مهندسی برق و مخابرات و آی سی تی

- معماریهای شبکه دسترسی بر پایه TDMA PON : 

در سال 1995 چندین اپراتور که نامیده شدند Full Service Access Network  

(همان FSAN )برای هدف تعیین هویت شبکه های دسترسی باند عریض پیشقدم شدند . اعضاء FSAN در لایه 2 پروتکل برای PON های بر پایه شبکه دسترسی نوری ، یک مشخصاتی را ایجاد کردند.  

 

شکل : مقایسه شبکه پسیو با شبکه اکتیو با ساختار splitter , combiner

 A-PON  : 

این سیستم ها APON نامیده شدند ، یک اختصاری برای نام ATM-PON بعدها به BPON  یا Broadband PON تغییر پیدا کرد. این تغییر نام انعکاسی از سیستمهای پشتیبانی باندعریض همچون :سرویس دسترسی Ethernet – سرویس توزیع Video- خطوط توزیع شخصی و سرویسهای خطوط اختصاصی یا Leased Line میباشد.

گروه FSAN یک گروه استانداردسازی نیست ولی در سال 1997 ، FSAN طرح مشخصات BPON را برای تصویب رسمی به ITU-T ارائه کرد. درنتیجه بعد از چند سال ITU-T یک سری توصیه نامه هائی را برای BPON تصویب کرد: 

G.983.1 : توصیه نامه شبکه دسترسی نوری در سال 1998 بر پایه PON که مربوط به سیستم های APON و BPON است. 

G.983.2 : مربوط به مدیریت واحد ترمینال نوری ONT ( optical network terminal ) و مشخصات اینترفیس کنترلی که در سال 1999 ارائه شد. 

G.983.3 : مربوط به یک سیستم دسترسی نوری با ظرفیت افزایش یافته سرویس دهی توسط تخصیص طول موج . این سند مشخصات شفافی برای طول موج پشتیبانی سرویسهای آنالوگ ویدوئی در سال 2001 تهیه نمود. 

G.983.4 : مربوط به سیستم دسترسی نوری با ظرفیت افزایش یافته سرویس دهی با استفاده از واگذاری پهنای باند دینامیکی (Denamic Bandwidth Assignment ) ( DBA) .این پیشنهاد در سال 2001 پذیرقته شده و مکانیرم ضروری برای استفاده از واگذاری پهنای باند دینامیکی را در ساختار چندین ONT در یک سیستم PON شرح میدهد . 

G.983.5 : مربوط به سیستم دسترسی نوری با قابلیت بالاروندگی سیستم میباشد که این سند در سال 2002 برای مشخصات سیستم های حفاظتی سوئیچینگ PON و مکانیزم آن تهیه شده است .

G.983.6 : مربوط به مدیریت ONT ها و مشخصات واسطه های کنترلی  BPON  و ویژگی های حفاظتی آنهاست .این سند توسعه واسطه های کنترلی ضروری را مدیریت عملکرد سوئیچهای حفاظتی ONT ها شرح میدهد و در سال 2002 پذیرفته شده است. 

G.983.7 : مربوط به مدیریت  ONT ها و مشخصات واسطه های کنترلی از نوع  واگذاری پهنای باند دینامیکی ( DBA) ، در سیستم های BPON میباشد. این سند توسعه واسطه های کنترلی ضروری را مدیریت توابع DBA در ONT ها شرح میدهد و در سال 2001 پذیرفته شده است.

G.983.8 : مربوط به پشتیبانی سرویسهای  IP , ISDN ,VLAN و .... در سیستم BPON میباشد . این توصیه نامه توسعه واسطه های کنترلی ضروری را پشتیبانی و مدیریت سرویسهای مختلف  در ONT ها شرح میدهد و در سال 2003 پذیرفته شده است.

 E-PON : )  Ethernet PON)

در ژانویه سال 2001 در موسسه مهندسین الکترونیک ( IEEE ) یک گروه مطالعاتی با ساختار جديد بنام Ethernet in first mile (EFM) تشکیل شد. این گروه با ادامه سیستم موجود اترنت در داخل محدوده مشترکین سیستمی را با قابلیت متمرکز کردن شبکه های دسترسی مشترکین مسکونی و تجاری طرح ریزی کرد.

این گروه با حفظ ساختار Ethernet سنتی ، یک ایده  افزایش مهم در کاهش تجهیزات – افزایش کارائی- و کاهش هزینه ها را تهیه نمود.

شبكه E-PON یک شبکه بر پایه PON میباشد که ترافیک دیتا را بصورت فریم های پاکتی اترنت در استاندارد توضیحی IEEE 802.3 حمل میکند. این سیستم یک استاندارد کدینگ خط را بصورت 8b/10b (8 بیت دیتا رمزگذاری شده همانند 10 خط بیت ) بکار می گیرد و در استاندارد Ethernet با سرعت 1Gbps عمل میکند.

