OAN Optikai hozzáférési hálózatok

1. OANOptikai hozzáférési hálózatok Szomolányi Tiborné 2006 november

2. Development step for BB-AN CÉL: - Fényvezető infrastruktúra kinyújtása felhasználó irányába - Rugalmas hálózat kialakítás

3. Fényvezetős (optikai) hozzáférési hálózatok (OAN) • Az FITL (Fiber In The Loop) műszaki megoldás, a szolgáltatások integrálására és olyan hálózati hozzáférés létesítésére, ahol a rézvezetőt optikai szál helyettesíti, és néhány intelligens berendezés kerül az előfizetőhöz. • Az optikai vonali rendszerek specifikálása a helyi és hozzáférési hálózatok számára az ITU-T G.981-983 ajánlásaiban található. G.983 a szélessávú OAN-re. • Az optikai hozzáférési hálózatok szerkezetét az ITU-T G.982 szerinti referencia konfiguráció határozza meg. E referencia konfiguráció szolgáltatás és alkalmazás független.

4. Q3 Fényvezető hozzáférési hálózat rendszervezérlése S/R R/S ONU SN ODN OLT UN ONU AF IFPON (VB)/(V) referencia pont ( a)referencia pont - ez a referencia pont megkülönbözteti az AF-et az ONU-tól ITU-T 1/G.982 (TB)/(T) referencia pont Az OAN Referencia felépítéseITU-G.982

5. Látható, hogy az optikai hozzáférési hálózat referencia felépítése a digitális hozzáférési hálózat alapmodelljére épül, azzal a különbséggel, hogy az átviteli közeg itt optika, és a vonali, illetve a hálózati végződtető egységeik is a fényátviteli eszközök (OLT, ONT- ONU). A hozzáférési hálózat elosztó szakaszapedig, az un. optikai elosztó hálózat (ODN). Az ODN jellemzője, hogy akár passzív (PON), akár aktív optikai elosztással (AON) (rendszerrel) kialakítható. A kombinált aktív és passzív kiépítésre is sok példa van, ezt főként a szélessávú optikai előfizetői hálózatok esetén alkalmazzák .

6. OLT (Optical Line Termination) • Az Optikai vonal végződtetőmagába foglalja az átvitel-technikai rendszerek alkotóelemeit, az összes aktív elektronikai és optikai elemet. • Rendelkezik csatorna rendezési funkcióval (CC) • Tartalmaz, szabványos interfészeket a szolgáltatási egységekhez, optikai adókat és vevőket, valamint azok vezérlő funkcióit, egy vagy több független optikai hálózat számára. • Elvégzi a szolgáltatásokelőkészítését a megfelelô szolgáltatási platformig az indított jel átvitele számára. • A jelzés és protokoll funkciók a V5.1, V5.2 ésVB előírásnak megfelelően. • Általában a Hostnál, vagy HUB-nál van elhelyezve

7. ODN Optikai elosztó hálózat Fényvezető közegen fizikai kapcsolatot létesít az OLT és 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 illesztés és csatorna elosztás. (Pl: PDH, SDH, stb. multiplexerek,kapcsolók, ) A helyi és hozzáférési hálózatok optikai vonali rendszereit az ITU-T G.980-G.999 előírásai szabályozzák.

8. ONTésONU • Az optikai hálózati lezáró berendezés (ONT), - optikai csatornák fogadása és küldése az ODN-en, - az optikai szálak fizikai végződtetése. • Az ONT nem alkalmas közvetlen előfizetőikapcsolatra, mert nem tartalmaz szolgáltatási egységeket (SU= Service Unit). Külső rézhálózaton (4 huz. Bus) 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 bus rendszeren keresztül. • Az ONU kimenete, a felhasználóhoz az SU interfészeivel csatlakozik. (pl. 64kbps, LL, ISDN PRA, ISDN BRA. 2Mbps. stb

9. ODN fizikai alapszerkezete: • (S) pont: az OLT[a]/ONU[b] utáni fényvezető csatl. pont (fényvezető csatlakozó, v. kötés). • (R) pont: az ONU[a]/OLT[b] előtti fényvezető csatl. pont (pl. fényvezető csatlakozó, vagy kötés). / A fényvezető csatlakozók nem részei az ODN-nek./ [a]jelképezi a fényvezetőn haladó jelfolyamot, az OLT-ktől az ONU-k felé, [b]jelképezi a fényvezetőn haladó jelfolyamot, az ONU-któl az OLT-k felé halad.

