Новые горизонты PON

Широкополосный доступ на основе PON

PON (Passive Optical Network — пассивная оптическая сеть) — технология для оптической распределительной сети доступа. Топология распределительной сети — дерево, где волокно от центральной станции разветвляется с использованием пассивных оптических делителей сигнала (сплиттеров) и внутри оптической распределительной сети нет другого активного оборудования. Активное оборудование размещается только на границах оптической сети доступа. На стороне центральной станции (оператора связи) располагается устройство, называемое OLT (Optical Line Terminal — терминал оптической линии), интерфейс OLT через оптическую распределительную сеть широкополосным соединением связан со множеством ONT (Optical Network Terminal — оптический сетевой терминал), которые устанавливаются в помещениях пользователей. Альтернативно, вместо ONT может быть установлено ONU (Optical Network Unit — оптический сетевой блок) для достижения помещения пользователя через другую технологию, например VDSL2 или Ethernet поверх медного кабеля. Количество ONT/ONU, которые могут быть обслужены одним интерфейсом OLT, зависит от используемой PON-технологии и обычно равно 16, 32 или 64.

В направлении нисходящего потока данные от OLT передаются всем ONT сети, так как сплиттеры просто «размножают» приходящий на них световой поток. Затем ONT отфильтровывают предназначенные им пакеты. В восходящем направлении устранение коллизий выполняется за счет протоколов арбитража на основе TDMA. В протоколах уже реализованы функция управления полосой пропускания, качеством обслуживания и другие возможности.

Использование одного волокна достигается за счет WDM: ONT передает на длине 1310 нм, OLT — на 1490 нм. Еще одна длина волны — 1550 нм — может использоваться для передачи видеосигнала в полосе радиочастот (RF video), такого же, как в сетях кабельного телевидения. Несмотря на то что IP-видео может предоставить более богатый набор услуг, преимущество использования наложенного видеосигнала связано с рентабельным заимствованием достижений кабельного вещания.

На сегодняшний день имеется две наиболее популярные разновидности PON:

• Gigabit PON (GPON) — эволюция предыдущего стандарта BPON. Использует на втором уровне собственный метод инкапсуляции GEM для передачи TDM и Ethernet. Скорости доступа 2,48 или 1,24 Гбит/с к абоненту и 622 Мбит/с, 1,24 или 2,48 Гбит/с от абонента к сети. Для 32 ONT полоса на абонента — более 70 Мбит/с. Есть реализации с поддержкой до 128 абонентов на волокно. Стандартизован в 2003 году как ITU-T G.984.1 и G.984.2.
• Ethernet PON (EPON) — часть IEEE 802.3ah (EFM). Использует Ethernet-кадры для доставки данных с симметричной скоростью 1 Гбит/с. Скорость на абонента — чуть более 30 Мбит/с (при 32 ONT).

Дальность связи для обоих систем составляет порядка 20 км.

EPON — доминирующая форма PON в Азии, GPON популярен в Европе и Северной Америке.

Главными привлекательными характеристиками развертывания PON операторами связи, как технологии массового рынка, являются:

• только пассивная оптика во всей сети абонентского доступа;
• существенное сокращение проводки и занимаемого пространства на телефонной станции;
• снижение затрат на эксплуатацию сети абонентского доступа, в частности, снижение расходов на электропитание в силу отсутствия активного оборудования в распределительной сети, а также расходов по обслуживанию благодаря встроенным средствам эксплуатации, администрирования и обслуживания;
• простота модернизаций и длительный срок эксплуатации сети абонентского доступа.

Системы PON следующего поколения

Тенденции развития коммуникационных услуг таковы, что через несколько лет характеристики нынешних PON-технологий могут не удовлетворять требованиям операторов. Поэтому ведущие производители совместно с операторами активно занимаются разработкой и опытным внедрением систем PON следующего поколения — NG-PON.

Основные цели NG-PON — увеличение битовой скорости, радиуса действия и количества пользователей, которые NG-PON может обслуживать. Также решаются вопросы миграции от существующих GPON или IEEE EPON к таким NG-PON.

