Пон модем. PON - пассивные оптические сети

Технология GEPON

В данном материале пойдет речь о технологии и оборудовании для организации пассивных оптических сетей - Passive Optical Network, PON. Основными отличиями PON от классических оптических каналов связи являются использование для агрегации трафика пассивного оборудования - оптических сплиттеров - и высокая плотность портов.

Не секрет, что требования потребителей к скорости доставки информации из Интернет растут по экспоненте. Сегодня в крупных городах 10 Мбит/с являются совершенно обычным делом. Причины этого процесса остаются неизменными уже давно - передача голоса и видео, мультимедиа, телевидение (в последнее время также и в версии высокого разрешения). Только вот битрейты постоянно возрастают.

Существенную часть затрат любого провайдерского проекта несет кабельная инфраструктура. Причем здесь учитывается не только стоимость кабеля, но и его прокладки, которая в случае работы в уже существующей инфраструктуре может быть очень велика. И конечно хочется чтобы вложения работали долго, не требовали частых обновлений и имели хороший запас по нужным параметрам. С этой точки зрения оптические каналы связи сегодня это наиболее производительный и «дальнобойный» способ обеспечения сетевого соединения устройств. При этом классическая архитектура предполагает топологию «точка-точка», когда каждая линия имеет свои выделенные порты с каждой стороны, а при необходимости создания «ответвлений» требуется установка активного оборудования в узле. Так что наиболее удачно она может использоваться для одиночных линий большой протяженности.

Однако в некоторых ситуациях более удобной может оказаться древовидная топология, которая интересна с точки зрения масштабируемости и сниженной общей длины прокладываемых кабелей. Как раз для подобных проектов и подходит PON. В России сети этого типа появилась уже достаточно давно, более пяти лет назад.

А рост числа подключенных пользователей и старт первых российских проектов класса волокно в каждый дом (Fiber To The Home, FTTH), основанных на PON, показывает, что технология прижилась и у нас.

Структура сети PON

Сеть PON состоит из нескольких элементов - коммутатора на узле связи, линий связи с пассивными сплиттерами в узлах сети и модемов на стороне абонентов. К каждому модему поступают все пакеты от коммутатора, а во время передачи используется временное мультиплексирование кадров.

Передача данных в прямом канале

Передача данных в обрантом канале

Компания ZyXEL предлагает сегодня оборудование стандарта EPON (IEEE 802.3ah), называемого также GEPON.

В настоящий момент оборудование участвует в нескольких проектах, а также в тестированиях у провайдеров по всей России. Именно о нем и пойдет дальше речь. Отметим что другие стандарты рассматриваемого типа сетей отличаются скоростными и другими техническими характеристиками.

Коммутатор позволяет по одному волокну (одному порту) подключить до 32 или даже 64 абонентов. Общая скорость передачи данных (которая делится между абонентами) составляет 1,25 Гбит/с. Дальнейшее развитие EPON уже в ближайшие годы предлагает также переход на скорости 10/1 Гигабит/с и 10/10 Гигабит/с. В следующем году ожидается принятие рабочей версии стандарта 10G EPON, а уже в 2010 году могут стартовать первые пилотные проекты.

C задержкой в два-три года планируется переход на 10-гигабитные скорости и технологии GPON.

Для приема и передачи используются лазеры с разной длиной волны - 1490 нм для передачи и 1310 для приема. При необходимости возможно добавление в канал и аналоговых кабельных телевизионных каналов (100 и более), которые модулируются лазером на 1550 нм. В зависимости от конкретной схемы сети и использованного оборудования, общая протяженность канала может составлять до 20 км.

Мультисервисная сеть на базе технологии GEPON

Кабель прокладывается от порта коммутатора в виде дерева. Сплиттеры, устанавливаемые в узлах, чрезвычайно неприхотливы - не требуют электропитания, настройки и управления, термошкафов, недороги и очень компактны. Это позволяет размещать их, например, в уже имеющихся телефонных распределительных шкафах.

Сплиттер

Простейшие оконечные устройства представляют собой конвертеры оптика-кабель со встроенным фильтром MAC-адресов. В случае использования телевидения, в модем устанавливается еще один приемник, а на телевизор выводится обычный высокочастный кабель.

Для защиты информации возможно использование шифрования (AES128) всех передаваемых пакетов. Технология не допускает прямого общения отдельных абонентов, находящихся на одном порту коммутатора - данные от одного абонента могут попасть к другому только через GEPON-коммутатор, который ретранслирует потоки данных восходящего потока на длине волны 1310 нм в нисходящий поток на длине 1490 нм. Дополнительным плюсом с точки зрения безопасности является использование на линии исключительно пассивного оборудования, затрудняющего перехват.

