Сети PON

Развитие сети Internet, в том числе появление новых услуг связи, способствует росту потоков данных, передаваемых по сети и заставляет операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных сетей. При выборе решения необходимо учитывать:

  • разнообразие потребностей абонентов;
  • потенциал для развития сети;
  • экономичность.
На развивающемся телекоммуникационном рынке опасно как принимать поспешные решения, так и дожидаться появления более современной технологии. Тем более что такая технология уже появилась – это технология пассивных оптических сетей PON.

Распределительная сеть доступа PON, основанная на древовидной волоконной кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, возможно, представляется наиболее экономичной и способной обеспечить широкополосную передачу разнообразных приложений. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.
Преимущества архитектуры PON:

  • отсутствие промежуточных активных узлов
  • экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле
  • экономия волокон
  • легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных)

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети.
К недостатку можно отнести возросшую сложность технологии PON и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

Волокно в сетях доступа


Строительство сетей доступа в настоящее время главным образом идет по четырем направлениям:
  • сети на основе существующих медных телефонных пар и технология xDSL
  • гибридные волоконно-коаксиальные сети
  • беспроводные сети
  • волоконно-оптические сети

Использование постоянно совершенствующихся технологий xDSL – самый простой и недорогой способ увеличения пропускной способности существующей кабельной системы на основе медных витых пар. Для операторов такой путь является наиболее экономичным и оправданным, когда требуется обеспечить скорость до 1 Мбит/c. Однако, скорость передачи до десятков мегабит в секунду на существующих кабельных системах, с учетом больших расстояний (до нескольких км) и низкого качества меди, представляется не простым и более дорогим решением.

Другое традиционное решение – гибридные волоконно-коаксиальные сети (HFC, hybrid fiber-coaxial). Подключение множества кабельных модемов на один коаксиальный сегмент приводит к снижению средних затрат на построение инфраструктур сети в расчете на одного абонента и делает привлекательным такие решения. В целом же здесь сохраняется конструктивное ограничение по полосе пропускания.

Беспроводные сети доступа могут быть привлекательны там, где возникают технические трудности для использования кабельных инфраструктур. Беспроводная связь по своей природе не имеет альтернативы для мобильных служб. В последние годы наряду с традиционными решениями на основе радио- и оптического Ethernet доступа, все более массовой становится технология WiFi, позволяющая обеспечить общую полосу до 10 Мбит/c и в ближайшей перспективе до 50 Мбит/c.

Следует отметить, что для трех перечисленных направлений дальнейшее увеличение пропускной способности сети связано с большими трудностями, которые отсутствуют при использовании такой среды передачи, как волокно.

Таким образом, единственный путь, который позволяет заложить способность сети работать с новыми приложениями, требующими все большей скорости передачи – это прокладка оптического кабеля (ОК) от центрального офиса до дома или до корпоративного клиента. Это весьма радикальный подход, еще 5 лет назад он считавшийся крайне дорогим. Однако в настоящее время, благодаря значительному снижению цен на оптические компоненты, этот подход стал актуален. Сегодня прокладывать ОК для организации сети доступа стало выгодно и при обновлении старых, и при строительстве новых сетей доступа (последних миль). При этом имеется множество вариантов выбора волоконно-оптической технологии доступа. Наряду со ставшими традиционными решениями на основе оптических модемов, оптического Ethernet, технологии Micro SDH, появились новые решения с использованием архитектуры пассивных оптических сетей PON.

Свойства сети PON

  • Древовидная архитектура с передачей по одному волокну на двух длинах волн навстречу друг другу: 1550 нм (от центрального узла к абонентам, нисходящий поток) и 1310 нм (от абонентов к центральному узлу, восходящий поток);
  • На промежуточных узлах дерева, размещаются пассивные оптические разветвители;
  • Использование метода доступа TDMA позволяет гибко распределять полосу пропускания между абонентами;
  • На одно волокно, идущее из центрального узла (OLT), можно подключить до 32 абонентских узлов (ONT);
  • Максимальное удаление составляет 20 км.

Принцип действия PON

Основная идея архитектуры PON – использование всего одного приемопередающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них. Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки. Реализация этого принципа показана на рисунке.

Основные элементы архитектуры PON и принцип действия 

Прямой поток. Прямой поток на уровне оптических сигналов, является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, мы имеем дело с распределенным демультиплексором.

Обратный поток. Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Для того, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Основные стандарты PON

  • EPON, он же GEPON, он же Ethernet PON;
  • BPON – широкополосный (Broadband) PON на основе протокола ATM;
  • GPON – мультигигабитный PON на основе протокола GFP.

Сокращения

  • ATM (Asynchronous Transfer Mode) - технология асинхронного режима передачи, формирующая на цифровой сети универсальную транспортную среду для передачи всех видов непрерывных и дискретных информационных потоков и позволяющая наиболее эффективно использовать широкополосные цифровые каналы с предоставлением соответствующих классов обслуживания.
  • GFP (Generic Frame Protocol) - транспортный протокол, посредством которого пакетные данные доставляются по сети мультиплексной передачи с разделением каналов по времени, как SONET/SDH.
  • MAC (Media Access Control) - определяет процедуру инициации передачи по радиоканалу со стороны абонента или базовой станции.
  • OLT (Optical Line Terminal) - приемопередающая станция сети PON. Это самая главная составная часть всей сети, она формирует нисходящий поток (к абоненту) и принимает восходящий поток (от абонента).
  • ONT (Optical Network Terminal) – абонентское устройство PON персонального пользования.
  • P2MP (Point-to-Multipoint) - древовидная топология построения сети.
  • PON (Passive Optical Network) – пассивная оптическая сеть.
  • SDH (Synchronous Digital Hierarchy) — это технология транспортных телекоммуникационных сетей.
  • SNI (Subscriber Network Interface) - сетевой Интерфейс Абонента - термин телефонной компании, означающий конец провода, подведенный к вашему дому. Он относится к точке между линией телефонной компании и внутренним проводом. Этот интерфейс иногда еще называют точкой разделения.
  • TDMA (Time Division Multiple Access) — множественный доступ с разделением по времени — способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находятся несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи.
  • UNI (User(-to-)Network Interface) - сетевой интерфейс пользователя (в частности, в сетях ATM).
  • WDM (Wavelength Division Multiplexing) - Мультиплексирование по длине волны, или WDM, повышает емкость оптоволокна за счет передачи сигналов на разных длинах волн. Термин "мультиплексирование по длине волны" относится к любой волоконно-оптической системе, где два или более сигналов передаются на разных длинах волн.
  • xDSL (Digital Subscriber Line) - обобщенная аббревиатура для технологий DSL. Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими скорости, доступные самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. xDSL поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Более того, многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL, различаются, в основном, по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

 

Андрей ЛЕОНОВ, Вадим КОНЫШЕВ, CONNECT
Петренко И.И., Убайдуллаев Р.Р., LIGHTWAVE RE