10. Οπτικά Δίκτυα Πρόσβασης

10. Οπτικά Δίκτυα Πρόσβασης Το δίκτυο πρόσβασης αποτελεί το τελευταίο σκέλος του τηλεπικοινωνιακού δικτύου και εκτείνεται μεταξύ των εγκαταστάσεων του παρόχου και των τελικών χρηστών (οικίες και επιχειρήσεις). Πλέον, η οπτική είναι διαθέσιμη σε μεγάλους τελικούς χρήστες σε μητροπολιτικές περιοχές και δίκτυα βασισμένα σε SONET/SDH ή Ethernet δίνουν πρόσβαση σε ταχύτητες που κυμαίνονται από μερικά Mbps μέχρι και Gbps. Επιπλέον, οι πάροχοι καταβάλλουν σημαντική προσπάθεια για την υλοποίηση δικτύων πρόσβασης σε οικίες καθώς και μικρές/μεσαίες επιχειρήσεις. Οι πρώτες προσπάθειες υλοποίησης αφορούσαν ευρυζωνικά δίκτυα τα οποία θα παρείχαν εφαρμογές όπως video κατ απαίτηση (video on demand) και τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας (high definition television). Αναμένεται, όμως, ότι η γκάμα εφαρμογών που θα απαιτηθούν από τους χρήστες είναι ευρύτατη και ενδεχομένως μη προβλέψιμη, καθώς οι χρήστες ενδιαφέρονται για ευρυζωνική πρόσβαση στο διαδίκτυο και ευρυζωνικές εφαρμογές όπως εξ αποστάσεως μάθηση, τηλεδιάσκεψη και ηλεκτρονική ψυχαγωγία. Γενικά, οι υπηρεσίες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με βάση τρία σημαντικά κριτήρια. Το πρώτο είναι η απαίτηση εύρους ζώνης, η οποία κυμαίνεται από 4 KHz για τηλεφωνία μέχρι εκατοντάδες Mbps για μισθωμένες γραμμές. Το δεύτερο κριτήριο είναι αν η υπηρεσία είναι συμμετρική (αμφίδρομη), όπως π.χ. η τηλεδιάσκεψη, ή ασύμμετρη (μονόδρομη), όπως π.χ. η μετάδοση video. Τυπικό παράδειγμα ασύμμετρης αρχιτεκτονικής αποτελεί το ADSL, στο οποίο ο όγκος των μεταφερόμενων δεδομένων από το δίκτυο στο χρήστη είναι κατά πολύ μεγαλύτερος από αυτόν που μεταφέρεται στην αντίστροφη κατεύθυνση. Τελευταίο κριτήριο αποτελεί το εάν η υπηρεσία μεταδίδεται από κοινού σε όλους τους χρήστες (broadcast), με τυπικό παράδειγμα την τηλεόραση, ή αν κάθε χρήστης λαμβάνει διαφορετική πληροφορία (switched), όπως για παράδειγμα της πρόσβασης στο διαδίκτυο. 10.1. Αρχιτεκτονική Δικτύου Πρόσβασης Η δομή του δικτύου πρόσβασης φαίνεται στο Σχήμα 1 και αποτελείται από ένα hub, απομακρυσμένους κόμβους (Remote Nodes RNs) και μονάδες διεπαφής δικτύου (Network Interface Units NIUs). Tο hub είναι το αντίστοιχο του central office (ή local exchange) στο τηλεφωνικό δίκτυο, και εξυπηρετεί πολλούς τελικούς χρήστες μέσω των NIU. Κάθε NΙU είναι δυνατόν είτε να βρίσκεται στο χώρο ενός μεγάλου χρήστη είτε να εξυπηρετεί περισσότερους μικρούς χρήστες. Οι RN αποτελούν ενδιάμεσο επίπεδο ιεραρχίας, μεταξύ NIU και hub, ώστε να αποφεύγονται κατά το δυνατόν οι πολλαπλές άμεσες συνδέσεις. Το δίκτυο μεταξύ hub και RN καλείται δίκτυο τροφοδοσίας (feeder network), ενώ το αντίστοιχο δίκτυο μεταξύ RN και NΙU καλείται δίκτυο διανομής (distribution network). To δίκτυο διανομής είναι δυνατόν να είναι είτε broadcast είτε switched, κατ αντιστοιχία με τις προσφερόμενες υπηρεσίες. Σημειωτέον ότι υπάρχει η δυνατότητα να παρέχονται με κατάλληλες τεχνικές broadcast και switched υπηρεσίες, τόσο πάνω από broadcast όσο και από switched δίκτυα διανομής. Σε broadcast δίκτυα, κάθε RN στέλνει τα δεδομένα που λαμβάνει από το feeder δίκτυο σε όλους τους NΙU, ενώ σε switched δίκτυα τα RNs επεξεργάζονται την πληροφορία και αποστέλλουν διαφορετικά δεδομένα σε διαφορετικά NIU. Τα βασικά χαρακτηριστικά των broadcast και switched δικτύων διανομής είναι τα εξής: Τα broadcast δίκτυα είναι σχεδιασμένα για broadcast υπηρεσίες, είναι φθηνότερα, και έχουν πανομοιότυπα και απλούστερα NIU. Στα broadcast δίκτυα η ευφυία βρίσκεται στα NUI.

