Szélessávú optikai előfizetői hálózat Összeállította: Szomolányi Tiborné Jeszenői Péter
OAN (OpticalAccess Network) Az FITL (Fiber In The Loop) műszaki megoldás, a szolgáltatások integrálására olyan hálózati hozzáfér létesítére, ahol arézvezetőt optikai szál helyettesíti, néhány intelligens berendez kerül az előfizetőhöz. Az optikai vonali rendszerek specifikálása a helyi hozzáféri hálózatok számára az ITU-T G.981-983 ajánlásaiban található. G.983 aszélessávú OAN-re. Az optikai hozzáféri hálózatok szerkezetét az ITU-T G.982 szerinti referencia konfiguráció határozza meg. E referencia konfiguráció szolgáltatás alkalmazás Képzi független. Optikai hozzáféri hálózatok (OAN) 2
Felső szint (Gerinc) Maghálózat (WAN) Helyi hálózati középső szint METRO Net. CITY Net. (MAN) Access hálózat Hozzáféri hálózat (LAN) Hálózati struktúra szélessávú szolgáltatásokhoz Képzi 3
Fényvezetős Hozzáféri változatok Képzi 4
A szélessávú hozzáféri hálózat feladata a különböző szolgáltatások elérének biztosítása igény szerint. Több szolgáltatás egyidejű igénybevétele, illetve Internet alapú szolgáltatások megfelelő minőségű nyújtása ahozzáféri hálózatban sávszélesség (átvitelisebesség) növelt igényel. Ez által a hozzáféri hálózat két szegmense, a felhordó hálózati szegmens (backhaul network), az elosztó szegmens, vagy utolsó méterek (last or first miles), sávszélessége - függően a felhasználó szolgáltatásától -1Mbps 1Gbps között lehet, illetve szimmetrikus, vagy aszimmetrikusösszekötteten működhet. Aszélessávúhozzáférihálózatok felhordó szakasza (aggregációs hálózat rze) mindenképen optikai hálózattal létesül, az elosztó, vagy leágazó szakaszokban pedig a rézalapú nyomvonalakat rövidíteni, illetve optikára cserélve fejlesztik. A hozzáféri hálózatokra jellemző: a rövid távolágú sűrűn elhelyezkedő végpontok ahosszabb távolságú ritkább végponti sűrűség. A tisztán optikai hozzáféri hálózat lehet lépcsőzetes kialakítással, vagy egy lepben. A korszerűsít a meglévő rézhálózati struktúrához (hurokhoz) illesztve történik, aktív, vagy passzív optikai rendszerek alkalmazásával. Szélessávú hozzáféri hálózatok Képzi 5
Q3 Meli funkciók ONU S/R R/S ODN OLT Szolgátatási funkciók AF (a) ref. pont (T) ref. pont UNI Használói ONU Hálózat V ref. pont SNI Fényvezetős előfizetői i rendszerek: Referencia ábra (ITU-T G.982) Képzi mengaz gat
» Az (OLT) Optikai vonal végződtető egység magába foglalja az átviteltechnikai rendszerek alkotóelemeit, az összes aktív elektronikai optikai elemet. Rendelkezik csatorna rendezi funkcióval (CC) Tartalmaz, szabványos interfzeket a szolgáltatási egységekhez, optikai adókat vevőket, valamint azok vezérlő funkcióit, egy vagy több független optikai hálózat számára. Elvégzi a szolgáltatások előkzítét a megfelelő szolgáltatási platformig az indított jel átvitele számára. Ellátja ajelz protokoll funkciókat a szabvány előírásoknak megfelelően. Általában a Hostnál, vagy HUB-nál van elhelyezve. Az Optikai elosztó hálózat (ODN) fényvezető közegen fizikai kapcsolatot létesít az OLT ONU között Passzív összetevői: Fv.szálak, kábelek, csatlakozók, elágazók, kötőelemek, (opt. csillapító tagok) - Passzív elosztású, a vonalon nem alkalmaznak optikai-elektronikai eszközöket, kizárólag un. passzív osztókat, az irányok szétválasztásához. - Aktív elosztású, aktív vonalelosztóval, irányokra illeszt csatorna elosztás. (Pl.: PDH, SDH, stb. multiplexerek,kapcsolók, ). hozzáféri hálszereit az IG.980-G.999 G.999 előírásai szabályozzák. Képzi OLT ODN 7
