Технології та обладнання оптичних мереж на прикладі OLT компанії ZTE

Технології широкосмугової передачі FTTx

З початку активного розвитку мереж передачі даних стало очевидно, що використання мідного кабелю обмежено двома взаємовиключними вимогами: дальністю та швидкістю передачі даних. Позбутися цих обмежень можна заміною мідного кабелю на оптоволокно. Оптичний кабель має широку смугу пропускання, нечутливий до електромагнітних перешкод і може забезпечити широкосмуговий зв'язок на відстані сотні кілометрів.

У міру освоєння технологій виготовлення та зварювання оптичного кабелю підключення обладнання з його допомогою стало швидко спрощуватися і здешевлюватися. Сьогодні практично будь-який провайдер може підключити свого абонента за допомогою оптики.

Так з'явилися технології FTTx (Fiber To The x) - технології широкосмугової передачі за допомогою оптоволокна до точки «х». Причому під точкою «х» може матися на увазі:

- вузол (FTTN) - шафа, розташована на відстані кількох кілометрів від кінцевого абонента, з'єднаного з шафою мідним кабелем, наприклад, за технологією xDSL;

- мікрорайон (квартал, група будинків) (FTTC, FTTK) - у цьому випадку шафа з кінцевим обладнанням розташовується не далі ніж за 300 метрів від абонента, так званий fiber to the pole - оптика до стовпа;

- приміщення (FTTP) - у разі оптичний кабель закінчується або у будинку (FTTB) чи квартирі (FTTH);

- робочий стіл (FTTD, FTTS) - у якому оптичний кабель закінчується безпосередньо біля робочого столу клієнта.

Очевидно, що використання технологій FTTx, особливо FTTH, FTTB, FTTD є найсмачнішим напрямком для сучасних провайдерів. При використанні цих технологій немає необхідності встановлювати десь додаткове обладнання, яке необхідно обслуговувати, живити, охороняти, захищати від сонця, дощу, птахів та комах. Обладнання на кінцях кабелю розташовується з одного боку – у приміщенні провайдера, з іншого боку – у приміщенні абонента, які належним чином обігріваються, охолоджуються та охороняються. При цьому абонент забезпечується широкосмуговим каналом та повним комплексом сервісів, які може надати провайдер.

Однак тут з'явилася інша проблема - тягнути окремий оптичний кабель від провайдера до кожного клієнта дуже затратно, як на етапі його прокладання, так і на етапі подальшого обслуговування. Будь-яке пошкодження у вузькому місці великої кількості оптичних кабелів представлятиме серйозну проблему для провайдера. У цьому випадку найоптимальніше рішення - підключення найбільшої кількості абонентів до одного оптоволокна, бажано, без активних пристроїв, що розгалужують.

Пасивні оптичні мережі PON

Це завдання забезпечують пасивні оптичні мережі – PON (Passive Optical Network). Центральним вузлом PON є оптичний лінійний термінал - OLT (Optical Line Terminal), що містить кілька (десятків, сотень) абонентських портів, до кожного з яких можна підключити кілька (десятків, сотень) абонентських пристроїв - ONT (Optical Network Terminal) або ONU (Optical Network Unit).

За такої організації PON для зв'язку OLT з ONU застосовують метод TDM (Time Division Multiplexing) з використанням 1490 лазерів. OLT передає широкомовні пакети всім ONU. Якщо ONU виявляє пакет, призначений йому - він обробляє, інші пакети ігноруються. Для зворотного зв'язку використовується 1310 нанометровий лазер та метод TDMA (Time Division Multiple Access). Кожному ONU призначається конкретний час передачі.

ONU підключаються до оптичного волокна за допомогою розгалужувачів - сплітерів (Splitter). Формально розгалужувач працює як спліттер лише за передачі інформації від провайдера абонентам. У зворотному напрямку він виконує функцію концентратора, поєднуючи сигнали всіх абонентів. Особливістю розгалужувачів є те, що для своєї роботи вони не вимагають електроживлення та невибагливі у роботі.

