Майбутнє технології PON: від GPON до NG-PON2

Зміст:

1. Еволюція пасивних оптичних мереж PON
2. Від GPON до NG-PON2
3. NG-PON2 - огляд технології
4. Характеристики NG-PON2
5. NG-PON2 - сфери застосування
6. Висновок

Оскільки використання Інтернету продовжує розвиватися, абонентський попит на пропускну спроможність стрімко зростає. Ключовим фактором є доступність широкого спектру все більш складних підключених пристроїв, таких як ноутбуки, смартфони, планшети, список пристроїв «розумних будинків» і датчиків, що зростає, кожен з яких демонструє різні потреби в підключенні. Для постачальників послуг широкомасштабне впровадження цих нових технологій не тільки відкриває величезні можливості для зростання, але й створює значні проблеми.

Одна з цих проблем пов'язана з обмеженнями існуючих технологій, таких як мідні та гігабітні пасивні оптичні мережі (GPON), які не забезпечують достатньої ємності для підтримки цього зростання. Однак одна з останніх версій стандарту PON – пасивна оптична мережа наступного покоління NGPON2 – надає нові потужні можливості, які допоможуть постачальникам послуг задовольнити безпрецедентні вимоги до їхніх мереж. У цій статті описуються ключові особливості та переваги технології NG-PON2 та висвітлюються важливі міркування для постачальників інтернет-послуг, які її впроваджують.

Еволюція пасивних оптичних мереж PON

Оптичні мережі доступу (OAN) зазвичай розгортаються з допомогою однієї з трьох різних архітектур: точка-точка (P2P), кільце чи точка-многоточка (P2MP), як показано малюнку 1.

З цих трьох архітектур P2MP (архітектура на основі PON) виявилася найпопулярнішою серед операторів для розгортання Fibre to X (FTTx), оскільки зазвичай знижує витрати на інфраструктуру. За допомогою P2MP волокно, що спільно використовується, переносить трафік в пасивний комплекс поділу, близький до кінцевих клієнтів, який може бути одноступінчастим або каскадним. Отже, немає необхідності розгортати одне виділене оптоволокно по всьому шляху до приміщення клієнта з центрального офісу. Ця архітектура була стандартизована в першій специфікації ATM-PON G.983.1, яка була випущена в 1998 Сектором стандартизації електрозв'язку МСЕ (МСЕ-Т). З того часу стандарт регулярно оновлюється для задоволення постійно зростаючої потреби у смузі пропускання.

Це призвело до кількох різних реалізацій PON за останні роки, причому останні стандарти PON забезпечують пропускну здатність спільно використовуваної смуги пропускання 10 Гбіт/с / 10 Гбіт/с симетрично. На малюнку 2 показано, як розвивався стандарт PON з першого випуску.

Від GPON до NG-PON2

Основною рушійною силою стандартизації PON є тандем FSAN, галузевої групи мереж з повним обслуговуванням доступу, до якої входять основні оператори електрозв'язку, ITU-T, Сектор стандартизації електрозв'язку Міжнародного союзу електрозв'язку. За минулі роки вони зосередилися на розробці специфікацій для серії систем PON, які забезпечують збільшену пропускну здатність та покращені можливості підтримки послуг.

Після доопрацювання специфікації GPON у 2004 році, яка забезпечує пропускну спроможність 2.5 Gbps/1.25G, FSAN зосередився на наданні PON з більшою пропускною спроможністю. Специфікація XG-PON, яка підтримує низхідний потік 10 Гбіт/с та висхідний 2,5 Гбіт/с, була випущена у 2010 році. Потім у 2015 році було випущено NG-PON2, справжню архітектуру наступного покоління.

Використовуючи мультиплексування з поділом по довжині хвилі, він забезпечує збільшення пропускної здатності до 40 Гбіт/с у низхідному та 40 Гбіт/с висхідному напрямках через кілька каналів 10 Gbps/10 Gbps в єдиній волоконно-оптичній інфраструктурі. Через рік була стандартизована більш проста, але набагато менш функціональна система - симетричний XGS-PON зі швидкістю 10 Гбіт/с.

NG-PON2 пропонує постачальникам послуг значні переваги в порівнянні з іншими технологіями 10G PON: XG-PON1 та XGS-PON – це одноканальні технології, які спільно використовують надану смугу пропускання залежно від коефіцієнта поділу. Через свою простоту технології з фіксованою довжиною хвилі зазвичай мають нижчу вартість оптики. З іншого боку, NG-PON2 - це багатоканальна система PON, яка не тільки збільшує доступну ємність у волокні в 4 рази, але також завдяки підтримці настроюваності оптичних мереж ( ONU ) клієнтів забезпечує безпрецедентні переваги як операторам, так і користувачам.

