DE69535052T2

DE69535052T2 - Multiplexing in einem passiven optischen Netzwerk

Info

Publication number: DE69535052T2
Application number: DE1995635052
Authority: DE
Inventors: Richard John Wimborne Dorset Proctor
Original assignee: Marconi UK Intellectual Property Ltd
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2015-07-05
Also published as: DE69535052D1; EP0691760B1; GB2291299A; EP0691760A2; EP0691760A3; GB9513619D0; GB2291299B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die gleichzeitig anhängigen Anmeldungen GB9413716.3 sowie GB9418349.8 , beide mit dem Titel "Telekommunikationsnetz", die beide als US-A-5793509 am 11.08.1998 veröffentlicht worden sind.
Der in der vorstehend zitierten Anmeldung GB9413716.3 genutzte Begriff Netzabschluss (NT – Network Termination) ist in der vorliegenden Anmeldung durch Netzabschlusseinrichtung (NTE – Network Termination Equipment) ersetzt. Es sollte erkannt werden, dass die beiden Begriffe in dem Zusammenhang dieser Anmeldungen austauschbar sind.
Die Erfindung betrifft ein PON(passives optisches Netz)-System auf Basis des asynchronen Transfermodus (ATM) zum Abwickeln von bis zu 50 Mbit/s von bidirektionalem Verkehr für jeden Teilnehmer. Das PON kann von einigen Teilnehmern auf bis zu 4000 und mehr Teilnehmer skaliert werden, und zwar unter Nutzung des aktiven und/oder passiven Splittens, wobei die besten Aspekte des Zeitmultiplex (TDM), Wellenlängenmultiplex (WDM), Zeitmultiplexzugriff (TDMA) und ATM, ohne deren Probleme, genutzt werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Kommunikationsnetz zur Verfügung gestellt, das eine Kopfstelleneinheit umfasst, die mit mehreren Gruppen von Netzabschlusseinrichtungen (NTE) und/oder optischen Netzeinheiten (ONU – Optical Network Unit) verbunden ist, wobei Downstream-Kommunikation mittels Zeitmultiplex (TDM) erfolgt, wobei eine Gruppe auf einen Strom gemultiplext wird und mehrere Ströme zu einem Multiplex mit höherer Geschwindigkeit zusammengefasst werden, und wobei Upstream-Kommunikation mittels Zeitmultiplexzugriff (TDMA) erfolgt; wobei die Entfernungseinordnung (Ranging) einer NTE oder ONU durch die Kopfstelleneinheit unter Nutzung der gesteuerten Fehlerkodierung ausgeführt wird.
Vorzugsweise erfolgt das Zusammenfassen unter Nutzung des Wellenlängenmultiplexens.
Die vorliegende Erfindung soll nun beispielshalber mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
1A eine schematische Darstellung eines Multiplex entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
1B einen Datenstrom zur Nutzung in der vorliegenden Erfindung zeigt;
1C ein Blockdiagramm des Basisnetzes der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 die in dem Netz aus 1 existierenden Beziehungen zeigt;
3 eine schematische Darstellung eines Paares von ATM-Pipes zeigt, wie sie bei der vorliegenden Erfindung genutzt werden;
4 eine schematische Darstellung des Downstream-Datenstroms zeigt;
5 eine schematische Darstellung des Upstream-Datenstroms zeigt;
6 das Format der Daten in sowohl den Downstream- als auch Upstream-Zellen zeigt;
7 ein Zellenkodierungssystem für ein Upstream-Steuersignal zeigt;
8 das Kodierungssystem für ein Downstream-Steuersignal zeigt;
9 die Startsequenz für eine Netzabschlusseinrichtung beim Einschalten zeigt;
10 die Inhalte und die Interpretation eines VPI-Feldes auf einer Downstream-Verbindung zeigt;
11 die Prozedur zum Abwickeln einer Anforderung von einer Netzabschlusseinrichtung zum Senden einer Zelle in das Netz zeigt;
12 ein Blockdiagramm einer Netzabschlusseinrichtung ist;
13 ein Blockdiagramm einer Kopfstelleneinheit ist;
14 die Verschlüsselungsprozedur für Rundsendeverkehr zeigt.
Vergleichen wir die vorliegende Erfindung mit der in der Anmeldung GB9413716.3 beschriebenen Erfindung, so sind die Teilträger durch einen Zweilagen-TDM-Ansatz ersetzt worden und das Startband ist entfernt worden, wobei die anfängliche Entfernungseinordnung (Ranging) durch eine sorgfältig gesteuerte Fehlerkodierung erfolgt.
32 Teilnehmer können einen einzigen TDM/TDMA-Strom gemeinsam nutzen, wobei TDM in Downstream-Richtung genutzt wird und TDMA in Upstream-Richtung genutzt wird. Bei der ursprünglichen Version werden 8 TDMA-Ströme zu einem schnelleren TDM-Multiplex zusammengefasst. Jeder Hochgeschwindigkeits-TDM-Multiplex, der bis zu 256 Teilnehmer bedient, ist einem spezifischen Wellenlängenkanal zugeordnet. Die Wellenlängenkanäle werden an einem optischen Knoten höherer Ordnung unter Nutzung von WDM-Verfahren auf eine einzige Faser gemultiplext. Der Gesamt-WDM- und TDM-Multiplex ist schematisch in 1A gezeigt. Die derzeit verfügbare WDM-Technologie kann in wirtschaftlicher Weise einen Abstand von 2 nm bieten, wenn dieser auf ein Verstärkungsfenster eines erbiumdotierten Faserverstärkers (EDFA) von 30–35 nm begrenzt ist, können zuverlässig 12 Kanäle angenommen werden, möglicherweise 16. 12 × 256 = 3072 16 × 256 = 4096

Somit ist für eine einzige Faser zu erwarten, dass sie in der Lage ist, 3072 bis 4096 Teilnehmer zu führen. Das TDMA-System nutzt 8 verschachtelte Datenströme, wie in 1B gezeigt ist. Diese sind wort-verschachtelt (32 Bits), sodass sie mit der Wortgröße in der NTE auszurichten sind. Der Vorteil davon besteht darin, die Hochgeschwindigkeitslogik auf eine kleine Menge zu begrenzen, wobei die Masse der Schaltung in der CMOS-Logik belassen wird.

