Интенсивное развитие отрасли телекоммуникаций, обусловленное потребностями в передаче все больших объемов информации, привело к необходимости совершенствования сетей связи, в том числе сетей абонентского доступа. На сегодняшний день можно наблюдать этап конвергенции сетей связи. В конвергентных сетях для предоставления различных видов услуг используются единые мультисервисные сети, ориентированные на пакетных трафик. Предоставление качественных широкополосных услуг требует наличия у провайдера высокоскоростной сети абонентского доступа.
В качестве среды передачи для проводных сетей абонентского доступа все чаще используют волоконную оптику. Оптические кабели в отличие от электрических имеют ряд преимуществ: высокая пропускная способность, малое ослабление сигнала, высокая защищенность от внешних электромагнитных помех, малые размеры и масса. Среди оптических технологий доступа наиболее востребованы группа технологий FTTx. Технологии FTTx подразделяются по сетевому построению на активные оптические сети AON и пассивные оптические сети PON. Главное отличие этих технологий состоит в том, что пассивная оптическая сеть в отличие от активной не требует электропитания для промежуточных узлов абонентской линии. Вследствие этого пассивная оптическая сеть будет надежней и дешевле в эксплуатации. Другими немаловажными преимуществами являются малые затраты на строительство сети и возможность ее постепенного наращивания. Такие преимущества позволят расширять существующую сеть и привлекать новых абонентов. Таким образом технология PON представляет особый интерес в плане расширения сферы применения широкополосных сетей.
Оптические сети доступа имеют различные варианты построения. Топология «звезда» со связями точка-точка (P2P, point-to-point) предполагает подключение каждого абонента отдельным волокном к узлу доступа. Топология «звезда» применяется при плотном расположении абонентов в районе АТС. Данная топология характеризуется минимальным количество оптических разветвителей и единственным местом их установки. Очевидным недостатком данной топологии является наличие большого количества волокон и оптических передатчиков. Достоинства данной топологии: удобство в обслуживании, проведении эксплуатационных измерений и обнаружения места повреждения линии. Данная топология характеризуется высокой надежностью, так как разрыв одного из волокон не повлияет на работу всей сети.
Топологии типа «дерево» применяется при разнесенным расположении абонентов. Оптимальное распределение мощности между различными ветвями решается подбором коэффициентов деления оптических разветвителей. Древообразная топология гибкая с точки зрения потенциального развития и расширения абонентской базы. В зависимости от необходимости наличия электропитания для промежуточных узлов различают топологии «дерево с активными узлами» и «дерево с пассивными узлами». У каждой из топологий есть свои достоинства и недостатки.
При использовании топологии «дерево с активными узлами» каждый абонент подключается к коммутатору, который в свою очередь соединяется волокном с узлом доступа. Коммутатор является активным оборудованием, то есть требующим электропитания. При отсутствии электропитания абоненты, подключенные к коммутатору, потеряют доступ к сети. Однако это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet и является относительно дешевым.
Топология «дерево с пассивным оптическим разветвлением» со связями точка-многоточка (P2MP, point-to-multipoint) использует магистральное волокно, которое разделяется между всеми абонентами с помощью пассивного разветвителя (сплиттера). Каждый пользователь подключается к разветвителю отельным волокном. К одному порту узла доступа можно подключить целый сегмент древовидной архитектуры, который охватывает десятки абонентов. На промежуточных узлах устанавливаются полностью пассивные разветвители, не требующие электропитания и обслуживания. К преимуществам архитектуры PON можно отнести отсутствие необходимости электропитания на промежуточных узлах, высокая масштабируемость сети, экономия волокон и оптических передатчиков в центральном узле. Масштабируемость сети позволяет подключать новых абонентов так много, как это позволяет оптический бюджет мощности.
Принцип работы сети PON
Основой технологии PON является логическая структура «точка-многоточка» P2MP. К одному порту центрального узла можно подключить целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий множество абонентов. На промежуточных узлах дерево устанавливаются промежуточные пассивные элементы – сплиттеры. Сплиттеры предназначены для деления мощности оптического сигнала в заданном соотношении.
