Technologie ostatniego Technologie ostatniego kilometra(mili)kilometra(mili)

(1)

Akademia Górniczo – Hutnicza

Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej

Autor:

Zakład Informatyki Przemysłowej Zakład Informatyki Przemysłowej

Technologie ostatniego Technologie ostatniego

kilometra(mili) kilometra(mili)

Jarosław Durak

(2)

Zakład Informatyki Przemysłowej, WMiIM, AGH

• ISDN

• EFM

• EPON

• XDSL

• • CATV

(3)

ISDN ISDN

●

ISDN jest siecią wąskopasmową(do 2,048Mbit/s)

●

BISDN – szerokopasmową (Broadband)

●

Tryb komutacji kanałów(obwodów) jest trybem przesyłania danych w czasie

rzeczywistym(transmisja mowy).

●

Tryb komutacji pakietów jest trybem

przesyłania danych „z opóźnieniami” .

(4)

ISDN ISDN

● Usługi ISDN

●

bazowe,

●

teleusługi,

●

usługi dodatkowe

(5)

ISDN ISDN

●

Bazowe określają możliwości sieci w

zakresie transmisji informacji cyfrowej w różnych trybach, z różną szybkością.

●

Teleusługi - te, do których ma dostęp użytkownik: fonia, dane, tekst, obraz

●

Dodatkowe: np. identyfikacja numeru

●

Kanały do dyspozycji usług: 64,

2x64,384,1536,1920kb/s

(6)

ISDN ISDN

• kanał B: przepływność 64kbit/s

• (fpr=8kHz, 8kHz*8bitów=64kb/s, tp=125ms),

• kanał D: 16kb/s lub 64kb/s, kanał sygnalizacyjny

• kanał H:(rodzina)

• H0=384kb/s, H11=1536kb/s,

H12=1920kb/s;BISDN:H2=30Mb/s,H3=70 Mb/s,H4=140Mb/s

•

(7)

ISDN ISDN

• Rodzaje dostępów w ISDN

• podstawowy 2B+D(BRA - Basic Rate)

– 2 kanały 2kierunkowe B z pełnym duplexem, (całk. przepł. 2*64+16=144kb/s)

– Dodatkowo wprowadza się bity ramkowania synchronizacji (całk. przepł. = 192kb/s)

• pierwotny:

– USA(PCM24)- T1- 23B+D64=1544kb/s=1,5Mb/s – Europa(PCM30/32)- E1-30B+D64=2048kb/s=

2Mb/s

– synchronizacja- 64kb/s

(8)

ISDN ISDN

• Protokoły w ISDN

●

wielorakie powiązania protokołów w kanałach B i D

– różnorodność wywołań (różnego typu informacji: głos, text, obraz, dane)

●

połączenia wielopunktowe

(9)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• Zalety

– Odpowiada na teraźniejsze i przyszłe potrzeby

dotyczące transmisji aplikacji video, danych i głosowych – Najbardziej efektywna technologia przeznaczona do

usług transmisji danych

– Prosty, ogólnie zaakceptowany standard zapewniający współdziałanie z pozostałymi elementami sieci

(interoperability) – Prace nad EFM

• IEEE TF 802.3ah

• EFMA (Ethernet in the First Mile Alliance)

(10)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• Zalety

(11)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• Zalety

– Najbardziej efektywna technologia przeznaczona do usług transmisji danych

• Skalowalność

• Jeden protokół end-to-end

• Jedno podejście do różnych architektur sieci

(12)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• Zalety

• Jeden protokół end-to-end

(13)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• Zalety

• Jeden protokół end-to-end

(14)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• Zalety

• Jedno podejście do różnych architektur sieci

(15)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• 802.3ah

– EFM Copper (EFMC), wykorzystanie istniejącego okablowania Cat3, >=10Mbps, >=750m

– EFM Fiber (EFMF), jednomodowy światłowód, 100/1000Mbps, >=10km

– EFM PON (EFMP), światłowód jednomodowy, 1000Mbps, <20km

– EFM Hybrid (EFMH) – łączenie powyższych topologii w specyficznych dla operatora

przypadkach

(16)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• EFM Copper (EFMC)

– Połączenie punkt-punkt

– Obecne rozwiązania bazują na ATM przesyłanym poprzez DSL

– EFMC eliminuje ATM (Ethernet over DSL) – Koegzystowanie PSTN, ISDN, ADSL w tym

samym okablowaniu

(17)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• EFM Fiber (EFMF)

