Технология PON — новые перспективы для «последней мили»

pic

Сегодня важным моментом деятельности традиционных операторов является технология пассивных оптических сетей (Passive Optical Networking, PON). Фактически PON является одной из важнейших составляющих технологии доступа к сетям телекоммуникаций. Аналитические и консалтинговые компании предсказывают 20-кратное увеличение дохода от PON в ближайшие пять лет; на корпоративном рынке в течение того же периода доля PON возрастет на 300%.

PON (Passive Optical Network) — технология построения волоконно-оптических сетей доступа. Суть PON заключается в том, что между центральным узлом и удаленными абонентскими узлами создается пассивная оптическая сеть древовидной топологии. В промежуточных узлах сети размещаются оптические разветвители (сплиттеры) — компактные устройства, не требующие питания и обслуживания. С использованием одного оптического волокна можно объединить до 32 абонентских узлов в радиусе до 20 км от центрального узла. Все абоненты сети PON являются терминальными, выход из строя или обесточивание любого абонентского узла не влияет на работу остальных. Передача прямого и обратного каналов идет на разных длинах волн со скоростью 622 Мбит/с в каждую сторону. Полоса пропускания сети PON динамически распределяется между абонентами.

Традиционные операторы телекоммуникаций расценивают технологию PON как стратегическое оружие в борьбе за расширение сетевой инфраструктуры. PON представляет собой схему сетевой инфраструктуры доступа, разработанную коалицией FSAN (Full Service Access Network). FSAN разрабатывает стандарты для мультисервисных широкополосных сетей доступа.

Данная технология предлагает решение важной для оператора телекоммуникаций проблемы «последней мили» — доведение широкополосной технологии магистральной части сети до самого дома или предприятия конечного пользователя. Распределение ресурсов оптического кабеля между пользователями позволит наилучшим способом обеспечить доступ к сети оператора.

Спектральное уплотнение и оптические разветвители стали основными элементами пассивных оптических сетей — PON, или Passive Optical Networks, на которые многие операторы телекоммуникаций возлагают надежды в решении проблемы «последней мили» и столь долгожданном появлении оптоволокна в каждом доме (FTTH, Fiber To The Home).

В настоящее время сложилось почти единодушное мнение, что, хотя технология PON и не является единственно возможной методикой доступа, она, вероятно, получит наибольшее распространение. PON предоставляет наиболее эффективный способ поддержки большого числа географически разнесенных пользователей, обладающих самыми различными сетевыми возможностями и требованиями к скорости доступа, с помощью единственного оптического выноса.

pic

Суть организации доступа на основе технологии PON в следующем: оператор прокладывает один оптический кабель от своего телефонного узла к группе конечных пользователей. Поток данных следует до разветвителя, откуда трафик каждого клиента направляется в канал, идущий от точки разветвления, располагающейся обычно в стойке или шкафу, до помещения клиента. Такая организация значительно сокращает суммарную длину необходимого оптического волокна. (На каждой линии PON может быть установлено несколько разветвителей). Большую часть пути от телефонного узла оператора к пользователю трафик проходит по основному оптическому кабелю, а оставшийся отрезок — по короткому волокну или линии хDSL.

pic

Технология PON является пассивной только в том смысле, что внешняя кабельная система не содержит специальных электронных устройств, требующих электропитания или обслуживания, и не предусматривает применение выпрямителей, батарей, внешних мультиплексоров, монтажных шкафов. Взамен вся «активность» сосредоточена на телефонном узле и в помещении абонента.

Путевка в жизнь для пассивных оптических сетей началась с попыток резкого уменьшения числа волокон, используемых для передачи данных. Технология разделения направлений использовала то простое свойство, что в оптическом волокне световое излучение даже на одной и той же длине волны может распространяться в двух противоположных направлениях, не взаимодействуя друг с другом. Оставалось разделить два таких сигнала. Задача решалась с помощью пассивных устройств — оптических разветвителей стоимостью несколько десятков долларов, устанавливаемых на концах линии и разделяющих излучение приемника и передатчика света. То есть уже при длине линии больше нескольких сотен метров получалось экономически оправданное решение, в особенности если все волокна были уже задействованы и к калькуляции требовалось добавить затраты на прокладку нового кабеля.

Принцип действия PON
Основная идея архитектуры PON – использование всего одного приемо-передающего модуля в оптическом линейном окончании OLT (Optical Line Terminal) для передачи информации множеству абонентских устройств узлового терминала ONT (Optical Network Terminal) и приема информации от них.

pic

Число абонентских узлов, подключенных к одному приемо-передающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяют бюджет мощности и максимальная скорость приемо-передающей 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.

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.

pic

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.

Преимущества архитектуры PON:
• отсутствие промежуточных активных узлов
• экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле
• экономия волокон
• 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 «точка-многоточка» (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.

Распределительная сеть доступа PON, основанная на древовидной волоконной кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляется наиболее экономичной и способной обеспечить широкополосную передачу разнообразных приложений. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Сегодня PON рассматривается и как средство для доставки видео. Растущий интерес операторов к этим услугам, несомненно, послужит дополнительным стимулом дальнейшего развития технологии.

pic

Развитие сети Internet, появление новых видов услуг связи, в том числе Triple Play, способствует росту потоков данных, передаваемых по сети, заставляет операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных сетей и сетей доступа.
При выборе решения необходимо учитывать:
• разнообразие потребностей абонентов
• потенциал для развития сети
• экономичность.

При выборе технологии доступа для каждого конкретного решения оператор телекоммуникаций руководствуется техническими возможностями, оценкой стоимости работ с учетом ценовой (тарифной) политики, обеспечения заданного QoS — это в первую очередь реализация необходимой полосы пропускания сети абонентского доступа.

Услуга Triple Play, то есть предоставление единого канала связи для передачи голоса, видео и данных, представляет большой интерес для операторов телекома, и надо отметить, что именно технология оптической сети доступа предоставляет наилучшие возможности для реализации концепции триединой услуги по одному каналу для абонента.

В новой сетевой парадигме традиционное активное сетевое оборудование займет места на магистралях и в локальных сетях. А на «последней миле», на так называемых уровнях доступа и агрегации трафика, будут трудиться пассивные оптические устройства: оптические разветвители и призванные им в помощь технологии временного уплотнения каналов — TDM (Time Division Multiplexing) и TDMA (Time Division Multiple Access).

Orphus system