Σχήμα 1: Αρχιτεκτονική δικτύου πρόσβασης. Τα switched είναι σχεδιασμένα για switched υπηρεσίες, διευκολύνουν τον εντοπισμό βλαβών και παρέχουν καλύτερη ασφάλεια, καθώς οι διάφοροι χρήστες δεν έχουν τη δυνατότητα να παραλάβουν δεδομένα άλλων χρηστών και να αλλοιώσουν δεδομένα στο δίκτυο. Στα switched δίκτυα η ευφυία βρίσκεται στο ίδιο το δίκτυο. Δεύτερη κατηγοριοποίηση γίνεται σε επίπεδο δικτύου feeder. Επί παραδείγματι, κάθε RN μπορεί να έχει κατ αποκλειστικότητα (dedicated) εύρος ζώνης (μήκος κύματος ή συχνότητα), ή διαμοιρασμένο (shared) εύρος ζώνης στο πεδίο του χρόνου. Τα βασικά χαρακτηριστικά των feeder δικτύων με κατ αποκλειστικότητα και διαμοιρασμένο εύρος ζώνης είναι τα ακόλουθα: Τα δίκτυα με κατ αποκλειστικότητα εύρος ζώνης παρέχουν εγγυημένη ποιότητα υπηρεσίας, αλλά δεν αξιοποιούν πλήρως τους διαθέσιμους πόρους αν η μεταφερόμενη πληροφορία είναι εκρηκτικής μορφής (bursty traffic). Τα δίκτυα με διαμοιρασμένο εύρος ζώνης παρέχουν καλύτερη αξιοποίηση του δικτύου όταν η μεταφερόμενη πληροφορία είναι εκρηκτική, καθώς κάθε RN έχει τη δυνατότητα να καταλάβει πλήρως το διαθέσιμο εύρος ζώνης για μικρό χρονικό διάστημα. Δε δίνουν όμως εγγυήσεις ποιότητας υπηρεσίας, χρειάζεται έλεγχος πρόσβασης για την επικοινωνία των RN με το hub και σε κάθε RN απαιτούνται ηλεκτρονικά ή οπτικά στοιχεία που λειτουργούν σε ρυθμούς μετάδοσης αντίστοιχους με το συνολικό διαθέσιμο εύρος ζώνης. Παραδοσιακό ενσύρματο δίκτυο πρόσβασης αποτελεί το τηλεφωνικό δίκτυο. Το τηλεφωνικό δίκτυο λειτουργεί πάνω από συνεστραμμένα ζεύγη καλωδίων χαλκού με εύρος ζώνης 4 KHz (θεωρητικός ρυθμός μετάδοσης 64 Kbps). Το τηλεφωνικό δίκτυο είναι switched δίκτυο, χωρίς feeder δίκτυο, δηλαδή χωρίς RN. Βελτίωση του τηλεφωνικού δικτύου αποτελεί το ISDN (Integrated Services Digital Network), το οποίο επιτυγχάνει ρυθμούς μετάδοσης μέχρι 144 Kbps, χρησιμοποιώντας δύο B κανάλια φωνής των 64 Kbps και ένα D κανάλι ελέγχου των 16 Kbps. Περαιτέρω εξέλιξη αποτελεί το DSL, το οποίο χρησιμοποιεί εξελιγμένες τεχνικές κωδικοποίησης και διαμόρφωσης για την παροχή μερικών Mbps πάνω από συνεστραμμένα ζεύγη χαλκού. Αμφότερα τα IDSN και DSL είναι switched δίκτυα, με κατ αποκλειστικότητα εύρος ζώνης σε κάθε NUI (π.χ. DSLAM στο DSL δίκτυο). Μελλοντικά ενσύρματα αναλύονται στις επόμενες παραγράφους.

