Технологии и оборудование оптических сетей на примере OLT компании ZTE

Технологии широкополосной передачи информации FTTx

С начала активного развития сетей передачи данных, стало очевидно, что использование медного кабеля ограничено двумя взаимоисключающими требованиями: дальностью и скоростью передачи данных. Избавиться от этих ограничений можно заменой медного кабеля на оптоволокно. Оптический кабель имеет широкую полосу пропускания, нечувствителен к электромагнитным помехам и может обеспечить широкополосный канал связи на расстояния сотни километров.

По мере освоения технологий изготовления и сварки оптического кабеля подключение оборудования с его помощью стало стремительно упрощаться и удешевляться. Сегодня практически любой провайдер в состоянии подключить своего абонента с помощью оптики.

Так появились технологии FTTx (Fiber To The x) - технологии широкополосной передачи информации с помощью оптоволокна до точки «х». Причем под точкой «х» может подразумеваться:

- узел (FTTN) - шкаф, расположенный на расстоянии нескольких километров от конечного абонента, соединенного со шкафом медным кабелем, например, по технологии xDSL;

- микрорайон (квартал, группа домов) (FTTC, FTTK) - в этом случае шкаф с оконечным оборудованием располагается не далее чем в 300 метрах от абонента, так называемый fiber to the pole - оптика до столба;

- помещение (FTTP) - в этом случае оптический кабель заканчивается либо в доме (FTTB) либо в квартире (FTTH);

- рабочий стол (FTTD, FTTS) - при котором оптический кабель заканчивается непосредственно возле рабочего стола клиента.

Очевидно, что использование технологий FTTx, особенно FTTH, FTTB, FTTD является наиболее «вкусным» направлением для современных провайдеров. При использовании этих технологий нет необходимости устанавливать где-то дополнительное оборудование, которое необходимо обслуживать, питать, охранять, защищать от солнца, дождя, птиц и насекомых. Оборудование на концах кабеля располагается с одной стороны - в помещении провайдера, с другой стороны - в помещении абонента, которые должным образом обогреваются, охлаждаются и охраняются. При этом абонент обеспечивается широкополосным каналом и полным комплексом сервисов, которые может предоставить провайдер.

Однако тут появилась другая проблема - тянуть отдельный оптический кабель от провайдера к каждому клиенту весьма затратно, как на этапе его прокладки, так и на этапе его последующего обслуживания. Любое повреждение в «узком» месте большого количества оптических кабелей будет представлять серьезную проблему для провайдера. В этом случае самое оптимальное решение - подключение наибольшего числа абонентов к одному оптоволокну, желательно, без активных разветвляющих устройств.

Пассивные оптические сети PON

Эту задачу обеспечивают пассивные оптические сети - PON (Passive Optical Network). Центральным узлом PON является оптический линейный терминал - OLT (Optical Line Terminal), содержащий несколько (десятков, сотен) абонентских портов, к каждому из которых можно подключить несколько (десятков, сотен) абонентских устройств - ONT (Optical Network Terminal) или ONU (Optical Network Unit).

При такой организации PON для связи OLT с ONU применяют метод TDM (Time Division Multiplexing) с использованием 1490 нанометровых лазеров. OLT передает широковещательные пакеты для всех ONU. Если ONU обнаруживает пакет, предназначенный ему - он его обрабатывает, остальные пакеты игнорируются. Для обратной связи используется 1310 нанометровый лазер и метод TDMA (Time Division Multiple Access). Каждому ONU назначается конкретное время передачи информации.

ONU подключаются к оптическому волокну с помощью разветвителей - сплиттеров (Splitter). Формально разветвитель работает как сплиттер только при передаче информации от провайдера абонентам. В обратном направлении он выполняет функцию концентратора, объединяя сигналы всех абонентов. Особенностью разветвителей является то, что для своей работы они не требуют электропитания и неприхотливы в работе.

