Telekomunikační sítě Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

Transkript

1 Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB-TU Ostrava Telekomunikační sítě Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita Datum: Autor: Ing. Petr Koudelka, Ing. Jan Látal Kontakt: petr.koudelka@vsb.cz; jan.latal@vsb.cz Místnost: N 311 Předmět: Telekomunikační sítě Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

2 Návod k praktickému cvičení z oblasti optických přístupových sítí Cílem praktického cvičení je seznámit studenty s problematikou výstavby optických přístupových sítí OAN (Optical Access Network) na bázi technologie EPON (Ethernet Passive Optical Network). Studenti se v rámci cvičení nejprve seznámí s technologickým vybavením Laboratoře optických přístupových sítí, dále se samotnou technologií EPON (v našem případě GEPON Gigabit Ethernet Passive Optical Network) a prácí s PON powermetrem. Po získání teoretických znalostí studenti provedou kompletní výstavbu PON optické přístupové sítě v laboratorních podmínkách včetně ověření integrity sítě (Triple Play). 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 Uspořádání optické přístupové sítě Základními funkčními celky optických přístupových sítí jsou: o OLT (Optical Line Terminal) optické linkové zakončení: má funkci síťového rozhraní mezi optickou přístupovou sítí a sítěmi telekomunikačních služeb, o ONU (Optical Network Unit) optická ukončující jednotka: má funkci účastnického rozhraní mezi koncovými zařízeními účastníků a optickou přístupovou sítí, o ONT (Optical Network Termination) optické síťové zakončení: jedná se o speciální typ ONU jednotky, která zprostředkovává služby specifické pro jednoho uživatele, o 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 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, o 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, o FTTB (Fiber to the Building): optická vlákna jsou přivedeny až do budov účastníků, kteří jsou připojeni pomocí vnitřních účastnických rozvodů, o 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. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 1 -

3 Obr. 1: Přehled uspořádání optických přístupových sítí podle způsobu ukončení ONU/ONT 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 SDM (Space Division Multiplexing) simplexní přenos s dělením SDM: pro každý směr přenosu optického signálu je použito jedno optické vlákno, o 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), o 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. V České republice (k roku 2011) je z hlediska charakteru optické přístupové sítě nejčastější řešení v podobě OLT-ONU P2P (Point to Point). Optická přístupová síť takového charakteru má pro každého účastníka vyhrazené optické vlákno, což má výhody z hlediska využitelnosti šířky pásma optického vlákna, transparentnosti a fyzického oddělení účastníků. Nevýhodou je nutnost budovat hustou optickou síť. Optickou přístupovou síť musíme také posuzovat z hlediska nákladů CAPEX (Capital Expenditure) a OPEX (Operating Expense). Nároky na management (CAPEX a OPEX) jsou u P2P optických přístupových sítí optimální do účastníků, případně do účastníků, neúnosné při účastnících z důvodů nároky na větší svazky optických vláken/kabelů a správě účastníků. V dnešní době se začíná v České republice prosazovat charakter optické přístupové sítě v podobě OLT-ONU P2MP (Point to Multipoint), respektive PON (Passive Optical Network). Výhodou takovéto sítě je úspora CAPEX a OPEX (sdílení optického vlákna více klienty (typicky 64 účastníků), ovšem za cenu snížení šířky pásma optického vlákna na jednoho zákazníka, snížení bezpečnosti optické přístupové sítě, vyšší cena aktivních prvků OLT a Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 2 -

