Prototipul SuperPON:
O cautare asupra posibilelor cai de dezvoltare
pentru retelele de acces optice
I. Van de Voorde si C.M. Martin, Centrul de cercetare al companiei Alcatel
J. Vandewege si X. Z. Qiu, IMEC - INTEC
ABSTRACT
INTRODUCERE
In ultimii ani, s-a observat o crestere a numarului de componente optice de ultima ora in cadrul retelei principale. Amplificatoarele optice sunt dezvoltate intr-un ritm alert pentru a creste numarul intinderea suportate, si conexiunile de 10 Gb/s au devenit de acum realitate. In completare , dimensiunea lungimii de unda a fost exploatata pentru a creste capacitatea legaturii la peste 100 Gb.
Datorita ultimelor realizari, costul componentelo 13513e48n r se asteapta sa scada pe masura ce se perfectioneaza si sunt cerute pe piata cantitati mai mari. Din aceasta cauza acum putem sa cantarim in ce masura aceste tehnologii isi vor aduce aportul la arhitecturile viitoare ale retelelor de acces.
Astazi sunt dezvoltate primele retele optice de acces de banda larga. In 1998 ITU (International Telecommunication Union) a standardizat sistemul de transport pe o retea APON in cadrul G.983.1. Consortiul FSAN (Full Service Access Network) serviciu de acces complet intr-o retea) a indicat APON ca fiind cea mai buna arhitectura pentru dezvoltarea FITL (fiber in the loop) de banda larga. Principalele caracteristici ale sistemului sunt reprezentate in figura 1.a.
Sistemul de transport permite pana la 64 de unitati de retea optice (ONU- Optical Network Units) sa fie conectate la o structura de tip arborescent, cu o lungime de pana la 20 Km. Largimea de banda, care poate fi impartita flexibil intre ONU este de: 622Mb/s in aval sau 155 Mb/s in amonte. Terminatia liniei optice (OLT-Optical Line Termination) colecteaza traficul APON de la ONU-uri la nodul de acces.
Unii operatori au de gand sa faca primele incercari cu sistemele compatibile cu G.983.1. Dintre acestea una dintre cele mai importante este incercarea FTTH(fiber to the home), sustinuta de NTT. Este de la sine inteles ca arhitectura APON este alegerea tehnologica facuta pentru dezvoltarea FTTH. De aceea este important sa vedem cum pot fi imbunatatita performantele retelei APON.
In cadrul proiectului PLANET(Photonic Local Acces NET-work) [2] al EU-ACTS (Advanced Communication Techonolgies and Services), cautam posibilitati de imbunatatire a unui G.983- ca sistemul APON, la nivel ariei de acoperire, factor de divizare, numarul de ONU suportate si debit. Arhitectura de baza este reprezentata in figura 1.b. Imbunatatirile propuse sunt in principal sustinute de 3 factori:
●Cresterea ariei de acoperire poate suporta consoloidarea asteptata a nodurilor de comutatie in reteaua de baza si are ca rezultat costul redus pentru exploatarea retelei.
●Fiber to the cabinet
plant (FTTC) poate fi extinsa pana la domiciliu introducand un divizor cu
amplificare optica. Dezvoltarea intalnita la tehnologia APON-urilor
conventionale va avea ca efect instalarea a mai multor fibre si a mai multor
placi terminale de linie.
●Castigul in eficienta banzii datorita multiplexarii statistice creste odata cu numarul de utilizatori conectati la o singura terminatie de linie.
Componentele optice deja dezvoltate la nivelul retelelor de baza sunt evaluate pentru a putea obtine un debit, o banda si o multiplexare mai buna. Am realizat un prototip numit SuperPON, care satisface toate cerintele si care va fi operational in primul sfert al anului 2000. Arhitectura SuperPON-ului este descrisa in urmatoarele paragrafe, fiind explicate si principalele provocari tehnice. Avantajele financiare si posibile scenarii pentru viitor sunt deasemeni atent analizate. Este prezentat in final un rezumat asupra prototipului realizat si posibile planuri pentru viitor.
ARHITECTURA SuperPON SI SISTEMUL TRANSPORT
Asa cum a fost mentionat si in intoducere, arhitectura SuperPON suporta o extindere mare, un factor mare de multiplexare ridicat si o capacitate mare a largimii de banda.Toate aceste cerinte sunt reunite intr-un buget optic de mare putere .
O cale directa de a mari puterea este de a introduce amplificatoare optice in arhitectura PON-ului.Un avantaj important al folosirii amplificatoarelor optice in locul dispozitivelor electronice este transparenta lor la format, debit, lungimea de unda si modalitatile simple de management.