Из положительных сторон PON нужно отметить:

минимальное использование активного оборудования;
минимизация кабельной инфраструктуры;
низкая стоимость обслуживания;
возможность интеграции с кабельным телевидением;
хорошая масштабируемость;
высокая плотность абонентских портов.

В тоже время при рассмотрении технологии нужно учесть и ее особенности, особенно в сравнении с линиями «точка-точка»: разделяемая между абонентами полоса пропускания, общая среда может не подойти клиенту с точки зрения безопасности, пассивные сплиттеры затрудняют диагностику оптической линии, возможно влияние неисправности оборудования одного абонента на работу остальных, меньшая выгода в случае реализации на этапе строительства.

Оборудование

Линейка продуктов GEPON у ZyXEL состоит из трех коммутаторов и трех модемов. Младшая модель коммутатора - - имеет восемь портов GEPON и восемь соответствующих им Gigabit Ethernet (обратите внимание, что именно гигабитных, устройства с меньшей скоростью к ним подключить нельзя). К каждому оптическому порту можно подключить до 32-х модемов в итоге получив 256 абонентов на устройство. Все коннекторы расположены на лицевой стороне устройства - 8xPON, 8xGigabit, консольный, 10/100BaseT внесетевого управления и питание. Здесь же есть и кнопка сброса устройства. Все порты имеют набор индикаторов для определения текущего статуса. У есть встроенный гигабитный L2+ коммутатор (неблокируемая коммутация с пропускной способностью 24 Гбит/с, скорость коммутации кадров 17,8 млн. пак/с) и четыре совмещенных порта 1000Base-T/SFP. Такой вариант можно использовать для резервирования канала - при одновременном подключении двух разъемов (SC и RJ45) работает оптика, а в случае аварии в оптическом канале происходит автоматическое переключение на медь. Питание и консольный порт у этой модификации находятся на задней панели. Данные модели выполнены в стандартном 1U корпусе и рекомендуются для использования в быстрорастущих сетях. Самой производительной моделью является модульный . В его 4,5U корпусе предусмотрено место для установки до шестнадцати OLC-2301. Каждый такой линейный модуль имеет порт GEPON и совмещенный порт 1000Base-T/SFP. В шасси также устанавливается управляющий модуль и блок питания с двойным резервированием. Линейный модули допускают горячую замену, что положительно сказывается на удобстве обслуживания сети и надежности предоставления услуг. Максимально OLT-2300 может поддерживать 512 абонентов. Все оптические модули коммутаторов рассчитаны на дальность работы 20 км.

OLT-1308

Последние обновления прошивок моделей OLT-1308/OLT-1308H позволяют работать на одном канале не 32, а 64 абонентам, что существенно снижает стоимость одного подключения. Для OLC-2301 такой возможности пока нет.

Шасси OLT-2300

Все GEPON-коммутаторы поддерживают протоколы STP/RSTP и механизмы приоритезации трафика и организации виртуальных сетей (включая Port Based и 802.1Q). Эффективность многоадресных рассылок обеспечивается поддержкой IGMP v.2, IGMP proxy, IGMP snooping и MVR. Для управления предусмотрены порты RS-232 и 10/100Base-TX. Настраивать коммутаторы можно через Web-интерфейс (поддерживается SSL, предусмотрена установка до пяти аккаунтов, примеры скриншотов - , , ), telnet, SSH, FTP или консольный порт. Номера портов всех сервисов можно изменить. Возможно ограничение доступа по IP-адресам. Web-интерфейс имеет встроенную систему помощи.

Устройство автоматически находят все подключенные абонентские модемы и позволяет назначить им специфические профили. Они включают в себя настройки скорости, фильтрации, VLAN, приоритетов и другие параметры. Допускается использование протокола аутентификации 802.1x.

Коммутаторы также позволяют следить за физическим состоянием - проверяются температуры, скорости вращения вентиляторов, напряжения. Для больших сетей будет полезной поддержка коммутаторами проколола SNMP и совместимость с EMS системой управления NetAtlas. Кроме того, возможно объединение устройство в кластеры для общего управления.

В настоящий момент моделей со встроенными инжекторами КТВ у ZyXEL нет. Впрочем, для микширования сигнала ТВ в оптический канал можно использовать внешние сплиттеры и медиаконвертеры коаксиал/оптика.