Назначение блоков схемы:
- Центральный узел OLT – сетевое устройство, которое располагается в узле доступа, принимает данные со стороны магистральный сетей через интерфейсы SNI и формирует нисходящий поток к абонентам по дереву PON.
- Абонентский узел ONT – сетевой устройство, которое располагается на стороне абонента, осуществляет прием и передачу данных к OLT на длинах волн 1550 нм и 1310 нм соответственно, конвертирует данные и передает их абонентам через интерфейсы UNI.
- Сплиттер – пассивный оптический многополюсник, который распределяет поток оптического излучения в одном направлении и объединяет этот поток в обратном.
Главная идея архитектуры PON состоит в том, чтобы использовать всего один приемопередающий модуль в центральном узле OLT для передачи данных множеству абонентских узлов ONT и приема от них.
Количество абонентских узлов ONT, подключаемых к одному приемопередающему модулю OLT, зависит от бюджета мощности и максимальной скорости приемопередающей аппаратуры. Для передачи прямого (исходящего) потока от OLT к ONT используется длина волны 1550 нм. При передачи обратных (восходящих) потоков данных от абонентских узлов от ONT к OLT используется длина волны 1310 нм. Мультиплексоры WDM, встроенные в оборудование OLT и ONT, разделяют исходящие и восходящие потоки.
WDM – это мультиплексирование с разделение по длине волны. Данная технология позволяет объединить несколько информационных каналов по одному оптическому волокну. При этом для каждого из каналов выделяется своя частота. Технология WDM основана на том, что при передаче света на различных длинах волн, в волокне не возникает их взаимной интерференции. Каждая длина волны представляет один оптический канал в волокне. Исходящий поток является широковещательным – передается всем абонентам, подключенным к OLT. Каждый абонентский узел ONT для того, чтобы выделить из общего потока предназначенную ему информацию читает адресные поля. Абонентские узлы ведут передачу на одинаковой длине волны и для того, чтобы не возникали пересечения сигналов, они использует метод множественного доступа временным разделением TDMA. Каждый ONT имеет свое индивидуальное расписание по передаче данных с учетом поправки на задержку. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.
Непосредственно в помещении абонента устанавливается оптический терминал ONT, который является одновременно домашним шлюзом доступа. При использовании унифицированного транспортного оптического терминала ONT, конфигурация транспортной составляющей не привязана к услугам. Таким образом, последующая конфигурация услуг будет осуществляться на домашнем шлюзе доступа.
При строительстве оптической сети используется двухкаскадная схема деления оптического сигнала. На станционной стороне устанавливается сплиттер с коэффициентом деления 1:2. В подъезде дома в оптическом распределительном шкафу устанавливается сплиттер с коэффициентом деления 1:32, обеспечивающей распределение оптического сигнала среди абонентов жилого здания. Стоит отметить, что домов с малым количеством абонентов используются другие схемы распределения оптического сигнала:
- 1:4 – первый уровень, 1:16 – второй уровень
- 1:8 – первый уровень, 1:8 – второй уровень
Технологии пассивных оптических сетей позволяют осуществить конвергенцию различных услуг. При использовании PON возможно предоставление услуг доступа в Интернет, телефонии, телевидения. Предоставление комплексных услуг реализуются с использованием абонентского оборудования. Для организации доступа к услугам NGN используется гибридная сервисная модель, представленная на рисунке.
На оборудовании абонента (PC) инициируется PPPoE-сессия. ONTнастроен в режиме работы моста. Маршрутизатор широкополосного удаленного доступа BRAS производит терминацию PPPoE-сессии. Для организации доступа в Интернет каждому виртуальному адаптеру PPPoE на оборудовании абонента присваивается свой публичный IP-адрес, который маршрутизируется в сети Интернет.
