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

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.

Наряду с совершенствованием сетевого оборудования у поставщика услуг интернета, а также его потребителя развиваются и модернизируются технологии изготовления линий передачи сигнала. Недавно возникшие пассивные оптические сети постепенно вытесняют линии передачи сигнала по медным проводам. Новую технологию активно внедряют основные операторы интернета.

Линии GPON «Ростелеком» проложены уже во многих крупных и малых населенных пунктах страны. Их отличает большая пропускная способность, высокая скорость передачи информации и надежность при эксплуатации.

Буквы PON в аббревиатуре означают «Пассивная оптоволоконная сеть», а первая буква G (гигабитная) определяет скорость обмена в сети, выполненной по этой технологии для передачи информации на огромных скоростях. Пассивными сети называют из-за отсутствия промежуточных усилительных (активных) узлов на пути передачи импульсной информации от провайдера до абонента и обратно.

При использовании технологии GPON «Ростелекома» обмен осуществляется по кабелю, состоящему из отдельных жил оптоволокна определенного количества, помещенных в оболочку из полиуретана. В зависимости от условий прокладки оптоволокно дополнительно защищается бронированной оболочкой из проволоки или металлической фольги.

Эта защита выполняется для устранения внешних механических воздействий на оптоволокно, а не для предотвращения влияния на линию электромагнитных воздействий. Оптоволокно к ним невосприимчиво. Весь обмен по оптической линии в «Ростелекоме» производится световыми импульсами. Рассмотрим, как работает технология PON.

В магистральном кабеле провайдера количество проводящих свет жил больше 100. Для создания разветвленной сети применяют пассивные сплиттеры (оптические делители), разветвляющие общий кабель «Ростелекома» на отдельные «ручейки». Каждый из них впоследствии также способен делиться через собственный сплиттер для обеспечения информацией определенного количества абонентов провайдера «Ростелеком».

Сплиттеры не имеют в своем составе активных компонентов для функционирования, что не требует подвода к ним сети питающего напряжения. Такое построение определяет высокую степень надежности оптоволоконной «Джипон»-сети. При возникновении обрывов от внешнего воздействия работоспособность восстанавливается применением сварки по специальной технологии, выполняемой обученным персоналом «Ростелекома».

Оптоволокно на сегодняшний день способно обеспечить передачу световых импульсов без потери качества информации на расстояние до 20 км без дополнительного усиления.

Преимущества оптоволокна

По сравнению с линиями, использующими для обмена информацией металлические медные жилы, обычной витой паре Ethernet свойственны следующие достоинства:

Недостатки оптоволокна

Выявлены некоторые минусы оптоволоконных линий:

1. хрупкость материала среды распространения света, которым является кварц, подобный стеклу;
2. повышенные требования к квалификации персонала, проводящего монтаж оптоволокна, применением сотрудниками специального инструмента;
3. невозможность провести ремонт линии в случае возникновения обрыва (приходится вырезать и заменять целый участок оптоволокна);
4. потеря стеклом прозрачности в процессе длительной эксплуатации, появление микротрещин в его структуре;
5. использование ограниченной номенклатуры аппаратуры, способной принимать и декодировать сигнал, переданный с использованием оптоволокна GPON.

Принцип подключения к «Ростелекому»

В разных регионах действия оператора техническая служба «Ростелекома» производит доставку интернета GPON с использованием разных схем подключения. В случае применения FTTH оптоволокно проводится непосредственно в каждую квартиру абонентов. В жилой зоне устанавливается устройство, преобразующее сигнал от «Ростелекома» в понятный интерфейс Ethernet. Оно имеет название ONT – «Оптический терминал».

Исходя из свойств оптоволокна при прокладке кабеля, выбирается путь, имеющий минимальное количество изгибов, особенно под острыми углами. Значит, внутри помещения его протяженность ограничивается. Монтажники-инсталляторы «Ростелекома» размещают новое устройство в непосредственной близости от ввода оптоволокна в жилую зону потребителя. Так как терминал для своего функционирования требует питания напряжением сети переменного тока через адаптер, абонент обеспечивает наличие домовой розетки в месте установки терминала. Прокладку Ethernet-кабелей до участников проводной домашней локальной сети производит пользователь по своему усмотрению.