10. Optikai technikák, átviteli módszerek • 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 és összegzés a vonalon.) • - a szétosztás aktív multiplexerrel történik, ez az AON aktív optikai hálózat. • (a megoldások hozzáférési hálózatokra jellemzők.) • A (P-P), pont-pont közötti kiépítés: Aktív elemekkel történik a végpontok közötti szétosztás. (Jellemzően körzet és felhordóhálózatokban)

11. A passzív optikai rendszerekben a jeltovábbítás TDM, (Time Division Multiplex) Időosztású nyalábolás,az átvitelhez használt nyalábolás különböző állandó időközöket alkalmaz és TDMA (Time Division Multiplex Access) átviteli módszerrel történik. A többszörös hozzáférés alapja a TDMA átviteli módszer, amely összehalmozza a nyalábok valamennyi időrését egy időrakományba • A bidirectionál átviteli sémák a következők lehetnek: - SDM, (térosztásos multiplexelés) 2 szál, simplex, 1310nm.. - TCM (idő sűrítéses multiplexelés, különböző időréseket használva az up és a downstream jelekhez) 1 szál félduplex, 1310nm - SCM, (beépített vivőjű mp.) 1 szál, A működési hullámhossztartomány lehet 1310 nm-es, vagy az 1550 nm-es ablakban

12. WDM (Wavelength Division Multiplexing) Hullámhosszosztású 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 mondható bevált módszerek vannak a második és harmadik optikai ablakban külön-külön önálló rendszerek üzemeltetésére. A hullámhossz multiplexálás (WDM) klasszikus esete, amikor az egyik átviteli rendszer 1310 nm környezetében, a másik 1550 nm közelébenüzemel. A nyalábok szétválasztásához hullámhossz multiplexereket ("frekvenciaváltókat") használnak.

13. Hasonlóan oldható meg az egy rendszert egyetlen optikai szálon üzemeltetése is, különböző hullámhosszakat használva az adás és vételirány szétválasztására. Ezt a módszert előszeretettel alkalmazzák a gyakorlatban a passzív optikai hálózatok (PON) esetén, amikor az előfizető irányban 1310 nm hullámhosszon működik a rendszer, a vissza irány pedig 1550 nm-en. • Működési hullámhossztartomány a szolgáltató irányban (ONU-tól az OLT-ig) az 1310 nm-es ablak, az előfizető irányban (OLT-től az ONU-ig) vagy az 1310 nm, vagy az 1550 nm-es ablak.

14. Meghatározások: Simplex működés: Az átvitel minden iránya külön szálon történik Duplex működés: Kétirányú kommunikáció mind két irányon az átvitelhez azonos hullámhosszat használ egy szálon. Diplex működés: Kétirányú kommunikáció minden irányon az átvitelhez különböző hullámhosszat használ egy szálon.

15. Optikai elosztóhálózat struktúrája, topológiája Az optikai elosztóhálózat, funkcionális csillag struktúra, ha - csillagpontban a HUB v. OLT van, a végeken az ONU-k. Pont-pont kiépítésben dedikált szálak és nyalábok kötik össze a csillagpontot a végekkel.Ebben az esetben az osztó (SP1 splitter) közvetlenül az OLT-nél van elhelyezve, és további elosztás nincs.Topológiailag a csillag kiépítés nyomvonal és távolság függő, Gyűrű topológia(a HUB és az ONU-k fizikailag egy optikai kábel gyűrűn vannak elhelyezve) - funkcionális gyűrű(kétirányú meghajtás lehetősége) - fa-ág(kettős v többszörös csillag) topológia Pont multipont kiépítésű struktúra képezhető, ha a nyomvonali SP-khez olyan megoldások kerülnek, amelyek további fényvezető irányok kezelésére képesek. Azaz, ha tovább lesz osztva az OLT-ből kimenő irány (SP1-SP2, stb.)

