Принцип действия pon. Что такое менее плотная область? Плюсы интернета по технологии PON от Ростелекома

GEPON (Gigabit Ethernet PON) - набирающая популярность технология передачи данных по оптоволоконной сети. Ее суть - в древовидной топологии точка-многоточка, когда для построения сети используется только один оптоволоконный канал для десятков и сотен абонентов.

Дерево сети строится таким образом, чтобы ветка для абонента отделялась от основной магистрали как можно ближе к его расположению. Для разделения используется пассивный распределитель - сплиттер . Это в корне отличается от обычной топологии оптоволоконной сети, которая преимущественно имеет архитектуру точка-точка, и каждое разветвление линии требует установки активного сетевого оборудования.

Структура GEPON

Для построения оптической пассивной сети помимо оптоволокна используются:

OLT (Optical Line Terminal) -оптические линейные терминалы, обеспечивающие коммуникацию сети PON и внешних сетей;
Модули SFP OLT для подключения PON, с увеличенной мощностью и кодировкой сигнала;
ONU (Optical Network Unit) - конечный сетевой блок (модем) у абонента.
Сплиттеры - пассивные разветвители в узлах сети.

Древовидная структура GEPON предполагает различные варианты построения, от простейших - 1 OLT, 1 модуль SFP OLT, 64 ONU и необходимое количество сплиттеров для разветвления до "многоствольных", когда могут быть задействованы все порты OLT, а также несколько OLT или же многопортовые модели.

Схема архитектуры сети GEPON:

На картинке также наглядно показан способ передачи данных. От центрального узла уходят все пакеты, в конечном пункте каждый ONU "забирает" только свой, обозначенный идентификатором.

На обратном пути пакеты от абонентов собираются в один канал. В сетях PON применяется протокол TDMA , когда пакеты от разных точек передаются в разный момент времени.

Кроме того, разделяется входящий и исходящий трафик, а также трафик ТВ .

Схема сложной структуры GEPON:

При проектировании сложных схем пассивной оптоволоконной сети важно помнить, что один канал нельзя делить более чем на 64 абонентских устройства, и следует учитывать оптический бюджет системы.

Оптический бюджет системы - разница между мощностью передачи OLT и чувствительностью приема ONU.

Максимальное расстояние , на которое можно протянуть пассивную оптическую сеть, с учетом потерь на канале - 20 км .

Максимальное количество абонентских устройств , подключаемых к одному "дереву" PON -64 . Однако конечное число абонентов может быть больше, если после ONU подключать коммутатор. Здесь ограничения накладываются только таблицей MAC-адресов OLT и ONU, и, естественно, пропускной способностью канала.

Минимальная скорость на 1 абонента - 16 Мб/сек (1024 Мб/сек на 64 ONU).

Оборудование для сети GEPON

Оптические линейные терминалы - OLT

Эти устройства представляют собой свитчи второго уровня, оснащенные портами Uplink - для соединения с внешними источниками данных (интернет, ТВ, телефония) и Downlink - для сети PON.

OLT-терминалы выпускаются с обозначениями:

AC - для питания коммутатора используется стандартная электросеть на 220 В;
DC - терминалу нужен источник постоянного тока 36-72В;
2-AC 2-DC - наличие 2-х источников питания, основного и мгновенно включающегося резервного.

Абонентские терминалы (модемы) - ONU

Устройства на стороне абонента, оптические терминалы, оснащенные одним PON-портом, и одним или несколькими, в зависимости от модели, портами для подключения клиентского оборудования. Существуют модели с выходом кабельного ТВ.

Сплиттеры

Недорогие компактные простые устройства, не требующие электропитания, термошкафов, управления и настройки. Их главная задача - разделение трафика на пути от провайдера к абоненту, и смешение трафика - на обратном. Бывают сварные (с возможностью неравномерного распределения трафика) и планарные (равноплечие). Разветвление - от 1*2 до 1*128.

Недостатки технологии

Затухание сигнала на каждом узле ветвления. В итоге в сети на 64 ONU общее затухание может превысить 20 ДБ.
Необходимость максимальной пропускной способности всех устройств. Хотя каждый конкретный абонент получает от 16 Мбит/сек, каждая точка сети (ONU) вынуждена поддерживать максимальную пропускную способность GEPON - 1 Гбит/сек.
Недостаточно высокий уровень безопасности данных. Технология определенно не подойдет для финансовых и подобных организаций.
Сложность модернизации. Для того, чтобы увеличить пропускную способность сети, может потребоваться заменить весь кабель на магистрали.
Помехи в работе всей PON при одном неисправном устройстве ONU, передающем непрерывный световой сигнал в обратную сторону. Можно предусмотреть WathDog для контроля случайных поломок, но гораздо сложнее предотвратить действия злоумышленников.
Сложность обнаружения неисправностей. Сплиттеры, ввиду своей чрезвычайной простоты, неспособны помочь в определении сбойного участка сети.