Для организации услуг Triple Play организуются три виртуальной частной сети VLAN. В пределах первого VLANпередается трафик доступа в Интернет. Второй VLAN передает трафик услуг IPTVи VoD. На третьем VLAN организуются передача услуг аналоговой и IP-телефонии. Абонентский терминал ONTсравнивает идентификатор порта, через который соединено абонентское оборудования и идентификатора, соответствующего VLAN.
Аналоговый телефон подключается по порту FXS, который эмулирует расширение интерфейса АТС. Для предотвращения широковещательной ретрансляции multicast трафика на оборудовании OLT включен процесс IGMP snooping. Шлюзы доступа IPTV и VOD, а также гибкий коммутатор Softswitch предоставляют доступ к услугам телевидения и телефонии соответственно.
xPON - это пассивная оптическая сеть, обеспечивающая многофункциональный широкополосный доступ в Интернет с качественным и надежным соединением на беспрецедентно высоких скоростях - до 2400 Мбит/с. По одному оптоволоконному кабелю, проведенному непосредственно в квартиру, абонент получает услуги передачи данных и телефонии с гарантированным качеством обслуживания.
На сегодняшний день xPON - самая прогрессивная и перспективная технология доступа в Интернет, способная обеспечить стремительно растущие потребности в скорости обмена информацией. xPON не только полностью отвечает современным требованиям, но и обладает ресурсами и потенциалом для обеспечения развития технологий связи в будущем.
Преимущества xPON
- Новый стандарт скоростей доступа в Интернет - от 25 Мбит/с до 2400 Мбит/с.
- загрузка данных из Интернета - в 25 раз быстрее максимально возможной на ADSL;
- выгрузка данных в Интернет - в 100 раз быстрее, скорость обратного канала до 500 Мбит/с.
- Высокое качество соединения без обрывов и помех.
- Предоставление всего ресурса оптического кабеля одному абоненту.
- Мультисервисный пакет услуг, подключаемых по одному кабелю: Интернет, Домашний телефон и Домашнее ТВ (с поддержкой HD).
- Единый счет для оплаты всех услуг.
- Возможность оплаты в кредит по системе «Плати потом».
Как работает xPON
Обеспечение доступа в Интернет по технологии xPON предполагает замену устаревших медных кабелей на более прогрессивные оптоволоконные, обладающие значительно большей пропускной способностью. Сигнал по такому кабелю проходит посредством светового, а не электрического импульса. Световой импульс проходит по стеклянному волокну, обеспечивая более надежный сигнал и высокую скорость при низких энергозатратах.
Технология xPON предусматривает прокладку оптоволоконного кабеля непосредственно в дом абонента, а не ко всему зданию, что гарантирует постоянную скорость доступа в Интернет и исключает сбои в работе из-за перегрузки сети. Для подключения к технологии xPON абоненту устанавливается модем - ONT (Optical Network Terminal), благодаря которому подключение всех услуг в дальнейшем происходит удаленно и в одном устройстве. Модем имеет встроенный Wi-Fi, по сети которого можно работать без проводов с любого устройства.
Перспективы развития
Сегодня с уверенностью можно сказать, что технология xPON не только идет в ногу со временем, но и во многом опережает его, расширяя границы возможного. Новый стандарт скоростей позволит постоянно пополнять пакет предоставляемых услуг. Видеонаблюдение, телеметрия, охранно-тревожная сигнализация и другие услуги с помощью технологии xPON становятся доступны для абонентов. Ресурсы технологии позволяют говорить о перспективах разработки и внедрения множества других услуг для лучшего качества жизни.
xPON в России и в мире
xPON стремительно развивается в США, Японии, Корее, ОАЭ и ряде европейских стран как наиболее перспективная технология доступа.
Россия пока отстает по процентным показателям охвата, однако динамика развития соответствует мировым тенденциям. В крупных российских городах, таких как Челябинск, Миасс и другие, количество абонентов исчисляется десятками тысяч, а в Санкт-Петербурге - сотнями тысяч человек.