16. ONU ONU ONU H U B SP1 SP2 ONU ONU ONU ONU Optikai csillag és fa-ág topológia

17. ONU ONU ONU 2 H 1 3 U 6 B 4 5 ONU ONU ONU Optikai gyűrű (fizikai) topológia 1,2,3,4,5,6 3 6,5,4,3,2,1

18. A struktúra úgy válik felfűzőssé, ha azonos irányon kerülnek telepítésre a leágazások (azaz egy nyaláb kerül leosztásra). Az SP-knél egy-egy irány ágazik el és a továbbmenő ágról kerül kicsatolásra a következő irány. • Abban a változatban, amikor az osztók és/vagy az ONU fel vannak fűzve egymással, de nincsenek visszahurkolva az OLT-hez, a hálózat felfűzött, más néven Busz konfigurációjú.

19. OAN topológiák

20. Copper based AN from digital SN

21. FTTEx – (Fiber to the Exchange) Fényvezető a kapcsolóhoz, olyan megoldás, ahol a fényvezető szál és rendszer egy digitális és egy analóg helyi központ között létesül. Ezzel megteremtik a lehetőségét annak, hogy egy analóg központra kötött előfizetői területet egy korszerű, digitális központhoz csatolják, azaz az analóg központot kiváltsák optikai előfizetői rendszerrel. (Helyi hálózat átstrukturálása) • FTTCa/FTTC/K – (Fiber to the Cabinet / Curb,) Fényvezető a konténerhez/ Fényvezető a nagyelosztóhoz A Cabinet és Curb konfigurációban a fényvezető kábel vonalát egy kültéri, konténerben vagy típus szekrényben elhelyezett- az előfizetőktől néhány száz méterre- ONU-ban végződtetik. Itt történik az optikai/elektromos átalakítás. Rendszerint az FP1 pontba, - amely lehet nagyelosztó, vagy tápszekrény - közterületen telepítik. Az ONU-tól kimenő hálózat rendszerint rézkábel, KTV esetén koax-kábel.

22. Optika a hozzáférési hálózatban

23. FTTB – (Fiber to the Building), Fényvezető az épületbe, olyan FITL megoldás, ahol a fényvezető rendszer egészen a felhasználók épületéhez- ami lehet többlakásos ház, vagy irodaház, illetve vállalati épület, stb.- van kiépítve. Az optikai/elektromos átalakítás az ONU-ban épületen belül, egy zárt szekrényben történik. Ebből a pontból nem vezetnek épületen kívülre tovább fényvezető kábelt. • FTTO/FTTH – (Fiber To The Office / Fiber to the Home,) Fényvezető a hivatalhoz/ Fényvezető otthonig topológiában az ONU/ONT-t a hivatalban, vagy lakásban a felhasználó telephelyén kell végződtetni. A gyakorlatban számos további fényvezető kiépítési topológia változattal, illetve elnevezéssel találkozhatunk, úgy mint: FTTN (Fiber To The Node), Fényvezető egy csomóponthoz, ami lehet pl. aggregációs pont (DSLAM), FTTP (Fiber To The Premises) Fényvezető a felhasználó telephelyéhez, stb. A lényeges szempont, hogy a különböző topológiákat, az optikai hálózat végződtetés ( ONT) helye azonosítja

24. Splitter 1:16 – 1:32 ONU OLT ONU ONU PABX 120Customers PON (ITU-T G.982E)

25. A passzív optikai hálózat (PON) alapelve, az egyes felhasználói csoportok kiszolgálása érdekében egyetlen berendezés optikai kimenő jelének szétosztása - optikai teljesítményosztókkal - különböző irányokba. A vételirányból érkező jelek hasonló módon passzív optikai csatolóban összegződnek. • Egy PON tartozéka az OLT, és számos hálózati node, ONU, vagy ONT a felhasználók közelébe telepítve, valamint a kiépített optikai kábelek és splitterek, az optikai elosztó hálózat ODN, és a menedzselő rendszer (O&M) • Downstream jelek broadcast módon minden helyszínre eljutnak a megosztott szálakon.

