Архитектура оптической сети доступа

Сети FTTx (в частности, с использованием технологии PON) – самый перспективный вариант систем абонентского широкополосного доступа (ШПД). Реализовать все требования по скорости доступа (концепция triple play предполагает минимум 30–50 Мбит/с на абонента) можно только с использованием ВОЛС. Поэтому рано или поздно все абонентские сети должны быть переведены на оптику, а все остальные технологии, по сути, только переходные варианты.

Тормозят распространение FTTx стоимость решения и длительность процесса модернизации сетей. Стоимость решения неуклонно снижается, и ее сдерживающее влияние столь же неуклонно уменьшается. Временной же фактор более существенный: провести коренную реконструкцию кабельной абонентской инфраструктуры в одночасье невозможно. Кабельные абонентские системы городов создавались на протяжении 50–100 лет, и полная замена их на оптику – даже при наличии финансирования и доброй воли со стороны операторов – может занять 20–30 лет.

Архитектура построения сетей оптического доступа характеризуется степенью приближения оптического сетевого терминала к пользователю. Сектор стандартизации Международного Союза Электросвязи (ITU-T) выделяет несколько характерных вариантов (см. рисунок 1.1):

FTTN (Fiber to the Node) – волокно до сетевого узла (от абонента 1км);

FTTC (Fiber to the Curb) – волокно до микрорайона, квартала или группы домов; до шкафа (от абонента 500м);

FTTB (Fiber to the Building) – волокно до здания (от абонента 100м);

FTTH (Fiber to the Home) – волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

   Рисунок 1.1 – Архитектуры оптических сетей

 

Как видно из рисунка, все архитектуры FTTx (Fiber To The …) предполагают наличие участка с распределительными медными кабелями, но чем он короче, тем больше пропускная способность сети. Максимальное использование оптических технологий предполагает структура FTTH, при которой оптический сетевой терминал находится в квартире пользователя и соединяется короткими соединительными кабелями с оконечными устройствами – телефоном, компьютером, телевизором и т.д. Выбор архитектуры зависит от множества условий, и в первую очередь от плотности размещения абонентов.

В современных оптических сетях доступа могут использоваться различные топологии сети (схемы соединения узлов) (рисунок 1.2). Выбор оптимальной топологии зависит от целого ряда факторов, связанных с конкретными условиями проектирования (плотность абонентов, их расположение, виды услуг и т.д.), а также от базовой оптической технологии.

 

Пассивная оптическая сеть

Пассивные оптические сети являются одной из наиболее популярных оптических технологий для сетей доступа. PON (Passive Optical Network, пассивные оптические сети) – это технологии широкополосного мультисервисного доступа по оптическому волокну. Ее идея заключается в построении сети доступа с большой пропускной способностью при минимальных капитальных затратах.

Суть технологии PON состоит в том, что ее распределительная сеть (преимущественно древовидной топологии) строится без использования активных компонентов: разветвление оптического сигнала по одноволоконной оптической линии связи осуществляется с помощью пассивных разветвителей оптической мощности – сплиттеров, которые не требуют электропитания, настройки и управления, термошкафов, недороги и очень компактны.

Структурно пассивная оптическая сеть состоит из трех главных элементов – станционного терминала OLT (optical line terminal, коммутатор), сплиттеров в узлах сети и абонентского терминала ONT (optical network terminal – в терминологии ITU-T), так же называемых ONU (optical network unit – в терминологии IEEE) – модем (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Структура пассивной оптической сети

 

Основная идея архитектуры PON – использование всего одного приемопередающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них. Таким образом реализуется решение с использованием логической топологии «точка-многоточка» (point-to-multipoint).

Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеет необходимые интерфейсы взаимодействия с абонентской стороны.

Передача и прием в обоих направлениях производятся, как правило, по одному оптическому волокну, но на разных длинах волн. В нисходящем потоке (от станции к абонентам, прямой поток) используют длину волны 1490 или 1550 нм, а в восходящем (от абонентов к станции, обратный поток) – 1310 нм.

Рисунок 1.3 – Нисходящий поток (прямой поток, к абонентам)

 

Как видно из приведенной схемы (рисунок 1.3), нисходящий поток (от OLT) содержит данные одновременно для всех ONT (модемов), но каждое оконечное устройство выделяет информацию только для своего терминала.

Рисунок 1.4 – Восходящий поток (обратный поток, от абонентов)

 

В восходящем потоке (от абонентов) каждое ONT передает информацию в свой момент времени (временное мультиплексирование кадров), и после объединения общий поток содержит сигналы от всех пользователей (рисунок 1.4).