Az optikai hálózati lezáró berendez (ONT), - optikai csatornák fogadása külde az ODN-en, - az optikai szálak fizikai végződtete. Az ONT nem alkalmas közvetlen előfizetői kapcsolatra, mert nem tartalmaz szolgáltatási egységeket (SU= Service Unit). Külső rézhálózaton (4 huz. BUSZ) csatlakozik az SUk hoz. Optikai hálózati egység (ONU) = ONT+SUs A fenti ONT funkciók mellett, a szolgáltatási egységek SU kártyák is be vannak építve egy belső BUSZ rendszeren keresztül. Az ONU kimenete, a felhasználóhoz az SU interfzeivel csatlakozik. (pl. 64kbps, LL, ISDN PRA, ISDN BRA. 2Mbps. stb ONT ONU Képzi 8
Az optikai elosztóhálózat, funkcionális csillag struktúra, ha - csillagpontban a HUB v. OLT van, a végeken az ONU-k. Pont-pont kiépítben dedikált szálak nyalábok kötik össze a csillagpontot a végekkel. Ebben az esetben az osztó (SP1 splitter) közvetlenül az OLT-nél van elhelyezve, további elosztás nincs. Topológiailagacsillag kiépít nyomvonal távolságfüggő, Gyűrű topológia (a HUB az vannak elhelyezve) ONU-k fizikailag egy optikai kábel gyűrűn - funkcionális gyűrű (kétirányú meghajtás lehetősége) - fa-ág (kettős v többszörös csillag) topológia Pont multipont kiépítű struktúra képezhető, ha a nyomvonali SP-khez olyan megoldások kerülnek, amelyek további fényvezető irányok kezelére képesek. Azaz, ha tovább lesz osztva az OLT-ből kimenő irány (SP1-SP2, stb.) Astruktúra úgy válik felfűzőssé, ha azonos irányon kerülnek telepítre a leágazások (azaz egy nyaláb kerül leosztásra). Az SP-knél egy-egy irány ágazik el atovábbmenő ágról kerül kicsatolásra akövetkező irány. Abban a változatban, amikor az osztók /vagy az ONU fel vannak fűzve egymással, de nincsenek visszahurkolva az OLT-hez, a hálózat felfűzött, más néven BUSZ konfigurációjú. Optikai elosztóhálózat struktúrája, topológiája Képzi 9
Optikai hálózat: passzív Végpontonként egy szálpár Aktív eszköz csak a végpontokon xdsl FTTcab Metro maghálózat AN ONT PDH, SDH, Eth. ONU ONU FTTC FTTB FTTH AN: Access node Pont - pont optikai hozzáfér Képzi 10
Optikai hálózat: passzív gyűrű Aktív eszköz csak a végpontokon xdsl FTTcab Metro maghálózat AN ONT ONU FTTC FTTB AN: Access node ONU FTTH Optikai gyűrű Képzi 11
Optikai hálózat: osztott Végpontonként egy szálpár az elosztóponttól Aktív eszköz a végpontokon az elosztópontban is Metro maghálózat AN Aktív elosztópont ONT AN: Access node ONU xdsl ONU Aktív optikai csillag FTTcab FTTC FTTB FTTH Képzi 12
ngsdh berendezek jellemzői:» Maradjanak meg az eddigi jó tulajdonságok!» Milyen többlet kell még? További jelformátumok továbbíthata ATM, Ethernet, FDDI, FC, ESCON, FICON, DVB, stb. A továbbítás legyen: egyszerű, hatékony, szabványos» Nagyobb rugalmasság» Nagyobb áramkörsűrüség: nagyobb kapacitások, kisebb méret» Fokozott megbízhat» Alacsonyabb árak ngsdh fő attributumai: 1. Egységes, szabványos keretezi eljárás adatjelfolyamok továbbítására: Generic Framing Procedure (ITU-T G.7041). LAPS (X.86) helyett 2. Konténerek összefűze a hatékony kapacitáskihasználáshoz: Contiguous and Virtual Concatenation (ITU-T T G.707) 3. Dinamikus, a pillanatnyi igényekhez igazodó sávszélesség allokáci Link Capacity Adjust Scheme (ITU-T G.7042) Új generációs SDH (ngsdh) Képzi 13