Для связи используются лазеры большой мощности, обеспечивающие передачу сигнала до 100 км по стандартному оптоволокну. Однако на практике максимальное расстояние между OLT и ONU не превышает 20 км. Причиной этого являются разветвители, которые вносят дополнительное затухание в линию, достигающее 22 дБ. Это является «платой» за экономию оптического волокна.

Виды PON

Сегодня существуют несколько стандартизированных вариантов PON. Стандарт ITU-TG.983 определяет технологии APON и BPON, которые фактически устарели. Стандарт IEEE 802.3av определяет технологию 10G-EPON (10 Гбит/с), оборудование для которой с каждым годом получает все большую популярность.

Стандарт ITU-T G.984 описывает GPON - технологию с трафиком до 2,5 Гбит/с от OLT к ONU и до 1,25 Гбит/с от ONU к OLT, с возможностью работать как в синхронном (TDM) так и в асинхронном (АТМ) режимах. Несимметричность информационной нагрузки GPON в разных направлениях обусловлена тем, что для большинства абонентов размер трафика для скачивания существенно превышает трафик закачки.

ONT подключаются к оптоволокну разветвителями с коэффициентом деления от 1:2 до 1:64. ONT может быть как индивидуальным, рассчитанным на одного абонента, так и коллективным, рассчитанным на несколько абонентов. Индивидуальные ONT, как правило, содержат порты для подключения Ethernet, телевидения RF TV и телефонии POTS. Коллективные ONT, помимо портов Ethernet, RF TV, POTS могут иметь порты xDSL, E1.

Стандарт IEEE 802.3ah определяет технологии EPON и GEPON, которые изначально разрабатывались для разработки PON, максимально похожей на сеть Ethernet. EPON и GEPON обеспечивают передачу информации со скоростью, соответственно, 100 Мбит/с и 1 Гбит/с. Технологию EPON уже можно считать устаревшей. Тем не менее, большинство GEPON оборудования OLT может работать с EPON ONU.

В целом, GPON и GEPON во многом аналогичны, и конкурируют друг с другом. GPON обеспечивает больший размер информационного трафика, по сравнению с GEPON и может работать на разных скоростях обмена на одних и тех же приемопередатчиках. Недостаток GPON - усложненная организация передачи информации Ethernet, требующая дополнительной инкапсуляции пакетов. Это усложняет управление PON в целом. GEPON обеспечивает более простое и знакомое управление, во многом аналогичное Ethernet. GPON активно используется в Европе и Северной Америке, GEPON больше популярна среди азиатских провайдеров.

Оборудование для PON

 Один из ведущих производителей техники для PON - китайская компания ZTE. Оборудование этой компании хорошо представлено на рынке и пользуется постоянным спросом среди провайдеров СНГ. Оборудование ZTE отличается высокой функциональностью, хорошим качеством при достаточно низких ценах.

На сегодняшний день можно приобрести три основных OLT производства ZTE под общим кодом ZXA10, на основе которых можно развернуть PON: C220, C300 и C320.

ZXA10 С220

Коммутатор C220 в максимальной конфигурации позволяет обслужить до 5120 абонентов по интерфейсу GPON или 2560 абонентов по интерфейсу EPON. Коммутатор поддерживает до 40 портов с интерфейсами EPON/GPON и до 10 портов с интерфейсом 10G-EPON.

Шасси коммутатора содержит 14 слотов. В средние 7-й и 8-й слот устанавливаются модули (карты) управления и коммутации:

- GCSA - модуль управления и контроля типа А;

- GCSAS - модуль управления и контроля типа АS;

- GCSD - модуль управления и контроля типа D.

