Многие российские пользователи выходят в интернет, пользуясь преимуществами одной из новейших технологий связи - GPON. Инфраструктуру, выстраиваемую на базе данного стандарта, активно используют ведущие российские и мировые телекоммуникационные компании. Каковы особенности данной технологии? Каковы ее преимущества перед конкурентными решениями?

Основные факты о технологии

Что такое технология GPON, подключение к которой приобретает массовый характер во многих крупных городах России? Данный канал связи представляет собой пассивного типа оптоволоконную сеть, способную обеспечивать доступ в интернет на очень высокой скорости - в сотни мегабит/сек. При этом данная технология позволяет провайдеру предоставлять для абонента большое количество смежных сервисов - IP-телефонию, цифровое телевидение и т.д. Многие эксперты полагают, что в аспекте предоставления доступа в интернет GPON - самая перспективная технология.

Дело в том, что в отличие от многих других технологий связи цифровые данные при использовании технологии GPON передаются не через металлический проводник, а посредством светового канала. Это, как правило, на микроскопические доли секунды быстрее. Но в масштабе крупного города или региона разница в скорости обмена данными может быть весьма заметной. Также передача светового импульса, как правило, требует меньших энергозатрат, чем трансфер сигнала через металлический провод. Этим, как считают многие эксперты, обусловлен ряд факторов, предопределяющих экономическую эффективность технологии GPON.

Максимальная длина оптоволоконного кабеля, в рамках которого может передаваться устойчивый сигнал, - 20 км, разрабатываются технологии, которые могут позволить увеличить этот показатель до 60 км. Глобальное распространение GPON-технологии началось в середине 90-х, тому способствовали консолидированные усилия нескольких ведущих мировых телекоммуникационных компаний.

Тарификация

Каковы предлагаемые современными российскими провайдерами, задействующими GPON, тарифы? Все, конечно, зависит от конкретного региона РФ и города. Как правило, в европейской части России интернет намного дешевле, вне зависимости от используемой технологии связи, чем на Дальнем Востоке. Но если брать тарификацию по регионам Средней полосы, то можно ориентироваться примерно на такие значения.

Мегабиты недорого

За доступ в интернет со скоростью порядка 10-12 мегабит/сек провайдер запросит около 300-400 рублей в месяц. Если пользователю понадобится больший ресурс, например, 20-25 мегабит, это обойдется примерно в 500-700 рублей. Закономерность в определении "формулы" тарифа примерно следующая - чем дороже месячная абонплата, тем меньше обходится стоимость отдельно взятого "мегабита".

Многие провайдеры предоставляют своим абонентам в бесплатное пользование необходимое оборудование. Более того, во многих случаях поставщик услуг доступа готов направить домой клиенту для настройки девайсов мастера, который также ничего не возьмет. То есть оплата за тариф - это фактически все расходы, которые возлагаются на абонента. По крайней мере, в таком формате предоставляется услуга на базе GPON от МГТС (отзывы многих абонентов содержат однозначно положительные оценки касательно данной опции) - одного из крупнейших и самых активно развивающихся в аспекте освоения новой технологии провайдеров России.

Сравнение с ADSL

До того как для организации доступа в стала активно распространяться, типовым стандартом связи, задействуемым российскими провайдерами, являлся ADSL-доступ. В принципе, и сейчас во многих городах он считается основным. Даже в российской столице многие абоненты подключены через него. Основные преимущества ADSL в сравнении с GPON состоят в том, что выход в интернет можно организовать на базе существующей телефонной линии.

Никаких дополнительных монтажных работ, как правило, производить не требуется. В свою очередь, ADSL, как правило, значительно проигрывает новой технологии по скорости. Если доступ в интернет при 20-25 мегабитах в секунду для GPON, скорее, норма, в случае с использованием ADSL - в большинстве случаев исключение.

Экономвариант

Вместе с тем в сравнении с показателями для GPON тарифы на интернет через ADSL, как правило, ниже. И это для многих пользователей выгоднее, поскольку им достаточно для выполнения большинства своих задач тех скоростей, что доступны при использовании более старой технологии, а именно - 3-5 мегабит в секунду. Этот показатель, в частности, позволяет комфортно загружать любые веб-страницы, просматривать видео, прослушивать музыку, общаться по Скайпу. Настройка GPON-соединения, с одной стороны, может быть несколько сложнее, чем соответствующие действия при работе с ADSL-каналом. Это может касаться как программной, так и аппаратной части. Однако, как мы уже сказали, во многих случаях провайдер снабжает своих абонентов соответствующими сервисами совершенно бесплатно.

Недостатки GPON

Какие недостатки рассматриваемой технологии отмечают эксперты? Некоторые специалисты, к примеру, считают, что заявленную скорость в 300 и более мегабит в секунду для физлиц достигать в большинстве случаев не удается. Просто потому, что основная масса модемов, адаптированных к пользованию оптоволокном в домашних условиях (и почти все - из тех, что предоставляются провайдерами бесплатно), чисто технологически не может передавать данные через Wi-Fi со скоростью выше 70-80 мегабит. В то время как многим московским пользователям целесообразно использовать подключение только в беспроводном формате. Хотя в некоторых заявлениях представителей МГТС GPON-доступ для столичных абонентов будет предоставляться через более современные Wi-Fi-модемы, в частности те, что работают на частоте в 5 ГГц. В то время как большинство текущих функционируют на 2,4 ГГц.

Экономический фактор

В числе отмечаемых экспертами недостатков экономического характера, которые свойственны сетям на базе GPON (отзывы многих это подтверждают), несмотря на низкие энергозатраты на передачу сигнала, необходимое для организации полноценной инфраструктуры оборудование стоит дорого и окупается довольно медленно. Поэтому, как считают эксперты, внедрять подобные технологии целесообразно тогда, когда провайдер уверен, что к GPON получится подключить достаточно большое количество клиентов. Вместе с тем, согласно подсчету ряда аналитиков, провайдеры, своевременно вложившиеся в модернизацию инфраструктуры связи, в частности в пользу перехода на GPON, могут впоследствии сократить эксплуатационные издержки, связанные с поддержанием функциональности сетей, в несколько раз.

Конкурентные решения

Какими могут быть альтернативы используемой МГТС GPON-технологии? В числе таковых эксперты отмечают стандарт DOCSIS, активно задействуемый другим московским провайдером - "Акадо". Данная технология предполагает "гибридное" использование оптоволоконных каналов - в части организации связи между серверами провайдера и домами абонентов, а также телевизионных кабелей, проложенных во многих столичных квартирах - как пользовательских участков соответствующей схемы предоставления доступа в интернет. Основное преимущество такой технологии перед GPON (отзывы многих пользователей "Акадо" акцентируют внимание именно на этом аспекте) - нет необходимости в проведении шумных монтажных работ в квартире.