До них відносяться підвищена продуктивність та доступність послуг, модель розгортання з оплатою в міру зростання, захисна комутація за довжиною хвилі, плавне оновлення програмного та апаратного забезпечення в центральному офісі, можливості енергозбереження. Внаслідок цієї гнучкості та покращеної продуктивності все більше постачальників послуг впроваджують NG-PON2, що допоможе з часом знизити вартість оптики.

Можливості NG-PON2:

• Забезпечує гнучкість смуги пропускання
• Підтримує модель «оплата у міру зростання», яка дозволяє постачальникам послуг додавати більше довжин хвиль за необхідності
• Підтримка безшовних оновлень сервісу з використанням оптики, що настроюється.
• Підтримує лямбда-зв'язування до 40/40 Гбіт/с (80/80 Гбіт/с у майбутньому)
• Підтримує «розподіл волокон», що дозволяє постачальникам послуг призначати довжини хвиль
• Надає конвергентну мережу, яка забезпечує підтримку будь-яких послуг, включаючи: Бізнес-послуги, Транспортні та Побутові послуги

Враховуючи гостру конкуренцію за абонентів, постачальники послуг повинні рухатися швидко, надавати нові інноваційні послуги, щоб диференціювати себе від конкурентів, навіть якщо ціни на ці послуги падають. Крім того, для задоволення збільшених потреб у більшій пропускній спроможності постачальники послуг повинні впровадити нові технології, такі як NG-PON2, та шукати нові, інноваційні способи забезпечення швидкої та гнучкої роботи при одночасному зниженні витрат.

NG-PON2 - огляд технології

Стандарт NG-PON2 дозволяє об'єднувати мережі з кількома службами в один ODN. Це призводить до значного зниження сукупної вартості володіння, водночас дозволяючи впроваджувати нові ефективні архітектури, глибоко адаптовані до нових потреб абонентів.

Малюнок 4 ілюструє основні будівельні блоки NG-PON2. Вони включають:

Optical Line Terminals (OLT) – Лінійні карти OLT підтримують сумісні плани довжини хвилі. Лінійні карти надають прийомопередавачі, що підключаються, специфічні для лямбди (λ1 ... λ4).

Optical Networking Units (ONU) - ONU з лазерами, фільтрами і приймачами, що перебудовуються, для підтримки сумісних планів довжин хвиль, що забезпечує їх мобільність.

Wavelength Multiplexer (WM1) - хвильовий мультиплексор - це пристрій MUX з пасивною довжиною хвилі, який поєднує 4 довжини хвилі NG-PON2 в одному волокні (з майбутньою підтримкою 8 довжин хвиль).

Co-existence Element (CE) - це пристрій MUX з пасивною довжиною хвилі, який поєднує більшість технологій доступу в одному волокні.

NG-PON2 використовує мультиплексування з поділом за часом і довжиною хвилі (TWDM) і підтримує щонайменше одну довжину хвилі, яка може зростати до 4 довжин хвиль (λ1…λ4) або до 8 довжин хвиль (у майбутньому) у моделі з оплатою в міру зростання на кожному волокні, що робить його першим у галузі стандартом доступу до кількох довжин хвиль.

Кожна довжина хвилі в одному волокні може забезпечувати симетричну швидкість 10 Гбіт/с (висхідний і низхідний), що забезпечує пропускну здатність 40 Гбіт/с оптоволоконному з'єднанню. Стандарт допускає максимум вісім довжин хвиль, що дозволяє NG-PON2 забезпечувати швидкість до 80 Гбіт/с.

Переваги технології NG-PON2

• Забезпечує симетричну швидкість лінії 10 Гбіт/с одну довжину хвилі, до 8 довжин хвиль в ODN
• Підтримує чотири довжини хвилі у початковому випуску, при цьому стандарт забезпечує можливість переходу на 8 довжин хвиль
• Підтримує сумісність з технологіями GPON та XGS-PON/XG-PON1
• Підтримує оптику, що налаштовується, яка забезпечує мобільність по довжині хвилі.
• Дозволяє пропускну здатність на вимогу

Характеристики NG-PON2

Мобільність довжини хвилі

Мобільність по довжині хвилі дозволяє ONU бачити всі довжини хвиль в ODN і дає можливість використовувати оптику, що перебудовується в ONT для налаштування на будь-яку з доступних довжин хвиль. Мобільність за довжиною хвилі дозволяє постачальникам послуг створювати правила, які визначають, як ONT можуть переходити між кінцевими пристроями каналу для обслуговування PON.

