Особенности построения пассивной оптической сети доступа

Стандарты технологии PON

 

Первые шаги по созданию технологии пассивных оптических сетей были сделаны в 1995, когда семь компаний (British TelecomFrance Telecom и другие) объединились вместе и решили создать реализовать концепцию множественного доступа по одному волокну. Данная организация стала поддерживаться ITU-T, в дальнейшем получила название FSAN (Full service access network). Уже в конце 1990-х годов в данное объединение входило множество операторов и производителей различного телекоммуникационного оборудования связи. Главной задачей FSAN было создание общих рекомендаций и стандартов к оборудованию PON, для совместного взаимодействия на конкурентоспособном рынке. На ноябрь 2011 года в FSAN состояло 26 операторов и 50 производителей. FSAN работает в тесном сотрудничестве с такими организациями по стандартизации, как ITU-T, ETSI и ATM Forum.

Развитие стандартов PON привело к появлению NGPON 2. Данные стандарты представляют собой спецификации дальнейшего развития технологий GPON и EPON. Сегодня на роль стандарта NGPON 2 претендуют как минимум три технологии [3]:

‒ «Чистая» (pure) WDM PON

‒ Гибридная (TDM/WDM) TWDM PON

‒ UDWDM (Ultra Dense WDM) PON

 

 

Принцип передачи данных в сетях PON

 

Основная концепция технологии PON заключается в  использовании только одного приёмопередающего модуля в OLT (optical line terminal) для передачи информации множеству абонентских устройств ONT (optical network terminal в терминологии ITU-T), также называемых ONU (optical network unit) в терминологии IEEE и приёма информации от них.

Число абонентских узлов, подключенных к одному приёмопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приёмопередающей аппаратуры.

Для передачи потока информации от OLT к ONT ‒ прямого (нисходящего)потока как правило, используется инфракрасное излучение с длиной волны 1490 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. Для передачи сигнала телевидения используется длина волны 1550 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Схематично принцип передачи данных в сетях PON представлен на рис. 1.

 Рис. 1 ‒ Технология PON

Как видно из рисунка, передача данных от OLT к абоненту осуществляется прямым потоком, а в обратном направлении – обратным.

Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически мы имеем дело с распределённым демультиплексором.

В обратном потоке все абонентские узлы ONT ведут передачу на одной и той же длине волны. При этом используется концепция так называемого множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается своё индивидуальное расписание по передаче данных с учётом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA. 

 

Топологии сети PON

Ниже представлены возможные варианты топологий при построении сетей PON: топология «звезда», топология «дерево», топология «шина», топология «кольцо» и гибридная топология.

Топология «Звезда»: в данной архитектуре для деления мощности используется сплиттер 1:32 или 1:64, который разделяет все мощность поровну между пользователями. От оптического линейного терминала (OTL) до разветвителя информация передается по одному волокну. Это является самым главным недостатком данной топологии, но решается эта проблема с помощью резервирования волокна. Топология показана на рис. 2.

Рис. 2 ‒ Топология «звезда»

 

Топология «Дерево»

 

Данная топология является более сложной, чем предыдущая. Но построена на базе «Звезды» в каждом узле которой находится еще один разветвитель. Топология состоит из нескольких каскадов, в которых также происходит деление мощности между пользователями. Топология показана на рис. 3.

Рис 3 ‒ Топология «Дерево»

 

Топология «Шина»

В основном в данной топологии используются сплиттеры с небольшим количеством выводов. Коэффициент деления мощности может быть 95:5, 80:10, 85:15, 80:20, 75:25, 70:30 и др. Топология показана на рис. 4.

Рис 4 ‒ Топология «Шина»

 

Топология «Кольцо» 

Данная топология (рис. 5) зарекомендовала себя с положительно в построении сети PON, достоинство заключается в том, что в данной топологии очень хорошо организовано резервирование узлов связи и если какой-то элемент данной архитектуры выходит из троя, то сразу же заменяется резервным.

Однако на этапе проектирования сети, мы на самом деле никогда не знаем, сколько будет подключено абонентов, в случае, когда нам нужно подключить новых клиентов, нам нужно разорвать кольцо, в результате мы получаем сильно изломанную структуру с множеством ответвлений.

Рис 5 ‒ Топология «Кольцо»

 

Технологии GPON и GEPON 

На сегодняшний день используются в основном только 2 стандарта GPON и GEPON (в основном GPON). На рис. 6 изображена технология GPON.

Рис. 6 ‒ Технология GPON

‒ EPON или GEPON (Ethernet PON) Это транспортный протокол Ethernet, который появился в 2004 году. Нисходящий поток на длине волны 1490 нм со скоростью 1 Гбит/сек. Восходящий поток на длине волны 1310 нм, со скоростью 1 Гбит/сек.

‒ GPON (Gigabit PON) – Транспортный протокол GFP (Generic Framing Procedure), был принят в 2005г. Нисходящий поток на длине волны 1490 нм со скоростью 1,2 Гбит/сек или 2,4 Гбит/сек. Восходящий на длине волны 1310 нм со скоростью 622 Мбит/сек или 1,2 Гбит/сек. Является наиболее перспективным стандартом на сегодняшний день.

 

Главные отличия GEPON от GPON 

Максимальное число абонентских узлов на одно волокно у в GPON – 64, у GEPON – 16, это значит, что цена одного порта в OLT у GPON будет меньше, чем у GEPON, а также более низкое потребление электроэнергии станционным оборудованием, чем у GEPON. Загруженность полосы пропускания у GPON – не менее 93 %, у GPON – не более 60%. Следовательно, стандарт GPON позволяет более эффективно использовать полосу пропускания за счет технологии фрагментации кадров. Исходя из этих сравнений, можем сделать вывод, что стандарт GPON более популярен чем GEPON.

Достоинства GPON:

‒ Скорость намного выше, чем у других стандартов.

‒ Надежность, так как нет источников электропитания, которое может выйти из троя.

‒ Безопасность, данные защищены, сигнал в GPON сложно перехватить.

 

Особенности проектирования PON в частном секторе

 

К основным особенностям построения оптической сети в частном секторе жилой застройки относятся:

  • Удаленность коттеджных поселков от сетевых узлов.

Обычно коттеджные поселки находятся загородом или в черте границы города. Это позволяет организовать сети доступа без активного электрооборудования в самом поселке, так как его можно установить в сетевых узлах, которые находятся в городе. Для этого предварительно нужно провести расчет бюджета мощности, если его будет недостаточно, то нужно будет установить сетевой узел со всем активным оборудованием прямо в коттеджном поселке.

  • Условия прокладки кабелей и установки распределительных устройств.

Если поселок новый, который собираются только строить то условия прокладки зависят от заданного проекта с конкретной инфраструктурой. В действующем поселке, эти условия будут определяться уже текущей конфигурацией коммуникаций. Также разновидности самих домов можно разделить на 3 типа: Эконом (от 50 до 100 квадратных метров). Стандарт (от 100 до 200 квадратных метров). Бизнес от 300 квадратных метров. Нужно учитывать количество этажей, исходя из всех этих данных будут использоваться разные условия прокладки кабелей и установки устройств.

Список литературы

 

  1. Сайт Habr – Технология GPON [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://habr.com/ru/company/sochikamera/blog/371533/, - свободный. – Загл. с экрана.
  2. Сайт Fibertop – Архитектура PON [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://fibertop.ru/architecture_PON.htm/, - свободный. – Загл. с экрана.
  3. Сайт Helpiks – Принцип действия PON [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://helpiks.org/6-84568.html, - свободный. – Загл. с экрана.