26. OLT • Az OLT magába foglalja az átvitel-technikai rendszerek alkotóelemeit, az összes aktív elektronikai és optikai elemet. • Tartalmaz üzenetkapcsolási funkciót(mester-szolga kapcsolat az ONUk-kal) • Tartalmaz, szabványos interfészeket a szolgáltatási egységekhez, optikai adókat és vevőket, valamint azok vezérlő funkcióit, egy vagy több független optikai hálózat számára. • Elvégzi a szolgáltatásokelôkészítését a megfelelô szolgáltatási platformig az indított jel átvitele számára

27. ODN • Az ODN-hez jelenleg egymódusú kábeleket alkalmaznak, fizikai kapcsolatot teremtve az ONU-k és az OLT-k között. • Az ODN fizikai összetevői: - egymódusú (többmódusú) fényvezető szálak és kábelek; - fényvezető szalagnyalábok és kábelek; - fényvezető csatlakozók; - passzív osztók; (1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32) Osztót hegesztéssel, vagy a szálak egymásköré csavarásával készítik, az osztásviszony %-ban (50-50% tól, akár 99-1%) kettes osztókból építik. - passzív optikai csillapítótagok; - kötőelemek

28. ONU • Az ONU tartalmaz, optikai/elektronikai interfészeket optikai adót és vevôt, vizsgáló áramkört, szolgáltatási interfészeket, áramellátást és teleptáplálást. • Interaktív és szétosztó jellegû szolgáltatást is biztosító PON esetén pl. a KTV, illetve video szolgáltatás berendezései általában az interaktív szolgáltatások berendezéseivel közös szekrényben • Csak KTV számára kialakított ONU-k nagy kapacitásúak (500, 800, ma már interaktív megoldással integrált rendszerben. • Szélessávú, B-ONU A-PON, E-PON, G-PON • Az ONU-k rendszerint hagyományos réz érpáron, és/vagy koaxiális kábelen keresztül kapcsolódnak a felhasználó berendezéséhez.

29. ITU-T G.982e szerinti OAN kapacitás és ONU osztályok Az ONU osztályokat az ONU-tól az előfizető oldalig törté­nő maximálisátbocsátó képességük határozza meg. (B=64 kbit/s sebességű vivőcsatorna a felügyeleti, és jelzéscsatornákkal együtt).

30. Távolság korlátok A két különböző típusú OAN rendszer távolság határai függenek az optikai irányok mennyiségétől: 20 km: 1.Típusnál, ha az útirány osztás min. 16 2.Típusnál, ha ha az út irány osztás min. 8 10 km: 1.Típusnál, ha az út irány osztás min. 32 2.Típusnál, ha ha az út irány osztás min. 16 Különböző távolságú ODN utak esetén a vissz irányú jelek késleltetése miatt korlátozott a legközelebbi és legtávolabbi ONU-k távolsága is, függően a OAN rendszer típusától.