4 ONU je u větších optických přístupových sítí (např účastníků) kompenzována podstatně větší úsporou na infrastruktuře Porovnání charakteru optických přístupových sítí OLT-ONU P2P a P2MP (PON) o Penetrace a škálovatelnost: P2P: Obsazení portu OLT až při aktivaci zákazníka, škálovatelnost 12/24/48 portů. P2MP: Obsazení portu OLT již při aktivaci jednoho zákazníka, to znamená, že jeden zákazník zablokuje PON pro sebe. Při malé penetraci je rentabilita PON modelu horší (vysoký CAPEX za aktivní prvky). o Aktivace zákazníka: P2P: Při aktivaci zákazníka je nutné zapojit port OLT, dohledat a spárovat port s patřičným optickým vláknem. P2MP: Při aktivaci zákazníka na již oživenou PON není nutné přepojovat vlákna v PoP (Point od Presence). Úspora OPEX a aktivačních nákladů. o Upgrade technologie: P2P: Snadný upgrade aktivních prvků P2P (100Mbit/s na 1GE, 10 GE, atd.), snadný upgrade z P2P na PON, přidáním PON modulu a splitteru, resp. tzv. PON ready. P2MP: Upgrade z PON na P2P jen za cenu nové konfigurace vláknového plánu sítě. Omezený upgrade aktivních prvků PON (např. GEPON na 10GEPON), resp. tzv. P2P not ready. o Měření a analýza optické distribuční sítě ODN při výstavbě: P2P: Jednoduché, transparentní testy. Stačí kontinuita vlákna (červený laser nebo přímá metoda). Nejčastějšími závadami jsou ohyb, zlomené vlákno, špatný svar/mechanická spojka, špinavý/poškozený konektor či prohození pozice vláken. P2MP: Složitější měření, měření útlumu prostřednictvím PON powermetru, útlumu odrazu. Komplikace při měření prostřednictvím OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) přes splittery. Při měření za provozu nutné, aby OTDR disponoval filtrovaným portem na 1625 nm (1650 nm), případné použití externího filtru. o RF distribuce TV signálu jako nástroj pro zvýšení penetrace FTTH zákazníků: P2P: RF video po samostatném vláknu (2 vlákna do FTTH Gateway). P2MP: RF video po stejném vláknu na samostatné vlnové délce 1550 nm (1 vlákno do FTTH Gateway drop demux), kompatibilní s GPON a EPON technologií. Nicméně v praxi často řešeno po samostatném vlákně. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 3 -

5 1.4. Varianty pasivních optických přístupových sítí z hlediska druhé vrstvy RM-OSI V současné době existuje několik vzájemně odlišných variant pasivních optických přístupových sítí, lišících se zejména použitými protokoly a mechanizmy na druhé vrstvě modelu RM-OSI (Reference Model-Open Systems Interconnection). Mezi nejperspektivnější pasivní optické přístupové sítě se řadí zejména varianty GPON (dle doporučení ITU-T řady G.983.x a G.984.x) a EPON (dle IEEE 802.3ah). Obě varianty nabízejí podobné přenosové vlastnosti, jsou však vzájemně nekompatibilní. Základní koncepce vychází ze stejného modelu a rovněž z použití obdobných prvků a principů (tab. 1). Tab. 1: Porovnání nejpoužívanějších variant pasivních optických přístupových sítí.. Varianta PON GPON EPON Standard ITU-T G.984 IEEE 802.3ah Downstream data rate 1,244 nebo 2,488 Gbps 1,000 Gbps Upstream data rate 0,622, 1,244 nebo 2,488 Gbps 1,000 Gbps Payload encapsulation GEM Native ethernet TDM support ano Obvodová emulace Laser on/off» 13 ns 512 ns AGC 44 ns 400 ns CDR nespecifikováno 400 ns AGC (Automatic Gain Control) je automatické řízení zisku, používá se z důvodu problematiky viceúrovňového signálu (přidává a ubírá zesílení, aby měl výstupní signál stejný rozkmit). CDR (Clock and Data Recovery) provádí obnovu hodinového a datového signálu. Hlavním rozdílem mezi GPON a EPON variantami je podpora obvodů TDM. GPON varianta odděluje upstream a downstream do 125 ms rámců. Data v rámcích jsou zapouzdřeny pomocí GEM se segmentační schopností, která umožňuje vytvoření TDM obvodů s garantovanou šířkou pásma 64 kbps. Na druhou stranu EPON varianta umožňuje proměnnou délku rámců v transportní vrstvě RM-OSI. Pro obvodovou emulaci je zapotřebí realizovat pevnou šířku pásma TDM obvodu. Zatímco EPON varianta je optimalizovaná pro přenos ethernetového paketu, zatímco GEM zapouzdření umožňuje snadnější adaptaci na jiný formát signálu. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 4 -