(18)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• EFM PON (EFMP)

– EFMP – standardyzacja technologii Ethernet PON (EPON)

– Pasywna infrastruktura optyczna w sieci

dostępowej, redukcja liczby światłowodów

– Połączenie typu punkt-wiele punktów

(19)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• EFM PON (EFMP)

(20)

Ethernet in the First Mile Ethernet in the First Mile

(EFM) (EFM)

• EFM – komplementarność odmian

(21)

EFM EFM

• Relacje istniejących standardów Ethernetu do EFM

(22)

EPON EPON

• Ethernet Passive Optical Network (EPON)

• ATM PON

– Połowa lat 90, prace nad FSAN (Full Service Access Networks)

– ITU G.983

• Ethernet PON

(23)

EPON EPON

• Architektura

– Światłowód jednomodowy – Elementy pasywne:

• Splitery, łączniki – Elementy aktywne

• OLT (Optical Line Termination) – po stronie operatora

• ONU (Optical Network Unit) – po stronie

abonenta

(24)

EPON EPON

• Architektura

(25)

EPON EPON

Aktywne elementy EPON

– Maks. 64 moduły OUN / moduł OLT – Central Office Chassis:

• Interfejs EPON - WAN/video/telefonia

– Optical Network Unit

– Element Management System

• FCAPS (full range of Fault, Configuration,

Accounting, Performance, Security)

(26)

EPON EPON

• EPON – strumień do abonenta

• Pakiety IEEE 802.3 (<=1518b)

• Pakiety wysyłane są do wszystkich ONU

• Pakiety przypisane są do ONU

• Broadcast, multicast

(27)

EPON EPON

• Strumień zwrotny (od abonenta)

• Pakiety IEEE 802.3 (<=1518b)

• TDM (Time Division Multiplexing)

• Sloty czasowe przypisane są do

odpowiednich ONU – aby uniknąć kolizji

(28)

EPON EPON

• Wersje optyczne

– Two-wavelength EPON

• Dane, video, głos, IP-SDV (IP switched digital video)

• 1510 nm downstream

• 1310nm upstream

(29)

EPON EPON

• Wersje optyczne

– Three-wavelength EPON

• RF video services (CATV), DWDM

• 1510nm downstream, 1310nm upstream, 1550nm downstream video (MPEG2, QAM)

• DWDM:1510nm downstream, 1310nm

upstream, 1550nm niewykorzystany

(30)

xDSL xDSL

(31)

xDSL xDSL

Do abonenta Do sieci 13 do 52 Mbps

1,5 do 2,3 Mpbs Very high data rate

DSL VDSL

VDSL2

Dostęp do Internetu, VOD Do abonenta

Do sieci Od 0,5 do 25 Mbps

Od 16 do 640 kbps Asymetric DSL

ADSL ADSL2/2+

T1/E1,dostęp LAN, WAN Dupleks

Dupleks 1,544 Mpps

2,048 Mbps Single Line DSL

SDSL

T1/E1,dostęp LAN, WAN Dupleks

Dupleks 1,544 Mpps

2,048 Mbps High data rate DSL

HDSL

Usługi ISDN Dupleks

160 kbps Digital Subscriber

Line DSL

Transmisja danych Dupleks

1200bps do 56kbps Modemy pasma

głosowego V.22,V.32,V.34,V.

Zastosowanie Tryb

Prędkość transmisji Opis

Nazwa

Wektoryzowane

VDSL2 >0,5Gbps Norma 2009r

Na dyst < 1,5 mili

(32)

xDSL xDSL

• Podstawowe elementy połączenia

(33)

xDSL xDSL

(34)

xDSL xDSL

(35)

xDSL xDSL

• Kodowanie CAP

– (carrier amplitude phase modulation) niestandardowa odmiana QAM

– 25 – 160 kHz, 240kHz do 1,5MHz

(36)

xDSL xDSL

• kodowanie DTM

– (discrete multi-tone modulation)

(37)

ADSL ADSL

• 07/2002: ANSI T1.414i2 ITU G.992.1 (G.DMT) G.992.2 (G.Lite)