Downstream:	32 Bits pro Schlitz, 256 Bits pro Zyklus
	Bitperiode = (1/1376) μs = 0,727 ns;
	Zyklus = 186 ns
Upstream:	32 = 10 Bits pro Schlitz, 336 Bits pro Zyklus
	Bitperiode = (1/688) μs = 1,45 ns;
	Zyklus = 488 ns

In der Downstream-Richtung ist eine zusätzliche Rahmenstruktur notwendig, um sicherzustellen, dass die NTEs an den richtigen Datenstrom gekoppelt bleiben. Upstream ist es wesentlich, Taktungslücken oder Schutzbänder sowie ein Startbit für jedes Wort zu haben. Das Ranging erfolgt permanent unter Nutzung eines Steuerschlitzes sowie der Rahmenstruktur im Downstream.
Das grundlegende Netzkonzept ist in 1C gezeigt, wobei eine Kopfstelle eine Vielzahl von Netzabschlusseinrichtungen (NTEs) über ein optisches Netz mit passiven und optional aktiven Splittern unterstützt. Typischerweise wird es mit Reichweiten von bis zu 200 km arbeiten, ohne irgendeine Verminderung der Leistungsfähigkeit, obgleich es auch mit größeren Reichweiten arbeiten kann. Die NTEs können optische Netzeinheiten (ONUs) umfassen.
Das System arbeitet mit zwei Fasern, einer für jede Richtung. Dies wird momentan als kostengünstiger erachtet, obgleich es prinzipiell mit einer bidirektionalen Faser funktionieren könnte, wenn diese geeignet wäre.
Die Übertragung auf den Fasern ist in Ströme unterteilt, wobei jeder Strom sowohl für ATM als auch für Steuerung genutzt wird. Die Ströme werden in solcher Weise gemultiplext, dass die Logik, die mit einer sehr schnellen Rate arbeiten muss, minimiert wird.
Die Übertragung nutzt eine Reihe von Wellenlängen, wobei jede Wellenlänge eine Anzahl von Strömen führt.
Jeder Strom wird von einer Gruppe von bis zu 32 Teilnehmern gemeinsam genutzt; diese Gruppen stehen nicht mit den physikalischen Aufspaltungen in dem Netzwerk in Beziehung.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein optisches Faser/Faser-Netzwerk. Die anderen Fälle werden später behandelt.
2 stellt die Beziehung zwischen Diensten, Fasern, Strömen, Gruppen und Teilnehmern dar:
Über eine Faser, die auf tausende Weise aufgeteilt werden könnte, sowohl aktiv als auch passiv, wird das PON eine Anzahl von Strömen bereitstellen. Jeder Strom wird aus einem Zeitmultiplex(TDM)-Strom bestehen, der sowohl für ATM als auch zur Steuerung genutzt wird. Jeder Strom kann Gruppen von bis zu 32 Teilnehmern zugeordnet werden.
Die ATM-Pipe ist asymmetrisch und wird anfänglich eine Kapazität von etwa 150 Mbit/s Downstream und etwa 50 Mbit/s Upstream bereitstellen.
Auf der Faser können viele Gruppen vorhanden sein. In dem Maße, wie zusätzliche Teilnehmer hinzugefügt werden, können zusätzliche Gruppen hinzugefügt werden.
Die 8 Ströme werden zu einem einfachen TDM-Multiplex zusammengemultiplext, wobei der Reihe nach jeweils ein 32-Bit-Wort von jedem der 8 Ströme gesendet wird. Die folgende Beschreibung behandelt das Verhalten eines dieser Ströme.
In der Downstream-Richtung wird eine geringe Menge an Steuerungs- und Rahmenstrukturdaten am Anfang der Zelle angefügt. In der Upstream-Richtung sind abwechselnd kleine und große Schlitze vorhanden, wobei die großen Schlitze eine ATM-Zelle führen und die kleinen Schlitze jeder der NTEs der Reihe nach ermöglichen, ihre Steueranforderungen zu kommunizieren. Upstream weist jedes Wort jedes Stroms ein Schutzband sowie eine Präambel auf, um zu ermöglichen, die Taktung zu bestimmen.
Das PON liefert in der Downstream-Richtung Zellen an die NTE aus, welche diejenigen auswählt, die sie benötigt, und diese verarbeitet. In der Upstream-Richtung ist ein Zeitmultiplexzugriff(TDMA)-System vorhanden, das mit Schutzbändern betrieben wird. Das anfängliche Ranging erfolgt durch eine mit langsamer Geschwindigkeit gesteuerte Fehlerkodierung, die den normalen Verkehr nicht stören sollte. Wenn die Verbindung einmal aufgebaut ist, kann die Kopfstelle jede Drift bemerken und gegebenenfalls neue Ranging-Daten senden.
Die Teilnehmeridentifizierung und die Sicherheit basieren auf einer eindeutigen Kennung in jedem NTE. Diese ist für den Teilnehmer nicht zugänglich und kann von diesem nicht abgefangen werden.

Nachstehend sind Definitionen für verschiedene vorliegend verwendete Begriffe aufgeführt:

GRUPPE	bis zu 32 Teilnehmer nutzen gemeinsam die
	gleichen ATM-Pipes und die gleichen
	Frequenzbänder
ATM-PIPE	ein Träger für ATM, z. B. 155 Mbit/s,
	51 Mbit/s
STROM	ein Strom in dem PON, der ATM und
	Steuerung trägt
UPSTREAM	Daten, die von der NTE zu der Kopfstelle
	laufen
DOWNSTREAM	Daten, die von der Kopfstelle und dem Netz
	zu der NTE und darüber hinaus laufen

