Výstavba optické přístupové sítě na bázi EPON

Transkript

Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB-TU Ostrava
Optoelektronika III
Výstavba optické přístupové sítě na bázi
EPON
Datum:
Autor:
Kontakt:
Místnost:
Předmět:
4.1.2012
Ing. Petr Koudelka, Ing. Jan Látal
[email protected]; [email protected]
N 311
Optoelektronika III
Katedra telekomunikační techniky
Návod k praktickému cvičení z oblasti optických přístupových sítí
Cílem praktického cvičení je experimentální výstavba optické přístupové sítě na bázi EPON
v laboratorních podmínkách Laboratoře optických přístupových sítí. Úkolem studentů v rámci
cvičení bude proměření komponentů optické distribuční sítě, experimentální zapojení optické
přístupové sítě EPON, zprovoznění, změření výkonových parametrů a ověření její funkčnosti.
1.
Optické přístupové sítě
Současným a zřejmě i budoucím trendem v oblasti realizace přístupu k telekomunikačním
službám je nasazení optických vláken co nejblíže k účastníkovi. Z tohoto důvodů vyplývá i
samotný název „optické přístupové sítě“.
1.1. Uspořádání optické přístupové sítě
Základními funkčními celky optických přístupových sítí jsou:
o
o
o
o
OLT (Optical Line Terminal) – optické linkové zakončení: má funkci síťového
rozhraní mezi optickou přístupovou sítí a sítěmi telekomunikačních služeb,
ONU (Optical Network Unit) – optická ukončující jednotka: má funkci účastnického
rozhraní mezi koncovými zařízeními účastníků a optickou přístupovou sítí,
ONT (Optical Network Termination) – optické síťové zakončení: jedná se o speciální
typ ONU jednotky, která zprostředkovává služby specifické pro jednoho uživatele,
ODN (Optical Distribution Network) – optická distribuční síť: je souhrn optických
přenosových prostředků (optické vlákna, optické síťové prvky) mezi OLT a jednotkami
ONU.
Podle způsobu umístnění ukončujících jednotek ONU/ONT v rámci optické přístupové
sítě a způsobu ukončení se rozlišují různé typy OAN, např.:
o
o
o
o
FTTN (Fibre to the Node): optická vlákna jsou zakončena v místě telefonní ústředny,
kde je umístněn síťový účastnický multiplexor DSLAM (Digitam Subscriber Line
Access Multiplexer) a účastníci jsou k ní připojeny prostřednictvím metalického vedení
a přípojek typu ADSL, SHDSL, případně VDSL,
FTTC (Fiber to the Curb): optická vlákna jsou přivedeny do účastnického rozvaděče
umístněného např. na okraji chodníku ulice, k němuž jsou koncové body sítě (účastníci)
připojeny metalickými kabely,
FTTB (Fiber to the Building): optická vlákna jsou přivedeny až do budov účastníků,
kteří jsou připojeni pomocí vnitřních účastnických rozvodů,
FTTH (Fiber to the Home): optická vlákna jsou zavedena až ke koncovým bodům sítě
(až na účastnické zásuvky).
Systémy FTTC a FTTB se prakticky od sebe liší jen provedením rozvaděčů. Zařízení
systémů FTTC jsou navrhována pro umístnění ve volném prostranství (nároky na klimatickou
odolnost). Výše uvedené typy ukončení lze navzájem kombinovat. Přehled uspořádání
optických přístupových sítí vystihuje obr. 1.
-1-
Obr. 1: Přehled uspořádání optických přístupových sítí podle způsobu ukončení ONU/ONT.
1.2.
Specifikace přenosu optického signálu v optické přístupové síti
Přenos dat v podobě optického signálu v optické přístupové síti musí poskytovat duplexní
přenosové prostředí (pouze u technologie RFoG je požadován pouze simplexní přenos
