Свойства сети pon

• Древовидная архитектура с передачей по одному волокну на двух длинах волн навстречу друг другу: 1550 нм (от центрального узла к абонентам, нисходящий поток) и 1310 нм (от абонентов к центральному узлу, восходящий поток);

• На промежуточных узлах дерева, размещаются пассивные оптические разветвители;

• Использование метода доступа TDMA позволяет гибко распределять полосу пропускания между абонентами;

• На одно волокно, идущее из центрального узла (OLT), можно подключить до 32 абонентских узлов (ONT);

• Максимальное удаление составляет 20 км.

Архитектура PON

Абонентский узел рассчитан на обычный жилой дом или офисное здание и может охватывать сотни абонентов. По одному волокну обслуживаются до 32 абонентских узлов.

DFB лазер (Distributed feedback laser) – лазер с распределенной обратной связью.

Нисходящий поток от центрального узла к абонентам идет на длине волны 1550 нм и имеет скорость 622 Мбит/с (в сумме для всех абонентов).

Восходящие потоки от абонентов идут на длине волны 1310 нм с использованием протокола множественного доступа с временным разделением (TDMA).

Технология PON может быть совмещена с технологией (плотного) волнового мультиплексирования DWDM.

Основные особенности стандарта G.983

Для выработки стандарта PON был создан консорциум FSAN (Full Services Access Network). В него вошли крупнейшие мировые операторы связи и производители телекоммуникационного оборудования. В 1998 году международной организацией ITU-T принят стандарт G.983, действующий и в настоящий момент.

• Данные по сети передаются в виде ячеек ATM

• Возможен симметричный (155 Мбит/с в обоих направлениях) и асимметричный (622 Мбит/с к абонентам и 155 Мбит/с от абонентов) режимы работы

• Протяженность сети до 20 км и возможность подключения до 32 абонентских узлов к одному порту центрального узла

• Возможность работы по одному или двум волокнам

В чем отличия разных стандартов технологии PON?

Суть технологии PON  заключается в том, что между центральным узлом, обеспечивающим подключение к магистрали (SDH/ATM), 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.

Специалисты отмечают, что 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.

  Сравнительный анализ трех технологий APON, EPON, GPON

Характеристики	APON (BPON)	EPON	GPON
Институты стандартизации / альянсы	ITU-T SG15 / FSAN	IEEE / EFMA	ITU-T SG15 / FSAN
Дата принятия стандарта	октябрь 1998	июль 2004	октябрь 2003
Стандарт	ITU-T G.981.x	IEEE 802.3ah	ITU-T G.984.x
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	155/155 622/155 622/622	1000/1000	1244/155,622,1244 2488/622,1244, 2488
Базовый протокол	ATM	Ethernet	SDH
Линейный код	NRZ	8B/10B	NRZ
Максимальный радиус сети, км	20	20 (>30 (обсуждается в проекте))	20
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно	32	16	64 (128)
Приложения	Любые	IP, данные	Любые
Коррекция ошибок FEC	предусмотрена	нет	необходима
Длины волн прямого/обратного потоков, нм	1550/1310 (1480/1310)	1550/1310 (1310/1310)	1550/1310 (1480/1310)
Динамическое распределение полосы	есть	Поддержка (на более высоких уровнях)	есть
IP-фрагментация	есть	нет	есть
Защита данных	Шифрование открытыми ключами	нет	Шифрование открытыми ключами
Резервирование	есть	нет	есть
Оценка поддержки голосовых приложений и QoS	высока	низкая	высока

Принцип действия PON. 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 настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки. Реализация этого принципа показана на рисунке.

Основные элементы архитектуры PON и принцип действия

Прямой поток. 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.

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 индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Топологии сетей доступа

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

"Кольцо"

К ольцевая топология 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 со 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.

"Точка-точка" (P2P)

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например, использующих 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 д орогим и привлекателен в основном для крупных абонентов.

"Дерево с активными узлами"

Дерево с активными узлами – 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.

"Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)"

Решения на основе архитектуры PON используют логическую топологии "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.

О бщеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре, за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, т.к. 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 о 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 PON	Недостатки PON
Существенная экономия оптического волокна; Высокое качество услуг; Достаточная скорость нисходящего и восходящего потоков для удовлетворе­ния текущих потребностей абонентов;	Высокая цена; Недостаточная полоса пропускания в долгосрочной перспективе. Разделяемая полоса пропускания в дереве оптоволо­конных линий сети PON используется как можно большим числом абонентов;
Надежность соединения вследствие наличия только пассивных оптических разветвителей в промежуточных узлах дерева, не требующих обслуживания; Масштабируемость. Древовидная структура сети доступа дает возможность подключать новых абонентов экономичным способом; Гибкость. Использование современных механизмов обеспечения QoS позволяет предоставлять абонентам именно тот уровень услуг, который им требуется; Экономия используемой площади под оборудование и расходов на электропитание на стороне оператора	Недостаточная информационная безопасность данных в общей среде передачи; Повышенная стоимость компонентов из-за необходимости работать на совокупной скорости передачи данных; Повышенная мощность оптического сигнала для компенсации потерь в пассивных оптических разветвителях; Сложность диагностики неисправностей в пассивных оптических разветвителях. Влияние поврежденной точки терминации оптической сети на работу всех абонентов этой пассивной оптической сети

Технология PON является одной из наиболее перспективных технологий организации доступа к сети Интернет для предоставления услуг Triple Play для «продвинутых» пользователей. Наиболее эффективна в районах с частной застройкой и для точечных применений.

Технология P2P

Организация сети доступа с топологией P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например, использующих 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 организации сети доступа является более дорогим по сравнению с технологиями PON, но и наиболее гибким с точки зрения отсутствия ограничений на используемые технологии для удовлетворения любых потребностей клиента.

Преимущества P2P	Недостатки P2P
Высокое качество услуг; Высокая надежность соединения; Единоличное использование ресурсов оптического волокна абонентом; Высокая симметричная скорость доступа для удовлетворения потребностей в долгосрочной перспективе; Возможность индивидуального подключения любых портов со стороны оператора и предоставления любых скоростей доступа	Относительно высокая цена; Необходимость предоставления пары оптических волокон для каждого абонента. Громоздкая оптическая инфраструктура (имеется возможность использования WDM); Повышенное энергопотребление на стороне оператора; Значительное использование площадей и мощностей ЭПУ для оборудования P2P у оператора

Технология P2P является одной из наиболее перспективных технологий организации доступа к сети Интернет для предоставления услуг Tripple Play для продвинутых пользователей. Наиболее эффективна для предоставления услуг при высокой плотности абонентов и для корпоративного сегмента рынка.

Технология ETTH

ETTH – один из способов постоянного подключения к Интернету по протоколу FastEthernet. Скорость подключения составляет 100 Мбит/с или 1 Гбит/c. До каждого подключаемого дома производится прокладка оптического кабеля. В качестве соединительных абонентских линий используется витая пара пятой категории либо оптические соединительные линии.

Преимущества ETTH

Недостатки ETTH

Умеренная стоимость порта; Высокая симметричная скорость доступа; Возможность построения кольцевых сетей доступа; Использование коаксиального кабеля для внутридомовой разводки; Экономичное использование магистральных оптических волокон; Применение стандартизированных составляющих при организации подключений; Доступный инструментарий технического обслуживания на канальном уровне

Ограниченные возможности диагностики неисправностей на клиентской стороне, сбора статистики и управления качеством обслуживания; Проприетарность систем, адаптирован­ных для применения в сетях доступа; Ограничение пропускной способности кольца на всех абонентов, подключенных к нему и ограничение количества портов на каждый узел числом портов используемого шасси; Необходимость установки активного оборудования в непосредственной близости к абонентам; Приспособлена в основном для многоквартирных домов.

Технология Ethernet является более дешевой альтернативой полностью оптических сетей доступа (PON, P2P) для организации доступа к сети Интернет и для предоставления услуг Triple Play для обычных нетребовательных пользователей. Наиболее эффективна для предоставления услуг при высокой плотности абонентов.

Алгоритм принятия решений при выборе технологий строительства

1. Работники служб/отделов маркетинга филиалов определяют степень концентрации высокодоходных сегментов в районах населенного пункта.

2. Работники служб/отделов маркетинга филиалов определяют районы населенного пункта с высоким спросом на услуги FTTx и требуемую емкость сети для 100% обеспечения.

3. Работники технического блока филиала определяют объем требуемых инвестиций для реализации проектов.

4. Определяется перечень проектов филиала с ранжированием по приоритетности и коммерческой целесообразности проектов (приоритетными являются проекты с применением технологии FTTx и направленные на ковровое покрытие наложенной сетью районов населенных пунктов с большой концентрацией высокодоходных сегментов).

5. Инициируются бизнес-планы.