Типовая скорость доступа, предоставляемая столичным абонентам сегодня, порядка 110 мегабит, однако технически данный показатель можно увеличить до 400, как отмечают многие эксперты.

Кабель или оптоволокно

Еще одно преимущество DOCSIS перед GPON (отзывы IT-специалистов подтверждают это) - значительно лучше защищен от возможных повреждений. Нередко бывает, например, что домовладельцы нечаянно наступают на оптоволокно, ставят мебель, провод от этого быстро выходит из строя. Часто это не "гарантийный случай" - мастер от провайдера, конечно, придет, но в этот раз не бесплатно. К тому же коаксиальный ТВ-кабель можно достаточно легко конфигурировать своими силами, исходя из удобства его размещения в квартире. Например, если образовалось два его отрезка, соединить их между собой можно простейшей муфтой. С оптоволокном в этом смысле, как правило, сложнее.

Новое противостояние гигантов

Другое решение, способое быть конкурентом GPON от МГТС (отзывы многих экспертов, по крайней мере, содержат позитивные оценки касательно его перспективности) - это технология FTTB. Ее задействует "Вымпелком" - структура, владеющая брендом "Билайн".

Кстати, можно отметить интересный факт: МГТС - это дочерняя структура другого российского оператора сотовой связи, МТС. GPON, конкурируя с FTTB, в некоторой степени продолжает противостояние МТС и "Билайн" на традиционных для себя рынках. Скорость доступа при использовании рассматриваемой технологии порядка 100 мегабит. При этом, как отмечают некоторые эксперты, технически есть возможность увеличить показатель до

Отметим также, что МГТС далеко не единственный российский поставщик услуг связи, задействующий перспективную оптоволоконную технологию. Активно подключает своих абонентов к интернету на базе GPON "Ростелеком", многие региональные провайдеры.

GPON и российский рынок связи

Рассмотрим, каковы маркетинговые аспекты внедрения GPON в России. Как мы уже отметили выше, одним из ведущих в РФ провайдеров, предоставляющих доступ в интернет, можно считать GPON от МГТС (отзывы об этой услуге в большом количестве встречаются на тематических порталах) - услуга, в рамках которой москвичи могут получить доступ в онлайн со скоростью порядка 300-500 мегабит/сек. Техническая возможность подключиться к сети с помощью новой технологии есть более чем у 3 млн абонентов российской столицы. При этом спрос на услугу подкрепляется не столько необходимостью в как таковой высокой скорости, как отмечают некоторые эксперты, сколько тем, что пользователи из РФ привыкли задействовать для выхода в интернет сразу несколько устройств - ПК, планшет, смартфон. Высока востребованность также и интернет-телевидения. Поэтому в совокупности московским пользователям нужна приличная скорость доступа, чтобы ресурсов канала хватало для каждого из используемых устройств.

Планы амбициозны

МГТС, дочерняя структура МТС, GPON-сети в аспекте максимальной географии присутствия по столице собирается развернуть к 2017 году. Есть данные, что соответствующий период, возможно, будет скорректирован - компания выполнит задачи быстрее, в 2015 году. Как рассчитывают в МГТС, кампания, связанная с переводом инфраструктуры доступа в интернет на GPON-технологию, окупит себя в течение 7 лет.

Технология GPON (отзывы многих IT-экспертов весьма положительны в данном аспекте) может стать эффективной базой для развертывания иных стандартов связи. Таких как, например, 4G-интернет в стандарте LTE. Здесь может сыграть роль как технологический, так и экономический аспект. Есть данные, что инфраструктуру GPON от МГТС (отзывы многих аналитиков рынка это подтверждают) собирается задействовать МТС, активно внедряющая 4G-стандарты. В заявлениях представителей этого бренда, озвученных в некоторых СМИ, есть тезис о том, что МТС станет единственным столичным оператором, который выстроит 4G-сеть полностью на базе оптоволоконных каналов.

GPON перспективнее?

Как считают некоторые аналитики, компании, которые задействуют технологию GPON - "Ростелеком", МГТС и другие провайдеры - получают в свое распоряжение ресурс, который обладает все же несколько большим потенциалом развития, чем при использовании большинства конкурирующих стандартов связи. Во многом это связано с тем, что уровень конкуренции в GPON-сегменте все же чуть ниже, чем, например, в среде провайдеров, задействующих FTTB-концепцию.

GPON на мировом рынке

Как технология доступа в интернет GPON (отзывы многих экспертов подтверждают это) в России распространена несколько менее выраженно, чем, например, в Западных странах. Хотя в последние годы провайдеры, ведущие деятельность в РФ, как полагают многие аналитики, сделали несколько серьезных шагов вперед, преодолевая возможное отставание от своих зарубежных коллег в освоении новой технологии. Вместе с тем можно отметить, что стандарты типа DSL до сих пор в числе самых активно задействуемых в мире. При этом глобальный рост GPON-подключений в последние несколько лет порядка 20% ежегодно.

Многие эксперты уверены: даже в самых технологически развитых странах нет единого мнения касательно того, какая из технологий ШПД наиболее эффективна. Во многих странах Азии и Ближнего Востока технология GPON внедряется весьма активно - в ряде государств она занимает более половины рынка в соответствующем сегменте связи. В Европе одной из лидирующих в аспекте внедрения GPON-стандартов признана Швеция. При этом, по оценке ряда аналитиков, российской рынок вполне способен достичь сопоставимых показателей, отражающих уровень внедрения новой технологии.

Технология PON

PON (Passive optical network) — технология пассивных оптических сетей.

Одна из главных задач, стоящих перед современными телекоммуникационными сетями доступа - так называемая проблема «последней мили», предоставление как можно большей полосы пропускания индивидуальным и корпоративным абонентам при минимальных затратах.

Суть технологии PON заключается в том, что между приемопередающим модулем центрального узла OLT (Op tical line terminal) и удаленными абонентскими узлами ONT (Optical network terminal) создается полностью пассивная оптическая сеть, имеющая топологию дерева. В промежуточных узлах дерева размещаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры) - компактные устройства, не требующие питания и обслуживания. Один приемопередающий модуль OLT позволяет передавать информацию множеству абонентских устройств ONT. Число ONT, подключенных к одному OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры.

Рис. 1. Архитектура PON сети

Для передачи прямого и обратного каналов используется одно оптическое волокно, полоса пропускания которого динамически распределяется между абонентами, или два волокна в случае резервирования. Нисходящий поток (downstream) от центрального узла к абонентам идет на длине волны 1490 нм и 1550 нм для видео. Восходящие потоки (upstream) от абонентов идут на длине волны 1310 нм с использованием протокола множественного доступа с временным разделением (TDMA).

