BMEVIHIM134 Hálózati architektúrákAz újgenerációs hálózati (NGN)

koncepció:Követelmények – hozzáférési

technológiák III. PONJakab Tivadar BME Híradástechnikai tanszék

2015

Budapesti M űszaki és Gazdaságtudományi EgyetemVillamosmérnöki és Informatikai Kar

Mérnök informatikus szak, mesterképzés – Hírközl ő rendszerek biztonsága szakirányVillamosmérnöki szak, mesterképzés - Újgenerációs háló zatok szakirány

2015.04.21. 2

Fényvezet ő végpontja szerinti megoldási változatok

Üvegszál

Szolgáltatásicsomópont

(SN)

Internet

Béreltvonal

Frame/CellRelay

Interaktívvideo

Telefon

SNI (VB5)

ONU

FTTH

FTTB

FTTC

FTTCab

OLT

ONU

ONU

NT

NT

ONU

FTTxPasszív Optikai Splitterek

Üvegszál

PONVDSL

Sodort érpár

2015.04.21. 3

Optikai alapú Ethernet-hozzáférés

N=32 háztartás

2015.04.21. 4

• passzív optikai hálózat (TDM, WDM)• magas induló beruházásigény, kulcskérdés az infrastruktúra (community

networks)• jelenleg az üzleti szolgáltatásokban (bérelt sötét szál/optikai csatorna,

OVPN)• fokozatos megvalósulás (hibrid architektúrák CTTx)• Előnyök

– kiváló minőségi és rendelkezésre állási jellemzők• Hátrányok

– skálázhatóság (költség, sávszélesség)

Egy perspektivikus technológia - PON

2015.04.21. 5

PON

• TDM PON– összesen 1-1 hullámhossz– letöltés üzenetszórás– feltöltés TDM (dedikált időrések)

• WDM PON– felhasználónként 1-1 hullámhossz

2015.04.21. 6

PON (Google)

Largest fiber cable available in NA has only864 cores.State-of-the-art fiber patch panel can terminate ~6300 fibers with LCconnectors on a standard 7-foot telecom Rack–30k users require35 cables & 5 racks

2015.04.21. 7

PON

~1 Watt per GbE transceiver (10km, single mode)

2015.04.21. 8

TDM PON

2015.04.21. 9

TDM PON

• APON (ITU-T G.983.1)– Aszimmetrikus le- és feltöltés– Letöltés: üzenetszórással, 1490 nm hullámhosszon, 622 Mbps

sebességgel.– Feltöltés: TDMA hozzáféréssel, 1310 nm hullámhosszon, 155 Mbps

sebességgel.– Osztás: tápláló kábelenként (OLT portonként) 32 darab elágazás (32 db

ONU végberendezés) amely legalább 4,8 Mbps/előfizető feltöltési sebességet garantál.

– Távolság: a szabvány maximum 20 km-es távolságot enged meg az OLT és az ONU között. (Ha 19 km-re van a splitter ott 1 km-es kört tud kiszolgálni, ha 10 km-re van a splitter ott 10 km-es kört tud kiszolgálni.)

– Layer 2 protokoll: ATM-AAL

2015.04.21. 10

TDM PON

• BPON ITU-T G.983– Aszimmetrikus le- és feltöltés– Letöltés: üzenetszórással, 1490 nm hullámhosszon, 1,244 Gbps

sebességgel.– Feltöltés: TDMA hozzáféréssel, 1310 nm hullámhosszon, 622 Mbps

sebességgel.– Osztás: tápláló kábelenként (OLT portonként) 32 darab elágazás (32 db

ONU végberendezés) amely legalább 19,4 Mbps/előfizető feltöltési sebességet garantál.

– Távolság: a szabvány maximum 20 km-es távolságot enged meg az OLT és az ONU között.

– Layer 2 protokoll: ATM-AAL és overlay RF videó szétosztás 1550 nm hullámhosszon.

– Támogatott szolgáltatások: POTS, ISDN, adat, CATV, VoD, LAN interconnection, Video Conference.