ONU-631HA

Первой моделью абонентского GEPON-модема является . Он работает в режиме моста, прост в обслуживании и управляется исключительно со стороны провайдера по специальному протоколу. Для пользователя он предлагает стандартный порт Gigabit Ethernet. Предусмотрено две модификации модемов - с индексами -11 и -12. Первая работает на расстояниях до 10 км, а вторая - до 20 км. Корпус выполнен из темного пластика, на передней панели есть несколько индикаторов (питание, PON, LAN, скорость LAN, дуплекс). На задней стороне расположены два сетевых порта (оптический и медный) и вход блока питания (12 В 1,5 А). Данная модель позиционируется для подключения корпоративных абонентов и выносов операторской сети.

ONU-634HA

Вторая модель более интересна для подключения домашних пользователей - имеет встроенный централизованно управляемый 4-портовый коммутатор с привязкой VLAN 802.1Q к портам Fast Ethernet. Как и 631-й она полностью настраивается со стороны провайдера, что сокращает затраты на обслуживание. Также сейчас существуют семплы ONU-634FA - четыре сетевых порта и выход кабельного телевидения, позволяющий напрямую подключить к GEPON-модему обычный телевизор.

ONU-634FA

Рекомендованные цены на оборудование GEPON
Модель	Стоимость ($)	Стоимость на абонента ($)
ONU-631HA-11/12	372/454	372/454
ONU-634HA-11/12	388/502	388/502
OLT-1308	23 939	47
OLT-1308H	23 283	46
OLT-2300M/OLC-2301HA-12	1 317/2 670	90 (на 512 абонентов)

Для построения сети также потребуются сплиттеры (примерная стоимость - от 400 руб за 1×2 до 4000 руб за 1×8, существуют и модели 1×32), оптический одномодовый кабель (стоимость сравнялась с ценой кабеля UTP: цены на одволоконный кабель начинаются с 7-8 рублей за метр) и коннекторы (от 100&ndsah;140 рублей за одно соединение).

Тестирование описанного оборудования в составе коммутатора OLT-1308 и модемов ONU-631A проводилось на тестовой площадке компании ZyXEL с использованием тестового пакета Ixia Chariot. Результаты при одновременной работе одного, двух и трех клиентов приводятся в таблице (пакеты максимального размера, Мбит/с). Модемы подключались к одному из портов коммутатора через один сплиттер. Видно, что в случае максимальной нагрузки, скорости равномерно распределяются по всем клиентам. Отметим и высокую эффективность передачи данных, включая режим работы нескольких клинетов - суммарная скорость практически совпадает с максимально возможной.

В целом можно отметить, что технология не сложна в настройке и эксплуатации и работает согласно спецификациям. Скорости соответствуют знакомым по медным гигабитным сетям.

Выводы

Технология GEPON может успешно применяться для организации оптических каналов каналов связи до абонента и особенно эффективна в случае наличия ограничений на прокладку кабелей и установку активного оборудования на линии. Эффективность данного решения зависит от многих факторов и однозначно сказать, что это лучший вариант конечно нельзя, все определяется конкретными требованиями заказчика. Тем не менее, произведенные оценки позволяют сделать вывод, что уже сегодня в некоторых случаях себестоимость подключения по оптике домашних абонентов может не превышать 500 долларов.

Что касается описанного оборудования, то компания ZyXEL предлагает сегодня полную линейку GEPON-устройств, позволяющую создавать оптические сети любого масштаба со всеми необходимыми системами управления и технологиями повышения надежности.

Если в отрезок оптической линии внедрить сплиттеры (пассивные разделители сигнала, поступающего от OLT) и к их выходам подключить ONT, то такой переход от одноволоконной структуры FTTx к древовидной приведет к образованию пассивной оптической сети - PON (Passive Optical Network).

Работа PON состоит в организации множественного доступа через одно оптоволокно посредством временного мультиплексирования (Time Division Multiplexing Access - TDMA) и частотного разделения трактов приема и передачи (Wavelength-Division Multiplexing - WDM). Мультиплексоры WDM, работающие в составе OLT и ONT, разделяют прямой (входящий) и обратные (исходящие) сигналы, транслируемые на разных длинах волн (прямой - 1,49 мкм, обратный - 1,31 мкм). К этим потокам может быть добавлен сигнал кабельного телевидения, передаваемый на длине волны 1,55 мкм.