 ملاحظات دريافت سيگنال در E-PON :

بر اساس استانداردah  IEEE 802.3 براي انتخاب شبكه نوري پسيو از نوع E-PON بايستي در طراحي ها ملاحظات زير را در نظر گرفت :

1-    توان لازم مابين Rx و Tx ، 24 دسي بل بايستي باشد .

2-    حساسيت دريافت سيگنال در گيرنده در 1 گيگا بيت بر ثانيه برابر 24 dBm است .

3-    منبع ليزر داراي توان 1 ميلي وات ميباشد .

4-    خطاي BER  برابر  يا كمتر بايستي باشد . 

5-    تلفات معين در كلاس B  برابر 22.5 dB يا كمتر بايستي باشد ، كه شامل تلفات به شرح زير است : 

الف) تلفات پيوندي :  Splice loss= 4 * 0.007 dB= 0.28 dB                           

ب ) تلفات اتصال كننده ها : Connector loss= 3*0.75+3*0.5=3.75 dB           

ج ) تلفات اسپليتر : Splitterloss= 14.45                                                   

د ) پيش بيني Link margin                                 Link margin=4.5 dB

6-    فيبر بر اساس استاندارد G.652 و تضعيف و پراكندگي DSF بايستي انتخاب شود .

 G-PON : )  Gigabit PON) : 

در کنار رشد روزافزون ترافیک شبکه ها و مشخصات ایده ال E-PON با سرعت 1 گیگا بیت بر ثانیه ، گروه FSAN احتیاج به سرعت بیت ریت بالاتر را در شبکه ای با ترافیک بالا تحقق داد. با وجودیکه مشخصات لایه فیزیکی B-PON در لایه بالارونده (Upstream) در بیت ریت 622 مگابیت بر ثانیه مشکل بود گروه FSAN یک ساختار جدیدی را برای معماری PON در سال 2001 طرح ریزی نمود که با سرعت بالای 1 گیگا بیت بر ثانیه عمل مینمود.

این گروه رسیدگی خود را معطوف به طرز عملکرد فریمینگ عمومی یا قالب بندی بیتهای ارسالی  نمود ، به این معنی که بطور بسیار موثر دست به اصلاح زدند و به یک مخلوط بیت متغیری از فریم ها و سلولهای ATM اجازه دادند .

پایه ریزی توصیه نامه های گروهFSAN در سال2003-2004  تحت استاندارد مشخص كه ITU-T برای مشخصات Gigabit PON  (GPON) بتصویب رسید. این مشخصات در ITU-T تحت عنوان های G.984.1  و G.984.2 و G.984.3 بشرح زیر شناخته شده اند : 

G.984.1 :  مربوط به مشخصات عمومی Gigabit PON  میباشد و مشخصات عمومی این نوع از شبکه نوری پسیو را همانند معماری – بیت ریت – حفاظت و امنیت این نوع شبکه ها را شرح میدهد.

G.984.2 :  مربوط به مشخصات لایه ها 

ی فیزیکی واسطه های رابط ميباشد .این نوع شبکه یا همانMedia Dependent Layer in GPON Physical  است . این توصیه نامه عملکرد GPON را با سرعت خط در مسیر Downstream برابر 1.25 تا 2.5 گیگابیت بر ثانیه و در مسیر Upstream با سرعت های برابرMbit/s  155 و Mbit/s  622 و 1.25Gbit/s وGbit/s 2.5 برای مشترکین تا مرکز سرویس دهنده تعیین میکند. 

G.984.3 :  مربوط به مشخصات لایه همگرائی انتقال میباشد . این سند مشخصاتی را برای همگرائی ارسال در GPON ها تحت عنوان GTC   که مربوط به عنوان اصلی : 

 G-PON Transmission Convergence (GTC) است پوشش میدهد که شامل فریم – پیغام – متد تنظيم (Method Ranging )- عملکرد – مدیریت – عاملیت نگهداری و امنیت این نوع شبکه ها (GPON) میباشد.

 مقایسه مابین BPON,GPON با EPON : 

هردو معماریهای BPON, GPON حاصل تلاشهای گروه FSAN هستند که این توسط متصدیان بزرگ اپراتورهای مخابراتی گردانده شده است. بسیاری از اپراتورها بزحمت در تامین سرویسهای TDM سرمایه گذاری کرده اند بنابراین هر دوی BPON, GPON برای ترافیک TDM بهینه شده اند. و بر روی ساختارهای فریمینگ با یکسری نیازمندیهای همزمانی و تایمینگ سخت تکیه میکنند. 

