Сетевая технология FTTX, PON

Основными технологиями широкополосного доступа ШПД сегодня являются DSL (использование телефонных медных пар), CATV (сети кабельного телевидения) и Ethernet (волоконно-оптические сети доступа к домам FTTN (Fiber to the Node)).

В настоящее время сети DSL имеют самое широкое распространение, однако доля распространения DSL, начиная с 2007 года, сокращается за счет развития более технологичных и скоростных способов доступа. Вполне вероятно, что DSL еще долгие годы будет одним из основных методов передачи информации, тем более, что возможности новых технологий VDSL с поддержкой скорости 50/100Мбит/с позволяют организовать не только высокоскоростной доступ в Интернет, но и VOIP и IPTV при низкой себестоимости в сравнении с оптической и беспроводными технологиями.

Если емкость медных каналов оказывается практически исчерпанной, приходится ориентироваться на оптическую среду передачи. Предполагается, что к 2010 г каждой квартире потребуются симметричный доступ со скоростью 100 Мбит/с – вдвое больше, чем максимальная скорость VDSL в нисходящем потоке данных. С учетом этих потребностей решение этих проблем в использовании оптических линий FTTN, которые прокладываются до домов клиентов. Передача сигнала по оптическим линиям обеспечивает более высокую скорость по сравнению с медными кабелями. Такие линии позволят обеспечить скорость до 1 Гбит/с на каждого клиента. Кроме того, посредством VDSL на скорости 50 Мбит/с можно работать на участке до 400 м. В настоящее время в странах Европы уже 2 млн абонентов пользуются волоконно-оптическим доступом FTTH (Fiber to the Home). Аналитики предполагают рост таких пользователей к 2010 году более, чем в 2 раза.

Подключение по оптоволоконному кабелю к узлу FTTN (Fiber to the Node) является ступенью по пути подключения квартиры или дома FTTH (Fiber to the Home) или FTTP (Fiber to the Premise). В случае FTTN оптическое волокно подходит к кабельному разветвителю, а обслуживание абонентов осуществляется по медной среде, использует различные варианты XDSL. Поскольку кабельные разветвители располагаются в непосредственной близости от абонентов, можно получить быстрое соединение.

Вполне вероятно, что в скором будущем медный кабель в сети доступа уступит место оптическому волокну. Такое решение выгодно реализовать в виде пассивной оптической сети PON (Passive Optical Network), поскольку в этом случае можно обойтись без электронных или оптических активных компонентов. Сетевые структуры FTTH необходимо реализовать таким же надежными, как и глобальные волоконно-оптические транспортные сети. Архитектура этих решений должна иметь избыточность и иметь кольцевую технологию.

Ключевым элементом инфраструктуры FTTH является мультиплексор со спектральным уплотнением WDM (Wavelength Division Multiplexer), которое передает в волоконный кабель данные, голос и видео. Для распределения сигналов между конечным числом абонентов используются оптические разветвители (сплиттеры). Распределение сигналов, передаваемых с коммутационного узла на кабельный разветвитель осуществляется в волоконно-оптических распределительных концентраторах FDH (Fiber Distribution Hub).

Распределительный кабель, подключенный к выходам концентратора FDH связывается со входами разветвителей, которые ведут к оборудованию, размещенному в подъездах, домах или в квартирах. В настоящее время наиболее оптимальным является решение, предполагающее использование пассивной сети с распределительным доступом и центральными разветвителями.

Пассивные оп­тические сети являются сетями доступа, в которых в качестве среды передачи исполь­зуется оптоволокно. Термин «пас­сивные» описывает тот факт, что сеть не включает активных элек­тронных устройств, требующих электропитания, кроме, конечно, передатчика оператора и прием­ника абонента. В состав таких сетей входят следующие основные компоненты: OLT (Optical Line Terminal), оптический сетевой терминал ONT (Optical Network Terminal), оптическое сетевое устройство ONU (Optical Network Unit) и разветвители SPL (splitters) (рис. 8.3).

Основные функции OLT - фор­мирование нисходящего (от опе­ратора к абонентам) потока данных и обработка трафика от абонентов. OLT также генерирует сообщения с временными метками, которые используются в качестве эталонных для синхронизации ОNT, окна об­наружения для новых ONT и уп­равляет процессом регистрации.

Сетевые терминалы со стороны заказчиков принимают поток дан­ных от разветвителя и преобразуют их формат, определяемый интер­фейсом пользователя, такой как 10/100 Ethernet, ATM или Т1, по­лучают сообщения с эталонными метками времени и передают дан­ные в разрешенном временном слоте (если применяется множес­твенный доступ с разделением по времени TDMA).