– FDD – Frequency Division Duplex

• G.992.1 12/1,3 Mb/s

• Annex A – ADSL na linii analogowej

– 12/1,3 Mb/s

– 25,875 – 138 kHz od użytkownika – 138 – 1104 kHz do użytkownika – Modulacja CAP lub DMT

– Podział na kanały po 4,3125 kHz jakość tych kanałów jest testowana na etapie negocjacji połączenia (S/N) dla DMT

• Annex B – ADSL na linii ISDN

– 12/1,3 Mb/s

• G.992.2 1,5/0,5Mb/s

(38)

ADSL ADSL

(39)

ADSL2 ADSL2

• 07/2002: ITU G.992.3 Annex J, Annex L G.992.4 – ADSL2

– 12 Mb/s do i 3,5 Mb/s od (min 8Mbps/800kbps) – Ulepszona modulacja QAM

– Polepszone współdziałanie z innymi elementami sieci – Polepszone osiągi

– Adaptacja przepustowości do możliwości sieci (crosstalk)

– Diagnostyka – Zużycie energii

– Możliwość łączenia wielu par w jeden kanał (bonding) – Możliwość wydzielenia kanałów głosowych TDM

(Channelized Voice over DSL - CVoDSL)

(40)

ADSL2/2+

(41)

ADSL2/2+

(42)

ADSL2+

• 07/2002: ITU G.992.5 Annex M,

– Zwiększenie przepustowości do uż. (downsteam) do ok 25Mb/s przy 1,5 Mbps up

– Dwukrotne zwiększenie zakresu częstotliwości – Annex M

• Zwiększeni uploadu do 3,3 Mb/s

(43)

ADSL2, ADSL2+

(44)

ADSL2/2+

• 25 Mbit/s ~300 m

• 24 Mbit/s ~600 m

• 23 Mbit/s ~900 m)

• 22 Mbit/s ~1.2 km

• 21 Mbit/s ~1.5 km

• 19 Mbit/s ~1.8 km

• 16 Mbit/s ~2.1 km

• 1.5 Mbit/s ~4.5 km

• 800 kbit/s ~5.2 km

(45)

ADSL2/2+

•

(46)

ADSL2/2+ zużycie en.

(47)

ADSL2/2+

• Redukcja przesłuchów – wykorzystanie

wyższego pasma w ADSL2+

(48)

VDSL VDSL

• Very High BitRate DSL

– Wprowadzony w 2001 jako ITU G.993.1 – Może wykorzystywać parę skręconych lub

nieskręconych przewodów miedzianych

– Umożliwia symetryczną bądź niesymetryczną transmisję fullduplex

– Maksymalna transmisja rzędu 100Mb/s

(49)

xDSL xDSL

(50)

VDSL2 VDSL2

• Very High BitRate DSL 2

– Wprowadzony w 2006 jako ITU G.993.2 – Może wykorzystywać parę skręconych lub

nieskręconych przewodów miedzianych

– Umożliwia symetryczną bądź niesymetryczną transmisję fullduplex

– Pasmo do 30MHz

– Maksymalna transmisja rzędu 250Mb/s

• 0,5km – 100Mb/s

• 1km – 50Mb/s

• >1,6 km jak ADSL2

– Nie jest ograniczony do lokalnej pętli abonenckiej

(51)

VDSL2 VDSL2

• Very High BitRate DSL 2

Profil Pasmo liczba szerok. Moc prędkość MHz kan. kanału dBm Mb/s

kHz

– 8a 8,832 2048 4,3125 +17,5 50

– 8b 8,832 2048 4,3125 +20,5 50

– 8c 8,5 1972 4,3125 +11,5 50

– 8d 8,832 2048 4,3125 +14,5 50

– 12a 12 2783 4,3125 +14,5 68

– 12b 12 2783 4,3125 +14,5 68

– 17a 17,664 4096 4,3125 +14,5 100

– 30a 30 3479 8,625 +14,5 100

(52)

Wketoryzowane VDSL2 Wketoryzowane VDSL2

• Very High BitRate DSL 2

– Wektoryzacja pozwala na zmniejszenie przesłuchów sąsiednich kanałów

– Zwiększenie prędkości pow 0,5 Gb/s

– Planowany standard 2009r

(53)

CATV CATV

• Tradycyjna sieć telewizji kablowej

ITU G.993.1

(54)

CATV CATV

• Sieć hybrydowa HFC (Hybrid Fiber Coaxial)

(55)