Для зв'язку використовуються лазери великої потужності, що забезпечують передачу сигналу до 100 км стандартного оптоволокна. Однак на практиці максимальна відстань між OLT та ONU не перевищує 20 км. Причиною цього є розгалужувачі, які вносять додаткове згасання до лінії, що досягає 22 дБ. Це є "платою" за економію оптичного волокна.

Види PON

Сьогодні існує кілька стандартизованих варіантів PON. Стандарт ITU-TG.983 визначає технології APON та BPON, які фактично застаріли. Стандарт IEEE 802.3av визначає технологію 10G-EPON (10 Гбіт/с), обладнання для якої з кожним роком набуває все більшої популярності.

Стандарт ITU-T G.984 описує GPON - технологію з трафіком до 2,5 Гбіт/с від OLT до ONU та до 1,25 Гбіт/с від ONU до OLT, з можливістю працювати як у синхронному (TDM) так і в асинхронному (АТМ) режимах. Несиметричність інформаційного навантаження GPON у різних напрямках обумовлена тим, що більшість абонентів розмір трафіку для скачування істотно перевищує трафік закачування.

ONT підключаються до оптоволокна розгалужувачами з коефіцієнтом розподілу від 1:2 до 1:64. ONT може бути як індивідуальним, розрахованим однією абонента, і колективним, розрахованим кілька абонентів. Індивідуальні ONT зазвичай містять порти для підключення Ethernet, телебачення RF TV і телефонії POTS. Колективні ONT, окрім портів Ethernet, RF TV, POTS можуть мати порти xDSL, E1.

Стандарт IEEE 802.3ah визначає технології EPON та GEPON, які спочатку розроблялися для розробки PON, що максимально схожа на мережу Ethernet. EPON та GEPON забезпечують передачу інформації зі швидкістю, відповідно, 100 Мбіт/с та 1 Гбіт/с. Технологію EPON вже можна вважати застарілою. Тим не менш, більшість GEPON обладнання OLT може працювати з EPON ONU.

В цілому, GPON та GEPON багато в чому аналогічні, і конкурують один з одним. GPON забезпечує більший розмір інформаційного трафіку, порівняно з GEPON і може працювати на різних швидкостях обміну на тих самих приймачах. Недолік GPON - ускладнена організація передачі Ethernet, потребує додаткової інкапсуляції пакетів. Це ускладнює керування PON загалом. GEPON забезпечує більш просте та знайоме управління, багато в чому аналогічне Ethernet. GPON активно використовується в Європі та Північній Америці, GEPON найбільш популярна серед азіатських провайдерів.

Устаткування для PON

  Один із провідних виробників техніки для PON – китайська компанія ZTE. Обладнання цієї компанії добре представлене на ринку та має постійний попит серед провайдерів СНД. Обладнання ZTE відрізняється високою функціональністю, гарною якістю за досить низьких цін.

На сьогоднішній день можна придбати три основні OLT виробництва ZTE під загальним кодом ZXA10, на основі яких можна розгорнути PON: C220 , C300 та C320 .

ZXA10 С220

Комутатор C220 у максимальній конфігурації дозволяє обслужити до 5120 абонентів за інтерфейсом GPON або 2560 абонентів за інтерфейсом EPON. Комутатор підтримує до 40 портів з інтерфейсами EPON/GPON та до 10 портів з інтерфейсом 10G-EPON.

Шасі комутатора містить 14 слотів. У середні 7-й та 8-й слот встановлюються модулі (карти) управління та комутації:

- GCSA - модуль управління та контролю типу А;

- GCSAS - модуль управління та контролю типу АS;

- GCSD - модуль управління та контролю типу D.