na vlnové délce 1550 nm). Optické signály pro oba směry mohou být v optické přístupové síti
přenášeny následujícími způsoby:
o
o
o
2.
SDM (Space Division Multiplexing) – simplexní přenos s dělením SDM: pro každý
směr přenosu optického signálu je použito jedno optické vlákno,
WDM (Wavelength Division Multiplexig) – duplexní přenos s dělením WDM: optické
signály jsou přenášeny duplexně po jednom optickém vlákně, pro charakter optické
přístupové sítě OLT-ONU P2P (Point-to-Point) jeden směr na vlnové délce 1310 nm a
druhý směr na vlnové délce 1550 nm, pro charakter optické přístupové sítě OLT-ONU
P2MP (Point-to-Multipoint), označované jako PON (Passive Optical Network), jeden
směr na vlnové délce 1310 nm a druhý směr na vlnové délce 1490 nm),
FDM (Frequency Division Multiplexing) – duplexní přenos s dělením FDM: optické
signály jsou přenášeny v obou směrech po jednom optickém vlákně na jedné vlnové
délce, směry přenosu jsou vzájemně odděleny kmitočtově.
Pasivní optická přístupová síť EPON
Práce na variantě EPON pasivní optické přístupové sítě byla zahájena v březnu 2001 studijní
skupinou IEEE 802.3ah a byla dokončena v červnu 2004.
2.1. Architektura EPON
Ethernet v sobě zahrnuje fyzickou a linkovou (spojovou) vrstvu modelu RM-OSI. Obr. 2
zobrazuje srovnání architektury tradičního typu spojení P2P (point-to-point) a EPON spojení
typu P2MP (point-to-multipoint).
-2-
Obr. 2: Point-to-point ethernet a point-to-multipoint ethernet (EPON) architektura
.Jak je vidět na obr. 2, tradiční P2P ethernet a EPON architektonicky velmi podobný.
Volitelné MAC podvrstvy v P2P ethernet jsou nahrazeny povinným multipoint MAC
podvrstvou MPMC (Multipoint Media Access Control). Tato podvrstva prostřednictvím
protokolu MPCP (Multipoint Control Protocol) koordinuje přístup ke sdílenému médiu PON
mezi ONU jednotkami EPON. Ačkoliv je architektura ethernetu OLT a ONU téměř shodná,
MPCP na OLT funguje jako master a na ONU/ONT jednotce jako slave.
2.2.
PMD vrstva EPON
Vrstva PMD stanovuje fyzikální vlastnosti optického vysílače. Na rozdíl od 1:32 poměru
dělení optické přístupové sítě u GPON varianty stanovila IEEE 802.3ah minimální úroveň
poměru dělení na 1:16. Je potřeba si uvědomit, že podvrstva může podporovat až 32.788
různých logických ONU přes 15-ti bitový lobický identifikátor spojení (LLID). V normách
EPON jsou definovány dva různé rozsahy mezi OLT a ONU/ONT optické přístupové sítě
z hlediska vzdálenosti, respektive 10 km a 20 km. 1000BASE-PX-10-D/U definuje 10 km,
1000BASE-PX-20-D/U definuje 20 km. Tabulky 1 a 2 zobrazují vybrané vlastnosti standardů
1000BASE-PX-10 a 1000BASE-PX-20. Všimněte si, že u ONU/ONT jednotky mají
vlastnosti pro 10 km a 20 km vrze prakticky stejné. Změnu je možné pozorovat OLT
jednotek.
-3-
Tab. 1: Porovnání vlastností EPON vysílačů dle IEEE802.3ah.
.
1000BASE
PX10-D (OLT)
PX10-U (ONU)
PX20-D (OLT)
PX20-D (ONU)
Zdroj optického záření
Long-wave Laser
Long-wave Laser
Long-wave Laser
Long-wave Laser
Signalizační rychlost
1,25±100 ppm
GBd
1,25±100 ppm
GBd
1,25±100 ppm
GBd
1,25±100 ppm
GBd
Vlnová délka
1,480-1,500 nm
1,260-1,360 nm
1,480-1,500 nm
1,260-1,360 nm
Optický výkon (max)
+2 dBm
+4 dBm
+7 dBm
+4 dBm
Optický výkon (min)
-3 dBm
-1 dBm
-2 dBm
-1 dBm
Optický výkon (off)
-39 dBm
-45 dBm
-39 dBm
-45 dBm
RIN (max)
-118 dB/Hz
-113 dB/Hz
-115 dB/Hz
-115 dB/Hz
ORL (tolerance)