Преимущества GEPON

Экономный расход оптического кабеля . Фактически, технология GEPON позволяет сократить протяженность кабельной инфраструктуры почти втрое.
Отсутствие активного оборудования на узлах сети, что существенно снижает расходы на ее проведение и обслуживание.
Высокая поддерживаемая скорость - до 1 Гбит/сек.
Эффективное распределение нагрузки в канале . Теоретически скорость для каждого абонента будет составлять пропускную способность канала/ количество абонентов. Фактически же, если какие-то абоненты в данный момент используют не всю свою полосу трафика или не подключены вовсе - скорость у остальных увеличивается.

Как видим, GEPON имеет и свои плюсы, и свои минусы. Однако растущая популярность показывает, что многие находят все-таки больше плюсов.

В одном из следующих наших выпусков - ответы на частые вопросы относительно пассивной оптоволоконной сети.

Интенсивное развитие отрасли телекоммуникаций, обусловленное потребностями в передаче все больших объемов информации, привело к необходимости совершенствования сетей связи, в том числе сетей абонентского доступа. На сегодняшний день можно наблюдать этап конвергенции сетей связи. В конвергентных сетях для предоставления различных видов услуг используются единые мультисервисные сети, ориентированные на пакетных трафик. Предоставление качественных широкополосных услуг требует наличия у провайдера высокоскоростной сети абонентского доступа.

В качестве среды передачи для проводных сетей абонентского доступа все чаще используют волоконную оптику. Оптические кабели в отличие от электрических имеют ряд преимуществ: высокая пропускная способность, малое ослабление сигнала, высокая защищенность от внешних электромагнитных помех, малые размеры и масса. Среди оптических технологий доступа наиболее востребованы группа технологий FTTx. Технологии FTTx подразделяются по сетевому построению на активные оптические сети AON и пассивные оптические сети PON. Главное отличие этих технологий состоит в том, что пассивная оптическая сеть в отличие от активной не требует электропитания для промежуточных узлов абонентской линии. Вследствие этого пассивная оптическая сеть будет надежней и дешевле в эксплуатации. Другими немаловажными преимуществами являются малые затраты на строительство сети и возможность ее постепенного наращивания. Такие преимущества позволят расширять существующую сеть и привлекать новых абонентов. Таким образом технология PON представляет особый интерес в плане расширения сферы применения широкополосных сетей.

Оптические сети доступа имеют различные варианты построения. Топология «звезда» со связями точка-точка (P2P, point-to-point) предполагает подключение каждого абонента отдельным волокном к узлу доступа. Топология «звезда» применяется при плотном расположении абонентов в районе АТС. Данная топология характеризуется минимальным количество оптических разветвителей и единственным местом их установки. Очевидным недостатком данной топологии является наличие большого количества волокон и оптических передатчиков. Достоинства данной топологии: удобство в обслуживании, проведении эксплуатационных измерений и обнаружения места повреждения линии. Данная топология характеризуется высокой надежностью, так как разрыв одного из волокон не повлияет на работу всей сети.

Топологии типа «дерево» применяется при разнесенным расположении абонентов. Оптимальное распределение мощности между различными ветвями решается подбором коэффициентов деления оптических разветвителей. Древообразная топология гибкая с точки зрения потенциального развития и расширения абонентской базы. В зависимости от необходимости наличия электропитания для промежуточных узлов различают топологии «дерево с активными узлами» и «дерево с пассивными узлами». У каждой из топологий есть свои достоинства и недостатки.
При использовании топологии «дерево с активными узлами» каждый абонент подключается к коммутатору, который в свою очередь соединяется волокном с узлом доступа. Коммутатор является активным оборудованием, то есть требующим электропитания. При отсутствии электропитания абоненты, подключенные к коммутатору, потеряют доступ к сети. Однако это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet и является относительно дешевым.

Топология «дерево с пассивным оптическим разветвлением» со связями точка-многоточка (P2MP, point-to-multipoint) использует магистральное волокно, которое разделяется между всеми абонентами с помощью пассивного разветвителя (сплиттера). Каждый пользователь подключается к разветвителю отельным волокном. К одному порту узла доступа можно подключить целый сегмент древовидной архитектуры, который охватывает десятки абонентов. На промежуточных узлах устанавливаются полностью пассивные разветвители, не требующие электропитания и обслуживания. К преимуществам архитектуры PON можно отнести отсутствие необходимости электропитания на промежуточных узлах, высокая масштабируемость сети, экономия волокон и оптических передатчиков в центральном узле. Масштабируемость сети позволяет подключать новых абонентов так много, как это позволяет оптический бюджет мощности.