Σχήμα 2: Αρχιτεκτονικές (α) fiber to the cab, (β) fiber to the curb και (γ) fiber to the home. 10.2. Παθητικά Οπτικά Δίκτυα Πρόσβασης Στα μελλοντικά δίκτυα πρόσβασης αναμένεται ότι η οπτική ίνα θα γίνει προσβάσιμη εν πολλοίς από τους χρήστες του δικτύου. Ανάλογα με την εγγύτητα της ίνας στους τελικούς χρήστες, υπάρχουν διάφορες αρχιτεκτονικές υλοποίησης των οπτικών δικτύων πρόσβασης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Στο πιο αισιόδοξο σενάριο, η οπτική ίνα θα καταλήγει στους τελικούς χρήστες μέσω συσκευών τερματισμού (Optical Network Units ONUs), οι οποίες θα επιτελούν λειτουργίες αντίστοιχες των NIU. Η περίπτωση αυτή ονομάζεται αρχιτεκτονική FTTH (Fiber to the Home). Σε περίπτωση κατά την οποία οι ONU εξυπηρετούν ένα μικρό αριθμό χρηστών, η οποίοι βρίσκονται περί τα 100 m μακριά από την ONU, η αρχιτεκτονική ονομάζεται FFTC (Fiber to the Curb). Σε αυτή την αρχιτεκτονική, απαιτείται ένα επιπλέον τμήμα δικτύου διανομής μεταξύ ONU και NUI. Τέλος, αν η ίνα τερματίζει σε απόσταση περί το 1 km από τον τελικό χρήστη η αρχιτεκτονική πρόσβασης καλείται FFTCab (Fiber to the Cab). Το feeder δίκτυο μεταξύ central office και ONU είναι συνήθως παθητικό οπτικό δίκτυο (Passive Optical Network PON). To RN στα παθητικά οπτικά δίκτυα είναι απλώς ένας συζεύκτης αστέρα (star coupler) και τοποθετείται κατευθείαν στο central office (CO). Οι ONU μοιράζονται από κοινού το διαθέσιμο εύρος ζώνης με μεθόδους πολυπλεξίας χρόνου (TDM). Βασικά πλεονεκτήματα των PON είναι τα εξής: Τα PON είναι απλά, αξιόπιστα και εύκολο να συντηρηθούν. Ο εξοπλισμός (πέραν του τερματικού εξοπλισμού στο CO) δε χρειάζεται να παράγει οπτική ισχύ, γεγονός το οποίο τα καθιστά οικονομικά συμφέροντα. Η οπτική υποδομή στα PON, όντας πλήρως παθητική, είναι ανεξάρτητη από τους ρυθμούς μετάδοσης του δικτύου και τις τεχνικές διαμόρφωσης. Είναι δυνατόν να αναβαθμιστεί η λειτουργία των PON χωρίς να γίνουν σημαντικές αλλαγές στην υπάρχουσα οπτική υποδομή. Η απλούστερη αρχιτεκτονική PON φαίνεται στο Σχήμα 3. Η αρχιτεκτονική χρησιμοποιεί ένα ζεύγος ινών μεταξύ CO και κάθε ONU, ενώ υλοποιείται και σε τοπολογία δακτυλίου. Βασικό μειονέκτημα της αρχιτεκτονικής είναι το κόστος, καθώς ο πάροχος θα πρέπει να εγκαταστήσει ζεύγη ίνας ισάριθμα με τις ONU. Τέλος, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί η ίνα για αμφίδρομη μετάδοση, οπότε και χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικά μήκη κύματος για τις δύο κατευθύνσεις ή οι δύο κατευθύνσεις μοιράζονται τη μετάδοση με πολυπλεξία χρόνου.

