Описание технологии xPon
Распределительная сеть доступа PON, основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.
Технология PON знакома телекому давно, однако высокая стоимость решений по построению оптических сетей, самих волоконно-оптических кабелей и трансиверов еще в недавнем прошлом тормозила массовое использование подобных решений. Сегодня приемлемая цена в комбинации с богатыми возможностями, масштабируемостью и гибкостью делает PON весьма привлекательной, весьма экономичной и способной обеспечить высокую пропускную способность. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.
Суть технологии PON заключается в том, что между центральным узлом, обеспечивающим подключение к магистрали, и абонентскими узлами создается полностью пассивная оптическая сеть древовидной топологии. В промежуточных узлах дерева размещаются компактные пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.
Разработка технологии PON началась в 80-х годах прошлого века в лабораториях British Telecom. Спустя несколько лет (в 1987 г.) в Великобритании были проведены тестовые испытания. В 1995 г. несколько производителей учредили консорциум по стандартизации сети доступа с полным набором услуг (Full-Services Access-Network Group). В него вошли более 20 ведущих мировых операторов связи и провайдеров, а также разработчики. Главной задачей для консорциума FSAN стала стандартизация PON. В 1998 г. Международный союз электросвязи (ITU-T) принял предложенную FSAN спецификацию ATM PON (APON) в виде рекомендаций G.983.x, утвердив вскоре и спецификацию Broadband PON (BPON). Начинается строительство пассивных оптических сетей в Японии и США.
В дальнейшем технология PON активно совершенствуется и развивается. Технология APON (G.983.1) предусматривает передачу в сети PON ячеек ATM со скоростью 155 Мбит/с в каждом направлении. В спецификации BPON скорость передачи увеличена до 622 Мбит/с, появляется возможность реализовать широкополосные сервисы, включая доступ по Ethernet и видео. Развитие Ethernet привело в 2001 г. к началу работы над спецификацией Ethernet PON (EPON) на основе протокола управления множеством узлов (Multi-Point Control Protocol – MPCP). Появляется еще одна разновидность PON — Gigabit PON (GPON). Стандарт предусматривает номинальную скорость передачи 622 Мбит/c или 1,25 и 2,5 Гбит/с. а различного типа (TDM, SDH, Ethernet, ATM), а также развитые механизмы управления и защита на уровне протоколов.
Сегодня PON используется для реализации структур «оптическое волокно до здания» (FTTB), «волокно до жилища» (FTTH), «волокно до распределительной коробки» (FTTC), FTTx (Fiber-To-The-x) – «оптика до точки Х».
Структуры на базе PON очень разнородны и ориентированы на решение задач разного масштаба. Одни из них больше подходят для массового применения, другие — для корпоративных пользователей, эффективность некоторых особенно наглядно проявляется для крупных зданий, а иных — для отдельных строений в пригороде.
Главными преимуществами PON, по мнению специалистов, являются существенная экономия оптического волокна при эффективном использовании его ресурсов, , повышение надежности вследствие применения пассивных промежуточных узлов и терминальности узлов пользователей (выход из строя такого узла не влияет на работу остальных), возможность предоставления различных услуг и простота наращивания числа абонентов.
Операторы сегодня активно смотрят в сторону широкополосных услуг передачи данных для клиентов жилого сектора и бизнес-центров, соответственно требуются решения, поддерживающие скорость передачи 10 Мбит/c, 100 Мбит/c и 1 Гбит/с. Кроме того, их интересуют решения по миграции с TDM на «все – через – IP». Из предлагаемых альтернатив для обеспечения широкополосного доступа только оптика, вероятно, обеспечит выполнение всех условий операторов, а PON – максимально экономичное решение при данных требованиях. Важно также отметить, что мультисервисная платформа доступа на основе технологии PON обладает всеми стандартными интерфейсами подключения к магистральным сетям связи. Это позволяет оператору легко модернизировать магистрали и переходить к современным мультигигабитным технологиям – Gigabit Ethernet, ATM, DWDM, просто подключая к новым магистралям существующие сети доступа PON.
Основными причинами значительной временной задержки развития пассивных оптических сетей (PON) были высокая стоимость и недостаточный спрос на широкополосные мультисервисные решения. Кроме того, с точки зрения оператора, необходимо использовать несколько иной подход к проектированию таких сетей и их резервированию, чем при строительстве абонентских сетей «точка – точка» на базе оптических модемов или конверторов. В силу того, что сети PON имеют древовидную структуру (когда к одному оптическому волокну подключены десятки абонентов), обеспечение резервирования связи становится одной из самых важных задач для оператора. Однако по мере увеличения спроса на инфраструктуры абонентских волоконно-оптических линий возникла потребность оптимизации оптических подключений, и для этого технология PON хорошо подходит. Возможность передачи любого вида пользовательского трафика (Е1, Ethernet, IP) и наличие традиционных интерфейсов для подключения к магистральным сетям (SDH, ATM и Ethernet) позволят операторам быстро интегрировать сети доступа PON в их существующие сети. Если до недавнего времени оборудование PON предлагалось в основном узкоспециализированными небольшими компаниями-производителями, то сегодня, когда перспективы этой технологии стали очевидны, большинство крупных производителей, ориентированных на работу с операторами связи, стали предлагать свои решения на базе современных технологий GPON и GEPON.
Основная идея архитектуры PON – использование всего одного приемопередающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них.
Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть достаточно большим, например при использовании технологии GPON может доходить до 128. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1490 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки. Реализация этого принципа показана на рисунке 12.
Рисунок
12 - Основные
элементы архитектуры PON и принцип
действия
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 распределенным демультиплексором
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 индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.