В інші 12 - модулі розширення та живлення:

- EIG - 4 оптичні порти Ethernet (GE);

- EIGF-4 оптичних порту Ethernet (FE);

- EIGT – лінійна карта Ethernet;

- EIGM – лінійна карта для підключення 1 Гбіт Ethernet;

- EIGMP – лінійна карта для підключення 1 Гбіт Ethernet типу Р;

- EIT1F – 1 оптичний порт для підключення 10 Гбіт Ethernet;

- EIT2F - 2 оптичні порти для підключення 10 Гбіт Ethernet;

- CL1A – 1 оптичний порт STM-1;

- CE1B - 32 порти незбалансованого Е1;

- CE1BB - 32 порти збалансованого Е1;

- CT1ТB - 32 порти Т1;

- EPFC - 4 порти EPON типу С;

- EPFCB - 4 порти EPON типу СB;

- EPXS – 1 несиметричний порт 10 Гбіт Ethernet;

- GPFAB - 4 порти GPON типу АB;

- GPFAC - 4 порти GPON типу АС;

- GPFAE - 4 порти GPON типу АE;

Живлення комутатора здійснюється напругою 48 В, максимальна споживана потужність – 400 Вт. Для живлення від мережі змінного струму можна використовувати модулі живлення PFR або PFF.

Комутатор призначений для встановлення у 19-ти дюймову стійку, в якій займає 6 секцій (юнітів) без модуля охолодження. Система забезпечує «гарячу» заміну модулів. У базовий комплект входять: 2 модулі GCSA , 2 модулі EPFC , 2 модулі EIG , модуль охолодження та блок живлення. Середній термін служби становить 15 років (50 000 годин).

Загалом комутатор ZXA10 C220 є потужним рішенням для побудови PON і може використовуватися насамперед у районах з великою щільністю абонентів, наприклад спальних районах. У сільській місцевості ця потужність може бути не потрібна.  

ZXA10 С300

Ще більш потужним рішенням є платформа С300 , яка, при використанні коефіцієнта поділу 1:128 та абонентських плат із 16 портами, наприклад, GTGH, дозволяє підключити понад 30 000 абонентів. Ця платформа варта побудови оптичних мереж із можливістю плавного переходу на мережі нового покоління.

Шасі комутатора випускається у варіантах для 19-ти або 21-ї дюймової стійки. Варіант для 19-ти дюймової стійки дозволяє встановити 21 модуль, 21-дюймовий - 23 модулі.

У середні слоти встановлюються 2 модулі управління, в крайні (ліворуч і праворуч) - 2 модулі живлення та 2 лінійні модулі для зв'язку з мережею верхнього рівня. Один слот комутатора (18 або 20) займає загальний інтерфейсний модуль, який забезпечує контроль і управління комутатором. В інші слоти встановлюються модулі розширення. Комутатор займає 10 секцій (юнітів) стійки, причому верхня секція відводиться під охолоджуючий модуль.

У комутаторі можуть використовуватися модулі, що управляють:

- SCXM – модуль управління М (400 Гбіт/с);

- SCXL – модуль управління L (800 Гбіт/с).

Модулі розширення:

- GTGQ - 4 порти GPON;

- GTGO – 8 портів GPON;

- GTGH – 16 портів GPON;

- ETGO – 8 портів GEPON;

- ETGH – 16 портів GEPON;

- GDFO – 8 оптичних портів Ethernet (GE);

- HUTQ - 2 порти 10 Гбіт Ethernet (GE) та 2 порти 1 Гбіт Ethernet (GE);

- HUGQ - 2 порти 1 Гбіт Ethernet (GE) та 2 порти 1 Гбіт Ethernet (FE);

- XUTQ - 4 оптичні порти 10 Гбіт Ethernet;

- GUFQ - 4 оптичні порти 1 Гбіт Ethernet;

- GUTQ - 4 порти 10M/100M/1000M Ethernet з роз'ємами RJ45;

- GUSQ - 2 порти 10M/100M/1000M Ethernet з роз'ємами RJ45, 2 оптичні порти 1 Гбіт Ethernet;

- FTGH - 16 оптичних портів 10M/100M/1000M Ethernet P2P з конфігурованим рівнем доступу;

- CTBB - 32 порти Е1;

- CTTB - 32 порти Т1;

- CTLA - 2 оптичні порти STM-1 або 1 оптичний порт STM-4;

Інтерфейсні модулі CICG та CICK забезпечують синхронізацію системи, контроль довкілля, управління та технічне обслуговування. До функцій модулів входять:

- введення (2 порти) та виведення (1 порт) синхронізації BITS;

- 1 мережний порт для додаткового керування;

- 1 резервний мережевий порт для керування;

- 2 послідовні порти управління (загальний та резервний);

- 1 резервний порт уведення комутаційних змінних;

- 4 резервні порти виведення комутаційних змінних;

- по 1 порту для контролю температури, задимленості, вологості, попадання води та контролю дверей.