Принцип работы сети PON

Основой технологии PON является логическая структура «точка-многоточка» P2MP. К одному порту центрального узла можно подключить целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий множество абонентов. На промежуточных узлах дерево устанавливаются промежуточные пассивные элементы – сплиттеры. Сплиттеры предназначены для деления мощности оптического сигнала в заданном соотношении.

Назначение блоков схемы:

Центральный узел OLT – сетевое устройство, которое располагается в узле доступа, принимает данные со стороны магистральный сетей через интерфейсы SNI и формирует нисходящий поток к абонентам по дереву PON.
Абонентский узел ONT – сетевой устройство, которое располагается на стороне абонента, осуществляет прием и передачу данных к OLT на длинах волн 1550 нм и 1310 нм соответственно, конвертирует данные и передает их абонентам через интерфейсы UNI.
Сплиттер – пассивный оптический многополюсник, который распределяет поток оптического излучения в одном направлении и объединяет этот поток в обратном.

Главная идея архитектуры PON состоит в том, чтобы использовать всего один приемопередающий модуль в центральном узле OLT для передачи данных множеству абонентских узлов ONT и приема от них.

Количество абонентских узлов ONT, подключаемых к одному приемопередающему модулю OLT, зависит от бюджета мощности и максимальной скорости приемопередающей аппаратуры. Для передачи прямого (исходящего) потока от OLT к ONT используется длина волны 1550 нм. При передачи обратных (восходящих) потоков данных от абонентских узлов от ONT к OLT используется длина волны 1310 нм. Мультиплексоры WDM, встроенные в оборудование OLT и ONT, разделяют исходящие и восходящие потоки.

WDM – это мультиплексирование с разделение по длине волны. Данная технология позволяет объединить несколько информационных каналов по одному оптическому волокну. При этом для каждого из каналов выделяется своя частота. Технология WDM основана на том, что при передаче света на различных длинах волн, в волокне не возникает их взаимной интерференции. Каждая длина волны представляет один оптический канал в волокне. Исходящий поток является широковещательным – передается всем абонентам, подключенным к OLT. Каждый абонентский узел ONT для того, чтобы выделить из общего потока предназначенную ему информацию читает адресные поля. Абонентские узлы ведут передачу на одинаковой длине волны и для того, чтобы не возникали пересечения сигналов, они использует метод множественного доступа временным разделением TDMA. Каждый ONT имеет свое индивидуальное расписание по передаче данных с учетом поправки на задержку. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Непосредственно в помещении абонента устанавливается оптический терминал ONT, который является одновременно домашним шлюзом доступа. При использовании унифицированного транспортного оптического терминала ONT, конфигурация транспортной составляющей не привязана к услугам. Таким образом, последующая конфигурация услуг будет осуществляться на домашнем шлюзе доступа.

При строительстве оптической сети используется двухкаскадная схема деления оптического сигнала. На станционной стороне устанавливается сплиттер с коэффициентом деления 1:2. В подъезде дома в оптическом распределительном шкафу устанавливается сплиттер с коэффициентом деления 1:32, обеспечивающей распределение оптического сигнала среди абонентов жилого здания. Стоит отметить, что домов с малым количеством абонентов используются другие схемы распределения оптического сигнала:

1:4 – первый уровень, 1:16 – второй уровень
1:8 – первый уровень, 1:8 – второй уровень

Технологии пассивных оптических сетей позволяют осуществить конвергенцию различных услуг. При использовании PON возможно предоставление услуг доступа в Интернет, телефонии, телевидения. Предоставление комплексных услуг реализуются с использованием абонентского оборудования. Для организации доступа к услугам NGN используется гибридная сервисная модель, представленная на рисунке.

На оборудовании абонента (PC) инициируется PPPoE-сессия. ONTнастроен в режиме работы моста. Маршрутизатор широкополосного удаленного доступа BRAS производит терминацию PPPoE-сессии. Для организации доступа в Интернет каждому виртуальному адаптеру PPPoE на оборудовании абонента присваивается свой публичный IP-адрес, который маршрутизируется в сети Интернет.

Для организации услуг Triple Play организуются три виртуальной частной сети VLAN. В пределах первого VLANпередается трафик доступа в Интернет. Второй VLAN передает трафик услуг IPTVи VoD. На третьем VLAN организуются передача услуг аналоговой и IP-телефонии. Абонентский терминал ONTсравнивает идентификатор порта, через который соединено абонентское оборудования и идентификатора, соответствующего VLAN.

Аналоговый телефон подключается по порту FXS, который эмулирует расширение интерфейса АТС. Для предотвращения широковещательной ретрансляции multicast трафика на оборудовании OLT включен процесс IGMP snooping. Шлюзы доступа IPTV и VOD, а также гибкий коммутатор Softswitch предоставляют доступ к услугам телевидения и телефонии соответственно.