Σχήμα 3: Αρχιτεκτονική παθητικού οπτικού δικτύου. 10.3. Αρχιτεκτονικές Παθητικών Οπτικών Δικτύων 10.3.1. Telephony PON Πλέον κοινή τοπολογία παθητικού οπτικού δικτύου είναι το TPON (Telephony PON), η οποία φαίνεται στο Σχήμα 4(α). Η downstream κίνηση μεταφέρεται από το CO σε όλες τις ONU μέσω συζεύκτη αστέρα. Αν και η αρχιτεκτονική είναι broadcast, είναι δυνατόν να υποστηρίξει υπηρεσίες switched αναθέτοντας χρονικές σχισμές (time slots) στις ONUs ανάλογα με τις απαιτήσεις εύρους ζώνης της κάθε μίας. Η upstream κίνηση μεταφέρεται από τις ONU μέσω διαμοιρασμένου εύρους ζώνης, και η πρόσβαση σε αυτό γίνεται με TDM ή κάποια άλλη μέθοδο πολλαπλής πρόσβασης. Η αρχιτεκτονική επιτρέπει στις ONU να μοιράζονται τον ακριβό εξοπλισμό του CO (laser και οπτικός δέκτης) και χρησιμοποιεί χαμηλού κόστους εξοπλισμό στις ONU. Ο αριθμός των ONU που μπορεί να υποστηρίξει η αρχιτεκτονική εξαρτάται από τις απώλειες διαχωρισμού (splitting loss) στον συζεύκτη αστέρα. Το TPON έχει προτυποποιηθεί, παρέχοντας downstream εύρος ζώνης 622 Mbps και upstream 155 Mbps, χρησιμοποιώντας ATM τεχνολογίας. Η απόσταση που καλύπτει είναι περί τα 20 Km, ενώ οι απώλειες καθορίζονται σε 10 30 db, οπότε είναι δυνατόν να δοθεί πρόσβαση σε 16 ή 32 ONU. Το TPON έχει τη δυνατότητα αμφίδρομης χρήσης της οπτικής ίνας, με το upstream να λειτουργεί στα 1.3 μm και το downstream να λειτουργεί στα 1.55 μm. 10.3.2. WDM PON και Wavelength Routing PON Εξέλιξη του TPON αποτελεί το WDM PON (WPON), στο οποίο ο μονοκυματικός πομπός και δέκτης του CO αντικαθίσταται από πολυκυματικούς, όπως φαίνεται στο Σχήμα Σχήμα 4(β). Αντίστοιχα, σε κάθε ONU τοποθετείται κατάλληλο φίλτρο, ώστε να λαμβάνει μόνο ένα μήκος κύματος. Βασικό πλεονέκτημα των WPON είναι ότι το εύρος ζώνης που παρέχεται σε κάθε ONU στην downstream κατεύθυνση είναι αυξημένο σε σχέση με αυτό που παρέχεται από τα TPON, και είναι δυνατόν να ισούται με το μέγιστο ρυθμό downstream μετάδοσης στο TPON. Επιπλέον, κάθε ONU έχει ενδεχομένως διαφορετικό ρυθμό μετάδοσης downstream από τις υπόλοιπες. Ο αριθμός διασυνδεδεμένων ONU στην αρχιτεκτονική WPON, όμως, εξακολουθεί να περιορίζεται από τις απώλειες διαχωρισμού στο συζεύκτη αστέρα. Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται σε αρχιτεκτονικές WRPON (Wavelength Routing PON), στις οποίες ο συζεύκτης αστέρας αντικαθίσταται από αποπολυπλέκτη μήκους κύματος στο downstream και συζεύκτη στο upstream (βλ. Σχήμα 4(γ)). Οπτικές ίνες στην έξοδο του αποπολυπλέκτη μεταφέρουν τα μήκη κύματος στις αντίστοιχες ONU, ενώ ο συζεύκτης οδηγεί τα μήκη κύματος από όλες τις ONU στο δέκτη. Τα WRPON διατηρούν τα πλεονεκτήματα ευρυζωνικότητας που παρέχουν τα WPON, ενώ παράλληλα δίνουν τη δυνατότητα υλοποίησης αρχιτεκτονικών οι οποίες είναι:

Σχήμα 4: Αρχιτεκτονικές (α) TPON, (β) WPON και (γ) WRPON. Επεκτάσιμες όσον αφορά τον αριθμό των διασυνδεόμενων ONU. Η επέκταση γίνεται με πρόσθεση νέων μηκών κύματος και την αντικατάσταση των υπαρχόντων αποπολυπλεκτών ή την προσθήκη νέων. Επεκτάσιμες όσον αφορά το παρεχόμενο εύρος ζώνης, ανεξάρτητα σε κάθε ONU. Η επέκταση γίνεται με αντικατάσταση των πομποδεκτών του αντίστοιχου μήκους κύματος σε ONU και CO. Οι WRPON αρχιτεκτονικές έχουν το κοινό στοιχείο της ανάθεσης συγκεκριμένου μήκους κύματος σε κάθε ONU στην κατεύθυνση downstream. Διαφοροποίηση των αρχιτεκτονικών υφίσταται στην κατεύθυνση upstream, καθώς ο upstream εξοπλισμός των ONU θα πρέπει να είναι φθηνός και χωρίς συγκεκριμένο μήκος κύματος, οπότε θα

δυσχεραινόταν η διαχείριση του δικτύου. Με βάση τις παραπάνω απαιτήσεις έχουν προταθεί αρχιτεκτονικές όπως: Composite PON (CPON): Στο CPON η upstream μετάδοση γίνεται από μονοκυματικά DFB laser που εκπέμπουν στα 1.3 μm. Η πρόσβαση των ONU στην κατεύθυνση upstream γίνεται με ανάθεση χρονοσχισμών TDMA. Local Access Remote Network (LARNET): Στο LARNET χρησιμοποιούνται φθηνά LED με ευρύ φάσμα για την upstream μετάδοση από τις ONU. Αντίστοιχα, ο δέκτης στο CO έχει τη δυνατότητα να λαμβάνει οπτικά σήματα σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων. Η πρόσβαση στην κατεύθυνση upstream γίνεται με ανάθεση χρονοσχισμών TDMA. Remote Integrated Terminal Network (RITENET): Στο RITENET οι πομποί των ONU αντικαθίστανται από οπτικούς διαμορφωτές. Στην κατεύθυνση downstream το CO μεταδίδει τα δεδομένα προς κάθε ONU, ακολουθούμενα από αδιαμόρφωτο φως στο ίδιο μήκος κύματος. Οι ONU χρησιμοποιούν τους οπτικούς διαμορφωτές για να εγγράψουν τα δεδομένα τους στο αδιαμόρφωτο φως που τους αποστέλλεται. Δε χρειάζεται έλεγχος πρόσβασης στο upstream, καθώς κάθε ONU μεταδίδει σε διαφορετικό μήκος κύματος, αλλά στο CO ο συζεύκτης αντικαθίσταται από πολυπλέκτη μήκους κύματος. Η εξέλιξη από TPON σε WRPON αποτελεί και μέθοδο σταδιακής υλοποίησης του δικτύου πρόσβασης. Ξεκινώντας από το TPON, το οποίο είναι broadcast δίκτυο με διαμοιρασμένο εύρος ζώνης μεταξύ των ONU, μπορεί κανείς να μεταβεί σε broadcast WPON με κατ αποκλειστικότητα εύρος ζώνης στις ONU. Η μετάβαση γίνεται απλώς αντικαθιστώντας τους πομποδέκτες στα CO, ενώ η υποκείμενη υποδομή οπτικών ινών δεν υφίσταται καμία μεταβολή. Σε δεύτερο στάδιο, είναι δυνατόν να αντικατασταθούν οι συζεύκτες αστέρα με αποπολυπλέκτες και συζεύκτες, και να προκύψει WRPON, δηλαδή switched δίκτυο με κατ αποκλειστικότητα εύρος ζώνης. 10.3.3. Ethernet PON Στα πρώτα πρότυπα PON είχε υιοθετηθεί το ATM ως πρωτόκολλο MAC για την επικοινωνία μεταξύ CO και ONU. Έκτοτε, το Ethernet έχει γνωρίσει ιδιαίτερη άνθηση και ο εξοπλισμός Ethernet είναι ιδιαίτερα φθηνός, ενώ Ethernet δίκτυα λειτουργούν σε ρυθμούς μετάδοσης μέχρι και 10 Gbps. To Ethernet είναι αποδοτικότερο από το ATM σαν πρωτόκολλο πρόσβασης, καθώς επιτρέπει τη μεταφορά μεγάλου μήκους πλαισίων, ενώ νεότερες τεχνικές παροχής ποιότητας υπηρεσίας έδωσαν στα Ethernet δίκτυα τη δυνατότητα της αξιόπιστης μεταφοράς φωνής, εικόνας και δεδομένων. Η αρχή λειτουργίας των Ethernet