Обычно OLT располагаются в офисе оператора связи, в линей­ных сооружениях вне офиса (outside plant) или в точке присутс­твия POP (Point-of-Presence), ONT. как правило, вы­деляются индивидуальным поль­зователям, a ONU устанавлива­ются в цокольных этажах, иногда даже в распределительных колод­цах, и разделяются между несколь­кими клиентами. С помощью разветвителей можно реализовать практически все основные топо­логические схемы: «кольцо», «де­рево», «звезда» и «шина». Подчеркнем еще раз - важ­ным в технологии PON является то, что нет необходимости протя­гивать оптоволокно непосредс­твенно к рабочим станциям поль­зователей. ONU может быть соединен с офисами с помощью разнообразных сетевых техноло­гий, применяющих в качестве сред передачи витую пару, коаксиальный кабель (рис. 8.3).

Рисунок 8.3

Перейдем теперь к некоторым архитектурным особенностям пассивных оптических сетей. Их определяют две доминирующие технологии, с помощью которых осуществляется двунаправленный широкополосный доступ. Первая опирается на распространенный механизм мультиплексирования разделением по времени (Time Division Multiplexing - TDM). В этом случае к каждому абоненту поступает весь

трафик, а выделение нужного пакета выполняется терминалом ONT на основе адресной информации в заголовке. Если при передаче нисходящего потока от ОLT к ОNT никаких проблем не возникает, то при формировании восходящего потока необходимо применять какой-либо механизм синхронизации пакетов поскольку оптические расстояния от ONT разных абонентов до ОLT неодинаковы. Формирование вос­ходящего потока выпол­няется с помощью протокола мно­жественного доступа с разделением по времени (Time Division Multiple Access - TDMA). Хотя широкове­щательный характер, присущий TDM-архитектуре, позволяет ис­пользовать относительно простые устройства, тем не менее, она об­ладает рядом недостатков. В час­тности, поскольку приемники внутри ОNT должны обрабатывать суммарный трафик, то они требуют достаточно высокого быстродействия.

Второй технологией, на которой также базируется архитектура PON. является мультиплексирование с разделением длин волн WDM (Wa­velength Division Multiplexing). Пассивные оптические терминалы демультиплексируют суммарный световой поток, до­ставляя каждому ONT предназна­ченный только ему трафик на волне выделенной длины. При­емное оборудование на обоих кон­цах оптического канала в этом слу­чае проще. так как не содержит электроники, необходимой для TDM. Конечно, эта технология также не лишена определенных недостатков. Например, добавле­ние абонентского узла требует дополнительного лазерного источ­ника с длиной волны излучаемого света, отличной от других.

При разработке технология PON ставилась задача найти способы создания наиболее дешевых и скоростных сетей до­ступа с полным набором служб, которыемогли бы быть естествен­ным продолжением высокоско­ростных технологий передачи дан­ных, в частности IP-трафика, ви­део, 10/100 Ethernet.

В этих сетях наиболее подходящей транспорт­ной технологией является ATM, обеспечивающая наряду с высокой скоростью передачи данных объ­единенный трафик (голос, данные и видео) и необходимое качество сервиса (QoS). Что касается пропускной спо­собности, то существует два вари­анта. Первый предусматривает симметричный трафик со скоро­стью передачи данных 155 Мбит/с в обоих направлениях, тогда как вто­рой, асимметричный, устанавли­вает скорость 622 Мбит/с в нисхо­дящем потоке и 155 Мбит/с в восхо­дящем. Последний вариант еще известен под названием Broadband PON (BPON). Для нисходящего трафика используются длины волн 1490 нм и 1550 нм, а для восходя­щего - 1310 нм, а также применя­ется метод доступак среде TDMА.

Реальное количество поддержи­ваемых технологией разветвителей и протяженность канала зависят от используемых лазеров и потерь в оптоволокне. В стандарте ITU-G.983. например, оговариваются расстояние до 20 км и 32-канальный разветвитель.

Для решения проблем полосы пропускания и ограничений про­токола был разработан Gigabit PON (GPON)- спецификация ITU G.984. Она предоставляет 32 поль­зователям разделяемую полосу пропускания 2.5 Гбит/с. GPON пред­полагает те же длины волн для нисходящего и восходящего потоков, что и BPON. Базовый вариант GPON поддерживает максималь­ное расстояние 20 км и 32-портовый разветвитель или 10 км при 64-портовом разветвителе. Стан­дарт может быть реализован для различных платформ: ATM, Ethernet и TDM.

Альтернативой сетям BPON является Ethernet PON (EPON). определяемый стандартом IEEE 803.2ah. EPON использует только две длины волн: 1490 нм для нисходя­щего потока и 1310 нм для восхо­дящего и исключительно прото­кол IP. Технология предоставляет разделяемую полосу пропускания 1,25 Гбит/с в режиме доставки IP-пакетов.