Подписывайтесь на нашу

Постоянное развитие технологий позволяет подключать в квартиры интернет на все более высоких скоростях. Одним из способов такого подключения является технология Gpon, которая предлагается и компанией Ростелеком.

Gpon – общее описание работы

Пассивные оптические технологии (Pon) появились не очень давно, но уверенно вытесняют традиционные способы организации доступа в интернет, работающих по медным кабелям. Оптический кабель имеет огромные преимущества перед медным кабелем:

Префикс «G» предполагает, что подключение осуществляется на гигабитной скорости. Пассивной данная технология называется потому, что между узлом провайдера и конечным потребителем нет никакого активного сетевого оборудования, и оптика прокладывается непосредственно в квартиру клиента.

Никакого оборудования и не требуется, ведь длина оптического кабеля без дополнительного усиления сигнала до 20 км, а в ближайшее время ведутся разработки по увеличению магистрали до 60 км.

Подключение может осуществляться в синхронном и асинхронном режимах. Обычно провайдеры отдают предпочтение асинхронному режиму. Максимальная скорость ограничивается 2,5 Гб/с на прием, и 1,25 Гб/с на передачу информации.

Принцип подключения к Ростелеком

Для того, чтобы подключиться будущему абоненту необходимо обратиться в ближайший офис Ростелеком и оставить заявку. Подключить можно одну или несколько услуг на выбор:

Интернет;
Городская (стационарная) телефония;
IP телевидение.

Любое подключение к провайдеру по проводам требует дополнительных затрат.

Те клиенты, которые ранее уже были подключены к Ростелекому по технологии ADSL, знают это на собственном опыте, новым абонентам об этом будет сказано при подаче заявки.

Основными трудностями является монтаж кабеля, который в силу специфических качеств не желательно сильно изгибать, поэтому обычно все оборудование устанавливается в прихожей. К оборудованию относят специальный ONT маршрутизатор, предназначенный для работы в оптоволоконных сетях, который можно арендовать непосредственно у провайдера или же купить самостоятельно. Желательно, чтобы в прихожей была смонтирована электрическая розетка. Подключение конечных устройств производится по обычной витой паре Ethernet, или через WiFi.

Схема сети Gpon предоставленная провайдером Ростелеком.

После того, как будут согласованы с клиентом технические вопросы, приобретен роутер, заключается договор на обслуживание. Производится монтаж и прокладка кабеля, и настройка маршрутизатора.

Настройка оборудования для подключения

Если маршрутизатор приобретается или арендуется у Ростелеком, то первоначальная настройка его производится при монтаже непосредственно работниками Ростелеком. В тех случаях, когда абонент занимается покупкой роутера сам или у него уже есть оборудование, то варианты конфигурации могут различаться в зависимости от модели и производителя сетевого оборудования, а также от его возможностей. В интернете можно найти достаточно информации с пошаговыми инструкциями, по которым можно провести настройку самостоятельно.

Ростелеком предлагает своим клиентам несколько моделей ONT устройств, одно из которых G PON ONT RFT620. Это довольно удачная и универсальная модель, которая позволяет подключить к LAN до 4-х устройств, и неограниченное количество по беспроводной технологии, есть возможность просмотра потокового телевидения, и подключения до 2-х стационарных телефонов.

Все настройки осуществляются через веб конфигуратор. Для этого нужно набрать в браузере адрес «192.168.1.254 », и ввести имя и пароль пользователя: user/user. Никаких настроек интернета вбивать не нужно, это уже сделано провайдером. Необходимо просто настроить домашнюю сеть под свои нужды:

включить беспроводной модуль WiFi;
изменить настройки безопасности;
установить статические или динамические IP адреса и пр.

Услуги и пакеты

Компания Ростелеком предлагает своим клиентам множество различных вариантов и пакетов услуг, самыми популярными из которых являются следующие:

домашний интернет по оптоволоконной линии с выбором скорости подключения;
интерактивное телевидение с более, чем 160-ю каналами;
домашний стационарный телефон, с возможностью выбора тарифа на звонки;
мобильная телефония;
аренда ONT маршрутизатора по низкой цене.

Все эти услуги можно выбирать отдельно или комбинировать в пакеты. От выбора будет зависеть и месячная абонентская плата. Компания проводит постоянные акции и скидки, информацию о которых можно найти на их портале. Так же для каждого региона отдельно цена на услуги отличается.