Jede Gruppe in dem PON wird zwei separate logische ATM-Pipes betreiben, wie in 3 dargestellt ist: eine von dem Netz zu den Teilnehmern und eine von den Teilnehmern zu dem Netz. Jede Pipe wird mit ATM arbeiten, wobei die Kapazität auf die von den Teilnehmern genutzten Leitungen aufgeteilt wird. Die Kapazität der Downstream-Pipe ist größer als die der Upstream-Pipe.
Es wird eine Anzahl separater Gruppen mit ihren eigenen ATM-Pipes in jeder Richtung vorhanden sein, um eine Vielzahl von Teilnehmern oder starke Verkehrslasten zu bedienen. Jede ATM-Pipe wird in ihrem eigenen Strom geführt.
Die Anzahl der Pipes, die tatsächlich in einem PON bereitgestellt werden, würde von der maximalen Verkehrslast abhängen, die dieses PON zu tragen hat. Es kann Ausrüstung an der Kopfstelle hinzugefügt werden, um weitere Gruppen zu unterstützen, wenn Teilnehmer einen Dienst aufnehmen oder sich deren Bandbreiteanforderungen erhöhen. Die Anzahl der Teilnehmer, die einer Gruppe zugewiesen ist, würde von der Gesamtlast, die diese erfordern, abhängen. Dies liefert einen effizienten und flexiblen Ansatz. Ein Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er die anfänglichen Installationskosten minimiert und die Auslegung der Ausrüstung relativ einfach macht, weil jede ATM-Pipe mit einer relativ geringen Rate arbeitet, und zwar im Rahmen der Möglichkeiten standardmäßiger anwenderspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs).
Die Zuweisung von Zellenschlitzen sowohl in Downstream- als auch in Upstream-Richtung wird von der Kopfstelle gesteuert. Ein Steuerprotokoll wird genutzt, um den NTEs zu ermöglichen, Upstream-Zellenkapazität anzufordern, um dynamisch variierende Leitungen zu unterstützen. Das Steuerprotokoll unterstützt außerdem das Ranging und die notwendigen Konfigurationsvorgänge an Teilnehmer-NTEs sowie Kennnummern.
Das gesamte System arbeitet synchron mit der 8-kHz-Rahmenstruktur mit 32 Zeitschlitzen über zwei Rahmen. Jeder Zeitschlitz entspricht 3 Zellen Downstream, 1 Zelle Upstream und Anforderungen von einer NTE, Zellen zu senden. Durch Betrieb in dieser Weise ist der Betrieb deterministisch und die Rahmenstruktur ist relativ einfach zu handhaben. Dies ist der Fall, da es eine ganzzahlige Anzahl von Zellen in einem Rahmen gibt, und da diese ein Mehrfaches von 16 ist, erübrigt sich das Erfordernis einer komplexen Rahmenstruktur, was der Fall wäre, wenn mit exakten SDH-Raten gearbeitet werden würde.
Es gibt eine separate ATM-Pipe in jeder Richtung der Übertragung, d. h. Upstream und Downstream. Die Downstream-Pipe ist nominal auf eine Kapazität von etwa 155 Mbit/s eingestellt, während die Upstream-Pipe ein Drittel dieser mit etwa 51 Mbit/s aufweist. Die tatsächlichen ATM-Datenraten liegen marginal oberhalb dieser Werte, um eine ganzzahlige Anzahl von Zellen pro Rahmen zu ermöglichen.
Die Downstream-Richtung ist relativ einfach zu übersehen, da nur die Kopfstelle Zellen zu senden hat. Zusätzlich zu Rohzellen von 53 Byte Länge wird es Zellendarstellungsrahmen, Fehlererkennungskodierung und Taktungsdaten zur Synchronisation der Taktung der NTE auf Bit-, Rahmen- und Multirahmenebene geben. Es wird angenommen, dass dieser Strom mit 48 Zellen pro Rahmen von 125 Mikrosekunden arbeiten wird, um den Betrieb einfach zu gestalten und auch um für diesen einen starr vorbelegten Betrieb zu ermöglichen.
Die Kopfstelle stellt anhand des Verkehrs, welcher an dieser präsentiert wird, für jede Gruppe von unter ihrer Steuerung befindlichen NTEs fest, welche Zelle als nächstes zu senden ist. Es ist möglich, Zellenschlitze permanent zuzuweisen, falls erforderlich, und auf die Zellen mehrere Prioritätslevel anzuwenden. Wenn die Zellenzuweisung über 5 und 1/3 Rahmen erfolgen würde (48 Reihen von 252 SDH(synchrone digitale Hierarchie)-Zellen), dann muss eine Zelle pro Datenfeld SDH-Zubringer, das transportiert wird, zugeordnet werden. Die minimale Anzahl wäre 3 oder 4 Zellen für 1,5 Mbit/s bzw. 2 Mbit/s, was eine Paketierungsverzögerung von etwa 225 Mikrosekunden (168 μs für 2 Mbit/s) im schlimmsten Fall ergibt.
Die Felder für virtuelle Pfadkennung/virtuelle Kanalkennung (VPI/VCI) können von den NTEs in dem ATM-Zellenkopf genutzt werden, um festzustellen, ob die Zelle für diese bestimmt ist. Es ist beabsichtigt, in dem PON selbst eine Multicast-Fähigkeit bereitzustellen, um Bandbreite zu sparen. Somit werden alle NTEs, welche die eine Kopie einer Zelle haben wollen, diese herausziehen, wenn sie übertragen wird. Dies wird beträchtliche Einsparungen für populäre Rundsende-Videokanäle bieten. Damit die NTEs Energie sparen können, wenn ihre Zellenrate gering ist, senden die Downstream-Steuerkanäle dann ein NTE-Aufwecksignal für jeden Zellenschlitz. Dieses Aufwecksignal stellt im Wesentlichen die Adresse der Ziel-NTE (oder -NTEs im Falle von mehrfachen Verbindungen) dar. Die Rahmenbildungsstruktur zwischen den Zellen wird derart gewählt, dass sie eine Taktrückgewinnung ermöglicht.
Die Upstream-Richtung ist schwieriger als die Downstream-Richtung, da es hier eine Anzahl von NTEs gibt, die alle Zellen senden müssen, ohne dass sie mit anderen NTEs kollidieren. Die NTEs werden eine Taktung von der Downstream-Steuerverbindung erhalten und werden sich selbst auf diese Taktung synchronisieren. Während des Ranging-Prozesses wird die Schleifenlaufzeit in der Verbindung gemessen. Die NTEs werden logisch alle mit der gleichen synchronisierten Zeit arbeiten. Beim Senden werden sie die Ausgangsverbindung über ein Verzögerungselement legen, welches für lange Verbindungen am kürzesten und für kurze Verbindungen am höchsten ist, sodass alle Zellen für ein gegebenes Zellenschlitzfenster zum gleichen Zeitpunkt wieder an der Kopfstelle ankommen werden. Die Verzögerung, die sie nutzen, entspricht dem Doppelten der maximalen Ranging-Schleifenlaufzeit minus der gemessenen Schleifenlaufzeit.
Die Zellen werden ein Laufmuster zur Taktrückgewinnung und Darstellung des Zellenbeginns benötigen. Die Kennung der sendenden NTE wird ebenfalls gesendet, um zu überprüfen, dass die richtige NTE geantwortet hat, sowie ein Prüfcode, um Fehler in der Übertragung zu erkennen. Die Zuweisung in Hinsicht darauf, welche NTE senden darf, wird durch die Kopfstelle bestimmt.
Die Downstream-Steuerinformationen am Anfang der Zellen werden zu allen NTEs die Kennung der NTE, welcher der jeweilige Zellenschlitz Upstream zugewiesen worden ist, rundsenden. Diese Zuweisung muss vor den Zellenschlitzen funktionieren, um die Übertragungsverzögerung für den schlimmsten Fall zu ermöglichen. Um Daten mit variabler Rate zu ermöglichen, sind die NTEs in der Lage, Schlitze auf der Upstream-Steuerverbindung anzufordern. Jeder NTE wird für diesen Zweck periodisch Zugriff auf den Steuerkanal zur Verfügung gestellt. Die NTEs liefern die Menge und die Priorität der Zellenschlitze, die sie im nächsten Block von Upstream-Zellenschlitzen nutzen können. Die Kopfstelle kann feststehende Upstream-Zellenschlitze für periodischen synchronen Verkehr zuweisen, wenn dies notwenig ist, um die Laufzeit für diese Form von Verkehr zu minimieren, und kann somit mit den gleichen Laufzeiten wie vorstehend für den Transport von SDH-Zubringern umrissen arbeiten. Man beachte, dass diese Laufzeiten wesentlich besser zu sein scheinen als beim passiven optischen Telefonnetz (TPON) zum Übertragen dieser Form von Verkehr.
Auf jeder Wellenlänge wird es eine Anzahl von Datenströmen geben, die wortweise ausgerichtet sind, um zu der Speicherstruktur in der NTE zu passen und somit das System relativ kostengünstig zu gestalten.
Die Downstream-Daten werden einfach in der in 4 gezeigten Weise gemultiplext.
Jeder Strom weist Rahmenstrukturinformationen auf, um dem System zu helfen, die Ströme korrekt zu identifizieren.
Upstream muss zwischen jedem Wort aus jedem Strom ein Anfangsbit und ein Schutzband vorhanden sein, wie in 5 gezeigt ist.
Wenn die Gesamtdatenrate Upstream halb so groß wie die Downstream-Datenrate ist, ergibt sich ein Schutzband von 9 Bits.
Die Stromformate sind in 6 gezeigt.
Die Steuerinformationen Downstream für einen Strom werden vor jeder Zelle übertragen, Upstream werden separate schmale Schlitze benutzt, um Steuerdaten und POTS (herkömmliche Telefonie) zu übertragen. Im Gegensatz zu ATM läuft die Steuerung in synchroner Weise zu den NTEs mit zuvor zugewiesenen Schlitzen in der Upstream-Steuerung. Beide Transferrichtungen sind an die Zellenschlitzmöglichkeiten auf den ATM-Pipes gekoppelt.
