استاندارد و تکنولوژی GPON

این مورد را ارزیابی کنید
(1 رای)

استاندارد و تکنولوژی GPON | فناوری GPON فعلی و آینده(10G)

 

1.3 استاندارد و تکنولوژی سیستم‌های فعلی GPON

رسالت مجموعه هوپیران کمک به ایجاد اقتصاد پویا و تعامل در رشد سطوح علمی در کلیه سیستم های مرتبط به فعالیت این گروه میباشد. این مقاله بر اساس رسالت مجموعه در جهت رضایت بهره برداران پروژه ها تدوین و منتشر شده است و هر گونه کپی برداری از آن بدون ذکر منابع غیر مجاز میباشد. 

هوپیران مشاور ، مجری و تامین کننده تجهیزات و تکنولوژی های روز دنیا در مباحث مخابرات و تلکام

تشریع عملکرد و استانداردها

 شکل 6.3، حالت عملکردی عملیات سیستم GPON را نشان می‌دهد. در طرف مرکز، واحد OLT مستقر شده در واحد تبادل محلی تمام داده‌ها را به تمام مشترکین می‌فرستد. واحد ONT در طرف مشتری در نرخ انتقال داده همانند OLT کار کرده، اطلاعات را دریافت می‌کند و داده‌های تعیین شده برای آن را انتخاب می‌کند.

 نمودار عملکردی سمت مرکز و مشترک سیستم GPON

شکل 6.3: نمودار عملکردی سمت مرکز و مشترک سیستم GPON منبع: [FTTH council]

 

در طرف مشتری، پهنای باند بین کاربران در دامنه زمانی به اشتراک گذاشته می‌شود و سیستم برای اشتراک‌گذاری پهنای باند بین تمام کاربران به هر کاربر بازه زمانی خاصی را اختصاص می‌دهد؛ یعنی هر کاربر تنها در زمان داده شده می‌تواند عملیات انجام دهد.

گروه شبکه دسترسی کامل سرویس «FSAN» اپراتور مسئول استانداردسازی سیستم‌های GPON است و استانداردهای اتحادیه بین‌المللی مخابرات «ITU» G.984.x، تمام ویژگی‌های سیستم‌های GPON با سرعت 5/2 گیگابیت بر ثانیه را ارائه می‌دهند.

دو مسئله اصلی برای ارائه‌دهندگان اپراتورها/سرویس‌های راه‌اندازی کننده سیستم‌های GPON عبارتند از:

  • محدوده قابل پوشش

  • نسبت تقسیم (تعداد کاربران نهایی که یک فیبر از OLT را به اشتراک می‌گذارند)

استاندارد ITU کلاس‌های مختلفی از ماژول‌های نوری با هزینه و محدوده‌های تحت پوشش متفاوت را تعریف می‌کند. امروزه، GPON محدوده 20 کیلومتر با مقدار حساسیت دریافت حداقل 28 dB (کلاس B+) را پوشش می‌دهد. با محدود کردن نسبت تقسیم (حداکثر 16: 1) می‌توان محدوده پوشش را گسترده‌تر کرد. کلاس C+ در حال حاضر استاندارد شده است (حساسیت دریافت حداقل dB32) و امکان گسترش محدوده پوشش تا 10 کیلومتر با دو برابر کردن نسبت تقسیم را فراهم می‌آورد. حداکثر محدوده پوشش در استانداردهای ITU در حدود 60 کیلومتر است اما بعید است که یک سیستم مبتنی بر 32 تقسیم‌کننده بتواند چنین محدوده‌ای را پوشش دهد حتی اگر از ماژول‌های نوری کلاس C+ استفاده کند. از نظر نسبت تقسیم، یک اپراتور تمایل دارد که حداکثر تعداد مشتریان را به یک درگاه OLT متصل کند تا از این طریق بتواند هزینه OLT را بین تمام مشتریانی که به آن‌ها سرویس می‌دهد، پخش کند. این هدف، تعداد انشعاب‌ها در تقسیم‌کننده پسیو را افزایش می‌دهد. بااین‌حال، افزایش تعداد انشعاب‌ها می‌تواند فاصله‌ای که سیگنال می‌تواند طی کند را کاهش دهد زیرا افزایش نسبت تقسیم، پارامترهای افت سیستم را افزایش می‌دهد. بنابراین، افزایش تعداد انشعاب‌ها باعث کاهش فاصله اتصال سیستم می‌شود. به عنوان مثال، دو برابر کردن نسبت تقسیم باعث کاهش dB32 حساسیت اتصال می‌شود که این کاهش معادل تضعیف 10 کیلومتری فیبر است. با توجه به این مصالحه، سیستم‌های فعلی معمولاً از تقسیم‌کننده‌های با 32 یا 64 انشعاب استفاده می‌کنند. درهرصورت، محدوده تحت پوشش و نسبت تقسیم را نمی‌توان به طور همزمان افزایش داد.