6 2. 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 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). 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 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 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, Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 5 -

7 1000BASE-PX-20-D/U definuje 20 km. Tabulky 2 a 3 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. Tab. 2: Porovnání vlastností EPON vysílačů dle IEEE802.3ah BASE 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. 3: Porovnání vlastností EPON přijímačů dle IEEE802.3ah BASE 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 Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 6 -

8 2.3. PCS vrstva EPON a FEC PCS (Physical Coding Sublayer) je vrstva, která se zabývá linkovým kódováním fyzické vrstvy. EPON definuje symetrickou propustnost 1 Gbps při využití 8B/10B linkového kódování převzatého ze standardu gigabitového ethernetu IEEE 802.3z. Linkový kód 8B/10B přidává režii ve výši 25 %. Kromě přenosu na fyzické vrstvě kód 8B/10B produkuje DC vyrovnaný výkon a dostatek přechod pro snadnou obnovu hodinového signálu. Nicméně díky režii zvyšuje přenosovou rychlost až na 1250 Mbaudps. Použití FEC (Forward Error Correction) je v EPON volitelné. IEEE 802.3ah standard definuje RS (255, 239) blok kódu v PCS EPON vrstvě. To je stejné jako v GPON variantě. Paritní bit je připojen na konci každého rámce. Protože taktovací frekvence se nemění, když je FEC paritní bit připojen k rámci, sníží se datová propustnost. RS (255, 239) nemění informační bity, což umožňuje ONU/ONT jednotce, která nepodporuje FEC, komunikaci s ONU/ONT s podporou FEC. ONU/ONT jednotka bez podpory FEC bude ignorovat paritní bity, i když běží na vyšší bitové chybovosti (BER) MPCP v EPON MPCP (Multipoint Control Protocol) v podvrstvě MPMC využívá MPCP datových jednotek (MPCPDUs) pro vyhledávání a určování funkcí ONU/ONT jednotek. Také poskytuje mechanismus pro upstream MAC řízení mezi více ONU/ONT jednotkami. o Určování obousměrného zpoždění v EPON Proces určování obousměrného zpoždění RTT (Round Trip Time) se měří mezi OLT a ONU/ONT tak, aby OLT mohl vhodně kompenzovat upstream časové úseky komunikace ONU/ONT z důvodů kolize. To je dosaženo prostřednictvím GATE a zprávy MPCPDUs, jak je uvedeno na obr. 3. OLT a ONU/ONT mají nastavené 32-bitové čítače s přírůstkem 16-ti ns časovém kvantu. V procesu určování obousměrného zpoždění OLT odešle zprávu s GATE T1 časovou značkou, která představuje absolutní čas. ONU/ONT obdrží GATE zprávu v čase T2 po předání a obnoví časovač T1. Po zpracování zpoždění, odešle ONU/ONT hlášení v době T3 s časovou značkou: ( T3 2) T 4 = T1+ -T. (1) OLT obdrží hlášení s časovou značkou T4 v absolutním čase T5, jak je zobrazeno na obr. 3. Jak je vidět na obrázku, výsledná hodnota RTT má velikost: RTT = T5 - T 4. (2) RTT je tedy doba, která je vyžadována pro přenos informace od zdroje k cíli a zpět. Zahrnuje čas potřebný pro zpracování informace v cíli a vygenerování odpovědi. Je používán některými směrovacími algoritmy pro výpočet optimální cesty. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 7 -