Die Größe des Downstream-Schutzbandes soll bewirken, dass die Datenrate bei 90 × 2 Mbit/s einfach zu handhaben ist. In der Upstream-Richtung ergibt dies große Lücken, die eine sehr freie Ranging-Genauigkeit ermöglichen. In allen Fällen wird angenommen, dass eine Präambel von 8 Bit eine gute Definition der Taktung ermöglicht.
Es gibt eine Option, in einigen Gruppen eine höhere Upstream-Kapazität zu unterstützen. Diese NTEs müssten schneller arbeiten und wären anders. Es könnte erwartet werden, dass die Kopfstelle mit beiden Optionen zurechtkommt. Eine andere (komplexere) Modulation wäre notwendig, um 2 oder 3 Upstream-Zellenschlitze und einen Steuerschlitz in der Zeitspanne durchzuleiten, und die Schutzbänder sind für diese Fälle unterschiedlich.
Der Upstream-Steuerstrom hat einen Zyklus von 250 Mikrosekunden. Jede der 32 NTEs hat einen schmalen Steuerschlitz auf diesem Strom von 64 Bits.
Um die gesteuerte Fehlerkodierung zu ermöglichen, die detaillierter in der zuvor zitierten Anmeldung beschrieben ist, welche am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht worden ist, und die für das anfängliche Ranging genutzt wird, ist es wesentlich, dass eine Einzelbit-Fehlerkorrektur an den ungeradzahligen und geradzahligen Bits bereitgestellt werden muss. Dies wird minimal eine Hamming-Zahl von 5 Bit erfordern; sie ist wünschenswert, damit eine bessere Fehlererkennung verfügbar wird, dabei werden möglicherweise einige Reservebits genutzt. Ein Prüfcode ist wesentlich, dieser muss die Daten und die Kennung der NTE abdecken, wobei die Kennung der NTEs selbst nicht übertragen zu werden braucht.
Der Steuerschlitz weist ebenfalls 32 Bits auf, die ausreichen, um die 2B-Kanäle von ISDN (Dienste integrierendes digitales Netz) mit vernachlässigbarer zusätzlicher Laufzeit zu übertragen. Dies wird nachstehend detaillierter erklärt.
Für niederratiges ISDN kann ein D-Kanal als eine Zelle übertragen werden, es hat keinen Sinn, einen Betrieb mit niedriger Laufzeit für den D-Kanal bereitzustellen.
Um Zellenschlitz-Anfragen zu ermöglichen, sind 16 Bits ausreichend, um nötigenfalls zwei Klassen zu ermöglichen und ohne irgendeine Qualitätsminderung auf bis zu 200 km zu funktionieren. Die einfachste Kodierung ist wie in 7 gezeigt vorgesehen.
Es ist wichtig, Rahmendaten zu senden und den NTEs mitzuteilen, welche NTE eine jeweilige Upstream-Zelle senden soll. Dies kann durch ein Feld am Anfang jeder Zelle erreicht werden. Es sind drei Zellen Downstream für jeweils eine Zelle Upstream vorhanden. Dieses Steuerfeld wird in der einen für Rahmendaten genutzt, in der anderen für eine Meldung, welche NTE eine Zelle senden soll, dies ist in 8 gezeigt.
Die Sequenz in 9 stellt dar, wie eine NTE beim Einschalten hochgefahren wird.
Wenn die NTE aufwacht, stimmt sie sich auf den Strom 0 ab und wartet darauf, dass die Kopfstelle fragt, ob irgendwelche neuen NTEs eingeschaltet worden sind. Wenn die NTE "Irgendwelche neuen NTEs?" empfängt, wird sie mit einem bestimmten Datenmuster und irgendeinem Zufallsetikett antworten. Das Muster wird von der Kopfstelle genutzt, um die Entfernungseinordnung (Ranging) zu überprüfen und um auf eine Kollision hin zu prüfen. Wenn es eine Kollision gibt, tut sie nichts. Wenn die NTE keine Antwort erhält, reduziert sie eine Zufallszeitspanne lang ihre Leistung.
Wenn die Kopfstelle die Nachricht "Hier bin ich" erhält, findet sie den Abstand der NTE heraus und antwortet mit der Abstandsinformation, einem Strom sowie der NTE-Kennung, die auf diesem Strom zu nutzen ist, und fragt die NTE nach ihrer Seriennummer.
Wenn die NTE die Seriennummer liefert (eingebettet in eine Vielzahl von Prüfinformationen), sendet die Kopfstelle diese an eine externe Datenbank. Diese identifiziert den Teilnehmer anhand der Seriennummer der NTE, und außerdem deren Fähigkeiten und Bandbreite. Sobald die NTE-Kennung festgestellt worden ist, kann die Kopfstelle die NTE, falls notwendig (beispielsweise wegen Nutzung einer hohen Bandbreite), einem anderen Strom neu zuordnen und kann dieser eine neue NTE-ID (Zeitschlitz) zuteilen.
Die Kopfstelle kann auch die Datenbank oder das Verwaltungssystem über den Abstand zu der NTE informieren. Die Kopfstelle kann Meldungen erheben, wenn sie eine NTE in einem deutlich anderen Abstand, als er zu erwarten wäre, findet.
Die NTE kann dann normal arbeiten.
Die Zellen werden auf der Downstream-Verbindung gesendet. Die NTE schaut sich die VPI in dem Zellenkopf an, um zu entscheiden, ob sie die Zelle haben will. Die Beziehung der VPI zu der NTE könnte so festgelegt werden, wie in der in 10 gezeigten Tabelle vorgeschlagen ist, oder könnte, falls erforderlich, dynamisch sein. Wenn eine dynamische VPI-Zuordnung erforderlich ist, würde dem VPI-Raum 1NNN NNXX XXXX zu einem Zeitpunkt eine VPI zugeordnet werden. Die NTE würde eine Nachschlagtabelle benötigen, um festzustellen, welche VPIs sie haben will. Es wird eine kleine Tabelle erforderlich sein, um die Rundsendezellen, die sie benötigt, zu identifizieren.
Um eine Zelle in das Netz zu senden, wie in 11 gezeigt ist, wird die NTE auf ihren Schlitz in den Upstream-Steuerdaten warten und dann in der nächsten Periode eine Zelle anfordern. Die Kopfstelle sortiert die Anforderungen und meldet der NTE, wann sie eine Zelle senden kann. Es ist möglich, mehrere Verkehrsklassen zu unterstützen, wobei die NTE eine Anzahl von Schlitzen für eine jeweilige Klasse anfordert.
Rundsendekanäle werden einmal auf einem Band gesendet, obgleich sie auch auf vielen verschiedenen Bändern gesendet werden können. Die NTE wird diejenigen Kanäle, die sie haben will, aus diesem VPI-Feld herausziehen. Der NTE muss mitgeteilt werden, dass sie den gegebenen Kanal auswählen soll und ihn an den Teilnehmer senden soll, was eine VPI/VCI-Übersetzung beinhalten kann.
Wenn der Teilnehmer eine Verbindung zu einem Rundsendekanal anfordert, wird die Anforderung des Teilnehmers an der Kopfstelle verfolgt (ebenso wie möglicherweise bei der Anrufabwicklung, um das Vorhandensein des Kanals an der Kopfstelle einzurichten, sowie für Gebührenerhebungszwecke/Statistik); die Kopfstelle wird dann die NTE darüber informieren, den VPI-Wert auszuwählen und ihn weiterzugeben.
Es gibt zwei Klassen von Zellen, diejenigen mit Anforderungen für eine geringe Laufzeit und den Rest. Die NTEs können Zellen jeden Typs anfordern. Die Kopfstelle kann in einfacher Weise eine FIFO(Zuerst-hinein-zuerst-heraus)-Warteschlange für Anforderungen von Zellen mit hoher Priorität aufrechterhalten, und falls irgendwelche Zellen mit hoher Priorität eingereiht sind, wird sie diese Anforderungen zuerst senden. Wenn keine Anforderungen mit hoher Priorität vorhanden sind, gibt es eine Reihe von Strategien zur Abwicklung von Zellen mit niedriger Priorität, es könnte wiederum der FIFO vorhanden sein und jede NTE der Reihe nach abwickeln, für bis zu 32 Zellen mit niedriger Priorität, oder die NTEs könnten in einem zyklischen Warteschlangenbetrieb abgewickelt werden, wobei jeweils eine von jeder genommen wird. Der zyklische Warteschlangenbetrieb ist möglicherweise fairer und außerdem einfacher.
Die NTE könnte derart ausgelegt sein, dass sie in eine standardmäßige 8T-Telefonbuchse passt. Die Funktionalität ist fast gänzlich in ein oder zwei ASICS enthalten. Die einzigen zusätzlichen Komponenten wären eine PIN-Diode und ein Laser zum Verbinden mit den Fasern sowie eine minimale Stromversorgung, um die ASICs zu versorgen und Energie sowie Klingelton für das Telefon bereitzustellen; die NTE benötigt möglicherweise mehr RAM, als in einfacher Weise in den ASICS bereitgestellt werden kann, wenn dies der Fall ist, kann ein zusätzlicher RAM eingepasst werden.
Die 12 zeigt ein logisches Blockdiagramm der NTE (hauptsächlich ein ASIC). Die Empfangsseite empfängt die ATM- und Steuerdaten über einen Tuner. Die Steuerdaten und die Präambel ermöglichen der NTE, die Sendeseite zu steuern und bringen die Empfangsseite für ATM zum Aufwachen; diese kann sich das VPI-Feld anschauen und entscheiden, ob sie die Zelle haben will, falls nicht, kann die NTE bis zur nächsten Zelle wieder in den Ruhemodus übergehen. Wenn eine Zelle vorhanden ist, die sie haben möchte, verbringt sie die Zelle mittels direkten Speicherzugriffs (DMA) in den RAM der NTE.
Der Prozessor führt beim Untersuchen eingehender Zellen etwaig notwendige Übersetzungen (für Rundsendezellen) aus und entschlüsselt und verarbeitet diese. Diese Verarbeitung kann entsprechend dem Typ der Schnittstelle variieren.