شکل 3. 7 مشخصات اصلی GPON را خلاصه می‌کند:

مشخصه

مقدار

سرعت مرکز به طرف مشترک

سرعت مشترک به طرف مرکز

نسبت تقسیم معمول

محدوده پوشش معمول

طیف نوری مرکز به طرف مشترک

طیف نوری مشترک به طرف مرکز

حداکثر محدوده تحت پوشش

2/5 گیگابیت بر ثانیه

1/25 گیگابیت بر ثانیه

32 یا 64

20 کیلومتر

1500- 1480 نانومتر

1330- 1290 نانومتر

60 کیلومتر

جدول3. 7: مشخصات فناوری GPON منبع: [Analysys Mason]

 

همبندی و توسعه شبکه

 

با توجه به تعداد مشترکین، GPON را می‌توان با استفاده از یک تقسیم کننده یا دو تقسیم‌کننده در هر انشعاب راه‌اندازی کرد. این مفهوم در شکل 8. 3 نشان داده شده است.

طرح‌های توسعه تقسیم‌کننده و اسپلیترها در تکنولوژی و استاندارد GPON

شکل 3. 8: طرح‌های توسعه تقسیم‌کننده منبع: [FTTH Council]

 

در ساختمان‌های بسیار متراکم (ساختمان‌های با بیش‌تر از 24 خانه) ممکن است معماری با یک تقسیم‌کننده تا حد امکان نزدیک به ساختمان انتخاب بهتری باشد زیرا با این روش حداقل مقدار فیبر مورد نیاز خواهد بود. در مقابل، در ساختمان‌های با تراکم کم با تعداد زیادی ساختمان تک خانوار ممکن است معماری با دو تقسیم‌کننده برای نگاشت بهتر بسته‌های کاربر نهایی و بهینه‌سازی کل مقدار فیبر مورد استفاده ترجیح داده شود.

سیستم شبکه نوری پسیو گیگابیت «GPON» توسعه‌یافته

محدوده پوشش سیستم‌های استاندارد فعلی GPON در حدود 20 کیلومتر است. همانطور که در بخش قبلی بحث شد، افزایش این محدوده منجر به افزایش تعداد خانه‌هایی می‌شود که توسط یک واحد تبادل محلی سرویس دریافت می‌کنند و در نهایت منجر به تلفیق واحدهای تبادل برای ارائه خدمات GPON می‌شود. دو مکتب فکری در مورد چگونگی گسترش محدوده تحت پوشش وجود دارد که هر دو از تجهیزات فعال در میدان استفاده می‌کنند:

  • اولین راه‌حل بر مبنای تقویت سیگنال‌های نوری است که در آن تقویت‌کننده‌های فیبر نوری روکش شده «DFA» می‌توانند در میدان برای تقویت مجدد (1R) سیگنال در دامنه نوری نصب شوند.

  • رویکرد دوم مبتنی بر بازسازی الکتریکی است که در آن سیگنال برای تقویت مجدد، شکل‌گیری دوباره و تنظیم مجدد از حالت نوری به الکتریکی و سپس به حالت نوری تبدیل می‌شود (3R).

هر دو راه‌حل بر روی هزینه عملیاتی اپراتور تأثیر منفی دارند و با استفاده از تجهیزات فعال در میدان بر خلاف فلسفه شبکه‌های نوری پسیو «PON» عمل می‌کنند. راه‌حل اول دارای مزیت تقویت تمام سیگنال‌های نوری موجود در فیبر است. راه‌حل دوم گران‌تر است و تنها سیگنال‌های خاصی را تقویت می‌کند؛ به عبارت دیگر اگر طول موج‌های بیش‌تری به سیستم اضافه شوند، ممکن است نیاز به تجهیزات اضافی وجود داشته باشد. با این حال، از نقطه نظر کیفیت، احیاء R3 عملکرد بهتری ارائه می‌دهد.