9 o GATE a provozní zprávy Obr. 3: Proces určovaní RTT v EPON obousměrného zpoždění. GATE poskytuje mechanismus pro OLT, prostřednictvím něhož se určují časové úseky pro komunikaci ONU/ONT jednotek. Na rozdíl od GPON, kde OLT specifikuje star a stop time inkrementovanou po 1 byte, GATE specifikuje start time a délku časového úseku inkrementovanou po 16 ns (odpovídá 2 byte u Gigabit EPON). Obr. 4 ukazuje GATE v provozu. GATE MPCPDU obsahuje časovou značku, start time a délku časového úseku upstream komunikace. Po obdržení GATE v ONU/ONT se aktualizuje časová značka, slot start registru a slot registru časového úseku. Obr. 4: Proces GATE v EPON. V provozní zprávě ONU/ONT informuje OLT s délkou fronty a poskytuje informace pro výpočet času RTT zasláním zprávy MPCPDU. Po obdržení zprávy MPCPDU provede OLT aktualizace ONU/ONT registru délky fronty a RTT registru, jak je uvedeno na obr. 5. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 8 -

10 Obr. 5: Provozní zprávy EPON. o MPCPDU MPCPDU (Multipoint Control Protocol Data Unit) jsou 64 bytů dlouhé MAC rámce bez označení VLAN. Generický formát MPCPDU je uveden na obr. 6. MPCPDU jsou typem MAC rámce Druhý oktet op-kódového pole určuje typ zprávy MPCPDU. Každá zpráva MPCPDU obsahuje 4 oktetovou časovou značku tak, aby OLT a ONU/ONT mohlo průběžně aktualizovat správné načasování. Datová část MPCPDU obsahuje MAC parametry použité při MPCP a nezbytné k udržení nulového prázdného místa 64 bytového rámce. Obr. 6: Generický formát MPCPDU. 3. Měření v optických přístupových sítích při aktivaci služby EPON Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita - 9 -

11 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. 4 zobrazuje porovnání jednotlivých variant PON technologií z hlediska délky trvání časového okamžiku pro komunikaci ONU/ONT v dávkovém režimu. Tab. 4: Délka trvání časového okamžiku pro komunikaci ONU/ONT v dávkovém režimu.. Konfigurace Standard Upstream Byty Bity Délka BPON ITU 983, Mbps ,83 μs BPON ITU 983, Mbps ns GPON ITU 984 1,25 Gbps ns EPON IEEE 802.3ah 1,25 Gbps * 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). V případě instalace tvz. poslední míle provádíme verifikaci na následujících místech: o výstup splitem, o výstup distribučního vlákna (koncový terminál, rozvaděč), o výstup u zákazníka (výstup těsně před ONU/ONT). V případě provádění měření na straně zákazníka jsou limitní hodnoty uvedeny v tab. 5. Tab. 5: Limitní hodnoty optického výkonu PON variant při měření na straně zákazníka. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

12 . ONU/ONT upstream (1310 nm) OLT downstream (1490 nm) VIDEO Cable TV (1550 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) ,6-10,6 6,9 EPON (dbm) 1 2 5, ,6-10,6 6,9 4. Ověření integrity pasivní optické přístupové sítě S rozvojem datových technologií na bázi protokolu IP a rozvojem širokopásmových přístupových technologií na bázi xdsl či optických sítí typu FTTx dochází k větším požadavkům koncových účastníků, zvláště v oblasti služeb Triple Play. Triple Play je název pro obchodní spojení IPTV, VoIP a přístupu k širokopásmovému Internetu (se současným mobilním přístupem pak jako Quadruple Play). Z těchto důvodů je provozovatel pasivní optické přístupové sítě nucen zaručit uživatelům integritu sítě Požadavky VoIP Protokol IP z pohledu VoIP poskytuje službu nazvanou best effort. Protokol se snaží přenést všechny pakety tím nejvhodnějším způsobem. Se vzrůstající hodnotou latence se zvyšuje zpoždění přenosu hlasu. Jakmile dosáhne zpoždění hodnoty přibližně 500 ms, stává se telefonování velice problematické. Tab. 6 popisuje parametry sítě na základě hodnot síťových parametrů. Tab. 6: Parametry sítě na základě hodnot síťových parametrů VoIP.. Parametr sítě Dobrý Akceptovatelný Nevyhovující Zpoždění (Latency) ms ms nad 300 ms Kolísání zpoždění (Jitter) 0 20 ms ms nad 50 ms Ztrátovost (Packet Loss) 0 0,5 % 0,5 1,5 % nad 1,5 % Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