- Für eine ATM-Schnittstelle werden die Zellen einfach in eine Warteschlange eingereiht.
- Für eine Schnittstelle mit 2 Mbit/s erfolgt an den Zellen die entsprechende ATM-AAL(Anpassungsschicht)-Verarbeitung.

Die Schnittstelle kann derart programmiert werden, dass sie sich auf mehrerlei unterschiedliche Weise verhält, um unterschiedliche Konfigurationen zu unterstützten; dies wird detaillierter in einem späteren Absatz behandelt.
Der Advanced-Risc-Machine(ARM)-Prozessor mit kleiner Leistung weist einen kleinen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM) für Zellen und Daten auf und kann nötigenfalls auf die eindeutige Seriennummer zugreifen. Der Prozessorbus wird von dem Chip heruntergeführt, um zusätzlichen Speicher und Zwischenspeicher für Nutzer, die eine Menge diskontinuierlichen Datenverkehrs senden, zu ermöglichen.
In der Senderichtung greift der Sender für ausgehende Zellen bedarfsweise mittels direkten Speicherzugriffs (DMA) auf die Zellen aus dem Speicher zu und sendet die Upstream-Steuerinformationen, die von dem Prozessor aufgebaut worden sind. Hierbei gibt es ebenfalls eine Abstands- und Leistungssteuerung, sodass die Steuer- und Zellendaten zum richtigen Zeitpunkt gesendet werden.
Der Prozessor wirkt außerdem als ein digitaler Signalprozessor (DSP) zur Behandlung des herkömmlichen (POTS) Telefons, das direkt an die NTE angeschlossen ist. Dies wird durch einen integralen Anlog/Digital(A/D)-Wandler unterstützt.
Der Tuner wird von dem Prozessor gesteuert, um die NTE auf ein bestimmtes Band abzustimmen. Er wird auf das niedrigste Startband hochfahren und verschiebt sich dann, wenn erforderlich, auf ein höheres, verkehrsführendes Band, wenn das Startprotokoll verhandelt worden ist.
Der größte Teil dieses ASIC (ARM-Prozessor, RAM, DMAs und UTOPIA/programmierbare Schnittstelle) existiert bereits als Teil eines ASIC, der derzeit verfügbar ist. (Der derzeitige ASIC weist zusätzliche Schnittstellen auf, die für die NTE nicht erforderlich wären.) Der A/D-Wandler und die Empfänger/Sender-Haupteinheiten existieren ebenfalls bereits als existente ASICs. Die einzigen Aspekte, für die eine Entwicklung nötig wäre, sind die speziellen Details des Steuerprotokolls sowie das Programm für den Prozessor.
Stromversorgung – die NTE kann lokal oder über ein Kupfer-Aderpaar mit Strom versorgt werden. Eine Batterie-Sicherung ist erforderlich, wenn eine lokale Energieversorgung genutzt wird.
Die Kopfstelle kann eine große Anzahl von Teilnehmern unterstützen. Es gibt drei Teile: die Kopfstellen-Verwaltungseinheiten (HEMUs – Head End Management Units), den Wellenlängenverteilungsrahmen (WDF – Wavelength Distribution Frame) und eine variable Anzahl von Lichtleitungs-Anschlusseinheiten (OLTs – Optical Line Termination Units). Die HEMUs steuern das System und arbeiten als Funktions/Standby-Paar. Die WDFs können gegebenenfalls als Funktions/Standbyeinheit oder als zwei Funktionseinheiten arbeiten. Bei den OLTs, von welchen eine pro Wellenlänge vorhanden ist, kann 1 von N als Reserve vorgesehen sein, die OLT selbst kann zwei Karten darstellen, wobei entweder der Verkehr hälftig aufgeteilt wird oder die gemultiplexte Seite von der SDH- oder Vermittlungsseite abgespalten wird.
Die OLTs stellen die funktionale Kopfstelle bereit, welche die Zellen an die entsprechenden Ströme sendet, die NTEs steuert und die notwendige Flusssteuerung betreibt, um die Upstream-Daten zu verwalten. Diese Einheiten wandeln außerdem den POTS-Verkehr, der in die Upstream-Steuerschlitze eingebettet ist, in Träger von 2 Mbit/s um, welche dann gegebenenfalls zu einer beliebigen Vermittlungsstelle oder Vermittlungseinrichtung auf Basis von 64 kbit/s gesendet werden können.
Unter der Annahme, dass jeder Strom bis zu 32 Teilnehmer unterstützen kann, könnte eine Konfiguration aus 2 HEMUs, 2 WDFs und 16 OLT-Sätzen mit 2 Karten 4096 Teilnehmer unterstützen.
Die OLTs könnten eine Schnittstelle direkt mit der ATM-Vermittlungseinrichtung bilden oder könnten an SDH-Schnittstellen angeschlossen sein, um zu ermöglichen, dass die Schnittstelle mit jeder geeigneten Ausrüstung arbeitet oder zu einem anderen Ort zurückgeführt wird. Jeder Strom würde einem Port mit 155 Mbit/s an der ATM-Vermittlungseinrichtung entsprechen.
Wenn die NTE angeschaltet wird, wählt sie den ersten Strom aus und wartet auf eine Gelegenheit für eine neue NTE zum Antworten. Wenn sie kann, antwortet sie der Kopfstelle. Angenommen es gibt keine Kollision, wird die Kopfstelle der NTE antworten und wird der NTE ihre anfängliche Distanz angeben. Später, wenn sich die NTE im normalen Einsatz befindet, verfolgt die Kopfstelle, an welcher Stelle in dem Schutzband die NTE antwortet. Dieses Band hat Grenzen, und wenn die NTE wiederholt an einer Grenze arbeitet, kann die Kopfstelle neue Ranging-Anweisungen an die NTE senden. Da die Leitung langsam driften kann, muss die NTE gelegentlich einrangiert werden, um eine etwaige Drift aufzufangen. Dies kann zusätzlich zu einer Prüfzelle erfolgen, die periodisch gesendet wird, um sicherzustellen, dass die NTE arbeitet.
Die NTEs werden im Hinblick auf eine Grenze der Reichweiteschwankung, z. B. 25 km, gebaut werden müssen. Je größer der Wert für diese Reichweiteschwankung ist, desto länger muss sie jede Instruktion von der Kopfstelle verzögern und desto komplizierter wird sie somit. Damit sich eine Reichweite von 25 km ergibt, würde die Kopfstelle Instruktionen an die NTEs senden, und zwar 32 Zellen bevor sie die Antwort erhält. (25 km = 125 μs = ca. 16 Zellen; Schleife = 32 Zellen.)
Es ist möglich, mit einer größeren Reichweite zu arbeiten, vorausgesetzt die Schwankung wäre geringer als der Wert, für dessen Unterstützung die NTEs ausgelegt sind, indem an der Kopfstelle ein fester Versatz addiert wird. Für ein solches System würde es eine entsprechende Erhöhung der Laufzeit geben.
Das System könnte, falls erforderlich, auch eine Leistungssteuerung betreiben.
Die Downstream-Richtung muss etwa 150 Mbit/s ATM übertragen; es ist außerdem wünschenswert, für die 32 NTEs mit einem einfachen Faktor zu arbeiten, und zwar so, dass sich eine ganzzahlige Anzahl von Zellen pro Rahmen ergibt. Diese Anzahl beträgt 48 Zellen, welche bei 163 Mbit/s arbeiten würden. Die tatsächliche Datenrate muss geringfügig höher sein, um Steuerung und Rahmendaten zu ermöglichen. Die Formel lautet: (Zellengröße + Steuerung + Prüfcode) * Zellen pro Rahmen Rahmen pro Sekunde
Wenn für das Schutzband 24 Bits und für die Präambel 8 Bits angenommen werden, ergibt das:
= (53 × 8 + 8 + 16) × 48 × 8000
= 172,032 Mbit/s
Dies sind exakt 84 × 2,048 Mbit/s.