Плата CICK додатково забезпечує 2 додаткові порти введення та 1 порт виведення синхронізації та 2 порти 1PPS + TOD з хвильовим опором 120 Ом (роз'єм RJ45).

Смуга пропускання комутатора досягає 6,4 Тбіт/с (21 дюймовий варіант) і 5,76 Тбіт/с (19 дюймовий варіант) зі швидкістю комутації 800 Гбіт/с (для модуля SCXL) або 400 Гбіт/с (для модуля SCXМ).

Напруга живлення комутатора становить 48 або 60 В. Максимальна споживана потужність – 1,4 кВт (21-й дюймовий варіант), 1,25 кВт (19-ти дюймовий варіант).

Комутатор забезпечує гарячу заміну модулів. У базовий комплект входять: 2 модулі управління SCXM, 1 модуль GTGO (8 портів GPON), 1 модуль ETGO (8 портів EPON), 2 модулі GUSQ , модуль охолодження та 2 блоки живлення PRWG .

Середній термін служби системи становить 11 років, середній час відновлення системи - 30 хвилин.

Загалом комутатор ZXA10 C300 є оптимальним для побудови PON великої ємності в густонаселених районах.

ZXA10 С320

Платформа С320 за своїми функціональними можливостями аналогічна платформі С300 , однак має менший масштаб як за кількістю абонентів, так і за фізичними характеристиками. Абонентські та лінійні плати платформ С320 та С300 сумісні один з одним. Шасі комутатора С320 дозволяє підключити лише 2 абонентські плати. Отже, при встановленні плат GTGH , що мають 16 портів з коефіцієнтом поділу 1:128, максимальна кількість абонентів складе 4096.

Шасі комутатора призначене для встановлення у варіантах для 19-ти дюймової стійки. При цьому комутатор займає лише 2 секції (юніту).

Всього в комутаторі можна встановити 5 модулів. Один слот призначений лише для встановлення вентилятора. У два слоти можна встановити або два модулі управління SMXA , або один модуль управління SMXA і один модуль живлення PRAM для живлення від мережі 220 В. У 2 слоти, що залишилися, встановлюються модулі розширення:

- GTGQ - 4 порти GPON;

- GTGH – 16 портів GPON;

- ETGO – 8 портів GEPON;

- ETGH – 16 портів GEPON;

- GDFO – 8 оптичних портів Ethernet (GE);

- FTGH - 16 оптичних портів 10M/100M/1000M Ethernet P2P з конфігурованим рівнем доступу;

- FTGK - 48 портів Ethernet (GE) 1000 Мбіт/с Р2Р/МРО;

- FTFK - 48 портів Ethernet (FE) 100 Мбіт/с Р2Р/МРО.

Плата управління та контролю системою SMXA забезпечує:

- 1 позасмуговий порт NM;

- 1 послідовний порт для налагодження;

- 1 оптичний порт XGE (оптичний порт GE);

- 1 оптичний порт GE (оптичний порт FE);

- 1 10М/100М/1000М порт Ethernet;

- 1 порт моніторингу середовища;

- 1 порт 48 В постійного струму.

Смуга пропускання комутатора сягає 420 Гбіт/с. Живлення комутатора здійснюється постійною напругою 48 або від мережі змінного струму (за наявності модуля PRAM). Максимальна потужність споживання становить 200 Вт при використанні максимальної кількості портів GPON і 130 Вт при використанні максимальної кількості портів GEPON.

Комутатор забезпечує «гарячу» заміну модулів. У базовий комплект входять: 1 модуль керування SMXA , 1 модуль GTGO (8 портів GPON) та модуль охолодження. Середній термін служби системи становить 11 років, середній час відновлення системи - 30 хвилин.