При подключении FTTB работниками «Ростелекома» оптоволокно прокладывается до здания или подъезда дома. В специальном защищенном коробе или боксе устанавливается промежуточная аппаратура преобразования светового потока в электрический сигнал. Поддержание ее в исправном состоянии, проведение профилактических работ возложено на службу техподдержки «Ростелекома». После процесса конвертации пришедший оптоволоконный интернет доставляется к потребителю по витым парам Ethernet-провода.

Оборудование для оптоволокна

Его можно приобрести в отделах продаж «Ростелекома» или взять в аренду с ежемесячной выплатой арендной платы. Возможен вариант покупки в рассрочку. При этом заключается соответствующий договор, оговаривающий все условия использования ONT.

Модель Eltex NTE-2 предлагалась «Ростелекомом» своим первым абонентам, подключенным к оптике по технологии GPON. Этот терминал обладает минимальным функционалом и способен использоваться в режиме прозрачного моста для одного стационарного компьютера (ПК) и одной телевизионной приставки STB при использовании IPTV на подключенном к ней телевизоре.

Терминал не имеет своего IP-адреса в сети, внутреннего программного обеспечения (ПО) и собственного интерфейса. В предлагаемом «Ростелекомом» образце отсутствует схема внутренней маршрутизации. Аппарат не имеет встроенного модуля беспроводной связи, не способен выполнять функции, как это делает wifi-роутер. Задача Eltex NTE-2 — преобразование оптического сигнала «Ростелекома» в сигнал Ethernet.

Создать полноценную домашнюю локальную сеть с помощью Eltex можно, если подключить дополнительный маршрутизатор Ethernet кабелем с двумя оконечными коннекторами RJ-45 к разъему Port 0 на задней панели терминала NTE-2. Другой RJ-45 разъем соединительного кабеля состыковывается с WAN-портом, используемым в паре с ним роутером.

По мере развития оптоволокна и PON-сетей «Ростелеком» наращивает линейку предоставляемых потребителю устройств. Одной из последних моделей является самонастраивающийся ONT NTP-RG-1402G-W. Аппарат имеет полный функционал, необходимый для создания домашней локальной сети. Имеется четыре Ethernet-порта, обеспечивающих гигабитную скорость. Два из них работают для высокоскоростного интернета «Ростелеком», другие два предназначены для работы IP-телевидения. Имеются еще два порта для подключения аппаратов IP-телефонии. Встроенный модуль беспроводной связи используется для создания точки доступа Wi-Fi-сети стандарта 802.11n на скоростях до 300 Мбит/с.

Настройки сетевого оборудования

При использовании ONT Eltex NTE-2 настройка интернет-соединения «Ростелекома» производится на компьютере, сетевая карта которого подключена Ethernet-кабелем с оконечными коннекторами RG-45 к разъему Port 0-терминала. Сетевая карта ПК настраивается на получение адресов IP и сервера DNS в режиме автомата.

Для того чтобы соединение произошло к интернету, сетевое подключение «Ростелекома» настраивается на PPPoE. Для него существует требование ввода при настройке данных из заключенного с провайдером договора: «Имя пользователя/пароль».

Таким путем приходится подключаться каждый раз при включении компьютера при желании посетить сайты интернета от «Ростелекома». О настройке беспроводного wifi-соединения не может быть и речи. Данный ONT просто не имеет такой функции.

В случае приобретения абонентом GPON от «Ростелекома» ONT NTP-RG-1402G-W придется вручную настраивать только сеть Wi-Fi. На аппаратуре провайдера уже присутствует виртуальный интерфейс пользователя, привязанный к MAC-адресу его оптоволоконного роутера. Настройки учетной записи производит системный администратор «Ростелекома». Ручная настройка Wi-Fi производится пользователем в интерфейсе роутера. Для входа в него на подключенном к LAN-порту ПК открывается используемый web-браузер.