2015.04.21. 11

TDM PON

• GPON ITU-T (G.984.1 és G.984.2) – Aszimmetrikus vagy szimmetrikus le- és feltöltés– Letöltés: üzenetszórással, 1490 nm hullámhosszon, 1,244 vagy 2,5

Gbps sebességekkel.– Feltöltés: TDMA hozzáféréssel, 1310 nm hullámhosszon, 155 Mbps,

622 Mbps, 1,244 Gbps vagy 2,5 Gbps sebességekkel.– Osztás: tápláló kábelenként (OLT portonként) 64 darab elágazás (64 db

ONU végberendezés)– Távolság: a szabvány maximum 20 km-es fizikai távolságot enged meg

az OLT és az ONU között, de a protokoll lehetővé teszi a 60 km-es távolságot is.

– Layer 2 protokoll: SDH kompatíbilis GFP speciális változata ITU-T G.7041 (GPON Encapsulation Mode, GEM) ATM, Ethernet és TDM is mehet rajta

– Támogatott szolgáltatások: Full Service: beszéd, TDM, Ethernet, ATM, bérelt vonal, vezeték nélküli kiterjesztés, stb.

2015.04.21. 12

TDM PON

• EPON (IEEE 802.3ah)– Szimmetrikus le- és feltöltés– Letöltés: üzenetszórással, 1490 nm hullámhosszon, 1 Gbps

adatsebességgel.– Feltöltés: TDMA hozzáféréssel, 1310 nm hullámhosszon, 1 Gbps

adatsebességgel.– Osztás: tápláló kábelenként (OLT portonként) 16/32 darab elágazás

(16/32 db ONU végberendezés) amely legalább 62,15/31,25 Mbps/előfizető feltöltési sebességet garantál.

– Távolság: a szabvány maximum 10-20 km-es távolságot enged meg az OLT és az ONU között.

– Layer 2 protokoll: Gigabit Ethernet sebességű Multi-Point Control Protocol (MPCP)

2015.04.21. 13

TDM PON - downstream

• downstream : broadcast• 802.3 keretek extraktálása MAC cím alapján

2015.04.21. 14

TDM PON - upstream

• upstream időszeletekben•nincs ütközés•nincs csomagdarabolás

2015.04.21. 15

WDM PON

2015.04.21. 16

PON topológia

MUX TDM TXMUX TDMA RX

MUX TX

MUX RX

W DM

CATV fejállomás TX

n

nn

n

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

KÖZPONT

KÖZPONT

BERENDEZÉSEK

n

Interfész

Interfész Interfész

Passzív optikai hálózat(PON)

felügyeleti rendszer

VÉG

2015.04.21. 17

Passzív optikai osztás

2015.04.21. 18

TDM PON

2015.04.21. 19

TDM PON : IEEE és ITU

2015.04.21. 20

TDM WDM PON

2015.04.21. 21

TDM és WDM pont összehasonlítás

Comparison of 10 Gbit/s PON vs WDM-PONStefan Dahlfort (Ericsson)September 22, 2009ECOC’2009

2015.04.21. 22

TDM és WDM pont összehasonlítás

Comparison of 10 Gbit/s PON vs WDM-PONStefan Dahlfort (Ericsson)September 22, 2009ECOC’2009

2015.04.21. 23

PON architekturális változatok

WDM PONWDM PONWDM PONWDM PONTDM PONTDM PONTDM PONTDM PON egyedi egyedi egyedi egyedi

bekötésekbekötésekbekötésekbekötések

• minimális optikai szál szükséglet• minimális helyigény és

végződtetési funkció a hálózati oldalon

• az US és DS sávszélességen osztoznak a különböző távolságra lévő felhasználók (terjedési idő, jelszint, sávszélesség skálázás, ütemezés komplexitása)

• Felhasználói oldalon nagyobb sebességű eszközök, mint kommunikációs igény (TDM)

• fejlesztési korlátok (közös és osztott funkciók)

• Időtálló, transzparens (protokoll, sebesség) architektúra

• dedikált infrastruktúra: privacy, sávszélesség-skálázás

• felhasználó-specifikus skálázhatóság

• felhasználónkénti szálak, felhasználónkénti adók és vevők a hálózati oldalon (hely, tápellátás