2-3- شبکه نوری پسیو 10 گیگابیت «GPON»

توصیف عملکرد و استانداردها

تشریح عملکرد GPON ده گیگابیت مشابه سیستم GPON تشریح شده در بخش های قبلی است. در ادامه گزارش به GPON و GPON ده گیگابیت را با نام شبکه‌های GPON TDM ارجاع می‌دهیم زیرا تمام این شبکه‌ها در سمت مشترک بر مبنای کنترل دسترسی رسانه مبتنی بر TDM «تسهیم ساز تقسیم زمانی» هستند. GPON ده گیگابیت، تکمیل فناوری‌های GPON است که پهنای باند را تا چهار برابر (از 2/5 گیگابیت بر ثانیه)، محدوده پوشش را از 20 کیلومتر به 60 کیلومتر و نسبت تقسیم را از 64 به 128 افزایش می‌دهد؛ البته همانطور که در بخش قبل توضیح داده شد، حداکثر محدوده دسترسی و نسبت تقسیم به طور همزمان حاصل نمی‌شوند.

استاندارد GPON ده گیگابیت در دو مرحله مشخص می‌شود:

  • مرحله اول: سرعت downlink (مرکز به طرف مشترک) معادل 10 گیگابیت بر ثانیه و سرعت uplink (مشترک به طرف مرکز) معادل 2/5 گیگابیت بر ثانیه.

  • مرحله دوم: سرعت downlink و uplink معادل 10 گیگابیت بر ثانیه.

گام اول هزینه تجهیزات طرف مشترک را کاهش می‌دهد زیرا تنها به یک فرستنده لیزری 5/2 گیگابیت بر ثانیه نیاز دارد. در مرحله دوم، تجهیزات سمت مشترک باید فرستنده لیزری 10 گیگابیت بر ثانیه را جایگزین کند که در حال حاضر با قیمت‌های موجود در بازارهای در دسترس مصرف‌کننده سازگار نیست. سوال اساسی این است که آیا 10 گیگا بیت بر ثانیه برای طرف مشترک مورد تقاضا است؟ اما این بحث خارج از محدوده این بخش می‌باشد.

سیر تکاملی تکنولوژی و استاندارد سیستم‌های GPON

شکل 3. 9: سیر تکاملی سیستم‌های GPON منبع: [Lucent Alcate]

 

ارتقاء سیستم‌های فعلی با GPON ده گیگابیت

 

ازآنجایی‌که سیستم‌های GPON و GPON ده گیگابیت در فرکانس‌های (طول موج‌های) مختلفی در فیبر کار می‌کنند، این دو سیستم می‌توانند در یک شبکه PON مشابه باشند. این موضوع در شکل 3. 10 نشان داده شده است.

وجود GPON و GPON ده گیگابیت در یک زیرساخت

شکل 3. 10: وجود GPON و GPON ده گیگابیت در یک زیرساخت منبع: [Alcatel Lucent] 

 

همانطور که در شکل 3. 10 مشاهده می‌کنید، یک مالتی پلکسر WDM را می‌توان برای تسهیم سیگنال‌های downlink (طرف مرکز) GPON و GPON ده گیگابیت در یک فیبر مشابه در واحد OLT درج کرد. به همین ترتیب، سیگنال طرف مشترک «uplink» GPON و GPON ده گیگابیت موجود در آن فیبر در دامنه فرکانس (طول موج) در سایت OLT پخش می‌شود. لازم به ذکر است که ترمینال‌های شبکه نوری «ONT» دارای یک فیلتر عبور پهنای باند «Passband» هستند که طول موج‌های ناخواسته را فیلتر می‌کند (طول موج‌ سیستم‌های GPON که ONT به آنها متصل نیست).

خلاصه‌ای از ویژگی‌های GPON ده گیگابیت در شکل 3. 11 ارائه شده است.