PON (EPON) φαίνεται στο Σχήμα 5. Στην κατεύθυνση downstream, τα πλαίσια Ethernet αποστέλλονται από κοινού (broadcast) σε όλες τις ONU μέσω του συζεύκτη αστέρα. Κάθε ONU ελέγχει το λογικό αναγνωριστικό ζεύξης (Logical Link Identifier LLID) των πλαισίων, και απορρίπτει τα πλαίσια με LLID το οποίο είναι διαφορετικό από το δικό της. Κατά την κατεύθυνση upstream οι ONU μοιράζονται το κανάλι, επομένως είναι αναγκαία η εφαρμογή μηχανισμού για τη διευθέτηση συγκρούσεων και τη δίκαιη παροχή εύρους ζώνης. Συνήθη πρωτόκολλα ανίχνευσης συγκρούσεων CSMA/CD δεν είναι δυνατόν να εφαρμοστούν, καθώς οι ONU δεν έχουν τη δυνατότητα ανίχνευσης συγκρούσεων στην οπτική ίνα. Η ανίχνευση είναι δυνατόν να γίνει στο CO, αλλά λόγω του γεγονότος ότι η απόσταση μεταξύ CO και ONU είναι αρκετά μεγάλη (τυπικά περί τα 20 km) αυτό συνεπάγεται καθυστερήσεις κατά την ενημέρωση των ONU σχετικά με συγκρούσεις. Συνεπώς η ανίχνευση και διευθέτηση συγκρούσεων δεν είναι αποδοτική, και έχουν προταθεί διάφοροι μηχανισμοί ανάθεσης χρονοσχισμών στην upstream κατεύθυνση. Με βάση το σχήμα ανάθεσης χρονοσχισμών, όλες οι ONU είναι συγχρονισμένες και σε κάθε ONU παραχωρείται από το CO η άδεια να χρησιμοποιήσει μία ή περισσότερες διαδοχικές χρονοσχισμές. Σε κάθε χρονοσχιμή είναι δυνατόν να αποστέλλονται μερικά πλαίσια Ethernet. Οι ONU αποθηκεύουν τα

Σχήμα 5: Αρχιτεκτονική Ethernet PON (EPON). δεδομένα που καταφθάνουν από τους χρήστες του μέχρι να έρθει η χρονοσχισμή που τους ανατέθηκε, οπότε και μεταδίδουν τα δεδομένα με τη μέγιστη δυνατή ταχύτητα. Αν κάποια ONU δεν έχει δεδομένα να αποστείλει κατά την έναρξη της χρονοσχισμής, τότε αποστέλλει ειδικό πλαίσιο idle. Η ανάθεση χρονοσχισμών είναι ιδιαίτερα σημαντική, και πιθανοί αλγόριθμοι ανάθεσης κυμαίνονται από το στατικό TDMA ως και αλγορίθμους δυναμικής ανάθεσης χρονοσχισμών με βάση το μέγεθος της πληροφορίας που είναι αποθηκευμένη σε κάθε ONU. Αν και η δυναμική ανάθεση χρονοσχισμών απαιτεί σημαντική σηματοδοσία μεταξύ CO και ONU, η δυναμική ανάθεση κάνει αποδοτικότερη αξιοποίηση του εύρους ζώνης από τη στατική. Παράδειγμα δυναμικής ανάθεσης χρονοσχισμών αποτελεί το Multi Point Control Protocol (MPCP), το οποίο αποτελείται από τρεις φάσεις: Discovery Processing: Στη συγκεκριμένη φάση η CO ανακαλύπτει ONU και τις εισάγει στο δίκτυο. Το CO περιοδικά παρέχει ένα χρονικό παράθυρο που χρησιμοποιείται για την ανακάλυψη νέων ONU, μέσα στο οποίο αποστέλλει καθορισμένο μήνυμα DISCOVERY_GATE με τη χρονική διάρκεια του παραθύρου. ONU οι οποίες θέλουν να συμπεριληφθούν στο δίκτυο αποστέλλουν μήνυμα REGISTER_REQ με το MAC address τους εντός της διάρκειας του παραθύρου. Το CO αποδίδει στην ONU αναγνωριστικό LLID και αποστέλλει μήνυμα REGISTER ακολουθούμενο από μήνυμα αποστολής δεδομένων GATE. Η διαδικασία ολοκληρώνεται με την αποστολή μηνύματος REGISTER_ACK από την ONU. Report Handling: Στην συγκεκριμένη φάση οι ONU στέλνουν μηνύματα REPORT μαζί με τα δεδομένα τους