Плюсы и минусы подключения по технологии Gpon

Подключение по GPON, как и любым другим способом имеет свои положительные и отрицательные стороны. К положительным можно отнести следующие:

Кабель протягивается непосредственно между АТС провайдера и в квартиру пользователя, т.е. отсутствуют промежуточные узлы, что значительно повышает скорость передачи информации и стабильность сигнала.
Сигнал в оптоволоконном кабеле передается не электрическими, а световыми импульсами. Это означает, что вообще нет никакой опасности получить травму от удара током.
Возможность подключить сразу несколько услуг, через одно ONT устройство.

Есть, конечно, и недостатки в таком способе подключения:

Оптический провод сильно боится резких перегибов, а это говорит о том, что сложно будет подвести его по квартире в дальние комнаты. Так же на кабель не рекомендуется ставить мебель и другие тяжелые объекты.
Хотя в кабеле и нет ничего ценного для продажи, магистральные линии и разводка в подъездах постоянно подвергаются угрозам со стороны вандалов.
По кабелю не передается электричество, поэтому и со стороны животных к нему присутствует повышенный интерес. Желательно прятать его в короба.

Или Gigabit PON стала внедряться относительно недавно. Разберемся, что стало предпосылками появления технологии GPON, какие у неё перспективы, а также сравним её с конкурирующими технологиями - PON и GEPON.

В 2014 году будет отмечаться 45-летие первого компьютерного сеанса связи, проведенного в США на расстоянии около 640 км. Это событие считается началом зарождения Интернета. Правда, предшествующая Всемирной паутине сеть ARPANET в то время была доступна очень узкому кругу людей и организаций. Подключение же к ней «посторонним» счастливчикам, обладающим компьютерами, стало возможно только в 1991 году. И лишь появление в 1993 году веб-браузера NCSA Mosaic обеспечило предпосылку взрывного роста мировой интернет-аудитории. Так что история «массового Интернета» на текущий 2013 год насчитывает всего 20 лет.

В первое десятилетие развития глобальной сети среди пользователей, обращавших внимание на такой показатель как «пропускная способность канала связи (скорость передачи данных в битах)» или связанную с ним характеристику «полоса пропускания», были «считанные единицы» людей, знакомых с теоретическими основами радиотехники. А сегодня о «скоростях в Интернете» рассуждают все. И все хотят иметь в распоряжении «высокоскоростной Интернет».

Почему именно высокоскоростной? И где тот предел, с которого можно считать доступ в Интернет «высокоскоростным»?

У массового пользователя скорость Интернета ассоциируется, прежде всего, с интервалами времени загрузки «тяжелых» видео-, музыкальных и графических файлов, количество которых в Сети растет в геометрической прогрессии, да и сами они «укрупняются». Корпоративным потребителям онлайн-услуг (а с недавнего времени еще и «облачных») нужна высокая скорость реакции на запросы в используемых системах управления бизнесом.

Значит, высокоскоростной Интернет - это насущная необходимость, а не прихоть (как для «юзеров», так и для компаний). «Граница» же, с которой начинается высокоскоростной Интернет, на сегодняшний день, по мнению специалистов, проходит на уровне 10 Мб/c.

«Оптика» вытесняет «медь»

Всемирная компьютерная сеть начала развиваться на базе существующих телефонных линий с использованием технологий xDSL. Самая «продвинутая» разновидность этого «медного» семейства — модемная технология ADSL2+ обеспечивает скорость входящего потока 24 Мб/с (исходящего — 1,2 Мб/с). В настоящее время она является безусловным лидером по количеству подключений во всех странах мира. Однако «медные» линии связи, проложенные десятки лет назад, устаревают как физически, так и морально и постепенно заменяются оптическими сетями FTTx, использование которых позволяет на два порядка повысить скорость обмена информацией в Интернете. А в недалекой перспективе - еще больше.

В последнее пятилетие процесс замены медных кабельных трасс на оптические нарастает и, по расчетам аналитиков, еще через пять лет соотношение «оптика/медь» в телекоммуникациях кардинально изменится в пользу «оптики».

Архитектура FTTx (Fiber to the x) представляет собой отрезок оптоволоконной линии связи, подключенный с одной стороны к приемопередающей станции OLT (Optical Line Terminal - оптический линейный терминал), установленной у оператора, а с другой - к приемопередающим модулям абонентов - ONT (Optical Network Terminal) или ONU (Optical Network Unit) .

ONT - терминал индивидуального пользования (его также называют оптическим модемом), устанавливаемое в квартире. ONU - предназначено для установки в распределительном шкафу многоквартирного дома и имеет несколько портов для подключения компьютеров, телевизоров, телефонов, находящихся в соседних квартирах.

ONT и ONU преобразуют оптические сигналы, поступившие от OLT, в электрические (направляемые, например, в компьютеры, телевизоры, телефоны), а также выполняют обратное преобразование электрических сигналов, поступивших от терминалов пользователей, в оптические, которые отправляются в OLT.