ADM berendezek helyett mini cross-connect berendezek Megszűnik az aggregát tributary felosztás, forgalmi interfzek vannak A legnagyobb sebességű interfzből legalább 4 darab található, gyűrűk egyszerű összekapcsolása céljából A TDM kapcsolómátrix kapacitása elegendő az összes lehetséges kapcsolat létrehozására GFP, VCAT, LCAS Port Integrated Ethernet L2 Switching Port MÁTRIX Port ngsdh berendezek Port MSPP Képzi 14
Újgenerációs SDH berendezek alkalmazása városi hálózatokban A optikai gyűrűre re telepített SDH berendezek (multi szerviz nódok) 2, 34, 140 Mbit/s-os PDH vagy 155 Mbit/sos SDH forgalmakhoz. SDH berendezek Ethernet fizikai interfzein LAN-LAN kapcsolat biztosítható egyéb berendezek alkalmazása nélkül. (transparens Ethernet) A VC konténerek virtuális összefűzének segítségével mindig éppen a szükséges sávszélesség biztosítható. Nem csak transzparens Ethernet kapcsolat, hanem a korábban említett ATM IP kapcsolatok is biztosíthatók. Például az ATM grooming funkció segítségével tovább javítható az SDH hálózat kihasználtsága. Képzi 15
ALCATEL gyártmányú Új SDH elemekkel kiépített nagyvárosi hálózat Képzi 16
Optikai hálózat: osztott Végpontonként egy szálpár az elosztóponttól Passzív eszköz az elosztópontban Aktív eszköz csak a végpontokon xdsl FTTcab Metro maghálózat AN AN: Access node Passzív szétosztás ONT ONU ONU FTTC FTTB FTTH Képzi Passzív optikai csillag 17
A (P-MP), pont-multipont megoldás: Az OLT-től az ONU-ig terjedő szakaszon kétféle vivőmódszer használatos az optikai elosztó hálózatban. - a szétosztás az un. passzív optikai osztókkal történik, (elektronika nélküli szétosztás összegz a vonalon.) - a szétosztás aktív multiplexerrel történik, ez az AON aktív optikai hálózat. (a megoldások hozzáféri hálózatokra jellemzők.) Optikai technikák, átviteli módszerek Képzi 18
Az NT -> OLT irányú (upstream) forgalom osztott közegen történik (jellemzően PON rendszerek) Időosztásos többszörös hozzáfér (TDMA) Segédvivős többszörös hozzáfér (SCMA) Hullámhossz osztásos többszörös hozzáfér (WDMA) Optikai kódosztásos többszörös hozzáfér (O-CDMA) Térosztásos többszörös hozzáfér (SDMA) Ismert TDMA PON rendszerek APON BPON EPON GPON Képzi Többszörös hozzáféri technikák 19 (Multiple access)
Lefelé irány: minden végpont hall mindent Felfelé irány: időosztás, szinkronizálás szükséges Osztásarány: 10 km -> 1:32 20 km -> 1:16 Egyszálas esetben WDM (1310/1550 nm) xdsl FTTcab Metro maghálózat AN upstream downstream Passzív splitter ONT ONU ONU FTTC FTTB FTTH Képzi TDMA 20
WDM Hullámhossz osztású nyalábolás (egyszálas, kétirányú átvitel, /diplex/.) Elvi lehetősége adott, hogy a levágási hullámhossz felett (~1270 nm) az optikai szálon -mint átviteli közegen -akár több száz átviteli csatornát alakítsunk ki, ~1650 nm-ig. Hagyományosnak mondhatóbeváltmódszerek vannak amásodik harmadik optikai ablakbankülön-külön önálló rendszerek üzemeltetére. Ahullámhossz multiplexálás (WDM) klasszikus esete, amikor az egyik átviteli rendszer 1310 nm környezetében, a másik 1550 nm közelében üzemel. A nyalábok szétválasztásához hullámhossz multiplexereket ("frekvenciaváltókat") használnak. Hasonlóan oldható meg az egy rendszert egyetlen optikai szálon üzemeltete is, különböző hullámhosszakat használva az adás vételirány szétválasztására. Ezt a módszertelőszeretettelalkalmazzák agyakorlatban apasszív optikai hálózatok (PON) esetén, amikor az előfizető irányban 1310 nm hullámhosszon működik a rendszer, a Képzi vissza irány pedig 1550 nm-en. WDM (Wavelenght Division Multiplexing) 21
