PON

Пассивные оптические сети (PON) являются самым важным классом систем доступа к оптоволокну в современном мире. Одним из наиболее важных решений для любого бизнеса является покупка основного оборудования. Из многих факторов, которые влияют на это решение, стоимость оборудования и полученный в результате потенциал дохода являются двумя из самых важных. Поставщики услуг сталкиваются с этим решением при обновлении существующих сетей доступа или создания сетей в новых областях. Они хотят минимизировать затраты на развертывание и максимизировать доход от предоставления услуг. Из этих двух параметров затраты на развертывание легче определить, чем потенциальный доход, поскольку будущий доход предполагает значительные предположения. 

В результате, необработанные возможности пропускной способности часто используются в качестве прокси для потенциального дохода. Таким образом, наиболее важный вопрос, который поставщик услуг ставит при покупке сетевого оборудования, - это как добиться баланса между минимизацией стоимости оборудования и максимизацией пропускной способности.

Пассивная оптическая сеть (PON) является лишь одной из нескольких технологий доступа, используемых поставщиками услуг, но она занимает доминирующее положение на рынке. Прежде чем обсуждать конкретные детали PON, стоит рассмотреть альтернативные технологии доступа, чтобы понять причины успеха PON.

Альтернативные технологии доступа

Сети доступа делятся на три категории: беспроводные, медные и оптоволоконные. Беспроводная связь имеет самую низкую стоимость развертывания, так как она имеет самые низкие затраты на установку вне здания. Wi-Fi (802.11) и WiMAX (802.16) - это стандарты беспроводного доступа и широкополосного доступа. WiMAX - это недавно принятый стандарт IEEE, предназначенный для сетей фиксированного и мобильного доступа. Он имеет полезный диапазон около 5 км при скорости передачи данных 70 Мбит/с. Wi-Fi более зрелый, чем WiMAX, но он имеет диапазон всего 100 м и скорость передачи 10-50 Мбит/с. Несмотря на это ограничение, Wi-Fi более широко используется сегодня, чем WiMAX из-за его зрелости.

Хотя WiFi и WiMAX относительно дешевы для развертывания, они не обладают достаточной пропускной способностью для поддержки видеоприложений. Эти беспроводные технологии используют архитектуру «точка-многоточка». Это означает, что пропускная способность разделяется несколькими пользователями - в некоторых случаях - сотнями пользователей. Следовательно, Wi-Fi и WiMAX полезны для веб-серфинга, но непрактичны для приложений с более высокой пропускной способностью и более высокими потребностями, такими как IPTV.

Хотя стоит отметить, что сейчас на рынке начали появляться очень интересные беспроводные решение, обещающие более 1Gbps по Wi-Fi. Одними из таких решений являються точки доступа компании Mimosa.

Другой технологией, доступной для поставщиков услуг, является медь - более конкретно, цифровая абонентская линия (DSL). В отличие от беспроводной, DSL использует архитектуру «точка-точка». Таким образом, вместо того, чтобы передавать всем абонентам 50 Мбит/с, DSL может предоставить каждому абоненту 50 Мбит/с. К сожалению, DSL имеет недостаток, эффективная пропускная способность DSL, предоставляемая абоненту, зависит от уровня шума, который, в свою очередь, зависит от длины медной петли. DSL способен обеспечить 50 Мбит/с для длины контуров менее 0,095 км, но может дать только 10 Мбит/с при 3 км. Если операторы хотят предложить непревзойденную видеоуслугу с 30 Мбит/с, им необходимо сократить длину петли примерно до 1 км или меньше. Это жизнеспособный подход, но стоимость его лишь немного ниже, чем весь подход к волокнам.

Последним вариантом для рассмотрения технологий доступа является волокно. Сеть может быть спроектирована с использованием выделенных или общих волокон. Специализированная волоконная установка, часто называемая «точка-точка», обеспечивает выделенную волоконную нить между каждым абонентом и центральным офисом (ЦО).

В общей волоконной архитектуре одно волокно от ЦО обслуживает несколько десятков абонентов. Это волокно приводится в район, где сигналы разбиваются на отдельные волокна, которые распространяются на отдельных клиентов.

В общих волоконных архитектурах есть два способа выработки сигналов. Один из методов называется активным Ethernet (AE), а другой - PON. При использовании AE отдельные сигналы расщепляются с помощью электронного оборудования рядом с абонентом. В PON сигналы реплицируются пассивно сплиттером.