Что такое GPON и как подключают абонентов
Так как потребности пользователей Интернета и цифровых технологий растут с каждым днем, западные провайдеры задумались - «Как можно предоставить абонентам высокоскоростной, практичный и недорогой в обслуживании, способ передачи цифровых данных?» И придумали GPON. Технология «PON» - пассивные оптические сети, «G» - гигабитные. Пассивные они потому, что на участке от АТС до абонента не используется никакого активного оборудования - индивидуальное оптическое волокно тянется прямо до дома клиента. За счет этого достигается невиданная ранее пропускная способность канала и, как следствие, возможность подключить несколько услуг по одной линии - телефон, телевидение, Интернет.
Если в Вашем поселке уже построена оптическая распределительная сеть, то у Вас есть возможность получить полностью оптоволоконную линию связи от оператора связи до абонента. Разумеется, если в кабеле еще остались свободные волокона. Вы делаете заявку, мы проверяем техническую возможность подключения и согласуем с Вами время монтажа. Сразу скажем, что в среднем на подключение уходит 2 дня. В первый день выполняются работы, связанные с оптикой - т.е. оптическое волокно вводится прямо в дом, устанавливается оптическая розетка, проверяется качество сигнала в линии. Все это занимает около 2х часов. На второ й день приезжает представитель компании - оператора связи, привозит необходимое оборудование и договор на оказание услуг связи. В некоторых поселках все операции возможно выполнить за один день.
Итак, Вам назначили монтаж, и вы стали обладателем маленькой оптической розетки, закрепленной на стене с внутренней стороны дома. И не обязательно - дома. По желанию абонента оптическую розетку мы можем установить и в техническом помещении.
В качестве устройства, которое будет преобразовывать оптоволоконный интерфейс в Ethernet-интерфейс, выступает оптический терминал - ONT. В зависимости от модификации, ONT может иметь функционал от минимального, до полноценного роутера, с возможность подключения WiFi, IPTV и телефонии. Терминал устанавливается в доме либо техническом помещении абонента, и подключается к сети 220в.
Как правило, ONT монтируют рядом с отверстием, куда затянули оптику, чтобы протяженность волокна по квартире была как можно меньше. Почему нельзя протянуть оптоволокно в глубь дома? Все просто - тонкий «проводок» крайне хрупок, чувствителен к различным изгибам, перегибам, давлению. От всех вышеперечисленных процедур оптоволокно просто ломается, сигнал в линии пропадает. Восстановление же волокна и/или его замена - очень трудоемкий процесс.
Связь между ONT и компьютером, а также между ONT и STB (если подключена услуга IPTV) осуществляется при помощи медного кабеля - UTP (витая пара).
Инсталляторы настраивают ONT и проверяют доступ в Сеть. Если никаких технический неполадок не возникает, абонент подписывает монтажникам договор (они привозят его с собой, если заявка на подключение оформлялась дистанционно) и наряды на установку.
Плюсы и минусы технологии GPON
Плюсы:
- Оптика проводится в квартиру абонента, соответственно, получается большая пропускная способность канала и, как следствие, возможность подключения нескольких услуг с одного абонентского устройства (телевидение, телефон, Интернет);
- Нет промежуточного активного оборудования на участке от АТС до абонента. Поэтому, если выключится электричество, хоть во всем поселке, а у вас есть альтернативный источник питания для оптического терминала и компьютера (как вариант - заряженный ноутбук или планшет), вы сможете пользоваться Интернетом без каких-либо проблем;
- Так как никакого электрического напряжения в оптике нет, то и воздействие влаги для волокна не страшно (конечно, в пределах разумного). А для абонентов нет опасности получить удар электрическим током.