Pentru imbunatatirea capacitatii s-a ales sa se exploateze dimensiunea timp imbunatatind debitul pana sa se ajunga la solutia multiplexarii lungimii de unda. Principalul motiv pentru care s-a ales aceasta solutie este acela ca aceste componentele opto-electrice de debit mare sunt mult mai rentabile decat componentele E/O selectoare al lungimii de unda.
PROVOCARI TEHNICE MAJORE
Formatul celulelor din amonte
In amonte sunt suportate doua tipuri de celule si anume, celule de date, ce transporta celule ATM si minisloturi care transporta date cu lungimea de 4 octeti. Mini sloturile pot fi folosite de exemplu pentru interogarea eficienta a ONU, asa cum vom detalia mai tarziu cand vom discuta despre protocolul MAC.
Asa cum se arata in figura 3,
la fiecare celula din fluxul trimis ii este adaugat un preambul de 3 octeti.
Acesta are 3 functii. Prima parte a preambulului este folosit ca timp de
garda(ceas de garda), pentru a corecta nesincronizarile de timp si intarzierile
de comutare datorate timpului necesar de comutare al laserului si al
amplificatoarelor optice. A doua parte este rezervat pentru (pattern)
sincronizarii pentru scopul de sincronizare in timp la OLT. Din moment ce decalajul
intre terminatia de linie si unitate de retea optica este in limitele a un bit
de-a lungul initializarii, atunci este nevoie de o resincronizare de bit la
inceputul fiecarui pachet si nu de o resincronizare de octet sau de pachet. In
cadrul SuperPON demonstrator, am reusit o sincronizare burst-mode la un debit
de 311 Mb/s, folosind o tehnologie CMOS de 0.35 µm. In final, preambulul
contine si un byte denumit piggyback, care este folosit pentru protocolul MAC.
Amplificatoare Optice
Pentru ca
fluxul trimis foloseste unde continue se folosesc amplificatoare de fibra
dopate cu erbium. In ultima vreme aceste amplificatoare sunt larg folosite in
conexiuni intre noduri, avand caracteristici zgomotul redus si castigul mare. Pe de alta parte acestea sunt
caracterizate de o
Amplificatoarele optice de tip semiconductor(SOA-semiconductors optical amplifiers), care in principiu constau dintr-o stuctura laser fara oglinzi, ofera avantajul de a fi conectate sau nu intr-un interval de ordinul nanosecundelor[5]. In prezent acestea sunt folosite in principal in dispozitivele de comutare optice. Orisicum, in aplicatiile SuperPON, SOA trebuie sa suporte deasemeni un castig suficient de mare care cere controlul unui curent de comanda destul de ridicat de ordinul a 100 mA.
Diagrama bloc in amonte este
data in figura 4a, in care doua surse de curent separate sunt folosite sa
serveasca celulor succesive.Una din surse este activa in timp ce cealalta
pregateste caracteristicile curentului a urmatoarei celuli ce trebuie
procesata. Figura 4b arata comutarea rapida intre doua celule succesive care au
fiecare o alta valoare a castigului care trebuie setata.S-a obtinut un tmp de
comutatie mai mic de 25 ns. Cea mai mare parte din timpul de stabilire este
consumat de alternarea surselor de curent, care genereaza curentul SOA.O parte
mai mica (6 ns) se datoreaza intarzierii de start optice.
Momentul de comutare al SOA este determinat de OAM-ONU. Acest ONU reaseaza informatia de timp si ONU ID(identificator) pentru a comuta SOA, pentru a seta castigul corect si pentru a controla evolutia castigului in functie de ONU ID. Din moment ce este folosit ONU standard, acesta este sincronizat la calea aval, si primeste toate informatii de control pentru aval. Intr-adevar se pot monitoriza care ONU au accesul asigurat la calea amonte la un moment anume de timp. Circuitele optice de detectie pentru inceperea unui pachet pe amonte nu sunt complicate. Deasemeni aceste circuite sunt dependente de debit si introduc pierderi aditionale pe amonte. In plus folosirea ONU standard la nivelul amplificatoarelor ofera avantajul transportului informatiei OAM printr-un canal de monitorizare situat in banda.
Setarea castigului a SOA realizat urmarind puterea de iesire a SOA de-a lungul celulelor OAM ale nivelului fizic al amontelui de administrare si intretinere(PLOAM). Aceste celule PLOAM contin o secventa de unu si zero pentru a permite masurarea valorilor limita(maxim si minim) ale ONU. Masurarea sincrona permite urmarirea schimbarilor castigului SOA cu temperatura si imbatranirea. Placa ORU amonte mai include si o serie de senzori care masoara temperatura mediului ambiant si a cipului SOA si gradul de racire si curentii de comanda.Este generat un semnal de alarma daca vreuna din valori depaseste limita maxima.