Первые ростки технологий PON появились около 15 лет назад, и за прошедшее время Международным союзом электросвязи (МЭС) выпущено пять стандартов передачи данных по оптоволокну. Активное оборудование, выпущенное в соответствии с требованиями этих стандартов, обеспечивает скорости от 155 Мб/с до 2488 Мб/с. Об особенностях этих стандартов будет рассказано ниже, а пока что подчеркнем, что общими для всех разновидностей технологий PON достоинствами являются возможности простого наращивания абонентской базы, ее обслуживания и модернизации, а также низкие (по сравнению с «медными» технологиями) эксплуатационные затраты.

GPON: движущая сила стандарта

Первый стандарт семейства PON - APON (ATM PON) был утвержден МЭС в конце 1998 года и уже в следующем году американские и японские операторы связи приступили к строительству пассивных оптических линий. Передача данных по этому стандарту осуществляется на базе протокола ATM, описывающего способ коммутации и мультиплексирования, основанный на передаче данных в виде ячеек фиксированного размера (ячеек ATM). Скорость передачи данных - 155 Мб/с.

Внесение в APON новых технологий, в частности, динамического назначения полосы в зависимости от приложений, поддержки протоколов SDH, FE, GE, SDI PAL, El, E/FE и телефонии, обеспечило дополнительную функциональность в областях трансляции речи, разнообразного видеоконтента и телевещания (первое появление в PON третьей длины волны). Что и обусловило утверждение «дочернего» стандарта APON - BPON (Broadband PON). При этом скорость передачи данных повысилась до 622 Мб/с.

Следующим «звеном в цепочке» APON - BPON стал стандарт GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network), реализация которого обеспечивает работу сети как в симметричном, так и в асимметричном режимах. Чаще используется второй режим, при котором скорость передачи данных в прямом потоке достигает 2,488 Гб/с, а в обратном - 1,244 Гб/с (обычно эти числа округляют и говорят о 2,5 Гб/с и 1,25 Гб/с).

Обычно к оптическому модему (ONT) сети стандарта GPON домашний ПК подключается либо по витой паре, либо по беспроводной связи (Wi-Fi). В ONT также есть порты для подключения телевизора и VoIP-телефона.

Подключение по GPON технологии

Базовым протоколом в технологии GPON стал GFP (Generic Framing Protocol), хотя используются также рекомендации TDMA, SDH, Ethernet, ATM.

Параллельно с совершенствованием PON-технологий в мире происходило развитие оптических сетей Ethernet и достижения этой коммуникационной «ветви» в области высокоскоростной передачи данных были использованы в стандарте EPON (Ethernet PON), который был разработан на базе протокола MPCP (Multi-Point Control Protocol), осуществляющего управление множеством узлов. А его улучшенная версия - GEPON (Gigabit EPON) по своим характеристикам и возможностям сегодня уступает только безусловному лидеру PON-технологий - GPON.

Что «бросается в глаза» в приведенном мини-обзоре технологий, используемых в пассивных оптических сетях? - То, что различия в их функциональности обусловлены главным образом тем, какие протоколы передачи данных положены в основу стандартов.

GPON и GEPON: простая арифметика

Если известны числовые показатели (или даже описания), выражающие какие-либо характеристики объектов, которые нужно сравнить, то такое сравнение произвести довольно просто, размещая соответствующие числа в строку или в столбик. И сразу же будет видно, «кто кого лучше». Проведем такое сравнение GPON и GEPON.

Итак, скорость передачи в прямом потоке у GPON - 2,5 Гб/с, а у GEPON - 1,25 Гб/с.

Максимальное число абонентских узлов на одно волокно у GPON - 64, а у GEPON - 16, что обуславливает более низкую стоимость порта на одного абонента в оптическом терминале оператора, произведенном по стандарту GPON, и значительно меньшее потребление электроэнергии станционным оборудованием, чем при использовании операторского оборудования стандарта GEPON.

Загруженность полосы пропускания по технологии GPON - не менее 93%, а по GEPON - не более 60%. Это различие обусловлено тем, что в активном оборудовании GPON, используется технология фрагментации кадров GEM (GTC Encapsulation Method), повышающая эффективность использования полосы пропускания. В технологии же GEPON такого инструмента нет.

Вот и вся «простая арифметика», объясняющая популярность GPON.

GPON: кабели внутридомовой разводки

Сеть GPON состоит из магистральных и распределительных линий связи. Протяженность магистральных трасс GPON в настоящее время достигает 20 км (в ближайшие годы разработчики технологии GPON обещают увеличить максимальную длину магистрального оптоволокна до 60 км). Магистральные участки прокладываются (подробнее о прокладке оптоволоконного кабеля) с использованием традиционных методов воздушной или подземной прокладки оптических кабелей с защитной оболочкой, которая обеспечивает долговечность эксплуатации кабельной линии в условиях повышенной влажности и перепада температур.