Минусы:
- Волокно очень чувствительно к изгибам, поэтому не рекомендуется протягивать его по дому и укладывать в плинтуса. Даже если волокно не сломается при большом загибе, уровень сигнала сильно ухудшится, что приведет к снижению качества работы предоставляемых услуг
О технологии GPONGPON – это широкополосные сети мультисервисного доступа, где по одному кабелю предоставляются услуги интернета, телефонии и телевидения с гарантированным качеством обслуживания. |
|
GPON - настоящая революция в сфере телекоммуникаций!Технология активно развивается во всем мире, а число абонентов, в том числе и в России, растет стремительными темпами. |
|
 |
Компания МТС объединилась с компанией МГТС,чтобы жители Москвы смогли по достоинству оценить самые передовые технологии в области связи. |
ОборудованиеМодем ONT, необходимый для подключения, устанавливается в квартире пользователя, что позволяет подключать дополнительные услуги удаленно. |
|
Как работает GPON
Обеспечение доступа в Интернет по технологии GPON предполагает замену устаревших медных кабелей на более прогрессивные оптоволоконные, обладающие значительно большей пропускной способностью. Сигнал по такому кабелю проходит посредством светового, а не электрического импульса. Световой импульс проходит по стеклянному волокну, обеспечивая более надежный сигнал и высокую скорость при низких энергозатратах.
Технология GPON предусматривает прокладку оптоволоконного кабеля непосредственно в квартиру абонента, а не ко всему зданию, что гарантирует постоянную скорость доступа в Интернет и исключает сбои в работе из-за перегрузки сети. Для подключения к технологии GPON абоненту бесплатно устанавливается модем - ONT (Optical Network Terminal), благодаря которому подключение всех услуг в дальнейшем происходит удаленно и в одном устройстве. Модем имеет встроенный Wi-Fi, по сети которого можно работать без проводов с любого устройства.
Перспективы развития
Сегодня с уверенностью можно сказать, что технология GPON не только идет в ногу со временем, но и во многом опережает его, расширяя границы возможного. Новый стандарт скоростей позволит постоянно пополнять пакет предоставляемых услуг. Видеонаблюдение, телеметрия, охранная сигнализация и другие услуги с помощью технологии GPON становятся доступны для абонентов. Ресурсы технологии позволяют говорить о перспективах разработки и внедрения множества других услуг для лучшего качества жизни.
Или Gigabit PON стала внедряться относительно недавно. Разберемся, что стало предпосылками появления технологии GPON, какие у неё перспективы, а также сравним её с конкурирующими технологиями - PON и GEPON.
В 2014 году будет отмечаться 45-летие первого компьютерного сеанса связи, проведенного в США на расстоянии около 640 км. Это событие считается началом зарождения Интернета. Правда, предшествующая Всемирной паутине сеть ARPANET в то время была доступна очень узкому кругу людей и организаций. Подключение же к ней «посторонним» счастливчикам, обладающим компьютерами, стало возможно только в 1991 году. И лишь появление в 1993 году веб-браузера NCSA Mosaic обеспечило предпосылку взрывного роста мировой интернет-аудитории. Так что история «массового Интернета» на текущий 2013 год насчитывает всего 20 лет.
В первое десятилетие развития глобальной сети среди пользователей, обращавших внимание на такой показатель как «пропускная способность канала связи (скорость передачи данных в битах)» или связанную с ним характеристику «полоса пропускания», были «считанные единицы» людей, знакомых с теоретическими основами радиотехники. А сегодня о «скоростях в Интернете» рассуждают все. И все хотят иметь в распоряжении «высокоскоростной Интернет».
Почему именно высокоскоростной? И где тот предел, с которого можно считать доступ в Интернет «высокоскоростным»?
У массового пользователя скорость Интернета ассоциируется, прежде всего, с интервалами времени загрузки «тяжелых» видео-, музыкальных и графических файлов, количество которых в Сети растет в геометрической прогрессии, да и сами они «укрупняются». Корпоративным потребителям онлайн-услуг (а с недавнего времени еще и «облачных») нужна высокая скорость реакции на запросы в используемых системах управления бизнесом.
Значит, высокоскоростной Интернет - это насущная необходимость, а не прихоть (как для «юзеров», так и для компаний). «Граница» же, с которой начинается высокоскоростной Интернет, на сегодняшний день, по мнению специалистов, проходит на уровне 10 Мб/c.