31. PON - O&M rendszer • A hálózat felügyeletét az O&M önálló menedzselő rendszer látja el. Ez a teljes optikai hálózatot magába foglaló fenntartó hálózat, ami nemcsak a riasztások figyelését végzi, hanem képes az időrések vezérlésére, és a felhasználói végekrőlkezdeményezett - távirányítással konfigurálható - külső kapcsolódások átalakítására is. • A fényteljesítmény megfigyelési alrendszer követi az összeköttetések csillapításának időbeli változását, ami elősegíti a figyelt irányok hibafelismerését, mielőtt a szolgáltatás minőségének romlását az előfizetők észlelnék

33. Szélessávú PON megoldások ITU-TG.983 • BPON(Broadband PON) amely APON alapon illetve B-ISDN elvű szabvány. Ez támogatja a WDM,-et dinamikus és nagy upstream sávszélesség elosztást. • APON(ATM Passive Optical Network). Ez volt az első szélessávú PON szabvány, amit üzleti alkalmazásra szántak. (Nem vált be.) Az APON/BPON 622 (Mbit/s) sávszélességet biztosít downstream irányban, és 155 Mbit/s –ot az upstream forgalomra

35. ITU-T G 984G-PON rendszer G-PON, egytől számos szélessávú optikai átviteli rendszer, amely sok típusú adatot képes szállítani. A G-PON rétegfelépítése: a bemenetére kapcsolódhat, vagy TCP/IP/Ethernet protokollokon, vagy közvetlenül a GEM-be kerülve, az érkező szolgáltatások. (ATM is) A GEM, becsomagolja az adatot, G-PON -on keresztül szállítja. A GEM, egy univerzális, protokoll független keretezési módszer az adatok több típusát be tudja ágyazni a G-PON GTC keretébe. GEM összeköttetés-orientált kommunikációt nyújt. A GEM a keret felépítés szempontjából hasonló más adatkialakítási módszerekkel. A GEM be van építve a PON szakaszba, és független az SNI típusától az OLT-nél, illetve az ONU-nál az UNI típusától.

36. L5 Adat E1 POTS LAN Adat VoD L4 TCP L3 IP AAL5 ETHERNET GEM keret ATM L2 GTC TC keret 128 us L1 GPON PHY G.984.1 G-PON Protokoll rétegei

37. Továbbítási Konvergencia (Transmission Convergence TC) réteg a fizikai közeg (optika) és a G-PON kliens között poziciónált A TC réteg két al-réteget tartalmaz, ezek: • -         GTC formálás és • -         TC adaptácios al-réteget. A GTC felelőssége a keret felismerés és az adatok pozíciójának leírása. A TC réteg előreláthatólag 128 osztásig támogatja az optikai modul fejlesztést. A PON multicast természetének következtében, a downstream sebességeknek néhány fajta biztonsági mechanizmus kell a TC rétegnél.

38. A referencia kiépítés alapján a rendszer aszímmetrilus átviteli sebességei a következők lehetnek: • 0.15552 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down • 0.62208 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down • 1.24416 Gbit/s up, 1.24416 Gbit/s down • 0.15552 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down • 0.62208 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down • 1.24416 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down • 2.48832 Gbit/s up, 2.48832 Gbit/s down

39. G-PON elvi felépítése

40. Fizikai paraméterek: • A maximális logikai távolság az OLT és ONU/ONT között 60 km. A fizikai távolság az OLTés ONU/ONT között függ, a legközelebbi és legtávolabbi ONU/ONT-k közötti távolságtól, a fizikai közegtől (azaz a kábel típusától), és az osztás arányoktól. • Két változattal számolnak, 10 és 20 km-el. 20 km.nél az optikai osztó maximum 64, így 64 ONU/ONT van kiépítve a hálózatban. Ez az érték szükre szabott, azáltal, hogy a távolságbeállítás az ablak méret nem bővíthető akkorára, mint amennyire megengedi a szolgáltatás minőségi előírás.