13 4.2. Požadavky IPTV IPTV je definována jako multimediální služba realizovaná na datové síti založené na IP protokolu s poskytovanou úrovní kvality služeb (QoS) a prožitku (QoE), dále také bezpečností, interaktivitou a spolehlivostí. Digitální televizní tok je pak přenášen do televizního přijímače prostřednictvím datové sítě, kde pomocí tzv. IP set-top-boxu (IP STB) na straně uživatele dojde k dekódování přicházejících IP paketů a k převedení viedo toků na plynulý obraz do uživatelova televizního přijímače. Předpokladem úspěchu služby IPTV je subjektivní kvalita vnímána uživatelem. Bude-li kvalita špatná, zákazník si vybere jiný způsob příjmu televizního vysílání. Proto je nutné zajistit, aby byl obraz vizuálně čistý a bez výpadků. Kvalita služeb (QoS) se určuje z technických vlastností sítě a dovoluje poskytovatelům IPTV garantovat a kontrolovat kvalitu nabízených služeb. Přenášené video toky mohou být v různých formátech (SDTV a HDTV) a s použitím různé komprese (MPEG-2, MPEG-4/H.264). Tab. 7 popisuje parametry sítě na základě hodnot síťových parametrů. Tab. 7: Parametry sítě na základě hodnot síťových parametrů IPTV.. Parametr sítě Zpoždění (Latency) Kolísání zpoždění (Jitter) Ztrátovost paketů (Packet Loss) Tolerance PLR (60 min.) SD MPEG-2 < 200 ms < 50 ms 7 60 min. 5, SD MPEG-4 < 200 ms < 50 ms 5 60 min. 7, HD MPEG-2 < 200 ms < 50 ms min. 1, HD MPEG-4 < 200 ms < 50 ms min. 1, PLR (Packet Loss Ratio) je poměr ztracených paketů. Jedná se o přísné kvalitativní měřítko pro poskytování video toků ve vysoké kvalitě. IP datový signál má různé nároky na přenos v datové síti. Obr. 7 a obr. 8 znázorňují, v jakých místech a jaké chyby mohou nastat na přenosové cestě při distribuci video toku k uživateli a jaké jsou následky na výsledný obraz a zvuk Ověření integrity pasivních optických přístupových sítí Ověření integrity pasivních optických přístupových sítí, respektive přístupových sítí obecně, se provádí z důvodů připravenosti sítě pro nasazení požadovaných služeb. Metodiky pro posuzování integrity sítí jsou např.: o Out of Service Benchmarking RFC 2544 (64 až 1518 bytů), o ITU-T Y.1564 EtherSAM (od roku 2010, orientovaná na služby, QoS). Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

14 Obr. 7: Místa vzniku chyb na přenosové cestě. Obr. 8: Parametry z hlediska chybovosti IPTV Out of Service Benchmarking RFC 2544 Od roku 1999 nahrazuje starší RFC 1944 z roku Obsahuje popis výkonnostních testů síťových zařízení a formátů prezentace jejich výsledků. Metodika RFC 2544 definuje možnosti nastavení velikosti rámců a dále se zaměřuje na popisované testy, které by měli být provedeny několikrát. Jako minimum dokument uvádí 7 rozdílných rámců (64, 128, 256, 512, 1024, 1280 a 1518 bytů). V rámci RFC 2544 se provádí testování následujících parametrů: o Troughput = propustnost, o Back to back (Burstability) = zatížitelnost, o Packet Loss = ztrátovost, o Latency = zpoždění. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

15 5. 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. 9. Obr. 9: Rozmístnění a popis jednotlivých technologií v datovém rozvaděči Rack N 311. 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. 10. Obr. 10: 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 Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

