АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ ДОСТУПА НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ PON

ANALYSIS OF THE ACCESS NETWORK CONSTRUCTION PRINCIPLES BASED ON PON TECHNOLOGY

Одна из важнейших задач, стоящих перед телекоммуникационными сетями доступа – так называемое препятствие «последней мили», предоставление как можно большей полосы пропускания частным и корпоративным абонентам при минимальных расходах.

В данной работе производится анализ сетей доступа сформированные на основе семейства технологии PON

Первый шаг внедрения технологии PON можно проследить В 1995 году несколько поставщиков сформировали Группу сетей полного доступа к услугам (Full-Services Access-Network Group, FSAN).

Цель FSAN - сформулировать общие руководящие принципы и требования к оборудованию PON, чтобы производители и операторы оборудования могли сосуществовать на высоко конкурентном рынке доступа к PON.

Технология PON используется для реализации структур «оптическое волокно до здания» (Fiber to the building, FTTB), «волокно до жилища» (Fiber to the home, FTTH), «волокно до распределительной коробки» (Fiber to the curb, FTTC), или же в общем случае, без конкретизации FTTx (Fiber-To-The-x) – «оптика до определенной точки».

Основой этой технологии является создание полностью пассивной оптической сети с древовидной топологией посередине между модулем приемопередатчика центрального узла OLT и пользовательским узлом ONT, обеспечивающим соединение с  магистральной сетью. Средний узел дерева - это небольшой пассивный распределитель (разделитель), не нуждающийся в  электроснабжении и обслуживании.

Разветвитель оптических сигналов – это пассивный оптический многополюсник, который распределяет поток оптического излучения в одном направлении и объединяет несколько потоков в противоположном направлении. Как правило, разветвитель может иметь M входных портов и N выходных портов. В сетях PON наиболее часто используемый разветвитель 1xN имеет входной порт. Разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну.

На рисунке 1 изображена типичная PON, использующая различные ONT или оптические сетевые блоки (ONU). Конечный абонент использует ONT. ONT имеет пользовательский интерфейс, с одной стороны, и интерфейс для подключения к дереву PON, с другой. ONU обычно расположены в одном или нескольких подвалах и используются совместно группой пользователей. Услуги передачи голоса, данных и видео доставляются пользователям от ONU или ONT через кабели, протянутые в помещениях пользователя.

Модуль приемопередатчика OLT позволяет передавать информацию на несколько пользовательских устройств ONT. Количество пользовательских узлов, подключенных к модулю приемопередатчика OLT, может приравниваться количеству, разрешенному бюджетом оптической мощности и максимальной возможной скоростью устройства приемопередатчика. Для трансляции информационного потока от OLT к ONT-прямому (нисходящему) потоку обычно применяется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от различных абонентских узлов к главному узлу вместе образуют обратный (восходящий) поток, который передается на длине волны равной 1310 нм. OLT и ONT имеют интегрированные мультиплексоры WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны) для разделения входных и исходящих потоков. Реализация принципов восходящей и нисходящей передачи отображена на рисунках 2 и 3.

Рисунок 1 Архитектура пассивной оптической сети

Прямой поток трансляции уровня оптического сигнала. Каждый узел ONT считывает поле адреса и выбирает только часть информации для своего потока из общего потока. Мы имеем дело с распределенными демультиплексорами. Все ONT в восходящей линии используют концепцию множественного доступа с разделением каналов по времени (TDMA) для передачи на одинаковой длине волны.

Рисунок 2 – Прямой поток в сети PON

Рисунок 3 – Обратный поток в сети PON

Технология APON/BPON

В восходящем и нисходящем направлениях скорость передачи , обеспечиваемая стандартом APON, составляет 155 Мбит/с  или 622 Мбит/с в нисходящем и 155 Мбит/с в обратном направлении. Для того чтобы избежать наложения данных от разных пользователей, OLT отправляет служебные сообщения каждому пользователю ONU и имеет право отправлять данные.

Обратный и прямой каналы формируются в одном оптическом волокне за счет дополнительного волнового уплотнения – передача к оконечным абонентам ведется на длине волны 1550 нм, а в направлении центрального– 1310 нм. Скорость передачи информации для одного пользователя составляет 20 Мбит/с, а допустимое расстояние между пользователем и точкой доступа – до 20 км.

Оборудование APON от разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH, Gigabit Ethernet ,ATM (Asynchronous Transfer Mode), Fast Ethernet и различные пользовательские интерфейсы. В настоящее время оригинальная форма APON практически не используется.

Результатом эволюции и совершенствования технологии APON, стал стандарт BPON .

Для симметричного режима скорость восходящего и нисходящего потоков BPON достигала 622 Мбит/с, а в асимметричном - 1244 Мбит/с и
622 Мбит/с. Возможна передача трёх основных типов информации (аудио, потокового видео, данные различных видов), а для видеопотоков выделяется длина волны 1490 нм. BPON может обеспечить динамическое распределение полос пропускания между пользователями.