Для построения PON используется топология «точка - многоточка» и сама сеть имеет древовидную структуру. Каждый волоконно-оптический сегмент подключается к одному приемопередатчику в центральном узле (в отличие от топологии «точка - точка», что также дает значительную экономию в стоимости оборудования. Один волоконно-оптический сегмент сети PON может охватывать до 32 абонентских узлов в радиусе до 20 км для технологий EPON / BPON и до 128 узлов в радиусе до 60 км для технологии GPON. Каждый абонентский узел рассчитан на обычный жилой дом или офисное здание и в свою очередь может охватывать сотни абонентов. Все абонентские узлы являются терминальными, и отключение или выход из строя одного либо нескольких абонентских узлов никак не влияет на работу остальных.

Центральный узел PON может иметь сетевые интерфейсы ATM, SDH (STM-1), Gigabit Ethernet для подключения к магистральным сетям. Абонентский узел может предоставлять сервисные интерфейсы 10/100Base-TX, FXS (2, 4, 8 и 16 портов для подключения аналоговых ТА), E1, цифровое видео, ATM (E3, DS3, STM-1c).

Рис.2. Сравнение технологий

Тестирование PON сети

При тестировании сети PON оператора обычно волнуют два основных вопроса:

• Реальное затухание в оптической линии между центральным узлом и абонентским устройством (действующим или готовящимся к подключению).
• Местоположение проблемного участка, если реальное затухание в линии оказалось выше ожидаемого (расчетного или опорного).

Для ответа на первый вопрос достаточно провести простые измерения с помощью оптического тестера. Второй вопрос более сложен и требует применения оптического рефлектометра (OTDR) , а также определенного опыта расшифровки рефлектограмм.

Как правило, желательно, чтобы все необходимые измерения могли проводиться на работающей сети PON без отключения абонентов (кроме, возможно, тестируемого). Такое тестирование осуществляется на нерабочей длине волны с применением дополнительных устройств (волновых мультиплексоров DWDM, фильтров), чтобы излучение измерительной аппаратуры не вносило помех в полезный сигнал. Как уже упоминалось, в сети PON для прямого канала (от центра к абонентам) используется длина волны 1490 или 1550 нм (для видео), для обратного - 1310 нм. Для тестирования сети PON обычно используют длину волны 1625 нм.

Излучение измерительной аппаратуры (тестера, рефлектометра) вводится в волокно сразу после OLT с использованием волнового мультиплексора (DWDM). Это излучение способно вызвать помехи на оптическом приемнике абонентского устройства, поэтому перед каждым абонентским устройством ONT необходимо установить фильтр. Для того чтобы можно было проводить тестирование без отключения сети, волновой мультиплексор и фильтры должны быть стационарно включены в оптический тракт, (см. Рис. 3).

Рис. 3. Схема подключения волнового мультиплексора и фильтров к PON

Для измерения затухания в оптической линии между OLT и ONT используется оптический тестер на 1625 нм. Передатчик тестера подключается к свободному концу волнового мультиплексора на OLT. Приемник тестера подключается к свободному концу волокна перед фильтром, (см. Рис. 4).

Рис. 4. Измерение затухания с отключением абонентского устройства

Можно измерять затухание и без отключения абонентского устройства. Для этого на ONT нужно использовать не фильтр, а волновой мультиплексор, как на центральном узле, (см. Рис. 5).

Рис. 5. Измерение затухания без отключения абонентского устройства

Затухание на длине волны 1625 нм несколько выше, чем на 1550 и 1490 нм (в среднем на 10%). Поэтому тестирование затухания на длине волны 1625 нм дает оценку сверху для затухания на рабочих длинах волн. Если эта оценка укладывается в допустимый бюджет (23 дБ), то затухание на рабочих длинах волн заведомо удовлетворяет требованиям по бюджету. Если затухание на длине волны 1625 нм превышает допустимое значение, то для точного определения затухания на рабочих длинах волн необходимо провести перерасчет на основе паспорта оптического кабеля.

Измерение в PON с помощью оптического тестера позволяет получить реальное значение затухания на участке от OLT до ONT, но не дает ответа на вопрос, где находится проблемный участок, если это затухание оказалось выше ожидаемого (расчетного или опорного). Для локализации проблемного участка используется более сложное устройство - оптический рефлектометр (OTDR).

Рефлектометр с тестовым модулем на 1625 нм подключается к свободному концу волнового мультиплексора на OLT, (см. Рис. 6). Излучение рефлектометра распространяется по дереву PON и за счет отражения на препятствиях и обратного рассеивания в оптическом волокне частично поступает обратно на вход рефлектометра. Таким образом, снимается рефлектограмма дерева PON - график затухания в линии в зависимости от расстояния. Каждый пик или скачок затухания на этом графике соответствует определенному элементу сети, либо событию в волокне.

Рис. 6. Снятие рефлектограммы дерева PON

Методика тестирования сети PON с использованием рефлектометра заключается в следующем. После каждого изменения топологии сети (подключения нового абонента, замены сплиттера и т.п.) снимается опорная (эталонная) рефлектограмма, соответствующая нормальному состоянию сети. При обнаружении проблем в сети (например, если затухание, измеренное оптическим тестером, оказалось выше расчетного) снимается новая рефлектограмма, которая сравнивается с опорной. Новые события на рефлектограмме локализуют местоположение проблемного участка, (см. Рис. 7).

Рис. 7. Анализ новых событий на рефлектограмме.

С помощью рефлектометра можно вести мониторинг сети PON и обнаруживать деградации волокна еще до того, как возникнут проблемы. Для этого необходимо регулярно (например, раз в неделю) снимать рефлектограмму сети и сравнивать ее с опорной рефлектограммой. При появлении любых отклонений и тем более новых событий на рефлектограмме необходимо анализировать их возможные причины и при необходимости проводить адекватные профилактические мероприятия.

Технологии доступа к интернету непрерывно совершенствуются. В результате абоненты Ростелекома получают возможность пользоваться ресурсами всемирной паутины на все более высоких скоростях. Не так давно на рынке интернет-услуг стала продвигаться технология GPON от Ростелекома. Она предусматривает использование оптических линий связи, прокладываемых в каждую квартиру. В результате каждый абонент получает в свое распоряжение универсальный канал связи с высокой пропускной способностью.