16 na vlnové délce 1310 nm (citlivost -30 dbm). Maximální vzdálenost 20 km. Maximální příkon 50 W. Modul je zobrazen na obr. 11. Obr. 11: Modul GEPON EPON2 (TN-118-B). Allied Telesis EPON řešení umožňuje: o vrstva 1 RM-OSI: 2 OLT porty, 32 ONU/ONT jednotek na jeden OLT port, 1 Gbps backplane, SFP moduly do vzdálenosti 20 km, o vrstva 2+ RM-OSI: 4092 VLAN, kde maximum na jednu jednotku ONU/ONT je 5 Q- VLAN MAC na jednu jednotku OLT, směrování na vrstvě 2, IP multicast s malými limitacemi (IGMP agregace, 512 multicast skupin (80 na jednu ONU/ONT), o QoS: 1 CoS na VLAN ve směru ONU/ONT OLT (upstream). OLT optická specifikace pro SFP EPON modul má následující parametry: o Fiberxon SFP FTM-9712S-SL20, o kompatibilita s IEEE 802.3ah 1000BASE-PX20-D, o provozní podmínky 0 až 70 C, o optický výkon (1480 až 1500 nm): min TX výkon = 2 dbm (end of Life), max TX výkon = 7 dbm, o citlivost fotodetektoru (1310 nm): max RX citlivost = -30 dbm, min RX = -10 dbm, min RX zničení = 0 dbm. Schéma celé EPON karty je uvedené na obr. 12. Obr. 12: Schéma zapojení karty EPON. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

17 6. Postup měření experimentální úlohy V Laboratoři optických přístupových sítí se nachází celkem 5 experimentálních pracovišť (EP). Jedno experimentální pracoviště je určeno pro 2 studenty a je spojeno s centrálním datovým rozvaděčem dvojicí vláken normy ITU-T G.652 D a dvojicí vláken ITU-T G.657.B3, viz obr. 9. Cvičení bude prováděno po dvojicích, respektive na jednom experimentálním pracovišti se můžou nacházet maximálně 2 studenti. Před každým cvičením bude zapojena cvičícím jiná konfigurace optické distribuční sítě. Na experimentálním pracovišti se bude nacházet ONU jednotka AT-ON1000, viz obr. 13. Obr. 13: ONU jednotka AT-ON1000. Optické spojení OLT jednotky MiniMAP 9102, splitterů, simulované optické trasy a ONU jednotky bude před výukou nachystáno. Úkolem studentů bude celou pasivní optickou přístupovou síť EPON zprovoznit, změřit útlumovou bilanci na straně zákazníka (před ONU jednotkou) a integritu sítě pro nasazení služby Triple Play (RFC 2544) Zprovoznění EPON Cvičící uvede do provozu OLT jednotku MiniMAP 9102 a na jeho pokyn studenti zapojí ONU jednotky AT-ON1000 do elektrické sítě. Další kroky provádí studenti pouze na pokyn cvičícího. o Připojení přes RS-232 sériový kabel a zprovoznění ONU jednotky 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 Baud rate: 9600 bps o Data bits: 8 o Parity: None o Stop bits: 1 o Flow kontrol: None Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita

18 3) Vyplňte přihlašovací údaje: o Name: officer o Password: officer 4) Pomocí příkazu: o show system zkontrolujte nastavení OLT jednotky, dále pomocí příkazu: o show interface zkontrolujte přítomnost modulu EPON a číselné označení portů. 5) Nastavte IP adresu pro rozhraní modulu EPON příkazem: o set interface <zjištěné číslo rozhraní EPON> epon ipaddress= ) 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 útlumové 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 PPM- 350B (základní model). Zapojení student provádí pouze pod kontrolou vyučujícího. 2) Vyhodnoťte naměřené hodnoty. o Analýza integrity sítě RFC ) Zapojte analyzátor EXFO AXS 200/850 do portu 4.0 OLT jednotky. Na analyzátoru nastavte Smart Loopback. 2) Druhý analyzátor EXFO AXS 200/625, případně AXS 200/850 zapojte do výstupu ONU jednotky a proveďte měření podle standardu RFC ) Vyhodnoťte naměřené hodnoty. Optické přístupové sítě OAN na bázi technologie EPON a jejich integrita