Для распределительной инфраструктуры продать gpon , создаваемой, например, в пределах многоквартирного дома, применяются дроп- и райзер-кабели. Особенностью «этажных» дроп-кабелей, предназначенных для ответвления оптической линии от подвесного распределительного кабеля, является предоставляемая их конструкцией возможность «гибкой» трассировки с малыми радиусами изгиба.

Райзер-кабели, применяемые для вертикальной межэтажной разводки, содержат 6-12 оптических волокон, которые легко укладываются в кассетах, а для их сварки требуется существенно меньшее время, чем при сварке оптических волокон других видов кабелей.

Монтаж GPON сети

GPON: скорость эволюции нарастает

Преимущества стандарта GPON по сравнению с другими разновидностями технологий PON были неоспоримы уже с момента его утверждения в 2003 году. Однако к 2010 году в России пользователей ШПД на основе GPON «набралось», по данным компании J’son & Partners Consulting, всего 80 тысяч. Основным барьером к большему росту, как это почти всегда случается с продуктом, появившимся на рынке, была высокая цена активного оптического оборудования. В последние несколько лет цены на станционные приемопередатчики и абонентские оптические модемы заметно снизились, благодаря чему к началу 2017 года (по прогнозам аналитиков той же компании) количество российских пользователей GPON приблизится к 6 млн, то есть за семилетку увеличится почти в 75 раз!

Такой темп эволюции будет обусловлен в первую очередь строительством сетей GPON, которое уже два года назад начали крупнейшие операторы связи «Ростелеком» и МГТС. Вторым фактором, стимулирующим распространение GPON, является повышение привлекательности этой технологии ШПД для абонентов, которая обуславливается ожидаемыми пользователями (и обещаемыми разработчиками) введением в GPON дополнительных сервисов и интерфейсов.

GPON - Gigabit-capable Passive Optical Networks – гигабитная пассивная оптическая сеть. Впервые о технологии PON заговорили в 1990-х годах прошлого века, когда несколько ведущих европейских операторов, включая British Telecom и France Telecom, объединились в консорциум для разработки технологии множественного доступа по одному волокну. Так появилась технология, отличительной особенностью которой является использование для объединения трафика пассивных оптических разветвителей (сплиттеров), не требующих питания и обслуживания.

На сегодняшний день GPON позволяет провести оптоволоконный кабель в квартиру и предоставить полосу пропускания до 1 Гбит/с, что в 100 раз превышает возможности ADSL-доступа. Реализация технологии GPON обеспечивает предоставление по одному волокну услуги Triple-Play: Internet, VoIP, IPTV; а высокая скорость передачи обеспечивает возможность просмотра нескольких каналов HDTV одновременно. Новая сеть позволяет совершать местные телефонные звонки по технологии IP-телефонии.

GPON (Gigabit PON) - перспективный стандарт PON ITU G.984 (2005). Транспортный протокол - GFP (generic framing protocol). Нисходящий поток - 1490 нм, 2,4 Гбит/с или 1,2 Гбит/с. Восходящий поток - 1310 нм, 1,2 Гбит/с или 622 Мбит/с.

Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в октябре 2003 года.

В 2008 году принят стандарт GPON ITU G.984.6 (2008), с поддержкой до 128 абонентов на дерево на расстоянии до 60 км.

Компания Тералинк предлагает оборудование GPON Alphion, соответствующее стандарту G.984.6.

Технология GPON способствует эволюции телевидения от широковещательного (multicast) до персонального (unicast, Video-on-Demand) с качеством HDTV практически для всех абонентов. Видеоканал в HDTV качестве занимает до 20 Мбит/с, то есть 1,2 Гбит/с для 64 абонентов в сегменте PON, что вдвое меньше ширины нисходящего канала в GPON (2,5 Гбит/с).

GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, поддерживает как симметричную битовую скорость в дереве PON для нисходящего и восходящего потоков, так и ассиметричную и базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса (в том числе TDM). Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON .

Если в SDH деление полосы происходит статично, то GFP (generic framing protocol), сохраняя структура кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.

Технология GPON дает:

Высокоскоростной Интернет на скорости до 1 Гб/с.

