نظرة عامة على تقنية EPON
لمحة تاريخية عن شبكات الوصول
شبكات الوصول هي جزء من شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية التي تربط المستخدمين بمزوديهم. تاريخياً، كانت مصنوعة من أسلاك نحاسية ملتوية للوصول إلى الهاتف. يُعرف هؤلاء المزودون باسم “شركات الاتصالات”. نوع آخر من تقنيات الوصول هو خدمة تلفزيون الكابل والتي يتم توصيلها عبر كابل متحد المحور، وكان التلفزيون هو الخدمة الوحيدة المقدمة في الأيام الأولى.
مع مرور الوقت، أصبحت شبكة الوصول قادرة على تقديم خدمات أخرى، مثل البيانات عالية السرعة والفيديو والصوت.
- أدى هذا إلى خلق الحاجة إلى مزيد من النطاق الترددي. أدت التقنيات مثل xDSL لشركات الاتصالات أو DOCSIS 3.0 و 3.1 في عالم الكابلات إلى زيادة النطاق الترددي على مر السنين، مما حافظ على الشبكات الحالية على قيد الحياة. بغض النظر، هذه التقنيات ليست كافية لتقديم خدمة متعددة الجيجابت/ثانية للمشتركين السكنيين والتجاريين اليوم.
الألياف الضوئية للإنقاذ!
على عكس أزواج الأسلاك النحاسية الملتوية أو الكابلات المحورية، فإن الألياف الضوئية قادرة على تقديم خدمات البيانات والصوت والفيديو المتماثلة بسرعة 10 جيجابت في الثانية اليوم، على مسافات تساوي أو تزيد عن 20 كيلومترًا من موقع مركزي إلى مشترك.
- يُعرف هذا باسم خدمة الألياف إلى x (FTTx)، حيث x = المنزل، والعمل، والمباني، وما إلى ذلك. يمكن نشر الألياف في شبكة الوصول المحلية باستخدام طوبولوجيا نقطة إلى نقطة (P2P) أو نقطة إلى نقاط متعددة (P2MP)، مع تشغيل الألياف المخصصة من HUB إلى كل مستخدم نهائي (مشترك). إحدى الطرق الفعالة من حيث التكلفة لتقديم خدمة FTTH هي استخدام الشبكات الضوئية السلبية (PON).
ما هي شبكة PON بالضبط؟
تعريف شبكة PON（الشبكة الضوئية السلبية）
– عبارة عن بنية شبكة نقطة إلى نقاط متعددة، والألياف إلى المباني (FTTP).
– تسمى “سلبية” لأنه يتم استخدام مقسمات بصرية غير مزودة بالطاقة لتمكين ألياف بصرية واحدة من خدمة مبانٍ متعددة، عادةً من 16 إلى 128.
– تتكون من محطات خط بصري (OLT)، وأكثر من وحدة شبكة بصرية واحدة (ONU) ومتصلة عبر شبكة التوزيع البصري (ODN).
– شبكة ODN هي شبكة وصول بصرية بدون أي أجهزة إلكترونية نشطة بين OLT و ONU.
مكونات شبكة PON
تقنيات PON
أنشأت مجموعات المعايير المختلفة معايير PON مختلفة:
ما هو EPON？
• تم اختيار EPON（شبكة إيثرنت الضوئية السلبية） في البداية من قبل MSOs كبنية PON المفضلة بناءً على عدة عوامل عالية المستوى:
– بروتوكول بسيط يعتمد على تأطير إيثرنت بدلاً من مواصفات GPON الأكثر تكلفة وتعقيدًا (ATM) والتي تؤثر على التسعير المستقبلي
– الزخم الذي تم إحرازه بالفعل نحو نموذج توفير يعتمد على DOCSIS
– اكتملت مواصفات 10G في عام 2009، مع توفر المنتج اليوم
• بالتعاون مع CableLabs، أمضت MSO's أكثر من 5 سنوات في العمل مع البائعين المساهمين لتطوير مواصفات لتوفير DOCSIS لـ EPON (DPoE). يركز DPoE على المفاهيم التالية:
– التشغيل البيني متعدد البائعين
– وظائف خدمات Metro Ethernet للخدمات التجارية
– خدمة سكنية متعددة الجيجابت IP/HSD
– قادرة على توفير ملايين الأجهزة
– استخدام أنظمة المكاتب الخلفية MSO الحالية
• يعد التوفير المبسط وسرعات شبكة الوصول البالغة 10 جيجابت في الثانية من العوامل المميزة الرئيسية لـ MSOs مقابل مزودي الخدمة الحاليين والجدد.
• يقلل من نشر الألياف وعدد أجهزة الإرسال والاستقبال في الميدان مقارنة بـ CWDM (رأس المال التشغيلي المنخفض).
• لا توجد أجهزة نشطة في الميدان (نفقات التشغيل المنخفضة).