Если в отрезок оптической линии внедрить сплиттеры (пассивные разделители сигнала, поступающего от OLT) и к их выходам подключить ONT, то такой переход от одноволоконной структуры FTTx к древовидной приведет к образованию пассивной оптической сети - PON (Passive Optical Network).

Работа PON состоит в организации множественного доступа через одно оптоволокно посредством временного мультиплексирования (Time Division Multiplexing Access - TDMA) и частотного разделения трактов приема и передачи (Wavelength-Division Multiplexing - WDM). Мультиплексоры WDM, работающие в составе OLT и ONT, разделяют прямой (входящий) и обратные (исходящие) сигналы, транслируемые на разных длинах волн (прямой - 1,49 мкм, обратный - 1,31 мкм). К этим потокам может быть добавлен сигнал кабельного телевидения, передаваемый на длине волны 1,55 мкм.

Первые ростки технологий PON появились около 15 лет назад, и за прошедшее время Международным союзом электросвязи (МЭС) выпущено пять стандартов передачи данных по оптоволокну. Активное оборудование, выпущенное в соответствии с требованиями этих стандартов, обеспечивает скорости от 155 Мб/с до 2488 Мб/с. Об особенностях этих стандартов будет рассказано ниже, а пока что подчеркнем, что общими для всех разновидностей технологий PON достоинствами являются возможности простого наращивания абонентской базы, ее обслуживания и модернизации, а также низкие (по сравнению с «медными» технологиями) эксплуатационные затраты.

GPON: движущая сила стандарта

Первый стандарт семейства PON - APON (ATM PON) был утвержден МЭС в конце 1998 года и уже в следующем году американские и японские операторы связи приступили к строительству пассивных оптических линий. Передача данных по этому стандарту осуществляется на базе протокола ATM, описывающего способ коммутации и мультиплексирования, основанный на передаче данных в виде ячеек фиксированного размера (ячеек ATM). Скорость передачи данных - 155 Мб/с.

Внесение в APON новых технологий, в частности, динамического назначения полосы в зависимости от приложений, поддержки протоколов SDH, FE, GE, SDI PAL, El, E/FE и телефонии, обеспечило дополнительную функциональность в областях трансляции речи, разнообразного видеоконтента и телевещания (первое появление в PON третьей длины волны). Что и обусловило утверждение «дочернего» стандарта APON - BPON (Broadband PON). При этом скорость передачи данных повысилась до 622 Мб/с.

Следующим «звеном в цепочке» APON - BPON стал стандарт GPON (Gigabit- capable Passive Optical Network) , реализация которого обеспечивает работу сети как в симметричном, так и в асимметричном режимах. Чаще используется второй режим, при котором скорость передачи данных в прямом потоке достигает 2,488 Гб/с, а в обратном - 1,244 Гб/с (обычно эти числа округляют и говорят о 2,5 Гб/с и 1,25 Гб/с).

Обычно к оптическому модему (ONT) сети стандарта GPON домашний ПК подключается либо по витой паре, либо по беспроводной связи (Wi-Fi). В ONT также есть порты для подключения телевизора и VoIP-телефона.

Базовым протоколом в технологии GPON стал GFP (Generic Framing Protocol), хотя используются также рекомендации TDMA, SDH, Ethernet, ATM.

Параллельно с совершенствованием PON-технологий в мире происходило развитие оптических сетей Ethernet и достижения этой коммуникационной «ветви» в области высокоскоростной передачи данных были использованы в стандарте EPON (Ethernet PON), который был разработан на базе протокола MPCP (Multi-Point Control Protocol), осуществляющего управление множеством узлов. А его улучшенная версия - GEPON (Gigabit EPON) по своим характеристикам и возможностям сегодня уступает только безусловному лидеру PON-технологий - GPON.

Что «бросается в глаза» в приведенном мини-обзоре технологий, используемых в пассивных оптических сетях? - То, что различия в их функциональности обусловлены главным образом тем, какие протоколы передачи данных положены в основу стандартов.

GPON и GEPON: простая арифметика

Если известны числовые показатели (или даже описания), выражающие какие-либо характеристики объектов, которые нужно сравнить, то такое сравнение произвести довольно просто, размещая соответствующие числа в строку или в столбик. И сразу же будет видно, «кто кого лучше». Проведем такое сравнение GPON и GEPON.

Итак, скорость передачи в прямом потоке у GPON - 2,5 Гб/с, а у GEPON - 1,25 Гб/с.

Максимальное число абонентских узлов на одно волокно у GPON - 64, а у GEPON - 16, что обуславливает более низкую стоимость порта на одного абонента в оптическом терминале оператора, произведенном по стандарту GPON, и значительно меньшее потребление электроэнергии станционным оборудованием, чем при использовании операторского оборудования стандарта GEPON.