Устаревшие технологии

GPON-технология на Ростелекоме появилась сравнительно недавно. До этого на рынке царствовало подключение по ETTH. Чуть ранее всех абонентов подключали по одной из первых скоростных технологий ADSL. Следует отметить, что ADSL был в свое время настоящим технологическим прорывом. Этот способ связи предусматривал использование обычной телефонной линии. Причем передача данных и передача голоса велась отдельно – один способ связи не мешал нормально функционировать другому способу связи.

ADSL до сих пор в строю, но в ряде регионов Ростелеком подключает абонентов по ETTH и GPON . Все дело в том, что технологии ADSL присущи следующие недостатки:

• Зависимость от качества телефонных линий – как известно, они далеки от идеала. Поэтому любые неисправности и утечки приводят к появлению шумов, мешающих стабильной связи;
• Общая зависимость от наличия телефонной линии – если в квартире или доме нет телефона, то нет и интернета. К тому же, нельзя провести домой линию, но пользоваться только интернетом (абоненты вынуждены оплачивать обе услуги сразу);
• Зависимость от длины линии – чем дальше от АТС, тем больше шумов и больше затухание сигнала. Из-за этого удаленные абоненты не могут рассчитывать на максимальную скорость доступа (при хороших условиях может достигать 20-24 Мбит/сек).

По ADSL, как и по GPON, можно подключать и цифровое телевидение. Но если модем находится слишком далеко от телефонной станции, то для передачи ТВ-сигнала ему просто не хватит скорости.

Прокладка обычных оптоволоконных сетей в каждую квартиру приводит к большим расходам – для разводки кабеля нужно дорогостоящее оборудование. Поэтому до появления GPON использовалась технология FTTH, когда оптоволокно прокладывалось до многоэтажек, там ставились серверы, от которых по квартирам протягивалась витая пара. К слову, данная технология активно используется Ростелекомом и по сей день.

Технология GPON от Ростелекома (как и от других провайдеров) стала очередным прорывом. Она позволяет прокладывать оптоволокно от оборудования провайдера прямо до каждой отдельно взятой квартиры. GPON – это пассивная оптическая сеть со скоростью доступа до 1 Гб/сек . Оптоволокно обладает гигантской пропускной способностью – оно не гниет, как телефонная линия, на нее не воздействуют атмосферные осадки.

Передача данных по GPON ведется с помощью световых импульсов. А для подключения абонентов и разветвления волокна используются специальные пассивные разветвители, простые и дешевые. Как уже говорилось, максимальная скорость может достигать 1 Гб/сек, но на практике такая скорость практически никому не нужна. Зато GPON от Ростелекома универсален и позволяет получить доступ сразу к трем услугам:

• Интернет;
• Цифровое телевидение;
• Домашняя телефония.

Для подключения домашнего телефонного аппарата используются специальные адаптеры, причем связь с цифровой АТС осуществляется по пассивной оптоволоконной линии.

Оборудование для подключения

Подключение к GPON от Ростелеком доступно не во всех регионах и населенных пунктах. Но там, где уже есть доступ к этой технологии, абоненты могут насладиться скоростным доступом в сеть. Для этого необходимо взять в аренду или приобрести специальный роутер с возможностью подключения оптического волокна – уточнить список поддерживаемых моделей можно у специалистов провайдера.

Настроенное и подключенное к оптической сети оборудование сможет подключать абонентские устройства (компьютеры, телевизоры, мобильную технику) по проводам или по Wi-Fi. Если есть необходимость воспользоваться услугой телефонии, следует подключить телефонный аппарат к соответствующему порту на тыльной стороне роутера.

Пару лет назад мы уже публиковали краткий ознакомительный материал о пассивных оптических сетях (PON). Однако в те времена рынок еще только присматривался к этой относительно молодой технологии – в мире только-только появлялись первые инсталляции PON-сетей и счет их шел на единицы. О приходе же PON в Беларусь тогда еще и речи не было. Сегодня ситуация изменилась: PON отлично показал себя в крупных операторских сетях по всему миру, и постепенно идет в массы, становясь доступным и привлекательным решением последней мили и для более мелких провайдеров.
В Беларуси тоже наметилась подвижка – оборудованием PON производства компании Terawave Communications занялась фирма Solo. О чем с радостью и сообщила на семинаре, проходившем в Минске 9 августа.
Вот вам и хороший повод для большого, подробного и доходчивого технического материала по PON, вступление к которому вы сейчас и читаете:)
Об оборудовании же мы расскажем в ближайших номерах, следите за рубрикой hardware.

архитектура сетей PON

Развитие сети Internet, в том числе появление новых услуг связи, способствует росту передаваемых по сети потоков данных и заставляет операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных сетей. При выборе решения необходимо учитывать:
- разнообразие потребностей абонентов;
- потенциал для развития сети;
- экономичность.
На развивающемся телекоммуникационном рынке опасно как принимать поспешные решения, так и дожидаться появления более современной технологии. Тем более, что на взгляд авторов такая технология уже появилась – это технология пассивных оптических сетей PON (passive optical network).
Распределительная сеть доступа PON, основанная на древовидной волоконной кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, возможно, представляется наиболее экономичной и способной обеспечить широкополосную передачу разнообразных приложений. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания как узлов сети, так и пропускной способности в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.
Строительство сетей доступа в настоящее время главным образом идет по четырем направлениям:
- сети на основе существующих медных телефонных пар и технологии xDSL;
- гибридные волоконно-коаксиальные сети (HFC);
- беспроводные сети;
- волоконно-оптические сети.
Использование постоянно совершенствующихся технологий xDSL – это самый простой и недорогой способ увеличения пропускной способности существующей кабельной системы на основе медных витых пар. Для операторов когда требуется обеспечить скорость до 1-2 Мбит/c такой путь является наиболее экономичным и оправданным. Однако, скорость передачи до десятков мегабит в секунду на существующих кабельных системах, с учетом больших расстояний (до нескольких км) и низкого качества меди, представляется непростым и достаточно дорогим решением.
Другое традиционное решение – гибридные волоконно-коаксиальные сети (HFC, Hybrid Fiber-Coaxial). Подключение множества кабельных модемов на один коаксиальный сегмент приводит к снижению средних затрат на построение инфраструктур сети в расчете на одного абонента и делает привлекательным такие решения. В целом же здесь сохраняется конструктивное ограничение по полосе пропускания.
Беспроводные сети доступа могут быть привлекательны там, где возникают технические трудности для использования кабельных инфраструктур. Беспроводная связь по своей природе не имеет альтернативы для мобильных служб. В последние годы наряду с традиционными решениями на основе радио- и оптического Ethernet доступа, все более массовой становится технология WiFi, позволяющая обеспечить общую полосу до 10 Мбит/c и в ближайшей перспективе до 50 Мбит/c.
Следует отметить, что для трех перечисленных направлений дальнейшее увеличение пропускной способности сети связано с большими трудностями, которые отсутствуют при использовании такой среды передачи, как волокно.
Таким образом, единственный путь, который позволяет заложить способность сети работать с новыми приложениями, требующими все большей скорости передачи – это прокладка оптического кабеля (ОК) от центрального офиса до дома или до корпоративного клиента. Это весьма радикальный подход. И еще 5 лет назад он считался крайне дорогим. Однако в настоящее время благодаря значительному снижению цен на оптические компоненты этот подход стал актуален. Сегодня прокладывать ОК для организации сети доступа стало выгодно и при обновлении старых, и при строительстве новых сетей доступа (последних миль). При этом имеется множество вариантов выбора волоконно-оптической технологии доступа. Наряду со ставшими традиционными решениями на основе оптических модемов, оптического Ethernet, технологии Micro SDH появились новые решения с использованием архитектуры пассивных оптических сетей PON.