Общая сеть, основанная на PON, имеет несколько преимуществ перед сетью на основе AE. PON берет на себя более низкие капитальные затраты, поскольку он не имеет электронных компонентов в полевых условиях. PON также снижает эксплуатационные расходы, поскольку операторам не требуется предоставлять и контролировать электроэнергию в полевых условиях или поддерживать резервные батареи. PON обладает большей надежностью, чем AE, поскольку в PON нет электронных компонентов, которые подвержены сбоям. Наконец, возможно, одной из наиболее важных особенностей сети доступа на основе PON является ее прозрачность и прозрачность формата. Переход на более высокие скорости передачи данных проще для PON, чем для AE. По всем причинам, приведенным выше, PON является, безусловно, наиболее широко используемой технологией доступа.

PON

PON - это волоконная сеть, в которой используются только волоконные и пассивные компоненты, такие как разветвители и комбинаторы, а не активные компоненты, такие как усилители, повторители или схемы формирования. Такие сети стоят значительно меньше, чем при использовании активных компонентов. Основным недостатком является более короткий диапазон охвата, ограниченный силой сигнала. В то время как активная оптическая сеть (AON) может охватывать диапазон примерно до 100 км (62 мили), PON обычно ограничивается прокладками волоконного кабеля до 20 км (12 миль). PON также называются волокнами для домашних сетей (FTTH).

Термин FTTx используется для определения того, насколько далеко проходит волокно. В FTTH x для дома. Вы также можете увидеть его FTTP или волокно в помещении. Другим вариантом является FTTB для волокна для здания. Эти три версии определяют системы, в которых оптоволокно проходит от поставщика услуг до клиента. В других формах волокно не доходит до клиента. Вместо этого он запускается промежуточным узлом по соседству. Это называется FTTN для волокна к узлу. Другим вариантом является FTTC, или волокно к бордюру. Здесь также волокно не проходит полностью до дома. Сети FTTC и FTTN могут использовать медную телефонную линию неэкранированной витой пары (UTP) клиента для расширения услуг по более низкой цене. Например, быстрая линия ADSL переносит данные волокна на устройства клиента.

Типичная схема PON - это сети точка многоточка (P2MP), где центральный терминал оптической линии (OLT) на объекте поставщика услуг распространяет телевизионную или интернет-услугу до 16 - 128 клиентов на волоконную линию. Оптические разветвители, пассивные оптические устройства, которые делят один оптический сигнал на несколько равных, но маломощных сигналов, распределяют сигналы пользователям. Оптический сетевой блок (ONU) завершает работу PON в доме клиента. ONU обычно связывается с оптическим сетевым терминалом (ONT), который может быть отдельным блоком, что соединяет PON с телевизорами, телефонами, компьютерами или беспроводным маршрутизатором. ONU / ONT может быть одним устройством.

В базовом методе работы для распределения по потоку на одной длине волны от OLT до ONU / ONT все клиенты получают одни и те же данные. ONU распознает данные, предназначенные для каждого пользователя. Для восходящего потока от ONU до OLT используется метод мультиплексирования с временным разделением (TDM), где каждому пользователю назначается временной интервал на другой длине волны. При таком расположении разветвители действуют как сумматоры мощности. Передача восходящего потока, называемая операциями пакетного режима, происходит случайным образом, так как пользователю необходимо отправлять данные. Система назначает слот по мере необходимости. Поскольку метод TDM включает несколько пользователей в одну передачу, скорость передачи данных по восходящему потоку всегда медленнее, чем скорость нисходящего потока.

EPON и GPON являются популярными версиями пассивных оптических сетей (PON). Эти сети используются для доступа в Интернет, передачи голоса по интернет-протоколу (VoIP) и доставки цифрового телевидения в городских районах. Другие виды использования включают в себя обратные соединения для сотовых базовых станций, горячих точек Wi-Fi и даже распределенных антенных систем (DAS). Основные различия между ними лежат в протоколах, используемых для связи по нисходящему и восходящему потоку.

GIGABIT PASSIVE OPTICAL NETWORKS (GPON)

За прошедшие годы были разработаны различные стандарты PON. В конце 1990-х годов Международный союз электросвязи (ITU) создал стандарт APON, который использовал режим асинхронной передачи (ATM) для передачи пакетов на большие расстояния. Поскольку ATM больше не используется, была создана более новая версия, называемая широкополосным PON или BPON. Этот стандарт, обозначенный как ITU-T G.983, обеспечивает 622 Мбит/с нисходящий поток и 155 Мбит/с.

Хотя BPON все еще может использоваться в некоторых системах, большинство современных сетей используют GPON или Gigabit PON. Стандартом МСЭ-Т является G.984. Он обеспечивает пропускную способность 2,488 Гбит/с downstream и 1,244 Гбит/с upstream.

GPON использует оптическое мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM), поэтому одно волокно может использоваться как для данных нисходящего потока, так и для восходящего. Лазер на длине волны (λ) 1490 нм передает нисходящие данные, а данные восходящего потока передаются на длине волны 1310 нм. Если ТВ распределяется, используется длина волны 1550 нм.