Загруженность полосы пропускания по технологии GPON - не менее 93%, а по GEPON - не более 60%. Это различие обусловлено тем, что в активном оборудовании GPON, используется технология фрагментации кадров GEM (GTC Encapsulation Method), повышающая эффективность использования полосы пропускания. В технологии же GEPON такого инструмента нет.

Вот и вся «простая арифметика», объясняющая популярность GPON.

GPON: кабели внутридомовой разводки

Сеть GPON состоит из магистральных и распределительных линий связи. Протяженность магистральных трасс GPON в настоящее время достигает 20 км (в ближайшие годы разработчики технологии GPON обещают увеличить максимальную длину магистрального оптоволокна до 60 км). Магистральные участки прокладываются (подробнее о прокладке оптоволоконного кабеля ) с использованием традиционных методов воздушной или подземной прокладки оптических кабелей с защитной оболочкой, которая обеспечивает долговечность эксплуатации кабельной линии в условиях повышенной влажности и перепада температур.

Для распределительной инфраструктуры GPON, создаваемой, например, в пределах многоквартирного дома, применяются дроп- и райзер-кабели. Особенностью «этажных» дроп-кабелей, предназначенных для ответвления оптической линии от подвесного распределительного кабеля, является предоставляемая их конструкцией возможность «гибкой» трассировки с малыми радиусами изгиба.

Райзер-кабели, применяемые для вертикальной межэтажной разводки, содержат 6-12 оптических волокон, которые легко укладываются в кассетах, а для их сварки требуется существенно меньшее время, чем при сварке оптических волокон других видов кабелей.

GPON: скорость эволюции нарастает

Преимущества стандарта GPON по сравнению с другими разновидностями технологий PON были неоспоримы уже с момента его утверждения в 2003 году. Однако к 2010 году в России пользователей ШПД на основе GPON «набралось», по данным компании J’son & Partners Consulting, всего 80 тысяч. Основным барьером к большему росту, как это почти всегда случается с продуктом, появившимся на рынке, была высокая цена активного оптического оборудования. В последние несколько лет цены на станционные приемопередатчики и абонентские оптические модемы заметно снизились, благодаря чему к началу 2017 года (по прогнозам аналитиков той же компании) количество российских пользователей GPON приблизится к 6 млн, то есть за семилетку увеличится почти в 75 раз!

Технология PON

PON (Passive optical network) — технология пассивных оптических сетей.

Одна из главных задач, стоящих перед современными телекоммуникационными сетями доступа - так называемая проблема «последней мили», предоставление как можно большей полосы пропускания индивидуальным и корпоративным абонентам при минимальных затратах.

Суть технологии PON заключается в том, что между приемопередающим модулем центрального узла OLT (Op tical line terminal) и удаленными абонентскими узлами ONT (Optical network terminal) создается полностью пассивная оптическая сеть, имеющая топологию дерева. В промежуточных узлах дерева размещаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры) - компактные устройства, не требующие питания и обслуживания. Один приемопередающий модуль OLT позволяет передавать информацию множеству абонентских устройств ONT. Число ONT, подключенных к одному OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры.

Рис. 1. Архитектура PON сети

Для передачи прямого и обратного каналов используется одно оптическое волокно, полоса пропускания которого динамически распределяется между абонентами, или два волокна в случае резервирования. Нисходящий поток (downstream) от центрального узла к абонентам идет на длине волны 1490 нм и 1550 нм для видео. Восходящие потоки (upstream) от абонентов идут на длине волны 1310 нм с использованием протокола множественного доступа с временным разделением (TDMA).

Для построения PON используется топология «точка - многоточка» и сама сеть имеет древовидную структуру. Каждый волоконно-оптический сегмент подключается к одному приемопередатчику в центральном узле (в отличие от топологии «точка - точка», что также дает значительную экономию в стоимости оборудования. Один волоконно-оптический сегмент сети PON может охватывать до 32 абонентских узлов в радиусе до 20 км для технологий EPON / BPON и до 128 узлов в радиусе до 60 км для технологии GPON. Каждый абонентский узел рассчитан на обычный жилой дом или офисное здание и в свою очередь может охватывать сотни абонентов. Все абонентские узлы являются терминальными, и отключение или выход из строя одного либо нескольких абонентских узлов никак не влияет на работу остальных.

Центральный узел PON может иметь сетевые интерфейсы ATM, SDH (STM-1), Gigabit Ethernet для подключения к магистральным сетям. Абонентский узел может предоставлять сервисные интерфейсы 10/100Base-TX, FXS (2, 4, 8 и 16 портов для подключения аналоговых ТА), E1, цифровое видео, ATM (E3, DS3, STM-1c).