«Оптика» вытесняет «медь»
Всемирная компьютерная сеть начала развиваться на базе существующих телефонных линий с использованием технологий xDSL. Самая «продвинутая» разновидность этого «медного» семейства — модемная технология ADSL2+ обеспечивает скорость входящего потока 24 Мб/с (исходящего — 1,2 Мб/с). В настоящее время она является безусловным лидером по количеству подключений во всех странах мира. Однако «медные» линии связи, проложенные десятки лет назад, устаревают как физически, так и морально и постепенно заменяются оптическими сетями FTTx, использование которых позволяет на два порядка повысить скорость обмена информацией в Интернете. А в недалекой перспективе - еще больше.
В последнее пятилетие процесс замены медных кабельных трасс на оптические нарастает и, по расчетам аналитиков, еще через пять лет соотношение «оптика/медь» в телекоммуникациях кардинально изменится в пользу «оптики».
Архитектура FTTx (Fiber to the x) представляет собой отрезок оптоволоконной линии связи, подключенный с одной стороны к приемопередающей станции OLT (Optical Line Terminal - оптический линейный терминал), установленной у оператора, а с другой - к приемопередающим модулям абонентов - ONT (Optical Network Terminal) или ONU (Optical Network Unit) .
ONT - терминал индивидуального пользования (его также называют оптическим модемом), устанавливаемое в квартире. ONU - предназначено для установки в распределительном шкафу многоквартирного дома и имеет несколько портов для подключения компьютеров, телевизоров, телефонов, находящихся в соседних квартирах.
ONT и ONU преобразуют оптические сигналы, поступившие от OLT, в электрические (направляемые, например, в компьютеры, телевизоры, телефоны), а также выполняют обратное преобразование электрических сигналов, поступивших от терминалов пользователей, в оптические, которые отправляются в OLT.
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.
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 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.
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!
Расширение аудитории потребителей интернет-услуг и, соответственно, пользователей широкополосных сетей требует внедрения новых технологий. Средства передачи данных должны регулярно повышать линий связи, что заставляет сервисные компании обновлять транспортные информационные каналы. Но, кроме роста объемов передаваемых данных возникают и проблемы иного рода, которые выражаются в увеличении стоимости обслуживания более массивных сетей и расширении спектра потребностей конечных пользователей. Одним из способов совокупной оптимизации характеристик является PON-технология, которая также позволяет сохранять потенциал сетей для дальнейшего расширения их мощности и функциональных возможностей.
Оптоволокно и технология PON
Новая разработка облегчает техническую организацию и дальнейшую эксплуатацию информационных сетей передачи данных, но достигается это во многом за счет достоинств привычных оптических линий. Даже сегодня на фоне внедрения высокотехнологичных материалов продолжается использование каналов, построенных на устаревающих телефонных парах и средствах xDSL. Очевидно, что сеть доступа на подобных элементах существенно проигрывает в эффективности волоконно-коаксиальным линиям, которые тоже нельзя рассматривать как что-то продуктивное по меркам сегодняшнего дня.
Альтернативой традиционным сетям и беспроводным давно выступает оптическое волокно. Но если раньше прокладка таких кабелей являлась непосильной задачей для многих организаций, то сегодня оптические компоненты стали гораздо доступнее. Собственно, и раньше оптоволокно использовалось для обслуживания рядовых абонентов, в том числе по Следующим этапом развития стала телекоммуникационная сеть, построенная на архитектуре Micro-SDH, открывшей принципиально новые решения. Как раз в этой системе и нашла свое применение концепция сетей PON.
Стандартизация сети
Первые попытки стандартизации технологии были предприняты еще в 1990-х годах, когда группа телекоммуникационных компаний задалась идеей на практике реализовать идею множественного доступа по единому пассивному оптоволокну. В результате организация получила название FSAN, объединив и операторов, и производителей сетевого оборудования. Главной же целью FSAN и было создание пакета с общими рекомендациями и требованиями к разработке технических средств PON, чтобы изготовители оборудования и провайдеры могли вместе работать в одном сегменте. На сегодняшний день пассивные линии связи, базирующиеся на технологии PON, организуются в соответствии с нормативами ITU-T, ATM и ETSI.