EPON كبنية وصول عالمية للألياف
• جميع أنواع الخدمات
– سكني
– الشركات
– النقل الخلفي الخلوي
• جميع التكوينات
– MDU/MTU
– FTTH
– FTTC/FTTN
• جميع معدلات البيانات
– 1 جيجابت/ثانية (802.3ah 2004)
– 10/1 و 10/10 (802.3av 2009)
• كلها مدعومة على نفس
• المصنع الخارجي (ODN)
خريطة طريق تقنية EPON
تطور معيار EPON:
– 802.3ah: مواصفات 1G/1G (2004)
– 802.3av: مواصفات 10G/10G (2009)
– DPoEv1: توفير DOCSIS عبر EPON (2011)
– DPoEv2: (2012)
– SIEPON: التشغيل البيني للخدمة في شبكات إيثرنت السلبية (2013)
– NG-EPON: تعمل IEEE بالفعل على الجيل التالي من EPON بسرعات 40 أو 100 جيجابت في الثانية.
مكونات EPON
يتكون نظام EPON النموذجي من OLT والعديد من ONUs و ODN.
– يقع OLT (محطة الخط البصري) في مراكز MSO، أو في بعض الأحيان في MDU، حيث يربط شبكة الوصول البصري بالأساس. يمكن أن تكون OLTs عبارة عن مفتاح أو موجه وتتضمن واجهات EPON. إنه المكافئ البصري لـ CMTS.
– يقع ONU (وحدة الشبكة البصرية) في موقع المستخدم النهائي (مقر العميل)، ولديه جهاز إرسال واستقبال بصري ويوفر خدمات مثل الصوت والبيانات والفيديو. إنه المكافئ البصري لمودم الكابل.
– يربط ODN (شبكة التوزيع البصري) OLT و ONU. في ODN، تحمل ألياف واحدة إشارات DS و US باستخدام WDM. ثم يتم تقسيم الألياف لخدمة ONUs الفردية. مقسم بصري هو جهاز سلبي بسيط.
أطوال موجات EPON US/DS
يستخدم نظام EPON تعدد إرسال تقسيم الطول الموجي (WDM) من أجل تحقيق اتصال ثنائي الاتجاه على ألياف واحدة.
نماذج معمارية EPON
- تُستخدم طوبولوجيا الشجرة (أ) عادةً في الصين والولايات المتحدة وأوروبا للعملاء السكنيين والتجاريين الذين ليس لديهم متطلبات مرونة للطبقة المادية
- تُستخدم طوبولوجيا الحافلة (ب) عادةً في اليابان (حيث يتم نشر معظم الألياف في بنية من نوع الحافلة الهوائية)
- تُستخدم طوبولوجيا الحلقة (ج) عادةً للشبكات ذات المرونة العالية (حماية الشجرة / الجذع بموجب SIEPON)
- يعمل بروتوكول EPON على أي بنية ODN (شبكة التوزيع البصري)
مستويات الطاقة البصرية
802.3ah (1Gig EPON)
أجهزة الإرسال والاستقبال 1000BASE-PX20
OLT:
• الطول الموجي TX: 1480 إلى 1500 نانومتر
• TX: +2 إلى +7 ديسيبل مللي واط
• RX: -6 إلى -27 ديسيبل مللي واط
ONU:
• الطول الموجي TX: 1260 إلى 1360 نانومتر
• TX: -1 إلى +4 ديسيبل مللي واط
• RX: -3 إلى -24 ديسيبل مللي واط
=============================
802.3av (10Gig EPON)
أجهزة الإرسال والاستقبال 10GBASE–PR–D3
OLT:
• الطول الموجي TX: 1575 إلى 1580 نانومتر
• TX: +2 إلى +5 ديسيبل مللي واط
• RX: -6 إلى -28 ديسيبل مللي واط
ONU:
• الطول الموجي TX: 1260 إلى 1280 نانومتر
• TX: +4 إلى +9 ديسيبل مللي واط
• RX: -10 إلى -28.5 ديسيبل مللي واط
حركة المرور المتجهة إلى الأسفل
تبث OLT البيانات إلى كل ONU
• تتلقى ONUs معرف ارتباط منطقي (LLID) عند التسجيل (يمكن أن يكون أكثر من LLID واحد). هذا مشابه لمودم الكابل الذي يتلقى زوجًا من تدفقات الخدمة (US/DS) في DOCSIS.
• تقوم ONU فقط بإعادة توجيه حركة المرور إلى مجموعتها الخاصة من LLIDs النشطة.
• لبث البيانات إلى جميع ONUs، تستخدم OLT TDM (تقسيم الوقت المتعدد)
حركة المرور المتجهة إلى الأعلى
• أثناء تسجيل ONU، تحسب OLT تأخير الوقت (المسافة) من ONU وتوجهها لضبط معلمات الإرسال الخاصة بها.
• يرسل كل ONU فقط خلال الفترات الزمنية المخصصة من OLT
• يصل الإرسال من كل ONU إلى OLT بدون تصادمات
• لتوفير وصول متعدد إلى رابط ألياف واحد لجميع ONUs المتصلة، يتم تنفيذ بنية الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) لقناة الاتجاه الصاعد