15 dB
15 dB
15 dB
15 dB
Tab. 2: Porovnání vlastností EPON přijímačů dle IEEE802.3ah.
.
1000BASE
PX10-D (OLT)
PX10-U (ONU)
PX20-D (OLT)
PX20-D (ONU)
Signalizační rychlost
1,25±100 ppm
GBd
1,25±100 ppm
GBd
1,25±100 ppm
GBd
1,25±100 ppm
GBd
Vlnová délka
1,480-1,500 nm
1,260-1,360 nm
1,480-1,500 nm
1,260-1,360 nm
Optický výkon (max)
-1 dBm
-3 dBm
-6 dBm
-3 dBm
Citlivost (max)
-24 dBm
-24 dBm
-27 dBm
-24 dBm
-4-
3.
Měření v optických přístupových sítích při aktivaci služby EPON
Při měření v optických přístupových sítích při aktivaci služby EPON je nutné mít na paměti,
že toky dat nejsou v sestupném (downstream) a vzestupném (upstream) směru stejné.
Downstream z OLT je kontinuální tok dat, který lze měřit i pomocí klasického měřiče
optického výkonu. Nicméně Upstream z ONU/ONT je vysílán v dávkovém režimu (burst)
pouze v časových okamžicích přidělených od OLT. V tomto případě již nestačí klasický
měřič optického výkonu, ale je nutné měřit prostřednictvím sofistikovaného PON
powermetru, který má v sobě integrovaný detektor burst signálu.
Upstream z ONU/ONT je navíc vysílán pouze tehdy, když ONU/ONT má navázanou
komunikaci s OLT. Sofistikovaný PON powermetr je v tomto případě schopen měřit
v průchozím režimu a tudíž nedojde k rozvázání komunikace. ONU/ONT v případě, kdy
nepřijímá žádný signál od OLT jednotky automaticky vypíná vysílač. Tab. 3 zobrazuje
porovnání jednotlivých variant PON technologií z hlediska délky trvání časového okamžiku
pro komunikaci ONU/ONT v dávkovém režimu.
Tab. 3: Délka trvání časového okamžiku pro komunikaci ONU/ONT v dávkovém režimu.
.
Konfigurace
Standard
Upstream
Byty
Bity
Délka
BPON
ITU 983, 984
155 Mbps
55
440
2,83 μs
BPON
ITU 983, 984
622 Mbps
55
440
700 ns
GPON
ITU 984
1,25 Gbps
64
512
411 ns
EPON
IEEE 802.3ah
1,25 Gbps
64
640*
512 ns
*
Linkový kód 8B/10B
3.1. Aktivace služeb EPON
Aktivace služeb EPON se v praxi používá s využitím PON powermetrů. Standardní PON
powermetry obsahují dva měřící porty pro downstream (1490 a 1550 nm) a jeden port
pro upstream (1310 nm). Často PON powermetry obsahují uživatelsky nastavitelná kritéria
(nastavení výkonové úrovně pro pass/warning/fail hlášení v každém signálu). V optické
přístupové síti může být PON powermetr zapojen jako koncový bod (ONU/ONT) nebo může
pracovat v průchozím režimu (vkládá vložný útlum do trasy kolem hodnoty 1,2 dB).
o
o
o
V případě instalace tvz. poslední míle provádíme verifikaci na následujících místech:
výstup splitem,
výstup distribučního vlákna (koncový terminál, rozvaděč),
výstup u zákazníka (výstup těsně před ONU/ONT).
V případě provádění měření na straně zákazníka jsou limitní hodnoty uvedeny v tab. 4.
-5-
Tab. 4: Limitní hodnoty optického výkonu PON variant při měření na straně zákazníka.
.
4.
VIDEO
Cable TV
(1550 nm)
OLT
downstream
(1490 nm)
ONU/ONT
upstream
(1310 nm)
Hlášení
FAIL
WRNG
PASS
FAIL
WRNG
PASS
FAIL
WRNG
PASS
BPON (dBm)
-5,5
-4,5
2
-26,5
-23,5
-6
-7,7
-4,7
12,8
GPON (dBm)
-1
0
4
-25
-22
-4
-13,6
-10,6
6,9
EPON (dBm)
1
2
5,5
-25
-22
-4
-13,6
-10,6
6,9
Popis pracoviště pasivní optické přístupové sítě EPON
Hlavní část pasivní optické přístupové sítě EPON je umístněna ve standardním datovém
rozvaděči s označením Rack N 311. Jedná se o centrální jednotku OLT MiniMAP 9102
od společnosti Allied Telesis. Schematické naznačení rozmístnění jednotlivých technologií
