμε το πρώτο κομμάτι που θα είναι το OLT, στη συνέχεια ορίσουμε τις διάφορες παραμέτρους σύμφωνα με το πρότυπο G984.x και του προτεινόμενου σχεδιασμού που επιλέξαμε. 103

104 Εικόνα 56 : OLT στον προσομοιωτή Οι παράμετροι σύμφωνα με το πρότυπο G984.x και του προτεινόμενου σχεδιασμού είναι: Ρυθμός bit: 2.4 Gbit / s Αριθμός θυρών εξόδου: 11 Ισχύς: 8 dbm Συχνότητα: 1490 nm Τύπος διαμόρφωσης: NRZ (μη επιστροφής στο μηδέν) Τύπος πομπού: EML (εξωτερικό λέιζερ διαμορφωμένο) 104

105 Εικόνα 57 : παράμετροι OLT (α) 105

106 Εικόνα 58 : Παράμετροι OLT(β) Μετά τη διαμόρφωση του OLT, συνεχίζουμε με την τοποθέτηση των οπτικών ινών τροφοδοσίας και στη συνέχεια την τοποθέτηση των 11 διαχωριστών 1:64, ανάλογα με τον αριθμό των ONUs που απαιτεί το σχέδιο. Για την περίπτωση μας θα γίνει σύνδεση για 704 ONUs συνολικά. 106

107 Εικόνα 59 : Παράμετροι των διαχωριστών Η σύνδεση των onu στον διαχωριστή γίνεται με το χέρι και συνδέεται ο regenerator σήματος και ο αναλυτής BER από τα οποία λαμβάνονται τα γραφήματα του σήματος που φθάνουν σε κάθε ONU, δείχνοντας τον παράγοντα Q, BER και το μάτι διάγραμμα. Επειδή δεν ήταν δυνατόν να χωρέσει ολόκληρο το δίκτυο για να ληφθεί μια ολοκληρωμένη φωτογραφία το απεικονίσαμε σε τρεις διαφορετικές. Πιο κάτω βλέπουμε ολοκληρωμένο το δίκτυο. 107

108 108

109 Εικόνα 60 : Ολοκληρωμένο το δίκτυο 109

110 Πιο πάνω είδαμε το ολοκληρωμένο δίκτυο αλλά όπως αναφέραμε και προηγουμένως θα αναλύσουμε για ευκολία μόνο το πιο απομακρυσμένο ONU.Αφού ολοκληρώσουμε το σχεδιασμό και καθορίσουμε τις παραμέτρους του εξοπλισμού, η προσομοίωση εκτελείται όπως φαίνεται στην εικόνα, εάν οι συνδέσεις είναι σωστές εμφανίζει ένα μήνυμα "ολοκληρώθηκε με επιτυχία", διαφορετικά εμφανίζει ένα μήνυμα σφάλμα, για το οποίο θα πρέπει να ελέγξουμε τις συνδέσεις και τις ρυθμίσεις μας. Εικόνα 61 : GPON προς ανάλυση που βρίσκετε το πιο απομακρυσμένο ONU 110

111 Εικόνα 62 : Μενού για την εκτέλεση της προσομοίωσης Εικόνα 63 : Παράθυρο που εμφανίζεται όταν η προσομοίωση τρέχει 111

112 6.2.2 Αποτελέσματα της προσομοίωσης Σύγκριση θεωρητικού υπολογισμού με αποτελέσματα της προσομοίωσης Για την επαλήθευση των θεωρητικών δεδομένων που υπολογίσαμε στο χρησιμοποιούμε το Electrical Power Meter Visualizer, που συνδέεται με τον πιο απομακρυσμένο ONU,η απόσταση ανάμεσα στο OLT και ONU ήταν 5 km.τα δεδομένα που συλλέγονται από το μετρητή ισχύος είναι dbm, σε σύγκριση με τα αποτελέσματα των θεωρητικών υπολογισμών που ήταν dbm, μπορεί κανείς να επαληθεύσει ότι το αποτέλεσμα της προσομοίωσης είναι μεγαλύτερο από ό, τι το θεωρητικό αποτέλεσμα, επιβεβαιώνοντας ότι η μετάδοση είναι βέλτιστη για αυτόν τον υποδοχέα. Εικόνα 64 : συνολικές απώλειες στο ONU Ανάλυση BER Τα αποτέλεσμα που βρήκαμε στις διάφορες μονάδες ONU (704) ήταν εντός του εύρους των παραμέτρων που καθορίζονται από το πρότυπο ITU G984.2, στην εικόνα 65 βλέπουμε το αποτέλεσμα που προέκυψε στον ONU με τις χειρότερες απώλειες (BER = 5, 6995e-9). 112

113 Εικονα 65 : Ανάλυση BER Διάγραμμα ματιού Πιο κάτω βλέπουμε το διάγραμμα ματιού που λάβαμε στο ONU. Αντιλαμβάνεται κανείς ότι το σήμα που λαμβάνεται σύμφωνα με τον συνδυασμό των Q, BER, Threshold και Height είναι μέσα στα όρια. Εικόνα 66 : Διάγραμμα ματιού 113