Новейшее интерактивное IP-телевидение, которое даст возможность не только смотреть более 60 спутниковых и эфирных каналов цифрового телевидения с высоким разрешения формата HDTV, но пользоваться интерактивными сервисами: заказать запись фильма и просмотреть его после эфирного показа, просмотреть телепередачу, трансляция которой уже состоялась, заказывать фильм из видеотеки

Качественную связь с возможностью подключения как обычного, так и IP –телефона с расширенным набором функций, неограниченное количество номеров по одной линии и сохранение номера при переезде. Используя услуги IP-телефонии можно значительно экономить на звонках в другие города.

Сеть GPON обеспечит высококачественную телефонную связь с возможностью подключения современного IP-телефона с расширенным набором функций, неограниченное количество номеров по одной линии и сохранение номера при переезде. Самым широким кругом абонентов наверняка будет востребовано и другое преимущество IP-телефонии - возможность существенно сэкономить на международных и междугородних звонках.

Еще одно достоинство технологии GPON - возможность бесперебойной работы охранных систем индивидуальных домов и квартир.

Ко всему прочему, оптоволоконный кабель устойчив к электромагнитным воздействиям, не является источником электромагнитных волн, привлекателен по массово-габаритным параметрам и защищен от несанкционированного доступа. Инфраструктура GPON отличается крайней неприхотливостью и безопасностью: не требует электропитания и может быть смонтирована в любом, даже неприспособленном помещении.

В начале августа 2010 года «Сибирьтелеком» приступил к предоставлению услуг Интернет по современной технологии в Иркутске. Данным проектом компания открыла для абонентов новые возможности высокоскоростного Интернета - GPON позволяет обеспечивать пропускную способность сети до 1 Гбит/с. Технология пассивных оптических сетей GPON позволяет увеличить пропускную способность сети в 100 раз выше, чем при технологии ADSL, обеспечивает высокое качество передачи видеосигнала с предоставлением новых сервисов. Сеть строится с помощью пассивных делителей оптической мощности (сплиттеров), не требующих питания и обслуживания. Особенностью технологии является 100% оптический канал от АТС до квартиры или офиса клиента, что позволяет повысить качество передачи сигнала (голоса, данных, видео) и в десятки раз увеличить скорость передачи данных.

1. Типовая структура PON-сети

Классическая PON-сеть состоит из:

Центрального станционного устройства OLT (Optical Line Terminal), которое служит для агрегации потоков оптических сетей (деревьев);
Распределительной оптической сети ODN (Optical Distribution Network), состоящей из:
- Магистрального оптического фидера (волокна);
- Сплиттеров, разветвляющих оптический сигнал на ветви оптического дерева;
- Распределяющих оптических волокон (ветвей) дерева PON-сети;
- Оконечных отводных абонентских кабелей (Drop-окончаний), которые в зависимости от типа оконечного абонентского устройства и количества каскадов сплиттеров на сети могут быть оптическим волокном, кабелями Ethernet, xDSL, E1;
Оконечных абонентских устройств ONU (Optical Network Unit) или ONT (Optical Network Terminal), которые в зависимости от их типа могут устанавливаться в распределительном шкафу, в здании, в помещении абонента и предоставляют конечным абонентам различные порты доступа в зависимости от типа и модели устройства: Ethernet, иногда VDSL - основной вид порта, дополнительно - кабельного телевидения, подключения телефона, Е1;
Системы управления сетью AMS (Access Management System), которая служит для управления и мониторинга оборудованием PON.

Рис.1. Типовая схема PON-сети.

2. Преимущества технологии PON

Технология PON имеет ряд перечисленных ниже неоспоримых преимуществ перед другими технологиями:

Невысокая стоимость построения сети. Технология реализует возможность подключения через одно оптоволокно большого количества абонентских терминалов, что способствует значительной экономии волокон.
Низкие расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание сети. Преимущество обусловлено использованием пассивного оборудования в распределительной сети.
Возможность постепенного наращивания сети. Ввод новых узлов не оказывает влияния на действующую сеть.
Перспективность создания распределительной инфраструктуры. Строительство оптической распределительной сети закладывает хорошую и долговременную основу для дальнейшего развития и предоставления в будущем любых мультимедийных услуг с практически неограниченной полосой пропускания
Надежность. Использование меньшего числа активных элементов в сети обеспечивает ее надежность, а кроме того, способствует как снижению чувствительности к влиянию смежных линий связи, так и уменьшению воздействия на них.
Высокая гибкость. Построение распределительной сети по технологии PON требует применения всего лишь одного оптического волокна, а не пучка волокон, как при использовании других оптоволоконных технологий. Благодаря этому можно строить сеть по шинной или древовидной топологии, что весьма выгодно с экономической точки зрения. Гибкость технологии позволяет использовать ее в любых сетевых конфигурациях семейства FTTx.
Возможность оказания услуг Triple Play с предоставлением видео по любой модели: в виде услуг кабельного телевидения (рис.2) или в виде услуг IPTV (рис.3).