v datovém rozvaděči je uveden na obr. 3.
Obr. 3: Rozmístnění a popis jednotlivých technologií v datovém rozvaděči Rack N 311.
-6-
Centrální jednotka OLT MiniMAP 9102 má celkem tři sloty pro instalaci různých
modulů účastnických rozhraní. Čtvrtý slot je obsazen řídícím modulem, který zajišťuje lokální
i vzdálenou správu centrální jednotky, viz obr. 4.
Obr. 4: Centrální jednotka OLT MiniMAP 9102 s řídícím modulem.
Konfigurace OLT MiniMAP 9102 umístněná v datovém rozvaděči obsahuje následující
moduly:
o
modul 20 ´ Ethernet P2P 100 Mbps – FX20BX (TN-139-B), maximální dosah 20 km,
pro duplexní komunikaci využívá jedno jednovidové optické vlákno, které je zakončeno
konektorem LC (PC),
o
modul ADSL Annex B – ADSL24B (TN-124-B), ADSL modul vysílající 24 portů
Annex B, maximální příkon 48 W. Port RJ21,
o
Modul GEPON – EPON2 (TN-118-B), GEPON modul (EPON typ 2), optický rozhraní
podle IEEE 802.3ah. Vysílá na vlnové délce 1490 nm (výkon 2 dBm) a přijímá
na vlnové délce 1310 nm (citlivost -30 dBm). Maximální vzdálenost 20 km. Maximální
příkon 50 W. Modul je zobrazen na obr. 5.
Obr. 5: Modul GEPON – EPON2 (TN-118-B).
o
o
o
Allied Telesis EPON řešení umožňuje:
vrstva 1 RM-OSI: 2 OLT porty, 32 ONU/ONT jednotek na jeden OLT port, 1 Gbps
backplane, SFP moduly do vzdálenosti 20 km,
vrstva 2+ RM-OSI: 4092 VLAN, kde maximum na jednu jednotku ONU/ONT je 5 QVLAN. 4000 MAC na jednu jednotku OLT, směrování na vrstvě 2, IP multicast
s malými limitacemi (IGMP agregace, 512 multicast skupin (80 na jednu ONU/ONT),
QoS: 1 CoS na VLAN ve směru ONU/ONT → OLT (upstream).
OLT optická specifikace pro SFP EPON modul má následující parametry:
o
o
o
o
o
Fiberxon SFP FTM-9712S-SL20,
kompatibilita s IEEE 802.3ah 1000BASE-PX20-D,
provozní podmínky 0 až 70 °C,
optický výkon (1480 až 1500 nm): min TX výkon = 2 dBm (end of Life), max TX
výkon = 7 dBm,
citlivost fotodetektoru (1310 nm): max RX citlivost = -30 dBm, min RX = -10 dBm,
min RX zničení = 0 dBm.
-7-
5.
Postup měření experimentální úlohy
Na začátku cvičení vyučující určí, jaký typ optické distribuční sítě bude uvažován, zda se
bude v trase nacházet pouze jeden splitter o poměru 1:32, případně komplikovanější struktura.
Prvním úkolem bude proměřit vlastnosti použitého splitteru/splitterů. Vyučující také stanoví
délku jednotlivých úseků v optické distribuční síti prostřednictvím nachystaných cívek
simulujících reálnou optickou trasu.
o
Analýza optických splitterů
1)
Nejprve očistěte konektory (ferule) předřadného vlákna. Po očištění předřadného vlákna
změřte pomocí přímé metody (využití sofistikovaného páru měřících přístrojů EXFO
AXS 200/350) optický výkon na jeho konci (hodnota P1). Měření provádíme pro vlnové
délky 1310 a 1550 nm.
2)
Pomocí vhodné optické spojky vložte mezi předřadné vlákno a přijímač optický splitter
a na jeho výstupech měřte optický výkon P3, P4 až Px (dle počtu výstupů). Měření
provádíme pro vlnové délky 1310 a 1550 nm.
3)
Dle následující tab. 5 stanovte parametry pro daný optický splitter.
Tab. 5: Výpočet parametrů optického splitteru.
.
Parametr
Zbytkový
útlum
Vložný útlum
Dělící poměr
Vzorec
Azb = 10 log
Jednotky
Poznámka
P1
P3 + P 4 + Px
[dB]
< 0,5 dB
P1
P3
[dB]
> 50 dB
[%]
1:9, 3:7, 1:1
Avl = 10 log
DP =
P3
.100
P3 + P 4 + Px
o
Analýza útlumové bilance optické distribuční sítě
1)