В остальные 12 - модули расширения и питания:

- EIG - 4 оптических порта Ethernet (GE);

- EIGF- 4 оптических порта Ethernet (FE);

- EIGT - линейная карта Ethernet;

- EIGM - линейная карта для подключения 1 Гбит Ethernet;

- EIGMP - линейная карта для подключения 1 Гбит Ethernet типа Р;

- EIT1F - 1 оптический порт для подключения 10 Гбит Ethernet;

- EIT2F - 2 оптических порта для подключения 10 Гбит Ethernet;

- CL1A - 1 оптический порт STM-1;

- CE1B - 32 порта несбалансированного Е1;

- CE1BB - 32 порта сбалансированного Е1;

- CT1ТB - 32 порта Т1;

- EPFC - 4 порта EPON типа С;

- EPFCB - 4 порта EPON типа СB;

- EPXS - 1 несимметричный порт 10 Гбит Ethernet;

- GPFAB - 4 порта GPON типа АB;

- GPFAC - 4 порта GPON типа АС;

- GPFAE - 4 порта GPON типа АE;

Питание коммутатора осуществляется напряжением 48 В, максимальная потребляемая мощность - 400 Вт. Для питании от сети переменного тока можно использовать модули питания PFR или PFF.

Коммутатор предназначен для установки в 19-ти дюймовую стойку, в которой занимает 6 секций (юнитов) без модуля охлаждения. Система обеспечивает «горячую» замену модулей. В базовый комплект входят: 2 модуля GCSA, 2 модуля EPFC, 2 модуля EIG, модуль охлаждения и блок питания. Средний срок службы составляет 15 лет (50000 часов).

В целом коммутатор ZXA10 C220 является мощным решением для построения PON и может использоваться в первую очередь в районах с большой плотностью абонентов, например в спальных районах. В сельской местности данная мощность может быть не востребована. 

ZXA10 С300

Еще более мощным решением является платформа С300, которая, при использовании коэффициента разделения 1:128 и абонентских плат с 16 портами, например, GTGH, позволяет подключить более 30 000 абонентов. Данная платформа предназначена для построения оптических сетей с возможностью плавного перехода на сети нового поколения.

Шасси коммутатора выпускается в вариантах для 19-ти или 21-й дюймовой стойки. Вариант для 19-ти дюймовой стойки позволяет установить 21 модуль, 21-й дюймовой - 23 модуля.

В средние слоты устанавливаются 2 модуля управления, в крайние (слева и справа) - 2 модуля питания и 2 линейных модуля для связи с сетью верхнего уровня. Один слот коммутатора (18-й или 20-й) занимает общий интерфейсный модуль, который обеспечивает контроль и управление коммутатором. В остальные слоты устанавливаются модули расширения. Коммутатор занимает 10 секций (юнитов) стойки, причем верхняя секция отводится под модуль охлаждения.

В коммутаторе могут использоваться управляющие модули:

- SCXM - модуль управления М (400 Гбит/с);

- SCXL - модуль управления L (800 Гбит/с).

Модули расширения:

- GTGQ - 4 порта GPON;

- GTGO - 8 портов GPON;

- GTGH - 16 портов GPON;

- ETGO - 8 портов GEPON;

- ETGH - 16 портов GEPON;

- GDFO - 8 оптических портов Ethernet (GE);

- HUTQ - 2 порта 10 Гбит Ethernet (GE) и 2 порта 1 Гбит Ethernet (GE);

- HUGQ - 2 порта 1 Гбит Ethernet (GE) и 2 порта 1 Гбит Ethernet (FE);

- XUTQ - 4 оптических порта 10 Гбит Ethernet;

- GUFQ - 4 оптических порта 1 Гбит Ethernet;

- GUTQ - 4 порта 10M/100M/1000M Ethernet c разъемами RJ45;

- GUSQ - 2 порта 10M/100M/1000M Ethernet c разъемами RJ45, 2 оптических порта 1 Гбит Ethernet;

- FTGH - 16 оптических портов 10M/100M/1000M Ethernet P2P c конфигурируемым уровнем доступа;

- CTBB - 32 порта Е1;

- CTTB - 32 порта Т1;

- CTLA - 2 оптических порта STM-1 или 1 оптический порт STM-4;

Интерфейсные модули CICG и CICK обеспечивают синхронизацию системы, контроль окружающей среды, управление и техническое обслуживание. В число функций модулей входят:

- ввод (2 порта) и вывод (1 порт) синхронизации BITS;

- 1 сетевой порт для дополнительного управления;

- 1 резервный сетевой порт для управления;

- 2 последовательных порта управления (общий и резервный);

- 1 резервный порт ввода коммутационных переменных;

- 4 резервных порта вывода коммутационных переменных;

- по 1 порту для контроля температуры, задымленности, влажности, попадания воды и контроля дверей.