основные топологии оптических сетей доступа

Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа: "точка-точка", "кольцо", "дерево с активными узлами", "дерево с пассивными узлами".

точка-точка (P2P)

Топология P2P (рис.1) не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для крупных абонентов.

Рис. 1. Топология "точка-точка".

кольцо

Кольцевая топология (рис. 2.) на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях. Однако в сетях доступа не все обстоит также хорошо. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее знать где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратится в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений, подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную – “сжатых” колец (collapsed rings), что значительно снижает надежность сети. Фактически, главное преимущество кольцевой топологии сводится к минимуму.

Рис. 2. Топология "кольцо".

дерево с активными узлами

Дерево с активными узлами (рис. 3.) – это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

Рис. 3. Топология "дерево с активными узлами".

дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)

Решения на основе архитектуры PON (рис. 4.) используют логическую топологию "точка-многоточка" P2MP (point-to-multipoint), которая положена в основу технологии PON, к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

Рис. 4. Топология "Дерево с пассивным оптическим разветвлением".

Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, так как на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии – сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Между тем экономия второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной. Так, по оценкам компании NTT конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе в непосредственной близости к центральному узлу оказывается экономичнее, чем сеть точка-точка, хотя сокращение длины оптического волокна практически нет! Более того, если расстояния до абонентов не велики (как в Японии) с учетом затрат на эксплуатацию (в Японии это существенный фактор) оказывается, что PON с разветвителем в центральном офисе экономичнее, чем PON с разветвителем, приближенным к абонентским узлам.
Преимущества архитектуры PON:
- отсутствие промежуточных активных узлов; экономия волокон;
- экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле;
- легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).
Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети.
К недостаткам можно отнести возросшую сложность технологии PON и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

прицип действия PON

Основная идея архитектуры PON – использование всего одного приемо-передающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них. Реализация этого принципа показана на рис.5.
Число абонентских узлов, подключенных к одному приемо-передающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (нисходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Рис. 5. Основные элементы архитектуры PON и принцип действия

прямой поток

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

обратный поток

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Для того, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальные расписания по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

стандарты PON

Первые шаги в технологии PON были предприняты 1995 году, когда влиятельная группа из семи компаний (British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom Italia) создала консорциум для того, чтобы претворить в жизнь идеи множественного доступа по одному волокну. Эта неформальная организация, поддерживаемая ITU-T, получила название FSAN (full service access network). Много новых членов - как операторов, так и производителей оборудования - вошло в нее в конце 90-х годов. Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PON для того, чтобы производители оборудования и операторы могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. На сегодня FSAN насчитывает 40 операторов и производителей и работает в тесном сотрудничестве с такими организациями по стандартизации, как ITU-T, ETSI и ATM форум.

Некоторые стандарты ITU-T, регламентирующие технологию xPON.

APON/BPON

В середине 90-х годов общепринятой была точка зрения, что только протокол ATM способен гарантировать приемлемое качество услуг связи QoS между конечными абонентами. Поэтому FSAN, желая обеспечить транспорт мультисервисных услуг через сеть PON, выбрал за основу технологию ATM. В результате в октябре 1998 года появился первый стандарт ITU-T G.983.1, базирующийся на транспорте ячеек ATM в дереве PON и получивший название APON (ATM PON). Далее в течение нескольких лет появляется множество новых поправок и рекомендаций в серии G.983.x (x=1–7), скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, добавляющая новые сущности в стандарт PON:
- передачу разнообразных приложений (голоса, видео, данные) – это фактически позволило производителям добавлять соответствующие интерфейсы на OLT для подключения к магистральной сети и на ONT для подключения к абонентам;
- расширение спектрального диапазона – открывает возможность для дополнительных услуг на других длинах волн в условиях одного и того же дерева PON, например, шировещательное телевидение на третьей длине волны (triple play).
За расширенным таким образом стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).
APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONT и рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг.
Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефония (FXS).
Из-за шировещательной природы прямого потока в дереве PON и потенциально существующей возможности несанкционированного доступа к данным со стороны ONT, которому эти данные не адресованы в APON предусмотрена возможность данных в прямом потоке с использованием техники шифрования с открытыми ключами. Необходимости в шифровании обратного потока нет, поскольку OLT находится на территории оператора.

Основные сведения стандарта PON G.983.1

В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием “Ethernet на первой миле” (EFM, Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализуя тем сам пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который создается в декабре 2001 г. Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Если EFM концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA больше изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы – достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.
Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три разновидности решения для сети доступа:
EFMC (EFM copper) – решение “точка-точка” с использованием витых медных пар. На сегодняшний день работа по этому стандарту практически завершена. Из двух альтернатив, между которыми развернулась основная борьба – G.SHDSL и ADSL+ - выбор был сделан в пользу G.SHDSL.
EFMF (EFM fiber) – решение, основанное на соединении “точка-точка” по волокну. Здесь предстоит стандартизировать различные варианты: “дуплекс по одному волокну, на одинаковых длинах волн”, “дуплекс по одному волокну, на разных длинах волн”, “дуплекс по паре волокон”, новые варианты оптических приемопередатчиков. Подобные решения уже несколько лет предлагаются рядом компаний как “proprietary”. Пришло время их стандартизировать.
EFMP (EFM PON) – решение, основанное на соединении “точка-многоточка” по волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.
В настоящее время разработка стандартов 802.3ah в том числе EFMP находится на завершающей стадии, а принятие ожидается уже в этом году. Аргументы в пользу технологии EPON подкрепляются ориентацией сети Internet исключительно на протокол IP и стандарты Ethernet.