CATV CATV

• MCNS - Multimedia over Coax Alliance

– MoCA 1.0 2006

– MoCA 1.1 (2008) 175Mbps

• Specyfikacja: DOCSIS 10/1.1, 2.0, 3.0

• (Data Over Cable Service Interface Specification)

• 802.14 – Multimedia Network Group

• Hybrydowe optyczno miedziane

(56)

CATV CATV

• DOCSIS

– Inicjatywa operatorów kablowych w celu

stworzenia standardu dla modemów kablowych – Organizacja Multimedia Cable Network System

(MCNS)

– DOCSIS znormalizowanie transmisji danych poprzez dwukierunkowe sieci HFC

– Przyjęty jako międzynarodowy standard, ITU J.112

– CableLabs - administracja procesami

standaryzującymi DOCSIS i certyfikacja sprzętu

(57)

CATV CATV

• DOCSIS – Schemat blokowy

– Podstawową funkcją modemów kablowych systemu DOCSIS jest przezroczysta

transmisja pakietów IP pomiędzy stacją czołową a wyposażeniem abonenta

– System zbudowany jest z:

• Cable Modem Termination System (CMTS) wyposażenie operatora

• Cable Modem (CM) czyli urządzenia abonenckie

(58)

CATV CATV

• DOCSIS – Schemat blokowy

(59)

CATV CATV

PSTN

Backbone Network

Telco Return Access Concen-

trator (TRAC)

Generic Headend Switch or Backbone Transport Adapter

Local Server Facility

Remote Server Facility

Cable Modem Termination System

Mod

Demod

Data Over Cable System OSS Interface, DOCS-OSSI

Security &

Access Controller Data Over Cable

Security System (DOCSS) Cable Modem Termination System Network Side Interface,

CMTS-NSI

Upstream splitter and filter

bank

Tx Rx

Cable Modem Termination System Upstream RF Interface

50–860MHz

5–42MHz Cable Modem Termination System

Downstream RF Interface

Video 1 Video 2

Data .

Data . . .

Distribution Network

NodeO/E NodeO/E

NodeO/E Fiber

Telco return

Cable Modem Telco Return Interface, CMTRI Coax

Cable Modem

Customer Premise Equipment

Cable Modem to RF Interface,

Cable Modem to CPE Interface,

CMCI

WAN WAN Copper Pairs, DS1 or DS3

Network Termination

Distribution Hub or Headend

Operations Support System

.

Combiner

Removable Security

Module

(60)

• Dwukierunkowa sieć RF

– Umożliwia szybką transmisję danych w obu

kierunkach “downstream” i “upstream” poprzez sieć HFC

– DOCSIS zdefiniowany standard specyfikujący transmisję danych poprzez sieć HFC

• Sieć Telco-return

– Oparta na jednokierunkowej sieci CATV

– Umożliwia szybki transport danych do abonenta – Wykorzystuje rozwiązania dial-up do transmisji

od abonenta

– Architektura Telco-return objęta specifkacją

DOCSIS

(61)

• Downstream

– Modulacje i schemat kodowania

zdefiniowane przez ITU J.83 Annex-B:

• 30 Mbps z 64-QAM

• 42 Mbps z 256-QAM

• 6 MHz na kanał (channelization)

• Zakres częstotliwości 88 - 860 MHz

(62)

• Upstream

– Mechanizmy F/TDMA dostępne w kierunku “upstream” w warstwie fizycznej:

• 320K, 640K, 1.28M, 2.56M, 5.12Mbps dla QPSK

• 640K, 1.28M, 2.56M, 5.12M, 10.24Mbps dla 16QAM

• zakres częstotliwości: 5 - 42 MHz

(63)

Sieć dwukierunkowa

(64)

• Telco-return

(65)

• DOCSIS 1.1

– Dodanie mechanizmów Quality of Service (QoS)

– niezbędne rozwiązania do implementacji telefonii IP – CableLabs - certyfikacje 2000 r

– Linia zwrotna

• EuroDOCSIS

– Opracowana przez CableLabs europejska wersja DOCSIS’u

– Zastosowanie zgodnego ze standardem DVB ITU- J.83 Annex 8MHz kanału transmisyjnego

– zakresy częstotliwości:

• 100 - 860 MHz “downstream” (88 - 860)

• 5 - 65 MHz “upstream” (5 - 42)

(66)

IMPLEMENTACJA

(67)