Плата CICK дополнительно обеспечивает 2 дополнительных порта ввода и 1 порт вывода синхронизации и 2 порта 1PPS + TOD с волновым сопротивлением 120 Ом (разъем RJ45).

Полоса пропускания коммутатора достигает 6,4 Тбит/с (21-й дюймовый вариант) и 5,76 Тбит/с (19-ти дюймовый вариант) со скоростью коммутации 800 Гбит/с (для модуля SCXL) или 400 Гбит/с (для модуля SCXМ).

Напряжение питания коммутатора составляет 48 В или 60 В. Максимальная потребляемая мощность - 1,4 кВт (21-й дюймовый вариант), 1,25 кВт (19-ти дюймовый вариант).

Коммутатор обеспечивает «горячую» замену модулей. В базовый комплект входят: 2 модуля управления SCXM, 1 модуль GTGO (8 портов GPON), 1 модуль ETGO (8 портов EPON), 2 модуля GUSQ, модуль охлаждения и 2 блока питания PRWG.

Средний срок службы системы составляет 11 лет, среднее время на восстановление системы - 30 минут.

В целом коммутатор ZXA10 C300 оптимален для построения PON большой емкости в густонаселенных районах.

ZXA10 С320

Платформа С320 по своим функциональным возможностям аналогична платформе С300, однако имеет меньший масштаб, как по количеству абонентов, так и по физическим характеристикам. Абонентские и линейные платы платформ С320 и С300 совместимы друг с другом. Шасси коммутатора С320 позволяет подключить всего 2 абонентские платы. Следовательно, при установке плат GTGH, имеющих 16 портов с коэффициентом разделения 1:128 максимальное количество абонентов составит 4096.

Шасси коммутатора предназначено для установки в вариантах для 19-ти дюймовую стойку. При этом коммутатор занимает всего 2 секции (юнита).

Всего в коммутатор можно установить 5 модулей. Один слот предназначен только для установки вентилятора. В два слота можно установить либо 2 модуля управления SMXA, либо 1 модуль управления SMXA и 1 модуль питания PRAM для питания от сети 220 В. В оставшиеся 2 слота устанавливаются модули расширения:

- GTGQ - 4 порта GPON;

- GTGH - 16 портов GPON;

- ETGO - 8 портов GEPON;

- ETGH - 16 портов GEPON;

- GDFO - 8 оптических портов Ethernet (GE);

- FTGH - 16 оптических портов 10M/100M/1000M Ethernet P2P c конфигурируемым уровнем доступа;

- FTGK - 48 портов Ethernet (GE) 1000 Мбит/с Р2Р/МРО;

- FTFK - 48 портов Ethernet (FE) 100 Мбит/с Р2Р/МРО.

Плата управления и контроля системой SMXA обеспечивает:

- 1 внеполосной порт NM;

- 1 последовательный порт для отладки;

- 1 оптический порт XGE (оптический порт GE);

- 1 оптический порт GE (оптический порт FE);

- 1 10М/100М/1000М порт Ethernet;

- 1 порт мониторинга среды;

- 1 порт 48 В постоянного тока.

Полоса пропускания коммутатора достигает 420 Гбит/с. Питание коммутатора осуществляется постоянным напряжением 48 В или от сети переменного тока (при наличии модуля PRAM). Максимальная потребляемая мощность составляет 200 Вт при использовании максимального количества портов GPON и 130 Вт при использовании максимального количества портов GEPON.

Коммутатор обеспечивает «горячую »замену модулей. В базовый комплект входят: 1 модуль управления SMXA, 1 модуль GTGO (8 портов GPON) и модуль охлаждения. Средний срок службы системы составляет 11 лет, среднее время на восстановление системы - 30 минут.