Рис.2. Сравнение технологий

Тестирование PON сети

При тестировании сети PON оператора обычно волнуют два основных вопроса:

Реальное затухание в оптической линии между центральным узлом и абонентским устройством (действующим или готовящимся к подключению).
Местоположение проблемного участка, если реальное затухание в линии оказалось выше ожидаемого (расчетного или опорного).

Для ответа на первый вопрос достаточно провести простые измерения с помощью оптического тестера. Второй вопрос более сложен и требует применения оптического рефлектометра (OTDR) , а также определенного опыта расшифровки рефлектограмм.

Как правило, желательно, чтобы все необходимые измерения могли проводиться на работающей сети PON без отключения абонентов (кроме, возможно, тестируемого). Такое тестирование осуществляется на нерабочей длине волны с применением дополнительных устройств (волновых мультиплексоров DWDM, фильтров), чтобы излучение измерительной аппаратуры не вносило помех в полезный сигнал. Как уже упоминалось, в сети PON для прямого канала (от центра к абонентам) используется длина волны 1490 или 1550 нм (для видео), для обратного - 1310 нм. Для тестирования сети PON обычно используют длину волны 1625 нм.

Излучение измерительной аппаратуры (тестера, рефлектометра) вводится в волокно сразу после OLT с использованием волнового мультиплексора (DWDM). Это излучение способно вызвать помехи на оптическом приемнике абонентского устройства, поэтому перед каждым абонентским устройством ONT необходимо установить фильтр. Для того чтобы можно было проводить тестирование без отключения сети, волновой мультиплексор и фильтры должны быть стационарно включены в оптический тракт, (см. Рис. 3).

Рис. 3. Схема подключения волнового мультиплексора и фильтров к PON

Для измерения затухания в оптической линии между OLT и ONT используется оптический тестер на 1625 нм. Передатчик тестера подключается к свободному концу волнового мультиплексора на OLT. Приемник тестера подключается к свободному концу волокна перед фильтром, (см. Рис. 4).

Рис. 4. Измерение затухания с отключением абонентского устройства

Можно измерять затухание и без отключения абонентского устройства. Для этого на ONT нужно использовать не фильтр, а волновой мультиплексор, как на центральном узле, (см. Рис. 5).

Рис. 5. Измерение затухания без отключения абонентского устройства

Затухание на длине волны 1625 нм несколько выше, чем на 1550 и 1490 нм (в среднем на 10%). Поэтому тестирование затухания на длине волны 1625 нм дает оценку сверху для затухания на рабочих длинах волн. Если эта оценка укладывается в допустимый бюджет (23 дБ), то затухание на рабочих длинах волн заведомо удовлетворяет требованиям по бюджету. Если затухание на длине волны 1625 нм превышает допустимое значение, то для точного определения затухания на рабочих длинах волн необходимо провести перерасчет на основе паспорта оптического кабеля.

Измерение в PON с помощью оптического тестера позволяет получить реальное значение затухания на участке от OLT до ONT, но не дает ответа на вопрос, где находится проблемный участок, если это затухание оказалось выше ожидаемого (расчетного или опорного). Для локализации проблемного участка используется более сложное устройство - оптический рефлектометр (OTDR).

Рефлектометр с тестовым модулем на 1625 нм подключается к свободному концу волнового мультиплексора на OLT, (см. Рис. 6). Излучение рефлектометра распространяется по дереву PON и за счет отражения на препятствиях и обратного рассеивания в оптическом волокне частично поступает обратно на вход рефлектометра. Таким образом, снимается рефлектограмма дерева PON - график затухания в линии в зависимости от расстояния. Каждый пик или скачок затухания на этом графике соответствует определенному элементу сети, либо событию в волокне.

Рис. 6. Снятие рефлектограммы дерева PON

Методика тестирования сети PON с использованием рефлектометра заключается в следующем. После каждого изменения топологии сети (подключения нового абонента, замены сплиттера и т.п.) снимается опорная (эталонная) рефлектограмма, соответствующая нормальному состоянию сети. При обнаружении проблем в сети (например, если затухание, измеренное оптическим тестером, оказалось выше расчетного) снимается новая рефлектограмма, которая сравнивается с опорной. Новые события на рефлектограмме локализуют местоположение проблемного участка, (см. Рис. 7).

Рис. 7. Анализ новых событий на рефлектограмме.

С помощью рефлектометра можно вести мониторинг сети PON и обнаруживать деградации волокна еще до того, как возникнут проблемы. Для этого необходимо регулярно (например, раз в неделю) снимать рефлектограмму сети и сравнивать ее с опорной рефлектограммой. При появлении любых отклонений и тем более новых событий на рефлектограмме необходимо анализировать их возможные причины и при необходимости проводить адекватные профилактические мероприятия.