Receptorul amonte burst-mode
Pentru
transmisia optica in modul burst-mode apare o problema a varierii nivelului DC
de la rafala la rafala. In sistemul SuperPON acest efect este accentuat la
receptie prin introducerea amplificatoarelor optice.
Protocolul MAC
Sistemul APON poate fi considerat ca un multiplexor distribuit care multiplexeaza fluxurile ONU in OLT si respectiv fluxurile VP/PC (bazate pe ATM) in ONU. Pentru a asigura o eficienta mai buna si pentru a preveni coliziunile, multiplexarea per ONU cere controlul general al OLT. Controlul sistemului se numeste protocolul MAC. Datorita numarului mare de utilizatori in sistemul SuperPON este foarte important sa se poata valorifica avantajul multiplexarii de surse cu debitul variabil.Aceasta e de folos mai ales in cazul traficului in rafala ca TCP/IP. Largimea de banda trebuie sa fie alocata ONU-urilor intr-un mod dinamic. Asadar alocarea largimii de banda depinde de informatia in timp real referitoare la starea curenta a cozilor formate la ONU si nu numai de parametrii transferati in timpul initializarii. Implementarea MAC va afecta ONU si OLT ca in figura 5[7].
Fezabilitatea economica si termenii scurti de dezvoltare
Fezabilitatea economica a SuperPON-ului a fost estimata evaluand costul de productie si comparandul cu conventionalele tehnologii APON+SDH(synchronous digital hierarchy-ierarhir deigitala de sincronizare-) si cu termenii scurti de dezvoltare ai arhitecturii SuperPON. Costurile producatorilor s-au bazat pe costurile de instalare si pe cele de intretinere.
Costurile componentelor s-au
evaluat luand componentele de baza din blocurile prototipului. Costurile de
operare si intretinere s-au facut de jos in sus, adica luand in calcul consumul
de putere, spatiul necesar instalarii, costul reparatiilor si taxele.
Evolutii
In viitor s-ar putea sa nu fie de ajuns capacitatea nou dezvoltatului SuperPON, utilizatorii dorind sa aiva o capacitate mai mare.Cei ce fac afaceri ar putea cere chiar o legatura directa SDH sau o legatura total optica la reteaua de baza fara a mai trece prin OLT si prin echipamentul ACC (Atm cross-connect). Acestea sunt principalele motive pentru care sa propunem imbunatatirea WDM a SuperPON-ului.[9].
S-au identificat urmatoarele categorii de utilizatori:
1.Utilizatorii SuperPON-ului pentru care largimea de banda a fluxului direct nu le este suficienta
2.Utilizatori rezidenti, care in plus subscriu la servicii distributive
3.Utilizatori, care au nevoie de capacitati mari, datorita cererilor mari de largime de banda si care doresc o conexiune directa la retea. Aceasta s-ar putea intampla intr-un timp mediu fie printr-o legatura SDH impartita, fie printr-o legatura total optica pe o anumita lungime de unda prin OCC(optical cross connect) pe termen lung. Este de asteptat sa fie nevoie si de srvicii care necesita un debit simetric. Este de asteptat si o crestere a cererii a unei largimin de banda asimetrice din partea providerilor de servicii internet sau a unui provider din reteaua de acces. Acesti utilizatori isi pot retine conexiunile existente in OLT.
4.Utilizatori care au activitati in sfera comerciala, care din motive de securitate sau datorita constrangerilor arhitecturale au nevoie de o legatura total optica pe o lungime de unda dedicata, care sa ocoleasca amplificatorul distribuitor,care este impartit cu ceilalti utilizatori.
Aceste tipuri de utilizatori pot fi serviti folosind imbunatatirile arhitecturii de acces intr-o retea WDM SuperPON.
Concluzii
Articolul a prezentat o evolutie posibila in domeniul accesului la retea si pe care am studiat-o in cadrul proiectului ACTS PLANET. S-a aratat ca tehnologia care sa imbunatateasca debitul, factorul de divizare si range-ul ale retelelor optice pasive bazate pe ATM exista si sunt dezvoltate. Studiul de fezabilitate economica a aratat ca se pot face imbunatatiri in ceea ce priveste costul de operare si intretinere, dar costul componentelo 13513e48n r ramane totusi ridicat. Orisicum este de asteptat ca aceasta tehnologie sa fie introdusa in reteaua de acces dupa 2005. Conceptul de aces optic general poate deveni realitate cu ajutorul unei noi dimensiuni: dimensiune a lungimii de unda.
In final ne-a fost demonstrat ca prototipul SuperPON a ajuns la deplina sa maturitate de testelor facute in cadrul proiectului european ACTS PELICAN.
Multumiri
Autorii ar dori sa multumeasca colegilor si partenerilor de la proiecte europene PLANE si PELICAN pentru suportul lor consisitent. Ambele proiecte sunt sponsorizate prin programul ACTS.
|