 

Анализ технологий PON

Проанализируем технологии EPON и GPON, на основе которых сегодня строятся пассивные оптические сети.

Основные технические преимущества GPON перед EPON – более высокая скорость в нисходящем потоке и более эффективные механизмы для передачи трафика сетей с коммутацией каналов (TDM). Технология EPON не имеет явных технических преимуществ перед GPON, но значительно проще с точки зрения межсетевого взаимодействия с существующими сетями оператора и абонентскими устройствами. При равном коэффициенте разветвления на абонента сети GPON приходится вдвое большая скорость передачи в нисходящем потоке по сравнению с абонентом сети EPON. При коэффициенте разветвления 1:32 абонент GPON получит полосу 73 Мбит/с, а абонент EPON – 30 Мбит/с; при распределении 1:64 соответственно – 36 Мбит/с и 15 Мбит/с. Таким образом, технологии GPON и EPON предоставляют пользователю практически одинаковый ресурс при условии, что в одном PON-дереве сети GPON вдвое больше пользователей.

Проанализируем возможности технологий GPON и EPON для поддержки услуг triple play, под которыми сегодня понимается совокупность услуг телефонии, доступа в Интернет и передачи видеоинформации, предоставляемых в одной сетевой точке и с использованием одного типа носителя информации. Достаточно мощный профиль услуг «triple play» можно сформулировать так: одному конечному пользователю должны быть доступны три канала IPTV – один HDTV (15 Мбит/c) и два SDTV (2x4 Мбит/c), доступ в Интернет (2 Мбит/c), доступ к локальным ресурсам (1 Мбит/c), три линии VoIP (3х0,1 Мбит/c). То есть общий ресурс на одного пользователя составляет порядка 26,3 Мбит/c, при условии, что он пользуется всеми сервисами одновременно. Как следует из вышеизложенного, такой профиль услуг может поддерживаться в одном PON-дереве как для 32 пользователей EPON, так и для 64 пользователей GPON.

В GPON поддерживается механизм регулировки уровней мощности, при котором центральный узел может заставить ONT изменить мощность передатчика на одно из трех значений. Информация о текущем уровне поступает от каждого ONT в восходящем потоке. В EPON на абонентском узле поддерживается только один уровень мощности.

В EPON реализация режима Multicast в дереве PON, стандартизованная IEEE, базируется на обработке пакетов с Multicast-адресами и близка к технологиям, применяемым в Ethernet-сетях.

Помимо технических характеристик технологий, при выборе того или иного решения важными являются такие показатели, как стоимость оборудования, возможность последующей модернизации, организация взаимодействия с существующими сетями связи, особенности технического обслуживания и эксплуатации, распространенность технологических решений. Рассмотрим эти аспекты подробнее.

Стоимость оборудования определяется рядом факторов – как объективных, так и субъективных. К объективным факторам относятся сложность технологии производства, стоимость компонентов, объемы производства. К субъективным можно отнести маркетинговую политику поставщика оборудования и действия госорганов по регулированию рынка. Влияние субъективных факторов на стоимость производства плохо предсказуемо и не может являться основанием для объективной оценки.

Технология пассивных оптических сетей GPON позволяет увеличить пропускную способность сети, обеспечивает высокое качество передачи видеосигнала с предоставлением новых сервисов. Сеть строится с помощью пассивных делителей оптической мощности (сплиттеров), не требующих питания и обслуживания. Особенностью технологии является 100% оптический канал от АТС до квартиры или офиса клиента, что позволяет повысить качество передачи сигнала (голоса, данных, видео) и в десятки раз увеличить скорость передачи данных.

Цифровая телефония в рамках GPON дает возможность подключить несколько телефонных номеров. А номер не привязан к адресу проживания — в случае переезда его можно забрать с собой.

GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, и допускает системы как с одинаковой скоростью передачи прямого и обратного потока в дереве PON, так и с разной.

Услуги на базе GPON имеют достаточно широкий спектр применения с точки зрения функциональных возможностей и потребительских характеристик. Эта технология является стабильной и перспективной, удобной для пользователя.

Анализируя изложенный материал по технологиям PON, с учетом сравнительных характеристик технологий, перспектив на будущее развитие сетей широкополосного доступа, растущих потребностей клиентов и обеспечения высокоскоростной передачи данных, для реализации проекта была выбрана технология GPON.

Основное преимущество выбранной технологии GPON заключается в том, что она позволяет оптимально использовать волоконно-оптический ресурс кабеля. Также для GPON характерно повышение скорости передачи; полная поддержка DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) – механизма динамического перераспределения полосы пропускания в соответствии с запросами абонентов и наличием свободной полосы в дереве PON; поддержка передачи потокового видео; простота установки и обслуживания.