GPON

Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется как увеличение полосы пропускания сети PON, так и повышение эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в октябре 2003 года.
GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, поддерживает как симметричную битовую скорость в дереве PON для нисходящего и восходящего потоков, так и ассиметричную и базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса (в том числе TDM). Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON.
Если в SDH деление полосы происходит статично, то GFP (generic framing protocol), сохраняя структуру кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.

сравнение технологий APON, EPON, GPON

В таблице представлен сравнительный анализ этих трех технологий.

Примечания:
1 – обсуждается в проекте.
2 – стандарт допускает наращивание сети до 128 ONT.
3 – допускается передача в прямом и обратном направлении на одной и той же длине волны.
4 – осуществляется на более высоких уровнях.

подробнее об APON

А теперь – немного чисто технической конкретики о том, как работают сети PON. В качестве примера взята разновидность APON.
Взаимодействие абонентского узла с центральным начинается с установления соединения. После чего происходит передача данных. Все это выполняется в соответствии с протоколом APON MAC. В процессе установления соединения запускается процедура ранжирования (ranging), которая включает в себя: ранжирование по расстоянию, ранжирование по мощности и синхронизацию. Центральный узел, словно дирижер, обеспечивает слаженную работу всех абонентских узлов – оркестрантов.

APON MAC - протокол взаимодействия центрального узла с абонентскими

Протокол MAC для систем доступа APON решает три задачи:
- исключение коллизий между передачами в обратном потоке;
- четкое, эффективное, динамическое деление полосы обратного потока;
- поддержание наилучшего согласования для транспорта приложений, инициированных конечными пользователями.
Протокол APON MAC основан на механизме запрос/разрешение. Основная идея состоит в отправке со стороны ONT запросов на требуемую полосу. На основании знаний о том, как загружен обратный поток, и какие услуги a priori закреплены за тем или иным ONT, OLT принимает решение по обработке эти запросов.

процедуры ранжирования

В основе инициализации сети PON лежат три процедуры: определение расстояний от OLT до разных ONT (distance ranging); синхронизация всех ONT (clock ranging); и определение при приеме на OLT интенсивностей оптических сигналов от разных ONT (power ranging).

ранжирование по расстоянию

Ранжирование по расстоянию (distance ranging) – определение временной задержки, связанной с удалением ONT от OLT – выполняется на этапе регистрации абонентских узлов, и требуется для того, чтобы обеспечить безколлизионный транспорт и создать единую синхронизацию в обратном потоке.
Сначала администратор сети заносит в OLT данные о новом ONT, его серийный номер, параметры предоставляемых ONT услуг. Затем после физического подключения к сети PON этого абонентского узла и включения питания на нем, центральный узел начинает процесс ранжирования. Ранжирование с ONT, который прописан в реестре OLT происходит каждый раз при включении ONT. При выключении и включении питания на OLT ранжирование происходит со всеми зарегистрированными ONT.
ОLT, посылая сигнал ранжируемому ONT, слушает отклик от него и на основании этого вычисляет временную задержку на двойном пробеге RTT (round trip time), затем в прямом потоке передает ONT вычисленное значение. На основании этого абонентский узел ONT вносит соответствующую задержку, которая предшествует началу отправки кадра в обратном потоке. Абонентские узлы, находящиеся на разном расстоянии будут вносить разные задержки. При этом одинаковой по всем абонентским узлам будет сумма вносимой аппаратной задержки и задержки распространения светового сигнала по оптическому пути от ONT к OLT.
С учетом того, что расстояния OLT-ОNT могут изменяться в больших пределах (стандарт G.983.1 определяет диапазон 0-20 км), оценим возможные вариации задержки. Если учесть, что скорость света в волокне составляет 2*105 км/c, то приросту расстояния OLT-ONT на 1 км будет соответствовать увеличение времени задержки на двойном пробеге на 10 мкс. А для расстояния 20 км RTT составит 0,2 мс. Фактически это минимальное теоретическое время, которое требуется OLT, чтобы выполнить ранжирование с одним ONT. Ранжирование по расстоянию большего числа абонентских узлов происходит последовательно и требует пропорционального возрастания суммарного времени ранжирования. В течение этого времени обратный поток не может использоваться для передачи данных другими ONT.
После того, как ранжирование по расстоянию выполнено, OLT на основании прописанных услуг для каждого ONT и с использованием протокола МАС принимает решение, какому абонентскому узлу передавать в каждом конкретном временном слоте.
Заметим, что общая задержка при отправлении кадра в обратный поток вносится не только конечным временем распространения сигнала по волокну, но и элементами электроники OLT и ONT. Задержка со стороны последних может испытывать небольшой дрейф, например вследствие колебаний температуры оборудования. По этому на этапе передачи данных OLT сообщает ONT о небольших подстройках задержки, вносимой в обратный поток – микроранжирование (micro ranging). В результате точность, с которой стабилизируются отправляемые кадры от разных ONT, составляет 2–3 бита.

ранжирование по мощности

Ранжирование по мощности (power ranging) – изменение порога дискриминации фотоприемника с целью повышения чувствительности фотоприемника или во избежании его нежелательного насыщения. Поскольку ONT удалены на разные расстояния от OLT, то и вносимые потери в оптические сигналы, при распространении по дереву PON будут разными. Это может привести к нарушению работы фотоприемников из-за слабости сигнала либо из-за перегрузки.
Возможны два варианта выхода из сложившейся ситуации – либо подстраивать мощность передатчиков ONT, либо подстраивать порог срабатывания на фотоприемнике OLT. Был выбран второй вариант как более надежный.
Подстройка порога срабатывания фотоприемника OLT происходит каждый раз при получении нового пакета ATM из обратного потока по преамбуле на основе измерения интегральной мощности в преамбуле пакета.
Подстройка по мощности также необходима на всех ONT. Она выполняется аналогичным путем, но только один раз прежде чем синхронизировать приемник на для работы с синхронным TDM потоком от OLT. Затем непрерывно подсчитывается интегральная мощность на ONT, и делается плавная подстройка порога дискриминации фотоприемника.

синхронизация

Синхронизация или ранжирование по фазе (phase ranging) необходима как для прямого, так и для обратного потока.
Абонентские узлы ONT синхронизируются вначале своей инициализации и затем все время поддерживают синхронизацию, подстраиваясь под непрерывный TDM трафика от OLT, и осуществляя, как принято называть, синхронный прием данных.
Напротив центральный узел OLT синхронизируется каждый раз по преамбуле вновь приходящего пакета ATM. Знания вычисленной на этапе ранжирования по расстоянию временной задержки со стороны ONT, отправившего этот пакет, здесь не достаточно – требуется большая точность. Метод приема данных с синхронизацией по преамбуле принято называть асинхронным. Синхронизация по преамбуле аналогична решению в технологии десятимегабитного Ethernet с размером преамбулы 64 бита (8 байт). Однако сохранить такого же размера преамбулы для относительно небольшого пакета ATM (в обратном потоке) означало бы кране неэффективное использование полосы. Для технологии APON была разработана новая методика синхронизации, основанная на методе CPA (clock phase alignment), позволяющая провести необходимую синхронизацию по получению всего трех бит! Больший размер преамбулы пакета ATM в обратном потоке был выбран постольку, поскольку преамбула также несет функцию обеспечения процедуры ранжирования по мощности.