κατά τη χρονοσχισμή μετάδοσης. Στα REPORT μηνύματα οι ONU ζητούν από το CO χρονοσχισμές ανάλογα με το μέγεθος πληροφορίας που έχουν συσσωρεύσει. Το CO επεξεργάζεται τα μηνύματα και υπολογίζει τις χρονοσχισμές που θα διατεθούν σε κάθε ONU. H αποστολή μηνυμάτων REPORT από τις ONU γίνεται ακόμη και αν δεν έχουν δεδομένα να μεταδώσουν, ώστε το CO να γνωρίζει ποιες ONU είναι ενεργές και ποιες είναι σε offline mode. Gate Handling: Το CO αναθέτει χρονοσχισμές και χρόνους έναρξης μετάδοσης στις ONU αποστέλλοντας μηνύματα GATE. Οι ONU διαβάζουν τα μηνύματα GATE με το σωστό αναγνωριστικό LLID και προετοιμάζουν εσωτερικούς καταχωρητές για την αποστολή δεδομένων. Η ορθή λειτουργία του MPCP βασίζεται στο συγχρονισμό μεταξύ του CO και των ONU. Συγκεκριμένα το CO θα πρέπει να λαμβάνει υπ όψιν του κατά στην αποστολή μηνυμάτων το χρόνο που κάνει ένα μήνυμα να φθάσει σε κάποια ONU, δηλαδή το χρόνο μετάδοσης και διάδοσης προς την ONU, και να επιστρέψει (Round Trip Time RTT). Ο οποίος RTT είναι διαφορετικός για κάθε ONU καθώς αυτές βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις. Ο συγχρονισμός CO και ONU επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας time stamps. Όταν η ONU λάβει κάποιο μήνυμα ρυθμίζει το εσωτερικό της ρολόι με βάση το timestamp το οποίο έχει εγγράψει το CO στο συγκεκριμένο μήνυμα. Κατά την απάντηση, η ONU θέτει στο time stamp το χρόνο που αναγράφεται στο εσωτερικό της ρολόι. Ο χρόνος

RTT προκύπτει τελικά ως η διαφορά μεταξύ του χρόνου που περίμενε το CO για να λάβει απάντηση και του χρόνου που αναγράφεται στο time stamp της απάντησης. Αν και το MPCP κάνει ανάθεση χρονοσχισμών, απαιτείται ένας επιπλέον αλγόριθμος για τον υπολογισμό του αριθμού των χρονοσχισμών που ανατίθενται σε κάθε ONU και το χρόνο έναρξης μετάδοσης. Για το σκοπό αυτό έχει αναπτυχθεί ο αλγόριθμος IPACT (Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time). O IPACT καταχωρεί το χρόνο στον οποίο είναι η πρώτη διαθέσιμη σχισμή μετάδοσης ΤSCH. Όταν το CO λάβει μήνυμα REPORT, το IPACT υπολογίζει το χρόνο έναρξης μετάδοσης ΤS για το συγκεκριμένο μήνυμα από το χρόνο ΤSCH, προσθέτοντας ένα χρονικό περιθώριο ασφαλείας (guardband) καθώς και το χρόνο που χρειάζεται η ONU να επεξεργαστεί το GATE μήνυμα με το χρόνο έναρξης μετάδοσης. Η χρονική διάρκεια μετάδοσης ΤL είναι δυνατόν να υπολογιστεί από μεθόδους όπως: Fixed service: Σε κάθε REPORT αποδίδεται σταθερός αριθμός χρονοσχισμών ανεξάρτητα από το ζητούμενο αριθμό. Η μέθοδος αποτελεί στατική ανάθεση χρονοσχισμών (TDMA), και έχει σταθερό χρόνο μεταξύ διαδοχικών discovery processing φάσεων (cycle time). Limited service: Σε κάθε REPORT αποδίδεται ο αριθμός χρονοσχισμών που ζητήθηκαν μέχρι κάποιο μέγιστο όριο WMAX. Η μέθοδος έχει το μικρότερο δυνατό cycle time. Elastic service: Ο αριθμός χρονοσχισμών που ανατίθενται σε κάθε REPORT καθορίζεται να είναι τέτοιος ώστε ο συνολικός αριθμός χρονοσχισμών στα τελευταία N REPORT να