Рассмотрим вкратце предлагаемые на сегодняшний день решения.

10G GPON

Для удовлетворения растущих аппетитов по увеличению полосы нынешние 2,5 GPON системы будут модернизированы для поддержки 10 Гбит/с в нисходящем направлении. Такие системы будут способны одновременно передавать более тысячи потоков HDTV с очень быстрым временем переключения между каналами вследствие вещательной природы PON. Весь набор одноадресных персонализированных услуг также будет поддерживаться.

Первые системы 10G GPON будут иметь восходящую скорость 2,5 Гбит/с. 10G GPON системы будут сосуществовать с уже развернутым GPON в одной оптической распределительной сети. «Сосуществование» достигается размещением 10G GPON систем на других (отличных от GPON) длинах волн. 10G GOPN будет использовать недорогие оптические компоненты с таким же оптическим бюджетом, как у GPON. Использование недорогих компонент особенно важно для ONT (из-за их большого количества на сети).

10G EPON

Аналогично следующий шаг в развитии EPON — создание 10G EPON. Стандарт для новой 10G EPON — IEEE 802.3av, который ожидается в конце 2009 г. Он будет включать поддержку симметричной вниз и вверх по потоку скорости 10 Гбит/с и будет совместим с 802.3ah EPON.

Тем временем ведущие поставщики оборудования уже анонсировали свои 10G GPON- и 10G EPON-прототипы.

WDM-PON

«Передний край» PON разработок и будущее PON в долгосрочной перспективе — это WDM-PON, использующий волновую сетку DWDM для размещения большого количества параллельных высокоскоростных каналов поверх одной структуры PON. WDM-PON предлагает альтернативу схеме передачи, основанной на разделении во времени, как в GPON, схемой, где каждый ONT передает и принимает данные на определенной длине волны. Типичная архитектура WDM-PON будет заменять пассивные сплиттеры на волновые селективные фильтры, которые часто реализованы как решетка на основе массива волноводов (Arrayed Waveguide Grating -AWG).

Основные преимущества WDM-PON:

• пользователю предоставляется выделенная полоса (нет распределения на конкурентной основе);
• сигналы абонентов физически изолированы;
• эффективно используется волокно (до 64 абонентов на волокно, как и в GPON);
• возможно значительное увеличение дальности связи (используя AWG с низкими потерями вместо неэффективных с точки зрения потерь сплиттеров при стандартном для GPON бюджете в 28 dB, можно подключать абонентов на расстоянии порядка 80 км).

Основной недостаток WDM-PON — высокая стоимость, так как требуются узкополосные передатчики, излучающие на заданной длине волны. Это особенно критично для абонентских устройств ONT, так как их стоимость напрямую влияет на стоимость абонентской линии. С одной стороны проблема частично решается за счет унификации и уменьшения типов аппаратных компонент в оконечных устройствах (например, использование настраиваемых на заданную волну лазеров), с другой — не без оснований можно надеяться, что через несколько лет к моменту выхода стандарта стоимость оптических компонент для WDM-PON будет значительно ниже нынешнего уровня.

Первые продукты WDM-PON уже начинают появляться, но, по существу, сейчас эта технология строится из собранных вместе «кусочков» и находится в стадии разработки — архитектура и части системы в целом определены, но необходимость заполнения пробелов и сведения этих частей вместе существует до сих пор.

GPON с увеличенной дальностью

Многие операторы рассматривают возможность консолидации своих точек присутствия для уменьшения операционных затрат сети доступа. Таким образом, предложение GPON с увеличенной дальностью позволит увеличить зону, обслуживаемую оператором из одной точки, и отказаться от промежуточных станционных точек присутствия. Потенциально также увеличится и количество ONT на один OLT. Речь идет о размерах сети доступа, исчисляемой десятками километров.

Так, решения, основанные на использовании оптических усилителей для увеличения оптического бюджета, позволяют достичь дальности в 60 км. Это, например, позволяет предоставлять услуги связи в удаленные сельские районы, не разворачивая там точек присутствия оператора, что значительно снижает затраты последнего.