структура кадра APON для прямого и обратного потока

Для управления механизмом запрос/разрешение, FSAN определил структуру кадра APON для прямого и обратного потока. Этот формат был стандартизирован ITU-T в рекомендации G.983.1. На рис. 6 представлен формат кадра APON для симметричного режима трафика 155/155Мбит/c. Кадр прямого потока состоит из 56 ячеек ATM по 53 байта. Кадр обратного потока состоит из 52 пакетов ATM по 56 байт и одного слота MBS общей длины также 56 байт, рассмотренного ниже.

Рис. 6. Формат кадра ITU G.983 - структура кадра прямого и обратного потока.

прямой поток

Разрешения на передачу посылаются пачками (bursts) в специальных служебных ячейках ATM – двух на один кадр, которые называются ячейками работы и обслуживания физического уровня PLOAM (physical layer operation and maintenance). Они следуют строго регулярно, чередуясь с 27 ячейками данных. В одной ячейке PLOAM размещается 26 разрешений для ONT, каждое на передачу всего одного (!) пакета ATM. Оставшиеся 54 ячейки в кадре прямого потока несут данные и не задействуются для работы механизма запрос/разрешение.

обратный поток

Обратный поток представляет совокупность пачек данных (bursts) от разных ONT. Абонентский узел может передавать данные только после получения соответствующего разрешения прочитанного из ячейки PLOAM. Пачки данных от ONT в APON передаются пакетами ATM. Единственное отличие пакета ATM от ячейки в том, что пакет имеет дополнительно преамбулу 3 байта. Таким образом длина пакета ATM 56 байт. Преамбула не нужна для ячеек в прямом потоке из-за синхронного режима приема данных, как указывалось выше. Первые два бита преамбулы не содержат оптического сигнала, что является достаточным для устранения перекрытие пакетов от разных ONT – в линии неизбежны небольшие колебания задержки при распространении сигнала.
Если принять во внимание, что разрешение на передачу необходимо для каждого пакета ATM, то суммарное число прописанных в ячейках PLOAM разрешений за продолжительное время должно соответствовать числу пакетов ATM, испущенных всеми ONT за это время. Почему в PLOAM помещается 26 разрешений? Две ячейки PLOAM могут дать разрешения на передачу 52 пакетов ATM, ровно столько, сколько их есть в кадре ATM для обратного потока.

слот MBS

Слот многократных запросов MBS (multi burst slot) в обратном потоке является служебным. Он информирует OLT о характере запросов по передаче со стороны ONT. Этот слот имеет 8 подполей или минислотов, соответствующих различным ONT (рис. 7). Если система PON рассчитана на 32 абонентских узла, то передать свои сведения о запросах на передачу все 32 ONT смогут только после четырех последовательно переданных слотов MBS, что составляет цикл. В системе из 64 ONT, цикл состоит из восьми слотов MBS. Передача одного кадра при скорости 155 Мбит/с длится 0,15 мс. На передачу всего цикла при 32 ONT потребуется 0,6 мс Другими словами, с периодичностью 0,6 мс ONT посылает служебные запросы о намерениях передавать. Запрос ONT посылает, когда в его выходном буфере сформировалась очередь для передачи. Поскольку ОNT сможет передавать только после получения разрешения в ячейке PLOAM, то чтобы оценить максимальное время с момента, кода в буфере подготовлена очередь, до момента начала передачи, следует к времени цикла 0,6 мс добавить задержку на двойном пробеге RTT (для сети с радиусом 20 км RTT составляет 0,2 мс), и получается 0,8 мс. К этому значению могут быть добавлены аппаратные задержки на OLT и ONT.

Рис. 7. Структура слота MBS.

Минислот состоит и 4-х полей: преамбулы (3 байта), аналогичной преамбуле в пакете ATM; двух полей ABR/GFR и VBR, длиной 8 и 16 бит, соответствующих двум типам запросов на полосу; поля контрольной суммы CRC (8 бит).

надежность и резервирование в APON

Слабой стороной систем доступа APON с топологией простого дерева является отсутствие резервирования. Самым неблагоприятным в этом случае мог бы быть сценарий с повреждением волокна, идущего от OLT к ближайшему разветвителю (фидерного волокна). Теряет связь весь сегмент, подключенный по этому волокну – десятки абонентских узлов, сотни абонентов остаются без сети. Среднее время ремонта (MTTR, Mean Time To Repair) может варьироваться в больших пределах от нескольких дней до нескольких недель в зависимости от оператора. В указанном случае однократного повреждения волокна наиболее отчетливо проявляется недостаток сети PON по сравнению с кольцевой топологией SDH.
Поэтому в уже в первой рекомендации G.983.1 в приложении IV обсуждался вопрос о построении защищенных систем APON. В силу специфики топологии PON, эта задача не является столь простой как в кольцевых топологиях SDH, поскольку полоса обратного потока в PON является общей и формируется множеством абонентских узлов. В рекомендациях G.983.1 предложено было изучить четыре различных топологии. Только две из них окончательно были выбраны для проработки в более поздней рекомендации G.983.5.
На рис. 8-10 показаны основные варианты построения резервных систем PON. Первое решение (рис. 8) обеспечивает частичное резервирование со стороны центрального узла. Для реализации данного решения требуется разветвитель 2xN. Центральный узел оснащается двумя оптическими модулями LT-1 и LT-2, в которых происходит терминирование двух волокон. В нормальном режиме при отсутствии повреждений волокон основной канал является активным, и по нему организуется дуплексная передача. Резервный канал – неактивный – лазерный диод на LT-2 выключен. Фотоприемник на LT-2 при этом может прослушивать обратный поток. Если повреждается идущее от центрального узла волокно основного канала, то автоматически активизируется приемо-передающая система LT-2, и на нее переключается модуль мультиплексирования, коммутации и кросс-коннекта на OLT, обеспечивая транспорт от интерфейсов магистрали. Для повышения надежности целесообразно брать фидерные волокна от разных, физически разнесенных оптических кабелей.