Принцип действия сети
Главная особенность идеи PON заключается в том, что инфраструктура работает на базе одного модуля, который отвечает за функции приема и передачи данных. Располагается этот компонент в центральном узле системы OLT и позволяет обслуживать информационными потоками множество абонентов. Конечным приемником выступает устройство ONT, которое, в свою очередь, также выступает передатчиком. Количество абонентских точек, подключенных к центральному модулю приема и передачи, зависит только от мощности и максимальной скорости используемой аппаратуры PON. Технология, в принципе, не ограничивает количество участников сети, однако для оптимального использования ресурсов разработчики телекоммуникационных проектов все же ставят определенные барьеры в соответствии с конфигурацией конкретной сети. Трансляция информационного потока от центрального приемно-передающего модуля к абонентскому устройству осуществляется при длине волны, составляющей 1550 нм. И напротив, обратные от потребительских устройств к точке OLT передаются с длиной волны порядка 1310 нм. Данные потоки стоит рассмотреть отдельно.
Прямые и обратные потоки
Основной (то есть прямой) поток от центрального модуля сети относится к широковещательным. Это значит, что оптические линии сегментируют общий поток данных, выделяя адресные поля. Таким образом, каждое абонентское устройство «читает» только информацию, предназначенную специально для него. Такой принцип распределения данных можно назвать демультиплексорным.
В свою очередь, обратный поток использует одну линию для трансляции данных от всех абонентов, подключенных к сети. Так используется схема множественного обеспечения доступа с разделениями по времени. Для исключения вероятности пересечения сигналов от нескольких узлов-приемников информации устройство каждого абонента имеет свое индивидуальное расписание по обмену данными с поправкой на задержку. Это общий принцип, по которому реализуется PON-технология в плане взаимодействия приемно-передающего модуля с конечными потребителями. Однако конфигурация схемы прокладки сетей может иметь разные топологии.
Топология «точка-точка»
В данном случае используется система P2P, которая может выполняться и для распространенных стандартов, и для особых проектов, предполагающих, к примеру, задействование оптических устройств. В плане безопасности данных абонентских точек интернет-соединение этого типа обеспечивает максимальную защищенность, возможную для подобных сетей. Однако прокладка оптической линии для каждого пользователя осуществляется отдельно, поэтому стоимость организации таких каналов существенно возрастает. В некотором роде, это не общая, а индивидуальная сеть, хотя центр, с которым работает абонентский узел, также может обслуживать и других пользователей. В целом же такой подход целесообразен для использования крупными абонентами, которым особенно важна безопасность линии.
Топология «кольцо»
Эта схема базируется на конфигурации SDH и наилучшим образом раскрывается в магистральных сетях. И наоборот, оптические линии кольцевого типа оказываются менее эффективными в эксплуатации сетей доступа. Так, при организации городской магистрали места расстановки узлов рассчитываются еще на стадии разработки проекта, однако сети доступа не дают возможности заранее оценить количество абонентских узлов.
При условии случайного временного и территориального подключения абонентов кольцевая схема может быть значительно усложнена. На практике подобные конфигурации нередко превращаются в изломанные схемы, имеющие множество ответвлений. Такое происходит, когда введение новых абонентов выполняется через разрыв существующих сегментов. Например, в линии связи могут формироваться петли, которые совмещаются в одном проводе. В результате появляются «ломаные» кабели, что в процессе эксплуатации снижает надежность сети.
Особенности архитектуры EPON
Первые попытки построить сеть PON, приближенную по степени охвата потребителей к технологии Ethernet, были предприняты в 2000 г. Платформой для разработки принципов формирования сетей стала архитектура EPON, а в качестве основного стандарта была введена спецификация IEEE, на основе которой были выработаны отдельные решения для организации сетей PON. Технология EFMC, к примеру, обслуживала топологию «точка-точка» с применением витой медной пары. Но сегодня эта система практически не используется в связи с переходом на оптоволокно. Как альтернатива, более перспективными направлениями по-прежнему остаются технологии на базе ADSL.