Хотя каждый ONU получает полную скорость ниже 2,488 Гбит / с, GPON использует формат множественного доступа с временным разделением (TDMA) для распределения определенного временного интервала для каждого пользователя. Это делит пропускную способность, поэтому каждый пользователь получает долю, такую как 100 Мбит / с, в зависимости от того, как поставщик услуг ее распределяет.

Скорость восходящего потока меньше максимальной, поскольку она совместно используется с другими модулями ONU в схеме TDMA. OLT определяет расстояние и временную задержку для каждого абонента. Затем программное обеспечение предоставляет возможность выделять временные интервалы для восходящих данных для каждого пользователя.

Типичный раскол одного волокна равен 1:32 или 1:64. Это означает, что каждое волокно может обслуживать до 32 или 64 подписчиков. В некоторых системах возможны раздельные отношения до 1: 128.

Что касается формата данных, пакеты GPON могут обрабатывать пакеты ATM напрямую. Напомним, что ATM упаковывает все в 53-байтовые пакеты с 48 для данных и 5 для накладных расходов. GPON также использует общий метод инкапсуляции для переноса других протоколов. Он может инкапсулировать Ethernet, IP, TCP, UDP, T1 / E1, видео, VoIP или другие протоколы, как требуется для передачи данных. Минимальный размер пакета - 53 байта, а максимальный - 1518. Шифрование AES используется только downstream.

Последняя версия GPON - это 10-гигабитная версия под названием XGPON или 10G-PON. По мере увеличения спроса на видео и верхние телевизионные сервисы (OTT) возрастает потребность в увеличении линейных скоростей для обработки массивных данных видео высокой четкости. XGPON служит этой цели. Стандартом МСЭ является G.987.

Максимальная скорость XGPON составляет 10 Гбит / с (9,95328) downstream и 2,5 Гбит / с (2,48832) upstream. Используются различные длины волн WDM, 1577 нм нисходящая линия и 1270 нм восходящая. Это позволяет поддерживать 10-Гбит / с на одном волокне со стандартным GPON. Оптическое разделение - 1:128, а форматирование данных совпадает с GPON. Максимальный радиус действия - 20 км. XGPON еще не широко внедрен, но обеспечивает отличный путь обновления для поставщиков услуг и клиентов.

Большинство PON сконфигурированы следующим образом. Количество сплиттеров и уровней разделения зависит от поставщика и системы. Разделение отношений обычно составляет 1:32 или 1:64, но может быть выше.

EPON(Ethernet PON)

Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) разработал еще один новый стандарт PON. Основанный на стандарте Ethernet 802.3, EPON 802.3ah определяет аналогичную пассивную сеть с диапазоном до 20 км. Он использует WDM с теми же оптическими частотами, что и GPON и TDMA. Скорость передачи исходных данных составляет 1,25 Гбит/с как в нисходящих, так и в восходящих линиях. Иногда вы слышите сеть, называемую Gigabit Ethernet PON или GEPON.

EPON полностью совместим с другими стандартами Ethernet, поэтому при подключении к сетям Ethernet с обоих концов не требуется конвертация или инкапсуляция. Один и тот же фрейм Ethernet используется с полезной нагрузкой до 1518 байт. EPON не использует метод доступа к CSMA / CD, используемый в других версиях Ethernet. Поскольку Ethernet является основной сетевой технологией, используемой в локальных сетях (ЛВС), а теперь в сетях метрополитена (MAN), преобразование протокола не требуется.

Существует также версия Ethernet с пропускной способностью 10 Гбит / с, назначенная 802.3av. Фактическая скорость линии составляет 10.3125 Gбит / с. Основной режим - 10 Гбит/с. Вариант использует 10 Гбит / с нисходящего потока и 1 Гбит / с восходящего. В версиях 10 Гбит / с используются различные оптические длины волн на волокне, от 1575 до 1580 нм downstream и от 1260 до 1280 нм upstream, поэтому система 10 Гбит/с может быть мультиплексирована по длине волны на том же волокне, что и стандартный 1 Гбит / с система.

В заключение

Телекоммуникационные компании используют PON для предоставления услуг Triple Play, включая телевидение, VoIP-телефонию и Интернет-услуги для абонентов. Преимуществом является гораздо более высокая скорость передачи данных, которая важна для распространения видео и других интернет-услуг. Низкая стоимость пассивных компонентов означает более простые системы с меньшим количеством компонентов, которые терпят неудачу или требуют обслуживания. Основным недостатком является более короткий диапазон, обычно не более 20 км или 12 миль. Популярность PON растет, так как спрос на более быстрый интернет-сервис растет и растет количество видео. GPON является самым популярным в США, например системой Verizon's Foist. Системы EPON более распространены в Азии и Европе.