В строку адреса вводится IP-address ONT, в зависимости от прошивки имеющий значение 192.168.1.1 или 192.168.0.1. Нажимается Enter на клавиатуре ПК. В окне авторизации записываются логин и пароль устройства по умолчанию: user/user, нажимается трафарет «Отправить».

На странице общих настроек открываем вкладку Wi-Fi, в ней кликаем по пункту Basic. В его развернутом окне отмечаем галочками клетки включения беспроводного соединения и включения беспроводного мультикаста (WMF) для потокового IPTV. Затем придумываем имя сети и заносим его в поле SSID. В заключение выполняем команду «Применить» (Apply).

Для защиты сети от постороннего вмешательства выбираем во вкладке «Безопасность» (Security) параметры проверки аутентификации сети с выбранным именем — Mixed WPA2/WPA-PSK, а также тип шифрования информации: AES. В заключение прописываем индивидуально созданный пароль, состоящий из последовательности латинских букв и цифр числом не менее 8 и не более 15. Завершается настройка выполнением команды «Применить» (Apply).

Для активации введенных данных потребуется перезагрузка терминала. Она выполняется после выбора во вкладке «Обслуживание» (Management) пункта «Перезагрузка» (Reboot) c последующим выполнением команды «Перезагрузить».

Услуги и тарифы на интернет GPON

Пользователям, подключившимся по оптоволокну провайдера, доступен сервис Triple Play. Он включает в себя пакет услуг от «Ростелекома»:

В случае отказа абонента от какой-либо услуги «Ростелекома», оставшиеся продолжат работу без каких-то ограничений и потери качества. Использование моделей аппаратуры, рекомендованных провайдером, дает значительные преимущества его пользователям:

1. бесплатную настройку «Ростелеком» при установке и обслуживании в дальнейшем;
2. гарантию на используемые модели;
3. гарантийный ремонт или полную замену в случае невозможности устранения неисправности;
4. наличие возможности настройки дистанционно через контактный центр компании.

Все перечисленные привилегии теряются в случае несоответствия аппаратуры пользователя, не значащейся в списке рекомендованной провайдером. Устранение всех возникающих проблем решается абонентом за свой счет.

Пользователи интересуются, сколько стоит применение оптоволокна. Для ответа абоненту необходимо обратиться в отдел продаж «Ростелекома». Величина стоимости в плане расценки, тарифы, действующие в разных регионах, определяются только на основании документов регионального провайдера «Ростелеком». Общая тенденция такова: чем меньше населенный пункт и чем дальше он расположен на восток от центра России, тем большую плату вносят абоненты за пользование оптоволокном. Следует учесть, что компания проводит постоянные акции, используя результаты анализа данных по GPON.

Расширение аудитории потребителей интернет-услуг и, соответственно, пользователей широкополосных сетей требует внедрения новых технологий. Средства передачи данных должны регулярно повышать линий связи, что заставляет сервисные компании обновлять транспортные информационные каналы. Но, кроме роста объемов передаваемых данных возникают и проблемы иного рода, которые выражаются в увеличении стоимости обслуживания более массивных сетей и расширении спектра потребностей конечных пользователей. Одним из способов совокупной оптимизации характеристик является PON-технология, которая также позволяет сохранять потенциал сетей для дальнейшего расширения их мощности и функциональных возможностей.

Оптоволокно и технология PON

Новая разработка облегчает техническую организацию и дальнейшую эксплуатацию информационных сетей передачи данных, но достигается это во многом за счет достоинств привычных оптических линий. Даже сегодня на фоне внедрения высокотехнологичных материалов продолжается использование каналов, построенных на устаревающих телефонных парах и средствах xDSL. Очевидно, что сеть доступа на подобных элементах существенно проигрывает в эффективности волоконно-коаксиальным линиям, которые тоже нельзя рассматривать как что-то продуктивное по меркам сегодняшнего дня.

Альтернативой традиционным сетям и беспроводным давно выступает оптическое волокно. Но если раньше прокладка таких кабелей являлась непосильной задачей для многих организаций, то сегодня оптические компоненты стали гораздо доступнее. Собственно, и раньше оптоволокно использовалось для обслуживания рядовых абонентов, в том числе по Следующим этапом развития стала телекоммуникационная сеть, построенная на архитектуре Micro-SDH, открывшей принципиально новые решения. Как раз в этой системе и нашла свое применение концепция сетей PON.