Технология EPON/GEPON (IEEE 802.3ah)

Появление стандарта EPON связано в основном с использованием технологии Ethernet в локальной сети и созданием на ее основе оптической сети доступа. Этот тип сети предназначен для транслирования данных с прямым и обратным трафиком равным 1 Гбит/с на основе IP-протокола для 16 (или 32) абонентов. Название GEPON часто встречается в статьях и документах, а также принадлежит стандарту IEEE 802.3ah. Технология GEPON - один из вариантов технологии построения пассивных оптических сетей PON и один из самых актуальных вариантов построения сетей, обеспечивающих высокие скорости передачи данных (1,2 Гбит / с). Главное преимущество технологии GEPON заключается в том, что она разрешает оптимизировать использование волокна .Например, для того чтобы подключить 64 абонента в радиусе 20 км достаточно задействовать всего один волоконно-оптический сегмент .

Сегодня технология GEPON является наиболее успешной технологией PON, которую используют более 20 миллионов пользователей по всему миру. Это связано с тем, что сети GEPON просты в реализации, расширяются, имеют низкие эксплуатационные расходы и легко интегрируются в городские сети Ethernet.

Основными преимуществами GEPON являются:

1. Использование стандартных механизмов 802.3ah, что позволит в перспективе значительно снизить стоимость оборудования.

2. Увеличение скорости передачи до 1 Гбит/с в обе стороны и предоставление более широкополосных услуг.

3. Допустимость  подключения 64 абонентских устройств на ветку PON и эффективное использование оптического волокна.

4. Полная поддержка DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) – механизма

динамического перераспределения полосы пропускания в соответствии с запросами абонентов и наличием свободной полосы в дереве PON.

5. Поддержка передачи потокового видео.

Технология GPON (ITU-T G.984)

Технология GPON берет за основу линии APON и BPON, но приобрело более высокую скорость передачи - 1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с
(в асимметричном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме) является наиболее удачной для больших операторов, строящих большие разветвленные сети с системами резервирования.

GPON основан на базовом протоколе SDH и имеет все сопутствующие преимущества и недостатки. GPON может подключать до 32 (или 64) пользователей на расстоянии до 20 км (с использованием расширения до
60 км. GPON Поддержка ATM, IP (Интернет-протокол) трафика., голос и видео инкапсулируются в кадры GEM (Gigabit Encapsulated Method – гигабитный режим инкапсуляции) и модуль SDH. Сеть работает в синхронном режиме с постоянной длительностью кадра. Линейный код «без возврата к нулю» является скремблирующим и может повысить эффективность полосы пропускания.

Недостатком GPON является высокая стоимость оборудования.

К основным преимуществам GPON можно отнести:

1. Использование «гигабитного режима инкапсуляции» GEM для подключения любого клиента к GPON.

2. Поддержка симметричных и асимметричных режимов передачи данных (в восходящем и нисходящем потоке).

3. Поддержка до 256 логических ONT на одну длины волны.

4. Механизм распределения полосы пропускания в восходящем потоке с помощью маркеров в нисходящем потоке.

5. Количество битов защиты на ONT может быть изменено.

Таблица 1 – Сравнительный анализ разновидностей технологии PON

Отдельные виды PON имеют как свои преимущества так и  недостатки, но в целом BPON, основанный на платформе АТМ, уже не обеспечивает необходимую высокую скорость передачи и не имеет перспектив. Технология GPON является более приемлемой для сетей большой протяженности и емкости, основная платформа SDH обеспечивает хорошую защиту информации в сети, более широкую полосу пропускания и другие преимущества, однако высокая стоимость оборудования является серьезным недостатком. В технологии GEPON, в отличие от GPON, нет специфических функций поддержки технологии TDM, синхронизации и защитных переключений, что делает эту технологию самой экономичной из всего семейства технологий PON. Особенно это касается малых сетей, рассчитанных на IP-трафик и IPTV. Из анализа данных технологий можно сделать вывод, что для организации сети доступа с наиболее подходит технология GEPON, так как по сравнению со всеми остальными технологиями она позволяет подключать большее число абонентов, обеспечивает высокую скорость и является очень экономичной.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ковальчук В.К., Овчинников К.А., Методика проектирования пассивных оптических сетей. // Радиотехника. 2008

2.   Петренко И.И., Убайдуллаев P.P. Пассивные оптические сети PON. Часть 3. Проектирование оптимальных сетей. Lightwave Russian Edition №3 2004

3. Родина О.В. Волоконно-оптические линии связи. Практическое руководство. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009. 400 с.

4. Оптические телекоммуникационные системы. Учебник / Гордиенко В.Н. и др. -М.: Горячая линия Телеком, 2011, 368 с.