Рис.2. Предоставление услуг кабельного видео.

Рис.3. Предоставление IPTV.

3. Технологи передачи информации

Для предоставления услуг связи абоненту используется технология WDM (Wavelength Division Multiplexing), когда сигналы к абоненту и от абонента передаются на разных длинах волн (1490нм и 1310нм соответственно). Для некоторых типов ONU/ONT, имеющих отдельный выход для телевизионного видеосигнала, возможно «подмешивание» в оптическое волокно телевизионного видеосигнала кабельного телевидения на отдельной длине волны 1550 нм.

Рис.4. Общая структура работы PON-сети.

Для каждого направления передачи (к абоненту и от абонента) используется технология временного разделения каналов для каждой длины волны. Описание этих технологий представлено на рис. 5 и 6.

Рис.5. Передача информации по направлению к абоненту.

Рис.6. Передача информации по направлению от абонента.

В вышеуказанных случаях всем абонентам выделяется равная фиксированная гарантированная полоса пропускания канала связи в каждом направлении. Здесь необходимо отметить, что в настоящее время используются в основном 2 стандарта PON-сетей:

GPON (Gigabit PON), транспортный протокол GFP (generic framing protocol). Нисходящий поток - 1490 нм, 2,4 Гбит/с., восходящий поток - 1310 нм, 1,2 Гбит/с.;
GEPON (Gigabit Ethernet PON), транспортный протокол - Ethernet. Нисходящий поток - 1490 нм, 1,2 Гбит/с., восходящий поток - 1310 нм, 1,2 Гбит/с.

Оборудование стандарта GPON имеет в двое большую полосу пропускания канала связи в направлении к абоненту по сравнению с GEPON и больше приспособлено для передачи TDM-трафика (имеет порты Е1).

Однако бывают случаи, когда:

Часть абонентов не осуществляет в текущий момент прием/передачу информации или отключены (не пользуются услугами связи), в результате имеется «простой» полосы канала связи;
Различным абонентам требуется различная полоса пропускания канала связи;
Некоторым абонентам временно требуется повышенная полоса пропускания канала связи.

Для решения подобных вопросов и более эффективного использования полосы пропускания канала связи предусмотрена возможность динамического изменения полосы пропускания. Описание технологий статического и динамического выделения полосы пропускания канала связи представлены на рис. 7 и 8.

Рис.7. Статическое выделение полосы пропускания.

Рис.8. Динамическое выделение полосы пропускания.

4. Построение PON-сети

4.1. Технологии построения абонентского доступа

В зависимости от места размещения оборудования ONU/ONT по отношению к непосредственному жилищу абонента различают различные технологии FTTx построения PON-сетей. Описание технологий FTTx представлено на рис.9.

Рис.9. Описание технологий FTTx.

Для технологий FTTB, FTTCab, FTTK, FTTH (в случае установки ONU/ONT в подъезде) возможно использование многопортовых ONU/ONT (в настоящее время до 24 портов).

При построении PON-сетей необходимо также учитывать различие в параметрах в зависимости от типа используемой технологии передачи информации (GEPON или GPON), представленных в табл.1:

Таблица 1. Сравнение параметров GEPON/GPON.

4.2. Оптические кабели

В сетях PON преимущественно используют одномодовые волокна, обеспечивающие передачу сигналов на большие расстояния. Классификация одномодовых волокон задается рекомендациями серии G.65x МСЭ-Т. Кроме того, характеристики таких волокон специфицированы в документе ISO/IEC 11801 (классы OS1 и OS2).

Наиболее широкое распространение в сетях связи получило классическое волокно с несмещенной дисперсией (рекомендация МСЭ-Т G.652). Характеристики этого волокна оптимизированы для работы во втором окне прозрачности (1310 нм), где оно имеет очень низкую дисперсию. Кроме того, это волокно может использоваться в третьем (1550 нм) и даже в четвертом окне прозрачности (1625 нм). Существует волокно с несмещенной дисперсией, в котором удален так называемый гидроксильный пик между вторым и третьим окнами прозрачности. Его создание открыло новые возможности для повышения эффективности технологии спектрального уплотнения WDM. Характеристики волокна без гидроксильного пика определены в рекомендациях МСЭ-Т G.652.C и G.652.D.