ADSL2+ PC DSLAM Internet IPTV CPE GE Telefon VDSL2 IP/MPLS maghálózat Softswitch PC IPTV CPE MDU (G)PON Splitter IP Video Telefon PC IPTV Telefon Lakás/iroda GPON ONT FTTN/FTTC/FTTB/FTTP Központ ASP/ISP Képzi Rugalmas optikai hálózati megoldás 22
Csak Ethernet alapú szolgáltatások támogatása Kidolgoz IEEE Ethernet in the First Mile (EFM) csoport, 2000, 64 közreműködő Cél: olcsóbb, nagy sávszélességű, Ethernetet támogató rendszer kidolgozása Osztásarány: 10 km -> 1:32 20 km -> 1:16 Dowstream: 1244 Mbit/s (hasznos adat: 760...800 Mbit/s) Upstream: 1244 Mbit/s (hasznos adat: 760...800 Mbit/s) ONU-k adását az OLT vezérli Egyszálas átvitel támogatása WDM megoldással Ethernet PON EPON Képzi 23
APON/EPON továbbfejleszt Kidolgoz FSAN konzorcium -> ITU-T T G.984.1-4 ajánlások Támogatott sebességek: 155/622 Mbit/s 1,2/2,4 Gbit/s (Szimmetrikus, aszimmetrikus) Dinamikus sávszélesség allokáció Osztásarány 64...128 Max. távolság 60 km (távolságkülönbség az ONU-k között max. 20 km) Kibővített meli képességek Ethernet TDM forgalom forgalom támogatása Egyszálas átvitel támogatása WDM megoldással (1310/1490/1550 nm) Gigabit PON GPON Képzi 24
Logical reach: 60 km UNI Logical split ratio: 128 ONU OLT SNI ONU Maximum differential between the farthest and the nearest ONU from the OLT: 20 km Ranging based on synchronous framing 8 khz clock transport or recovery Survivability using PST bytes Security based on encryption G-PON elvi felépíte Képzi 25
A G-PON három funkcionális egységet tartalmaz: OLT, ONU/ONT az ODN OLT funkciói: - szerviz port funkciók, - cross-connect funkciók, ODN interfz funkciók. PON mag fiók: Ez a blokk 2 féle funkciót lát el, az ODN szabványos interfzt apon TC funkciót Cross-connect fiók: Biztosítja az utat apon mag fiók aszolgáltatási fiók között. Az összeköttet technológiái, az utak függenek a szolgáltatástól az OLTbelső felépítétől más faktoroktól. Az OLTakiválasztott mód (mint pl. agem,) alapján nyújtja across-connectconnect funkciót. Szerviz fiók: Ez afióknyújtjaaz átvitelt aszolgáltatásiinterfzekapon szakasz TC keret interfze között Az ONU funkciói: funkcionális felépíte közel azonosazolt-jével. Amikor az ONU csak egy PON interfszel, (vagy max. 2 vel a védelemhez) működik, across-connect funkció elhagyható, helyett aforgalom kezelére amuxdemux funkcióvan specifikálva. G-PON funkciónális egységei Képzi 26
Egy optikai szálas rendszernél 1480-1500 nm (down) 1260-1360 nm (up) / WDM / ld. ábra Osztás arány: Maximum 32 Optikai csillapítás tartományok osztályok szerint: A osztály: 5 20 db B osztály: 10 25 db C osztály: 15 35 db Hullámhosszak, csillapítások: Képzi 27
Siemens G-PON működi elve Képzi 28
Optikai hálózat: passzív Végpontonként egy szálpár Aktív eszköz csak a végpontokon Pont-pont összeköttetek halmaza CWDM: 8...16 hullámhossz xdsl FTTcab Metro maghálózat AN WDM mux/demux ONT ONU ONU FTTC FTTB FTTH Képzi WDM PON 29