Die 8 Ströme wären wort-verschachtelt, 32 Bits von jedem Strom für insgesamt 1376,256 Mbit/s.
Die Upstream-Richtung ist komplizierter, da sie zwei Zeitschlitze abwickeln muss und die Wort-Verschachtelung ein Schutzband und eine Präambel gestatten muss. Um den Betrieb einfach zu halten, wird vorgeschlagen, dass diese mit exakt der Hälfte der Downstream-Rate arbeitet, d. h. 688,126 Mbit/s, mit 8 Strömen bei jeweils 86,016 Mbit/s. Daraus kann das Schutzband abgeleitet werden:
Ein Steuerschlitz und ein Zellenschlitz müssen zeitlich in 3 Downstream-Zellen passen. Drei Zellen Downstream machen 1344 Bits aus, daher sind 672 Bits vorhanden, um die Zeitschlitze einzupassen. Es gibt zwei Wörter in dem Steuerschlitz und 14 in dem Zellenschlitz, was insgesamt 16 ergibt, 672/16 = 42 Bits pro Wort. Davon sind 32 Datenbits, dadurch bleiben 10 Bits für eine Präambel und ein Schutzband übrig. Diese könnten als 1 Anfangsbit und 9 Schutzbits genutzt werden, oder, mit einer großen Präambel, beispielsweise als 6 Anfangsbits und 4 Schutzbits. Die 4 Schutzbits machen bei 688,128 Mbit/s etwa 6 Nanosekunden Schutzraum aus.
Es ist möglich, einen Strom mit einer schnelleren Datenrate zu betreiben, indem zwei Zellen parallel gleichzeitig mit der doppelten Datenrate gesendet werden. Die Wörter der beiden Zellen müssten bit-verschachtelt sein, sodass die Fehlereigenschaften mit der gesteuerten Fehlerkodierung kompatibel sind.
Die NTE ist einfach und benötigt keine Konfiguration durch einen Instandhaltungstechniker. Sie braucht nicht für einen bestimmten Strom konfiguriert zu werden und es braucht nichts eingestellt zu werden.
Der Teilnehmer wird eindeutig identifiziert, indem die Seriennummer der NTE (vervollständigt mit einer Menge an Prüfinformationen) mit einer Datenbank für Teilnehmer verglichen wird. Infolgedessen kann der Teilnehmer für einen Strom konfiguriert werden, auf dem eine geeignete Last vorhanden ist. Sollte der Teilnehmer seine Last ändern und es erforderlich sein, dass er den Strom mit weniger Teilnehmern gemeinsam nutzt, dann kann dies einfach ausgeführt werden, indem die NTE angewiesen wird, sich auf einen neuen Strom abzustimmen und ein neues Etikett zu verwenden, und zwar in sehr ähnlicher Weise wie die Startsequenz.
Die NTE besitzt eine automatische Entfernungseinordnung (Ranging). Wenn sie angeschaltet wird, führt sie eine Entfernungseinordnung in einer Weise aus, die den normalen momentanen Verkehr nicht beeinträchtigt. Sobald die Entfernungseinordnung erfolgt ist, überwacht die Kopfstelle das Erscheinungsbild der NTE, und wenn diese zu einem Ende des Schutzbandes driftet, weist sie die NTE an, ihre Ranging-Parameter entsprechend zu ändern.
Wenn die NTE einmal installiert ist, ist es lediglich notwendig, in der Datenbank den Datensatz mit der Seriennummer und dem Teilnehmer einzurichten, und danach ist keine menschliche Intervention mehr erforderlich.
Eine automatische Umkonfiguration (d. h. ohne technische Intervention) um fehlerhafte Karten herum ist möglich.
Es müssen Vorsehungen zum Herunterladen von Programmen zur Konfiguration der NTE getroffen werden. Der ROM-basierte Code in der NTE wäre ausreichend für die Kommunikation mit der Kopfstelle, würde aber keine dienstspezifische Kodierung für die Teilnehmerschnittstelle enthalten.
Um das System effizienter zum Übertragen von einfacher herkömmlicher Telefonie (POTS) zu machen, sind einige spezielle Merkmale vorhanden.
In der Downstream-Richtung wird eine Zelle genutzt, um die 47 Zeitschlitze von 2 Mbit/s-Strömen zu übertragen, und die NTEs schauen sich diese Zellen an und wählen diejenigen Bytes (Oktetts) aus, die für sie bestimmt sind, somit gibt es keine zusätzliche Paketierungsverzögerung beim Senden dieser Daten an die Leitung.
In der Upstream-Richtung ist Kapazität in dem Steuerstrom für jede NTE vorhanden, um 2 × 64 kbit/s-Kanäle eingebettet in den Strom zu senden, sodass diese nichts von der 50 Mbit/s-Bandbreite der ATM-Pipe verbrauchen. Dadurch wird ATM-Kapazität für andere Dienste reserviert, die diese tatsächlich benötigen. Die Upstream-Laufzeit dafür beträgt höchstens 250 Mikrosekunden, wiederum gibt es keine Paketierungsverzögerung.
Eine Nebenstellenanlage (PBX), die viele Leitungen unterstützt, könnte ganze 2 Mbit/s-Dienste über AAL1 in ATM-Zellen senden und braucht sich nicht um Laufzeiten zu sorgen.
Gleichfalls ist es für Fälle mit mehreren N × 64 kbit/s möglich, die Zellen teilzuladen, wenn der Laufzeitnachteil nicht vertragen wird. Wenn eine Zelle 8 Rahmen trägt, die 64 kbit/s entsprechen, dann kann sie 6 Zeitschlitze oder 384 kbit/s als eine einzige Funktionseinheit abwickeln. In der Rückrichtung können die Zeitschlitze aus den Zellen herausgenommen werden, die zum Übertragen von herkömmlicher Telefonie (POTS) verwendet werden, und somit weisen diese eine sehr geringe Laufzeit auf. Die Schleifenlaufzeit läge somit bei etwa 1 Millisekunde.
Die NTE wird eine gewisse Menge an Zwischenspeicherung von Verkehr ausführen müssen, sie weist aber keine große Zwischenspeicherkapazität auf, wenn sie sich auf die relativ geringe Speichermenge verlässt, die in dem ASIC vorgesehen ist. Wenn sie nicht in der Lage ist, die Endgeräte zur Zwischenspeicherung zu zwingen, wird sie einen zusätzlichen Speicher benötigen.
Das PON könnte auch genutzt werden, um SDH-Zubringer zu übertragen, indem die Kapazität in regelmäßig festgelegten Perioden über einen Mehrfachrahmen genutzt wird.
Das Basissystem teilt 150 Mbit/s Downstream und 50 Mbit/s Upstream zwischen Gruppen von 32 Teilnehmern auf. Diese Ströme können auch für andere Zwecke genutzt werden: 150 Mbit/s Downstream/100 Mbit/s Upstream aufgeteilt zwischen 32 Teilnehmern für einen Einsatz mit geringfügig größerem Upstream.
Eine Erweiterung zu höheren Datenraten ist ebenfalls möglich, gegebenenfalls und wenn notwendig unter Nutzung einer anderen Kodierung.
PON-Netzwerke können derart ausgelegt werden, dass sie mit geteilt genutzten PON-Medien funktionieren. Die Fasern können entweder aktiv oder passiv aufgeteilt werden, um 4000 und mehr Teilnehmer zu speisen. Jedes Band kann bis zu 32 Teilnehmer unterstützen, und es können so viele Bänder vorhanden sein, wie die Technologie in den Tunern behandeln kann.
Das System würde für ein Kabel-TV-Netz ebenso wie für den PON-Fall funktionieren. Die Bandbreite, die in einem Band verfügbar ist, muss möglicherweise reduziert werden, aber es würden die gleichen Prinzipien funktionieren. Dies wird detailliert in der vorstehend zitierten Anmeldung GB9413716.3 behandelt.
Funktionen, die direkt in der NTE bereitgestellt werden könnten, sind:

- herkömmliche Telefonie (POTS)
– 1,5 oder 2 Mbit/s plesiochrone digitale Hierarchie (PDH)
– ATM mit 51 Mbit/s oder 2 Mbit/s
- N × 64 kbit/s
- MPEG (Motion Picture Expert Group) – Transportstrom

Zusätzlich zu der POTS-Schnittstelle, die direkt von dem NTE-Prozessor bereitgestellt wird, wären an der NTE einige teilnehmerspezifische Schnittstellen möglich.
Komplexeren Funktionen müsste durch Erweiterung der "UTOPIA"-Funktionen Rechnung getragen werden. Die Basisschnittstellen wären hierbei entweder eine ATM-Schnittstelle mit z. B. 51 Mbit/s oder 2 Mbit/s. Alternativ könnte eine standardmäßige PDH-Schnittstelle mit 1,5 oder 2 Mbit/s bereitgestellt werden, und zwar durch Implementieren von AAL Typ 1 in der programmierbaren Schnittstelle.
Es wäre auch möglich, einen MPEG-Transportstrom in dem Utopia-Bauelement bereitzustellen, und zwar durch Bereitstellen der notwendigen AAL-Funktionalität.
Weitere Erweiterungen der Fähigkeit der UTOPIA-Schnittstelle könnten zusätzliche Funktionen liefern, und zwar mit Hilfe kleiner Einsteckeinheiten für eine standardmäßige Erweiterungsschnittstelle zu der UTOPIA-Funktion. Dies würde möglicherweise eine Kooperation mit Herstellern von Teilnehmergeräten erfordern. Die standardmäßige Erweiterungsschnittstelle wäre ein ATM-Erweiterungsbus.

– MPEG-TV-Dekodierer oder IMTV-Aufsatzgerät-Verbinder
– ISDN-Primär- oder Basisrate-Verbinder
– LAN-Fähigkeit
– Einfache Funktionen für Nebenstellenanlage (PBX)/intelligentes Telefon