41. Hullámhosszak: • Egy optikai szálas rendszernél 1480-1500 nm (down) és 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

42. Siemens G-PON működési elve

43. G-PON funkciónális egységei • A G-PON három funkcionális egységet tartalmaz, úgymint: OLT, ONU/ONT és azODN • OLT funkciói: -szerviz port funkciók, -cross-connect funkciók, - ODN interfész funkciók. PON mag fiók: Ez a blokk 2 féle funkciót lát el, az ODN szabványos interfészt és a PON TC funkciót Cross-connect fiók: Biztosítja az utat a PON mag fiók és a Szolgáltatási fiók között. Az összeköttetés technológiái, az utak függenek a szolgáltatástól az OLT belső felépítésétől és más faktoroktól. Az OLT a kiválasztott mód ( mint pl. aGEM,) alapján nyújtja a cross-connect funkciót. Szerviz fiók: Ez a fiók nyújtja az átvitelt a szolgáltatási interfészek és a PON szakasz TC keret interfésze között

44. Az ONU funkciói: • A G-PON ONU funkcionális felépítése közel azonos az OLT-jével. Amikor az ONU csak egy PON interfésszel, (vagy max. 2 –vel a védelemhez) működik, a cross-connect funkció elhagyható. Azonban e funkció helyett a forgalom kezelésére a MUX és DEMUX funkció van specifikálva • A G-PON biztonságot szükség szerint különböző módon lehet megvalósítani. Az egyik módja a duplex rendszer kiépítése. • A G-PON védelmet különböző duplexitással lehet megoldani, ugymint: -dupla optikai kábel, ( pl. kerülő utas kiépítés ), -duplex OLT telepítés, (az optika és a splitter, illetve az OLT-k duplikáltak) -teljes duplexitás, (minden duplikált), - az ONU is megduplázható, függően az elhelyezésétől, (több változata lehet)

45. Duplex rendszer modell

46. E-PON IEEE 803.ah • Az E-PON és a G-PON működése a keretszervezésben különbözik. Az E-PON a natív Ethernet keretezést használja, 1 Gbps –al. A G-PON 125us időkeretezést (max 2.5Gbps) • Az OLT és az ONUk kapcsolata Multipoint Control Protocol (MPCP) elven alapul, mely képes a P-mP hálózatot P-P kapcsolati rendszerré alakítani. • Az OLT a felhasználó irányába, minden ONU-hoz eljuttatja az összes felhasználónak szánt információt. • Az ONUk kiválasztják a címűkre érkezőket (titkosított) • A Multicast működése is azonos ezzel, az ONUk kiválasztják a végpontokra közösen elküldött csomagokat pl. IPTV

47. Felfelé (up) irányban (ONU –OLT): • A forgalom nem ütközhet a passzív osztónál, ezért az OLT koordinálja azt, kijelölve az egyes ONUk felé irányuló adási időréseket. Ehhez az OLT-ONU kapcsolat késleltetési ideje, és az ONUk irányába a sávszélesség igénye szükséges. • A sávszélesség igény kiosztását dinamikusan a pillanatnyi igénynek megfelelően végzik a Dynamic Bandwidth Allocation algoritmus alkalmazásával.

48. G-PON hálózat kialakítás Siemen eszközökkel

49. Az OLT egy multiszerviz platform, ami képes xDSL és fényvezetős szolgáltatást is támogatni. Ilyen típus felszerelhető akár 24, vagy 150Gbps kapcsoló kapacitással. • A OLT tartalmaz 14 univerzális kártya helyet, amelyek alkalmasak: ADSL2+, SHDSL, vagy VDSL kártyák elhelyezésére. • A 4 portos GPON kártya 1:16-os osztással, több mint 3000 felhasználó megcímzésére képes, függően a fizikai távolságtól • A CPE portfóliók: • SFU (Single Familie, Unit) tartalmaz, 4 POTS interfészt, Ethernet és KTV hozzáférést a 3. hullámhosszon. • E-SFU (Ethernet Single Famillie Unit) csak Ethernet interfészt tartalmaz. • SBU ( Single-Business Unit ) és az MTU (Multi-Tenant Unit) különböző POTS interfészeket és bérelt vonali, illetve KTV interfészt tartalmaz. • MDU (Multiservice Dveling Unit) tartalmaz 24 POTS lehetőséget 12 Ethernet portot, valamint KTV hozzáférést.

50. G-PON Kiépítési változat