در BPON یک فریم Upstream شامل 53 تایم اسلات است که هر تایم اسلات شامل یک سلول ATM و 3 بایت Overhead میباشد. وقتیکه دو تایم اسلات پی در پی به واحدهای نوری(ONUs )متفاوت میرسند این 3 بایت با زمان تقریبی 154 نانو ثانیه بایستی برای خاموش کردن لیزر ONU اولی کافی باشد و ONU دومی را روشن نماید و همچنین تنظیمات گین و همزمانی کلاک ساعت را در لاین ترمینال نوری انجام دهد.

بطور مشابه تایمینگ های سختی برای معماری GPON معین شده است ، برای مثال در GPON با سرعت خط 1.244 مگا بیت بر ثانیه فقط 16 بیت تایم( کمتر از 13 نانو ثانیه) برای روشن و خاموش شدن لیزر تعیین شده است . اینچنین فاصله کوتاه زمانی به تجهیزات گرانقیمت و درایورهای سریع لیزر در  ONU ها نیاز دارد.

يك محدوده بسيار دقيقي از 44 بيت تايم (كمتر از 36 نانو ثانيه ) جهت كنترل بهره گين و نيز بازسازي زمان كلاك ساعت  تخصيص داده شده است. در بسياري حالتها ، رنج ديناميكي سيگنال رسيده از ONU هاي مختلف به زمان AGC بزرگتري نسبت به زمان تخصيصي Overhead نياز دارد. براي كاهش زمان تنظيم ضروري گين در يك روش دقيق ، BPON ها و APON ها يك عملگر سطح قدرت دقيقي را ( Power Leveling Operation ) را اجرا ميكنند درجائيكه لاين ترمينال نوري به ONU هاي منحصر بفرد در تنظيم توان ارسالي آنها فرمان ميدهد.بنابراين سطح سيگنال رسيده از ONU هاي مختلف بطرف لاين ترمينال نوري تقريباٌ برابر است.

كار گروه IEEE 802 بطور سنتي بر روي تكنولوژي مهم ارتباطات ديتا معطوف شده است .

در EPON ، اهميت اصلي در حفظ ساختار مدل  Ethernet قرار داده شده است. هيچ ساختار شكل بندي آشكاري در EPON موجود نيست و فريم هاي Ethernet در مدهاي  Burst با يك فاصله استاندارد مابين فريم ها فرستاده ميشود. در EPON سايز هاي Burst و لايه فيزيكي سر ستون فريم ها بزرگ هستند.

براي مثال ماكزيمم فاصله AGC روي 400 نانو ثانيه تنظيم ميشود كه زمان كافي به لاين ترمينال نوري (OLT) براي تنظيم گين ، بدون اجراي عملگر سطح قدرت واحدهاي نوري ميدهد. بعنوان يك نتيجه ONU ها به هيچ مدار تركيب دهنده و پروتكلي براي تنظيم توان ليزر نياز ندارند بنابراين زمانهاي روشن و خاموش شدن ليزر ، كه در 512 نانو ثانيه پوشش داده ميشود بطور قابل توجهي در باند بالاتري از آنچه كه  GPON  هست قرار دارد.

مقادير لايه هاي فيزيكي سر ستون ، تنها يك قسمت كوچكي از هزينه هاي EPON هستند و هزينه هاي ديگر EPON مربوط به حفاظت فرمت شكل بندي Ethernet ميباشد كه Packet هائي با طولهاي متفاوت را بدون جزء به جزء شدن حمل ميكند. در مقابل هر دوي سيستمهاي BPON,GPON ، در ساختار خود Packet ها را در چندين جزء مي شكند . BPON روش AAL5 را بشرحي كه در بالا داده شد براي شكستن يك Packet به سلولهايش در ارسال و سوارسازي چندين سلول به يك Packet در دريافت بكار مي برد .

GPON از متد GEM  در بكارگيري شكستن  Packet استفاده ميكند . اين متد از يك الگوريتم پيچيده براي مشخص شدن سايز متغير قطعه هاي GEM  و احياي Packet ها در دريافت بهره ميگيرد.

 چندين اپراتور سيستمهاي BPON را گسترش داده اند ، با اينحال گسترش حجمي و كاهش هزينه هاي متناظر بطور يكجا تاكنون چامعه عمل پيدا نكرده است . ولي هزينه هاي تجهيزاتي GPON ميتواند علاوه بر قابليت هاي متفاوت آن با EPON برابري كند.

در جدول شماره  2  مقایسه بین توپولوژی های مختلف  PON از نظر استاندارد مورد استفاده و بیت ریت و نرخ انشعابات و پلان طول موجی آورده شده است . چنانچه مشاهده میشود پلان طول موجی هر سه نوع PON با هم مشابه است ولی از نظر بیت ریت و کیفیت سرویس دهی شبکه EPON و GPON نسبت به توپولوژی ابتدائی BPON  برتری دارد.

جدول 1-2 : مقايسه انواع PON از لحاظ استاندارد و بيت ريت و پلان طول موجي