В современном виде стандарт EPON реализуется по нескольким схемам подключения, но главным условием его воплощения является использование волокна. Помимо применения разных конфигураций, технология подключения PON по стандарту EPON также предусматривает возможность использования некоторых вариантов оптических приемопередатчиков.
Особенности архитектуры GPON
Архитектура GPON позволяет реализовывать сети доступа на базе стандарта APON. В процессе организации инфраструктуры практикуется увеличение сети, а также создание условий для более эффективной передачи приложений. GPON представляет собой масштабируемую кадровую структуру, позволяющую обслуживать абонентов на скорости информационных потоков до 2,5 Гбит/c. При этом обратный и прямой потоки могут работать как на одном, так и с разными скоростными режимами. Кроме того, сеть доступа в конфигурации GPON может обеспечивать любую инкапсуляцию в транспортный синхронный протокол независимо от сервиса. Если в SDH возможна реализация исключительно статического деления полос, то новый протокол GFP в структуре GPON при сохранении характеристик кадра SDH дает возможность и динамического распределения полос.
Преимущества технологии
Среди основных преимуществ в схеме PON выделяют отсутствие промежуточных звеньев между центральным приемником-передатчиком и абонентами, экономность, легкость подключения и удобство в обслуживании. В немалой степени эти достоинства обусловлены рациональной организацией сетей. Например, интернет-соединение обеспечивается напрямую, поэтому выход из строя одного из смежных абонентских устройств никак не влияет на его работоспособность. Хотя массив пользователей, конечно, объединяется подключением к одному центральному модулю, от которого зависит качество обслуживания всех участников инфраструктуры. Отдельно стоит рассмотреть древовидную топологию P2MP, которая максимально оптимизирует оптические каналы. Благодаря экономному распределению линий приема и передачи информации данная конфигурация обеспечивает эффективность работы сети независимо от расположения абонентских узлов. В то же время допускается ввод новых пользователей без кардинальных изменений существующей структуры.
Недостатки сети PON
Широкому применению данной технологии пока еще препятствует несколько значимых факторов. В первую очередь это сложность системы. Эксплуатационные преимущества сети данного типа можно обеспечить только при условии изначального выполнения качественного проекта с учетом множества технических нюансов. Иногда выходом из положения становится технология доступа PON, которая предусматривает организацию простой типологической схемы. Но в этом случае следует готовиться к другому недостатку - отсутствию возможности резервирования.
Тестирование сети
Когда все этапы первичной разработки сетевой схемы пройдены и выполнены технические мероприятия, специалисты приступают к тестированию инфраструктуры. Одним из главных показателей качественно выполненной сети является показатель затухания на линии. Для анализа канала на предмет наличия проблемных зон используются оптические тестеры. Все измерения производятся на активной линии с применением мультиплексоров и фильтров. Масштабная телекоммуникационная сеть обычно тестируется с применением оптических рефлектометров. Но такое оборудование требует специальной подготовки от пользователей, не говоря о том, что расшифровкой рефлектограмм должны заниматься экспертные группы.
Заключение
При всех сложностях в переходе на новые технологии компании, предоставляющие телекоммуникационные услуги, быстро осваивают по-настоящему эффективные решения. Постепенно распространяются и непростые в техническом исполнении оптоволоконные системы, к которым относится и технология PON. «Ростелеком», к примеру, начал внедрять услуги нового формата еще в 2013 г. Доступ к возможностям оптических сетей PON первыми получили жители Ленинградской области. Что самое интересное, поставщик услуг обеспечил оптоволоконной инфраструктурой даже местные поселки. На практике это позволило абонентам пользоваться не только телефонной связью с доступом в интернет, но и подключаться к цифровому телевизионному вещанию.