مشخصه

مقدار

سرعت مرکز به طرف مشترک

سرعت مشترک به طرف مرکز

نسبت تقسیم معمول

محدوده پوشش معمول

طیف نوری مرکز به طرف مشترک

طیف نوری مشترک به طرف مرکز

دسترس‌پذیری کلی (راه‌حل استاندارد)

10 گیگابیت بر ثانیه

10 <- 2/5 گیگابیت بر ثانیه

128 <- 64/32

20 کیلومتر

1580- 1575 نانومتر

1280- 1260 نانومتر

2011

جدول 11.3: مشخصات فناوری GPON ده گیگابیت منبع: [Alcate Lucent]

 

از شکل 11.3 می‌توان استخراج کرد که طیف اختصاص‌یافته طرف مشترک یا uplink (20 نانومتر) به طور قابل توجهی از طیف اختصاص‌یافته سمت مرکز یا downlink (5 نانومتر) بزرگ‌تر است. دلیل این موضوع این حقیقت است که درجه حرارت تجهیزات (ONT) در محیط مشترک معمولاً کنترل نمی‌شود. لیزرها در ONT دارای طیف بسیار وسیع‌تری هستند که باعث تحریک بیش‌تر آن‌ها در تغییر درجه حرارت می‌شود. در محیط مشترک، ترمینال‌های نوری شبکه «ONT» معمولاً در محیط‌های تهویه مطبوع نیستند، بنابراین درجه حرارت می‌تواند نوسان کند و لیزرها کاملاً به تغییرات دما حساس هستند.

 

3.3 مقدمه‌ای بر شبکه نوری پسیو «PON» با ساختار تسهیم ساز تقسیم طول موج «WDM»

 

سیستم‌های WDM PON نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در شبکه‌های نوری پسیو هستند زیرا امکان اختصاص پهنای باند اختصاصی در یک رسانه مشترک فراهم می‌کنند.

به طور کلی، سیستم‌های WDM بیش از یک دهه مورد استفاده قرار گرفته‌اند و از آن‌جایی که هر فروشنده‌ WDM ادعا می‌کنند که با استانداردها سازگار هستند (از نظر شبکه طول موج، سطح انرژی و غیره) بنابراین اجزای مختلف WDM باید به آسانی با یکدیگر کار کنند. با این حال، واقعیت این است که تجهیزات WDM فروشندگان مختلف همواره با یکدیگر تعامل ندارند. دلیل این کار به طور عمده این است که فروشنده‌ها جهت متمایز کردن محصولات خود، ویژگی‌هایی را به آن‌ها اضافه می‌نمایند که این عمل باعث تغییر محتوای طول موج می‌شود (به عنوان مثال، اطلاعات سفارشی مدیریت می‌شوند).

برای درک سیستم‌های WDM PON، ابتدا مهم است که دو نوع مختلف شبکه‌های WDM PON را از هم تمیز دهیم:

  • یکی از این شبکه‌ها از طول موج‌ها برای جدا کردن منطقی شبکه‌های PON با ساختار تسهیم ساز تقسیم زمانی «TDM PON» استفاده می‌کند (در زیر با نام «PON با اپراتورهای مستقل» نامیده می‌شود).

  • دیگر شبکه از طول موج‌ها برای جدا کردن منطقی کاربران استفاده می‌کند (که در زیر با نام «PON با کاربران مستقل» نامیده می‌شود).

  1. 3 TDM PON جدا شده توسط WDM

ساده‌ترین شکل این نوع از شبکه‌های WDM PON برای ارائه دو سرویس PON منطقی مختلف از طول موج‌ها استفاده می‌کند و شامل نگاشت یک GPON بر روی یک طول موج و یک GPON دیگر بر روی طول موج دیگر است که به طور منطقی دامنه فرکانس آن‌ها از هم جدا می‌شوند. این پیکربندی برای فراهم آوردن امکان وجود GPON و GPON ده گیگابیت در یک زیرساختار است؛ این ساختار در شکل 10.3 نمایش داده شده است.

جداسازی TDM PON با استفاده از طول موج‌های متفاوت می‌تواند به یک محیط با چند اپراتور گسترش یابد، جایی که هر اپراتور می‌تواند GPON منطقی خود را بر روی یک زیرساخت GPON معمولی به کار گیرد. با این حال، مشخصات فعلی و آینده طیف سیستم‌های TDM GPON برای سناریوی با چند اپراتور مناسب نیستند زیرا پیاده‌سازی فرستنده‌های GPON فعلی از کل طیف اختصاص داده شده در استاندارد استفاده می‌کند. این مفهوم در شکل 12.3 نشان داده شده است.