Рост интереса к проектам FTTx привел к появлению рекомендации G.657, в которой указаны характеристики волокон с низкими потерями на изгибах. При построении сети доступа и внутридомовой инфраструктуры вероятность резких изгибов кабеля гораздо выше, чем при строительстве магистралей: вспомним тесноту уличных монтажных шкафов и технологических помещений, а также зачастую не слишком высокую квалификацию монтажников, работающих на последней миле. Волокна для сетей доступа должны быть более устойчивы к изгибам, чем волокна магистральных кабелей, что и зафиксировано в рекомендации G.657. Поэтому для выполнения монтажа внутри помещений абонента рекомендуется использовать оптические кабели с волокном типа ClearCurve, отвечающие требованиям рекомендации G.657 МСЭ-Т, их можно резко изгибать без существенного ухудшения их характеристик, что очень важно при монтаже кабелей в квартирах.

4.3. Сплиттеры и каплеры

Обычные сплиттеры делят оптический поток, «не вникая» в то, каковы длины волн его составляющих. Существует два основных типа сплиттеров – сплавные и планарные.

Сплавные сплиттеры выполнены по технологии FBT (Fused Biconical Taper) - два волокна с удаленными внешними оболочками сплавляют в элемент с двумя входами и двумя выходами (2:2), после чего один вход закрывают безотражательным методом, формируя сплиттер 1:2. Можно обеспечить разделение мощности и в других пропорциях, например 20:80 (20% мощности сигнала идет в одно плечо, 80% – в другое), но в сетях PON, как правило, применяют сплиттеры 50:50. Правда, на практике при делении сигнала всегда возникает некая погрешность, в результате которой в одно плечо уходит чуть больше мощности, скажем 51%. Последовательным соединением сплавных сплиттеров 1:2 можно получить элементы с большими коэффициентами деления, но обычно у выполненных по этой технологии сплиттеров коэффициент деления не превышает 1:8.

Планарные сплиттеры выполнены помощью технологии PLC (Planar Lightwave Circuit), когда на полупроводниковой пластине формируется множество микроделителей 1:2, объединенных в сплиттер с нужным коэффициентом деления. Это позволяет изготавливать компактные и надежные сплиттеры с числом выходных волокон до 32. Планарные сплиттеры способны работать в более широком диапазоне температур (от -45°C до +85°C), чем сплавные (от -40°C до +75°C). Однако стоимость сплиттеров PLC выше стоимости сплиттеров FBT.

Сравнение технологий изготовления сплиттеров представлено на рис.10.

Рис.10. Технологии изготовления сплиттеров.

Сплиттер (мультиплексор) WDM – сплиттер с двумя выходами, способный делить оптические потоки с учетом их спектральных составляющих, часто называют каплером. Идея увеличения пропускной способности одного волокна за счет передачи по нему нескольких информационных каналов, каждый – на своей длине волны, активно используется при создании PON-сетей следующего поколения (WDM-PON).

Существует несколько основных технологий изготовления мультиплексоров WDM. Одна из простейших схожа со сплавной технологией FBT, применяемой при производстве обычных сплиттеров. При сплавлении волокон из-за различия диаметров модового пятна могут быть выделены различные длины волн, а каскадирование таких устройств позволяет выделить много длин волн. К преимуществам элементов WDM, изготовленных по технологии FBT, относится невысокая стоимость, низкое затухание и возможность работы в широком частотном диапазоне, к недостаткам – невысокая волновая изоляция.

Другая технология – Thin Film Filters (TFF) основана на изготовлении тонкопленочных фильтров с помощью ионно-лучевого напыления. Такой фильтр состоит из нескольких слоев специальных материалов (каждый со своим индексом отражения), и при прохождении через каждый слой отражается или передается сигнал с определенной длиной волны. Элементы WDM, построенные на основе TFF-фильтров, характеризуются низким уровнем затухания, дисперсии и отраженного сигнала, а также высокой волновой изоляцией.

Специалисты компании Инлайн Телеком Солюшнс успешно завершили проекты и сдали в коммерческую эксплуатацию решения, основанные на технологии GPON на базе оборудования Huawei (Китай) и ECI (Израиль) для компании Сибирьтелеком. В интересах компании Дальсвязь нами было проведено успешное тестирование оборудования GPON компании Alcatel.