Це забезпечує такі можливості:

• Інкрементне оновлення смуги пропускання (Pay-as-you-Grow)
• Надмірність - ONU переключиться на іншу підготовлену лінійну карту у разі поточного збою
• Балансування навантаження - забезпечує можливість керування піками трафіку в зонах обслуговування
• Регулювання коефіцієнта поділу - ONU можуть бути надані для переміщення в іншу довжину хвилі, ефективно зменшуючи коефіцієнт поділу на одній довжині хвилі та збільшуючи коефіцієнт на іншій довжині хвилі.
• Функції захисту використовують іншу довжину хвилі для захисту як аварійне перемикання
• Безперебійна робота з технічного обслуговування та модернізації - ONU можуть бути надані для переходу на іншу довжину хвилі в іншій системі під час обслуговування та модернізації.
• Зв'язування каналів - оскільки ODN існує кілька довжин хвиль, можна створити ONU, щоб забезпечити пропускну здатність більше 10 Гбіт/с.

Канал зв'язку

Зв'язування каналів дає можливість використовувати кілька довжин хвиль, що підтримуються ODN, для збільшення пропускної здатності ONU. Наприклад, якщо бізнес-службі потрібно забезпечити справжню пропускну спроможність 10 Гбіт/с, постачальнику послуг потрібно надати більше 10G для досягнення необхідної пропускної спроможності. Це можна досягти шляхом доставки двох довжин хвиль до одного ONU.

Конвергенція послуг

Використовуючи кілька довжин хвиль, NG-PON2 дає постачальникам послуг можливість підтримувати конвергенцію послуг, поміщаючи їх у загальний ODN. Це дозволяє постачальникам послуг:

• розділити мобільні, комерційні та побутові послуги на різні довжини хвиль, одночасно надаючи їх різним OLT
• знизити витрати на обслуговування та експлуатацію завдяки обслуговуванню волокон або компонентів WDM для окремих сервісів

NG-PON2 - сфери застосування

Зміни в телекомунікаційній галузі обумовлені вимогами ринку зв'язку, що швидко змінюються, і зростаючими очікуваннями абонентів. NG-PON2 набирає обертів у всьому світі. На сьогоднішній день NG-PON2 розгорнуть у мережах реального часу Verizon, SK Broadband, Portugal Telecom, Northpower Fibre (Нова Зеландія) та декількома іншими постачальниками послуг у всьому світі. Завдяки використанню технології NGPON2 та можливості об'єднання сервісних мереж в один ODN значно знижується сукупна вартість володіння.

На малюнку 4 показано, як постачальники послуг можуть поєднати свої ділові, побутові та мобільні послуги у загальний ODN, використовуючи NG-PON2.

Завдяки підтримці настроюваних ONT, NG-PON2 надає провайдерам послуг можливість віртуального переміщення ONT у зоні обслуговування для забезпечення балансування навантаження. Як показано на малюнку, кілька лямбда-підмереж NG-PON2 спільно використовують один ODN за допомогою мультиплексування з хвильовим поділом (WDM) .

Кожна довжина хвилі NG-PON2 PON може працювати незалежно або може бути об'єднана за допомогою зв'язування довжин хвиль з PON з високою пропускною здатністю (максимум 80G низхідного та 80G висхідного). Ця гнучка архітектура дозволяє постачальникам послуг переходити до конвергентного ODN, що дозволяє використовувати різні програми в одному волокні.

Завдяки можливості доставки 10 Гбіт/с (і вище) окремому абоненту, NG-PON2 відкриває нові бізнес-можливості для постачальників послуг.

Висновок

Технологія NG-PON2 пропонує багато переваг для постачальників послуг, які прагнуть забезпечити своїм абонентам постійну роботу в мережі. Вона забезпечує їм швидкості, необхідних використання широкого спектра додатків, інтенсивно використовують пропускну спроможність. Для постачальників послуг NG-PON2 надає перспективну архітектуру, яка підвищує ефективність та гнучкість та знижує експлуатаційні витрати. Оновлення можуть виконуватися без проблем, без шкоди абонентським послугам, а мережа може бути розширена з використанням підходу з оплатою в міру зростання. Більше того, смуга пропускання може бути легко перебалансована в мережі в міру потреби, призначаючи користувачів різним довжинам хвиль.