είναι μικρότερος από ΝWMAX. Το ΝWMAX αποτελεί το μέγιστο cycle time της μεθόδου, ενώ μια ONU έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει όλο το ΝWMAX εάν οι υπόλοιπες δεν έχουν δεδομένα προς αποστολή. Gated service: Ο αριθμός χρονοσχισμών που ανατίθενται σε κάθε REPORT μήνυμα είναι αυτός που ζητήθηκε. Constant credit service: Ο αριθμός χρονοσχισμών που ανατίθενται σε κάθε REPORT μήνυμα είναι αυτός που ζητήθηκε συν ένα σταθερό αριθμό. Ο σταθερός αριθμός χρονοσχισμών χρησιμοποιείται για να μεταδοθεί πληροφορία χρήστη που έφτασε στην ONU μεταξύ του χρόνου αποστολής του μηνύματος REPORT και του χρόνου λήψεως του μηνύματος GATE, με σκοπό την ελαχιστοποίηση της καθυστέρησης που υφίσταται η πληροφορία χρήστη. Linear credit service: Ο αριθμός χρονοσχισμών που ανατίθενται σε κάθε REPORT μήνυμα είναι αυτός που ζητήθηκε συν ένα αριθμό ανάλογο με τις χρονοσχισμές που ζητήθηκαν. Ο επιπλέον αριθμός χρονοσχισμών χρησιμοποιείται για την εξυπηρέτηση bursty δεδομένων. Όταν o IPACT υπολογίσει τους χρόνους ΤS και ΤL, ανανεώνει το χρόνο επόμενως διαθέσιμης χρονοσχισμής ΤSCH ως το άθροισμα των ΤS και ΤL. 10.3.4. ATM PON Τα ATM ή Broadband PON (APON και BPON, αντίστοιχα) βασίζονται στο πρωτόκολλο ATM για τον έλεγχο πρόσβασης στο φυσικό μέσο. Στα ΑPON downstream κίνηση ομαδοποιείται σε πλαίσια, κάθε ένα από τα οποία συμπεριλαμβάνει 56 σχισμές με μέγεθος 53 bytes για ρυθμό μετάδοσης 155 Mbps ή 224 σχισμές ίδιου μεγέθους για ρυθμό μετάδοσης 622 Mbps. Από τις 56 σχισμές του πλαισίου, οι 54 καταλαμβάνονται από ΑΤΜ πακέτα και οι υπόλοιπες δύο χρησιμοποιούνται για πακέτα Physical Layer Operation, Administration and Maintenance (PLOAM). H upstream κίνηση μεταφέρεται από σχισμές μεγέθους ΑΤΜ διαχωρισμένες από guardbands των 3 byte, ενώ τα αντίστοιχα πακέτα είναι είτε δεδομένα ΑΤΜ είτε πακέτα PLOAM. Τα πακέτα PLOAM χρησιμοποιούνται από το CO στο downstream για να δώσει άδειες μετάδοσης στις ONU. Κάθε άδεια μετάδοσης αντιστοιχεί στη μετάδοση ενός πακέτου ΑΤΜ στο upstream, ενώ συνολικά 53 άδειες

Σχήμα 6: Δομή πλαισίου σε ΑΤΜ PON για κίνηση (α) downstream και (β) upstream. κωδικοποιούνται στα PLOAM πακέτα κατά τη διάρκεια ενός πλαισίου. Το εύρος ζώνης που παραχωρείται σε κάθε ONU καθορίζεται από τον αριθμό αδειών μετάδοσης που παίρνει σε κάθε πλαίσιο. Αντίστοιχα, τα πακέτα PLOAM χρησιμοποιούνται από τις ONU στο upstream για να μεταδώσουν το μέγεθος της πληροφορίας χρήστη που έχουν συσσωρεύσει στο CO. 10.3.5. Generalized Framing Procedure PON Τα Generalized Framing Procedure PON (GFP PON) προτυποποιούνται από την ITU για να παρέχουν γενικευμένο μηχανισμό μορφοποίησης κίνησης Ethernet/IP σε SONET/SDH. Το πρότυπο προτείνει ρυθμούς μετάδοσης μέχρι 2.5 Gbps και στοχεύει στο να δώσει καλύτερη απόδοση στο δίκτυο, μεταφέροντας παράλληλα πληθώρα υπηρεσιών πάνω από PON. Λειτουργίες όπως δυναμική παροχή εύρους ζώνης, η λειτουργία και η συντήρηση στα GFP PON είναι ίδια με αυτή των APON.