Рис. 8. Защищенная топология PON. Частичное резервирование со стороны центрального узла.

Частичное резервирование со стороны абонентского узла (рис. 9) позволяет повысить надежность работы абонентского узла. В этом случае требуется два оптических модуля LT-1 и LT-2 на абонентский узел. Переключение на резервный канал происходит аналогично предыдущему варианту. При резервировании абонентских узлов не обязательно подключать все абонентские узлы по резервному потоку. Различие по стоимости абонентских узлов с резервированием (два модуля LT-1 и LT-2) и без него (один модуль LT) позволяет дифференцированно предлагать услуги различным категориям абонентов.

Рис. 9. Защищенная топология PON. Частичное резервирование со стороны абонентского узла.

На рис. 10 показан вариант с полным резервированием системы PON. Система становится устойчивой как к выходу из строя приемо-передающего оборудования OLT и ONT, так и к повреждению любого участка волоконно-оптической кабельной системы. Информационные потоки на ONT генерируются одновременно обеими узлами LT-1 и LT-2 и передаются в два параллельных обратных потока. На OLT только одна версия двух копий сигналов передается дальше на магистраль. Аналогично происходит дублирование трафика в прямом потоке. При повреждении волокна или приемо-передающих интерфейсов переключение на резервный поток будет очень быстрым и не приведет к прерыванию связи.

Рис. 10. Защищенная топология PON. Полное резервирование.

Первое решение, кроме того, что оно обеспечивает только частичное резервирование, требует большого времени на реконфигурацию при повреждении волокна. Основной вклад в задержку вносит прогрев лазера на OLT (LT-2) и выполнение процедуры ранжирования. Практически трудно не выйти за пределы 50 мс, одного из требований, сформулированных в рекомендации G.983.5.
Вывод. Для рассмотренных конфигураций, предлагаемых ITU-T, практически только решение с полным резервированием удовлетворяет всем требованиям и представляется наиболее привлекательным.

Петренко И.И, Убайдуллаев Р.Р., к.ф-м.н, Телеком Транспорт.

Это связано с требованиями новых услуг и "тяжелых" приложений, которые могут полноценно функционировать только с подключением PON от Ростелеком. Именно поэтому было необходимо введение оптоволоконных технологий, которые отвечают требованиям высокоскоростного интернета.

Даная статья состоит из нескольких пунктов:

• Что представляет собой PON-технология
• Особенности PON-интернета
• Оборудование для подключения
• Настройка модемов

PON технология от Ростелекома

Самым главным преимуществом данной технологии по сравнению с другими типами подключения является высокая передачи данных и, как следствие, отзывчивость сетей. Поэтому PON-подключение является оптимальным для подсоединения к интернету крупных кокомпаний.

В настоящее время требования к скорости интернета достигают 100 Мбит/с, а в скором будущем приблизятся к 1 Гбит/с. Поддерживать такие высокие показатели способны только оптические кабели. Особенно это касается больших расстояний, которые, конечно же, существуют между провайдером и пользователем.

Для поставщиков услуг уже сейчас предоставляется полоса пропускания FTTH (Fiber to the Home), которая проводится к дому. Такими образом, новые постройки будут служить основой сетей доступа и смогут функционировать на протяжении многих лет. Проведение сетей доступа FTTH далеко не дешевый процесс, который требует не только трудоемких строительных работ, но и значительных финансовых затрат.

Тем не менее, развитие технологии разделения сигналов по длине волны (WDM), использующей одно волокно для входящего и исходящего трафика, в значительной степени улучшило ситуацию. Первые из сетей FTTH уже перешли к более новому стандарту, где одиночное волокно соединяется с пассивным оптическим разделителем, который в свою очередь распространяет сигнал для нескольких абонентов.

Именно этот стандарт и стал называться PON-технологией, которую сейчас активно применяет Ростелеком. Благодаря этой технологи, сеть может поддерживать расщепление сигнала в соотношении 1:64 из одного волокна. Кроме того, PON-технологии Ростелеком позволяют абонентам использовать без применения IP-приставок.

Преимущества интернета по технологии PON от Ростелекома

Наиболее значимым преимуществом PON интернета от Ростелеком является то, что при помощи недорогих оптических разделителей общее оптоволокно обеспечивает сетью множество пользователей. Но следует помнить, что такие разделители поддерживают отзывчивость сети при количестве пользователей до 64. Таким образом, эта технология вызывает интерес не только у абонентов, но и поставщиков услуг, которые желают заменить несколько устаревшие медные сети.

Особеностями PON сетей, которые можно назвать ещё и плюсами, являются:

• отсутствие электромагнитных помех, так как нет необходимости использовать активное оборудование непосредственно в сети доступа;
• уменьшение волокна и оборудования в центральном офисе.

PON оборудование от Ростелеком обеспечивает большую пропускную способность и поддерживает двойной коэффициент распределения. Это значит, что с 64-полосным распределением каждый пользователь получит довольно большую пропускную способность соединения, около 35 Мбит/с. В случае использования провайдером более низких коэффицентов распределения, к примеру, 16 или 32, абоненты получат еще большую пропускную способность. Благодаря эффективному использованию пропускной способности стандарта PON абонентам предоставляется большая скорость передачи данных. Кроме того, данная технология дает возможность использовать не только высокоскоростной интернет, но и мультисервисные услуги, такие, как видео, голос, данные.

Какие модемы подойдут для подключения PON от Ростелекома

Технология GPON представляет собой общеотраслевой взаимозаменяемый стандарт. Это свидетельствует о том, что модемы PON любого производителя будут корректно работать с такими устройствами, как ONT.

Это, в свою очередь, влияет на снижение стоимости оборудования и дает возможность провайдерам предлагать абонентам наиболее выгодные тарифы на услуги. Также, важно отметить, что обновленная технология на основе XGPON стандартов увеличивает производительность сетей до 10 Гбит, при этом сохраняется обратная совместимость с уже развернутыми сетями.

Как настроить оборудование

Как правило, PON оборудование от Ростелеком не нуждается в тщательной настройке, так как все необходимые параметры уже внесены провайдером. Но в некоторых моделях Wi-Fi роутера с технологией PON необходимо будет настроить конфигурации беспроводной сети и установить параметры подключения. К этим параметрам относятся логин и пароль пользователя PPPoE типа, которые Ростелеком предоставляет абоненту при заключении договора.

Если после корректного внесения всех необходимых параметров, на оборудовании горит красным индикатор PON, то рекомендуем с этой проблемой обратиться в службу технической поддержки клиентов Ростелеком.

Если у вас остались вопросы по данной технологии, то советуем посмотреть данный видеоролик.

Ростелеком и технология PON в Вологде видео