Beispielsweise könnte eine MPEG-TV-Schnittstelle bereitgestellt werden, um TV-Dienste anzuschließen. Dies würde einen kleinen Zusatzkasten erfordern, der einen SCART- oder UHF-Anschluss für ein Fernsehgerät bereitstellen würde. Wahrscheinlich würde dieses Gerät ebenfalls Satellitenanschlüsse unterstützen. Die Ausgangsschnittstelle des UTOPIA-Prozessors zu dem Gerät würde entweder über eine ATM- (z. B. 51 Mbit/s) oder PDH- (z. B. 36 Mbit/s MPEG) Schnittstelle MPEG2 transportieren. Es wäre möglich, die Schnittstelle mit dem letzteren ATM-Format zu nutzen, um ein IMTV-Aufsatzgerät direkt mit Steuer- und Videoströmen zu speisen.
Es könnten auch ISDN-Primär- oder Basisrate-Anschlüsse bereitgestellt werden, und zwar durch einen kleinen Zusatzkasten, der die standardmäßigen Schnittstellen bereitstellt.
Es wäre möglich, LAN- (lokales Netz) oder Frame Relay-Anschlüsse zu ermöglichen, es ist aber höchstwahrscheinlich, dass bestehende Router- usw. Ausrüstung genutzt werden würden, um diese LAN-zu-ATM-Funktion bereitzustellen.
Die Architektur ist entwicklungsfähig, um höhere Datenraten und Fortschritte in der ASIC-Technologie vorteilhaft zu nutzen.
Neue NTEs/Kopfstellen können entwickelt werden, die mit höheren Datenraten auf höheren Frequenzbändern arbeiten. Diese können neben dem und in dem gleichen PON genutzt werden wie die früheren Einheiten, die mit niedrigeren Datenraten arbeiten.
Der Prozessor in der NTE ermöglicht die Fähigkeit, eine Reihe unterschiedlicher Schnittstellen bereitzustellen.
Falls und wenn abstimmbares WDM zu einem erschwinglichen Preis verfügbar wird, könnte dieses in die NTE- und Kopfstelleneinheiten integriert werden.
Die eingebettete Seriennummer ermöglicht die Bereitstellung einer beträchtlichen Sicherheit und eines beträchtlichen Datenschutzes.
Jede NTE wird eine eindeutige Seriennummer aufweisen, die als Teil des Herstellungsprozesses in diese eingebrannt wird.
Diese wird beträchtliche Prüfbits und Redundanz enthalten. Der Teilnehmer kann eindeutig identifiziert werden, indem das Zugangsnetz eine Datenbank konsultiert, um den Teilnehmer und dessen Anforderungen zu identifizieren. Dies kann dann genutzt werden, um die Auslieferung von Verschlüsselungsschlüsseln zu steuern.
Die NTE könnte, wenn erforderlich, die Verschlüsselung/Entschlüsselung bereitstellen. Für POTS würde sich die Verschlüsselung auf einem einzelnen Zeitschlitz befinden. Für Rundsendekanäle wäre die Verschlüsselung auf kanalweiser Basis vorgesehen, und für Punkt-zu-Punkt-Verkehr wäre sie auf allen VPs, die zu dem Teilnehmer gehen, vorgesehen.
Im Folgenden wird ein Beispiel dafür gegeben, wie dies sehr sicher erfolgen kann, andere Verfahren könnten ebenfalls genutzt werden.
Die Verschlüsselungssoftware kann auf die NTE heruntergeladen werden.
Unter Nutzung der Seriennummer (oder eines Teils der Seriennummer) als Schlüssel werden der NTE zwei Hauptschlüssel bereitgestellt. Einer wird für Punkt-zu-Punkt-Verkehr genutzt und der andere für Rundsendeverkehr. Der Punkt-zu-Punkt-Schlüssel wird mit dem Verschlüsselungsalgorithmus genutzt, um den gesamten Punkt-zu-Punkt- und POTS-Verkehr abzuwickeln. Der Rundsendeschlüssel wird genutzt, um einen sicheren Kanal zum Bereitstellen einzelner Schlüssel für einzelne Kanäle bereitzustellen. Dieser ist separat zu dem Punkt-zu-Punkt-Schlüssel vorgesehen, da er Gegenstand intelligenterer Attacken sein könnte, da ein größerer Teil der Daten bekannt ist, wodurch der potentielle Verlust an Datenschutz auf den Punkt-zu-Punkt-Kanälen reduziert wird. Es ist möglich, beide Schlüssel von Zeit zu Zeit zu aktualisieren.
Beim Systemstart übermittelt die Kopfstelle zwei Verschlüsselungscodes an die NTE unter Nutzung eines Teils der Seriennummer der NTE als Schutz für diese Daten. Der eine Code wird für den gesamten Punkt-zu-Punkt-Verkehr (einschließlich POTS) genutzt, der andere für die Steuerung der Rundsendekanäle.
Für Punkt-zu-Punkt-Verkehr werden alle Zellen unter Nutzung der Punkt-zu-Punkt-Verschlüsselung der NTE kodiert, dies gilt sowohl für die Upstream- als auch die Downstream-Richtung.
Rundsendeverkehr stellt den komplexesten Fall dar, da jeder Rundsendekanal seine eigene Verschlüsselung benötigt. Da die Verschlüsselung für alle Teilnehmer gleich ist, die den Kanal haben wollen, ist dieses Protokoll einfacher zu verletzen, da ein Teil seines Inhalts bekannt ist. Um zu verhindern, dass dies einen Schwachpunkt in dem Punkt-zu-Punkt-Verkehr darstellt, wird dafür eine andere Verschlüsselung genutzt, wie in 14 gezeigt ist.
POTS-Verkehr wird auf byteweiser Basis unter Nutzung der Punkt-zu-Punkt-Verschlüsselung der NTEs kodiert. Es besteht die Möglichkeit, diesen ebenfalls separat zu verschlüsseln.

Claims

Optisches Kommunikationsnetz, das eine Kopfstelleneinheit umfasst, die mit mehreren Gruppen von Netzabschlusseinrichtungen (NTE) und/oder optischen Netzeinheiten (ONU) verbunden ist, wobei Downstream-Kommunikation mittels Zeitmultiplex erfolgt, wobei eine Gruppe auf eine, Strom gemultiplext wird und mehrere Ströme zu einem Multiplex mit höherer Geschwindigkeit zusammengefasst werden, und wobei Upstream-Kommunikation mittels Zeitmultiplexzugriff erfolgt; wobei die Entfernungseinordnung (Ranging) einer NTE oder ONU durch die Kopfstelleneinheit unter Nutzung einer gesteuerten Fehlerkodierung ausgeführt wird.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 1, bei welchem das Zusammenfassen unter Nutzung des Wellenlängenmultiplexens erfolgt.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Übertragung über das Netz unter Nutzung mehrerer optischer Wellenlängen erfolgt, wobei jede Wellenlänge eine Anzahl von Strömen trägt.
Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem jede NTE eine eindeutige Kennung aufweist, die während der Herstellung bereitgestellt wird.
Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem jede Gruppe zwei separate logische ATM-Leitungen aufweist, wobei die Kapazität der Downstream-Leitung von der Kopfstelleneinheit zu der NTE größer als diejenige der Upstream-Leitung von der NTE zu der Kopfstelleneinheit ist.
Netzwerk nach Anspruch 5, bei welchem die nominelle Downstream-Kapazität 155 Mbit/s beträgt und die nominelle Upstream-Kapazität 51 Mbit/s beträgt.
Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Rundsendekanal auf einem Band einmal übertragen wird, wobei einer NTE die Kanalkennung eines Kanals, der zu empfangen ist, angegeben wird und diese diesen Kanal auswählt.
Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kopfstelleneinheit eine Haupteinheit und mehrere Bandeinheiten umfasst.
Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches Einrichtungen zum Übertragen von herkömmlicher Telefonkommunikation (POTS) umfasst, wobei eine Zelle in der Downstream-Leitung die 47 Zeitschlitze eines 2-Mbit/s-Datenstroms überträgt und eine NTE die geeigneten Bytes aus der Zelle auswählt, und wobei in der Upstream-Richtung ein Steuerstrom die Kapazität dafür aufweist, dass jede NTE 2 × 64-kbit/s-Kanäle eingebettetet in dem Strom senden kann.