• minimális optikai szál szükséglet és helyigény a hálózati oldalon

• időtálló transzparens hullámhossz minden egyes felhasználóhoz

2015.04.21. 24

PON architektúrák protokoll vonatkozásai

egyedi egyedi egyedi egyedi

bekötésekbekötésekbekötésekbekötések

2015.04.21. 25

WDM PON funkciók 1.: RN

2015.04.21. 26

WDM PON funkciók 2.: Colorless ONU

FEC: FEC: FEC: FEC: forward error correction; FPforward error correction; FPforward error correction; FPforward error correction; FP----LD; FabryLD; FabryLD; FabryLD; Fabry––––Perot laser diode; ASE,Perot laser diode; ASE,Perot laser diode; ASE,Perot laser diode; ASE,

amplified spontaneous emission; SNR; signalamplified spontaneous emission; SNR; signalamplified spontaneous emission; SNR; signalamplified spontaneous emission; SNR; signal----totototo----noise ratio.noise ratio.noise ratio.noise ratio.

2015.04.21. 27

PON és Light Mesh

2015.04.21. 28

PON architektúra:WDM gyűjtőgyűrű és különböző hozzáférési

megoldások

2015.04.21. 29

Távolság vs. #ONU

2015.04.21. 30

Hozzáférések sávszélessége

2015.04.21. 31

PON hálózat

2015.04.21. 32

EPON – GPON – DOCSIS

PON KIEGÉSZÍTÉSEK 2015

Capacity Trend for PON

1994

TPON

1999

A-PON

B-PON

2009

NG-PON1

XG-PON

10GEPON

2014

NG-PON2

TWDM-PON

Generation

Bandwidth

0.05G

2.5G

40G

10G

2004

G-PON

GEPON

0.6G

0.15G

Downstream

Upstream10G

40G

100G

2020+

NG-PON3

?

250G

40G

100G

250G

Workshop on “Monitoring Quality of Service and Quality of Experience of Multimedia Services in Broadband/Internet Networks” Maputo, Mozambique, 14-16 April 2014,, Hiroshi OTA, Study Group Engineer, ITU/TSB hiroshi.ota@itu.int

Basic PON architectures

Basic PONs

P2MP TDM PON

P2P Ethernet PON

2015.04.21. 37

TDM PON - downstream

• downstream : broadcast• 802.3 keretek extraktálása MAC cím alapján

2015.04.21. 38

TDM PON - upstream

• upstream időszeletekben•nincs ütközés•nincs csomagdarabolás

TDM PON: DBA

DBA: Dynamic Bandwidth Allocation

WDM PONs

Broadcast and Select WDM PON

Wavelength Routed WDM PON

WDM/TDM PONs

Passive hybrid WDM/TDM PON

Semi-passive hybrid WDM/TDM PON

2015.04.21. 42

PON architekturális változatok

WDM PONWDM PONWDM PONWDM PONTDM PONTDM PONTDM PONTDM PON egyedi egyedi egyedi egyedi

bekötésekbekötésekbekötésekbekötések

• minimális optikai szál szükséglet• minimális helyigény és

végződtetési funkció a hálózati oldalon

• az US és DS sávszélességen osztoznak a különböző távolságra lévő felhasználók (terjedési idő, jelszint, sávszélesség skálázás, ütemezés komplexitása)

• Felhasználói oldalon nagyobb sebességű eszközök, mint kommunikációs igény (TDM)

• fejlesztési korlátok (közös és osztott funkciók)

• Időtálló, transzparens (protokoll, sebesség) architektúra

• dedikált infrastruktúra: privacy, sávszélesség-skálázás

• felhasználó-specifikus skálázhatóság

• felhasználónkénti szálak, felhasználónkénti adók és vevők a hálózati oldalon (hely, tápellátás

• minimális optikai szál szükséglet és helyigény a hálózati oldalon

• időtálló transzparens hullámhossz minden egyes felhasználóhoz

Összehasonlítás

Peter Vettel (Bell Labs, Alcatel Lucent) : Next Genertion Optical Access TechnologiesTutorial, ECOC2012, 18 Sept, 2012, Amsterdam,

2015.04.21. 44