WDM (Wavelenght Division Multiplexing hullámhossz multiplexálás): Az a multiplexálási technika, melynek segítségével több, egymástól független optikai hullámhosszat visznek át ugyanazon az optikai szálon különbözi hullámhosszak segítségével. A WDM technológia segítségével növelheti az optikai szálak átviteli kapacitása. DWDM (DenseWavelenght Division Multiplexing -nagysűrűségű hullámhossz multiplexálás): Olyan hullámhossz multiplexáláson alapuló átviteli technológia, mely lehetővé teszi nagyszámú /akár több száz) különbözi hullámhosszúságú jel átvitelét. CWDM (CoarseWavelenght Division Multiplexing)durva hullámhossz osztásos multiplexel., 20nm-es csatornakiosztással a fényvezető szálban elméletileg max.16 hullámhossz üzemelhet. Hullámhossz multiplexer: : Két vagy több hullámhosszat egy közös,nagyobb sávszélességű jelfolyamba rendező berendez. A multiplexált jelfolyam szerkezete lehetővé teszi az egyes hullámhosszak vételi on történő szétválasztását (demultiplexálását). Demultiplexer:Az optikai szálon érkező hullámhossz multiplexált jel eredeti összetevőinek szétválasztására szolgáló eszköz. Képzi WDM technikák30
Tx1 Tx2 Tx3 S1 S2 S3 λ1 Rm1 λ2 Rm2 λ3 Rm3 MU LTIPLEXER OSC S Diszperzió kompenzálás λ1... λ4 OFA OFA R S R S Optikai átviteli közeg R OSC DEM ULTIPLE XER Sd1 Sd2 Sd3 λ1 λ2 λ3 R1 R2 R3 Rx1 Rx2 Rx3 Tx4 S4 λ4 Rm4 Optikai átviteli szakasz Optikai multiplex szakasz Optikai csatorna szakasz Sd4 λ4 R4 Rx4 Képzi WDM rendszer 31
CWDM Hullámhossz kiosztások Képzi 32
CWDM elvi felépíte Képzi 33
Splitterek, couplerek, WDM szűrők Reciprok eszközök Osztásarány: 1:2, 1:4; nagyobb osztás ezek sorba kapcsolásával Osztásarány: 50%-50%, 90%-10%, 95%-5% 99%-1%. Jellemző paraméterek: beiktatási csillapítás, hullámhossz függ Technológiák: FBT (Fused Biconical Taper) PLC (Planar Lightwave Circuits) WDM eszközök: 1310nm/1550nm WDM-ek, CWDM mux/demux Képzi 34 Passzív optikai elemek
Optikai teljesítmény osztók (Splitterek) Képzi 35
Splitter jellemző paraméterek Képzi 36
Vezetékes (rezes) rádiós elérek korlátai FTTx alkalmazási variációk Pont-pont PON rendszerek Az optikai elért közelebb közelebb kell vinni a felhasználókhoz Jövő: FTTP Fibre To The Premises = FTTO, FTTH Összefoglalás Képzi 37
NGN / Next (New) Generation Networks Következő (Új) Generációs Hálózatok: Az (NGN) következő (új) generációs hálózat (ITU-T Rec. Y.2001) csomagkapcsoláson alapuló olyan hálózat, amely használóinak távközli szolgáltatásokat nyújt, képes a legkülönfélébb szélessávú, QoS képességű szállítási (transzport) technológia alkalmazására, amelyben ugyanakkor a szolgáltatásoknyújtásával összefüggő funkciók függetlenek az azok alárendelt, aszállítással összefüggő technológiáktól, funkcióktól. A Használók számára felajánlja akolátozatlan hozzáfért ahálózathoz az azon versengő szolgáltatóikhoz, valamint a választott szolgáltatásaikhoz. Az NGN támogatja az általánosított mobilitást, amely a használók számára mindenütt elérhető konzisztens (egynemű) szolgáltatásnyújtást tesz lehetővé. ETSI definíciója szerint, az NGN hálózatok definiálására létesítére szolgáló fogalom, amely ahálózatoknak rétegekre síkokra (szintekre) történő szabályszerű szétválasztása nyílt interfzek alkalmazása által a szolgáltatóknak hálózatüzemeltetőknek olyan platformot kínál, amely lépről lépre túd fejlődni innovatív szolgáltatások létrehozása, telepíte mele céljából. Meghatározások: NGN fogalmak Képzi 38