Nejprve očistěte konektory (ferule) předřadného vlákna. Potom proveďte nastavení
reference prostřednictvím předřadného vlákna na páru měřících přístrojů EXFO AXS
200/350.
2)
Proměřte přímou metodou (metoda 1a) jednotlivé úseky vybudované optické distribuční
sítě, zvláště věnujte pozornost trase OLT → splitter a splitter → zakončení
experimentálního pracoviště EP.
3)
Stanovte útlumovou bilanci v jednotlivých místech optické distribuční sítě.
-8-
4)
Určete pomocí výpočtu, kolik metrů optického vlákna by se mohlo ještě v trase splitter
→ ONU jednotka nacházet, aniž by došlo k přerušení komunikace.
5)
Stanovte pomocí výpočtů velikost optického výkonu v dBm v místě výstupu splitteru a
v místě ONU jednotky.
o
Zprovoznění EPON
Před každým cvičením bude zapojena cvičícím jiná konfigurace optické distribuční sítě.
Na experimentálním pracovišti se bude nacházet ONU jednotka AT-ON1000, viz obr. 6.
Obr. 6: ONU jednotka AT-ON1000.
Cvičící uvede do provozu OLT jednotku MiniMAP 9102 a na jeho pokyn studenti
zapojí ONU jednotky AT-ON1000 do elektrické sítě.
1)
Připojte PC sériovým kabelem s portem na OLT jednotce MiniMAP 9102, který nese
označení CONSOLE. Pokud PC nedisponuje sériovým portem, je nutné použít USB
emulátor.
2)
Spusťte na PC program s názvem Putty (případně Hyperterminál) a nastavte následující
parametry a proveďte spojení:
o
o
o
o
o
3)
Vyplňte přihlašovací údaje:
o
o
4)
Baud rate: 9600 bps
Data bits: 8
Parity: None
Stop bits: 1
Flow kontrol: None
Name: officer
Password: officer
Pomocí příkazu:
o
show system
zkontrolujte nastavení OLT jednotky, dále pomocí příkazu:
-9-
o
show interface
zkontrolujte přítomnost modulu EPON a číselné označení portů.
5)
Nastavte IP adresu 192.168.1.10 pro rozhraní modulu EPON příkazem:
o
6)
set interface <zjištěné číslo rozhraní EPON> epon ipaddress=192.168.1.10
Vytvořte v jednotce OLT připojení ke koncovým jednotkám ONU zadáním jejich
polohy v síti, MAC adresy a typu pomocí příkazu:
o
create onu <login LDAP> <onuid v rozsahu 0 až 31> <číslo rozhraní EPON>
<MAC adresa ONU jednotky>
MAC adresu je uvedena na každé ONU jednotce.
7)
Zkontrolujte správně vytvořenou ONU jednotku příkazem:
o
show interface <jmého ONU jednotky=váš login LDAP>
Položka state musí být up-up.
o
Měření výkonové bilance
1)
Mezi ONU jednotku a zakončení optické distribuční sítě na experimentálním pracovišti
zapojte PON powermetr EXFO PPM-350C (s pamětí a USB), případně EXFO PPM350B (základní model). Změřte velikost optického výkonu v obou směrech.
2)
Mezi optický splitter (jeho výstup) a optický patchpanel v datovém rozvaděči zapojte
PON powermetr EXFO PPM-350C (s pamětí a USB), případně EXFO PPM-350B
(základní model). Změřte velikost optického výkonu v obou směrech. Z důvodu velkého
optického výkonu v místě za optickým splitterem je nutné, aby PON powermetr nesl
označení EG. Jedině takovýto PON powermetr je schopen měřit, aniž by došlo k jeho
zničení.
3)
Naměřené hodnoty porovnejte s hodnotami určenými pomocí výpočtu.
- 10 -

Výstavba optické přístupové sítě na bázi EPON

Transkript

Podobné dokumenty

Optické přístupové sítě OAN na bázi EPON a jejich integrita

Technická dokumentace

Více informací o DS5_technique octobre

Výuka Hardware IT4 - eBooks na SŠT AGC as

OPTOKON - Krátké předtavení

WDM-PON - Profiber

Jak postavit PON síť Optimalizace topologie RLC Praha a.s. RLC

program - Action M Agency