Стандартизация сети

Первые попытки стандартизации технологии были предприняты еще в 1990-х годах, когда группа телекоммуникационных компаний задалась идеей на практике реализовать идею множественного доступа по единому пассивному оптоволокну. В результате организация получила название FSAN, объединив и операторов, и производителей сетевого оборудования. Главной же целью FSAN и было создание пакета с общими рекомендациями и требованиями к разработке технических средств PON, чтобы изготовители оборудования и провайдеры могли вместе работать в одном сегменте. На сегодняшний день пассивные линии связи, базирующиеся на технологии PON, организуются в соответствии с нормативами ITU-T, ATM и ETSI.

Принцип действия сети

Главная особенность идеи PON заключается в том, что инфраструктура работает на базе одного модуля, который отвечает за функции приема и передачи данных. Располагается этот компонент в центральном узле системы OLT и позволяет обслуживать информационными потоками множество абонентов. Конечным приемником выступает устройство ONT, которое, в свою очередь, также выступает передатчиком. Количество абонентских точек, подключенных к центральному модулю приема и передачи, зависит только от мощности и максимальной скорости используемой аппаратуры PON. Технология, в принципе, не ограничивает количество участников сети, однако для оптимального использования ресурсов разработчики телекоммуникационных проектов все же ставят определенные барьеры в соответствии с конфигурацией конкретной сети. Трансляция информационного потока от центрального приемно-передающего модуля к абонентскому устройству осуществляется при длине волны, составляющей 1550 нм. И напротив, обратные потоки данных от потребительских устройств к точке OLT передаются с длиной волны порядка 1310 нм. стоит рассмотреть отдельно.

Прямые и обратные потоки

Основной (то есть прямой) поток от центрального модуля сети относится к широковещательным. Это значит, что оптические линии сегментируют общий поток данных, выделяя адресные поля. Таким образом, каждое абонентское устройство «читает» только информацию, предназначенную специально для него. Такой принцип распределения данных можно назвать демультиплексорным.

В свою очередь, обратный поток использует одну линию для трансляции данных от всех абонентов, подключенных к сети. Так используется схема множественного обеспечения доступа с разделениями по времени. Для исключения вероятности пересечения сигналов от нескольких узлов-приемников информации устройство каждого абонента имеет свое индивидуальное расписание по обмену данными с поправкой на задержку. Это общий принцип, по которому реализуется PON-технология в плане взаимодействия приемно-передающего модуля с конечными потребителями. Однако конфигурация схемы прокладки сетей может иметь разные топологии.

Топология «точка-точка»

В данном случае используется система P2P, которая может выполняться и для распространенных стандартов, и для особых проектов, предполагающих, к примеру, задействование оптических устройств. В плане безопасности данных абонентских точек интернет-соединение этого типа обеспечивает максимальную защищенность, возможную для подобных сетей. Однако прокладка оптической линии для каждого пользователя осуществляется отдельно, поэтому стоимость организации таких каналов существенно возрастает. В некотором роде, это не общая, а индивидуальная сеть, хотя центр, с которым работает абонентский узел, также может обслуживать и других пользователей. В целом же такой подход целесообразен для использования крупными абонентами, которым особенно важна безопасность линии.

Топология «кольцо»

Эта схема базируется на конфигурации SDH и наилучшим образом раскрывается в магистральных сетях. И наоборот, оптические линии кольцевого типа оказываются менее эффективными в эксплуатации сетей доступа. Так, при организации городской магистрали места расстановки узлов рассчитываются еще на стадии разработки проекта, однако сети доступа не дают возможности заранее оценить количество абонентских узлов.

При условии случайного временного и территориального подключения абонентов кольцевая схема может быть значительно усложнена. На практике подобные конфигурации нередко превращаются в изломанные схемы, имеющие множество ответвлений. Такое происходит, когда введение новых абонентов выполняется через разрыв существующих сегментов. Например, в линии связи могут формироваться петли, которые совмещаются в одном проводе. В результате появляются «ломаные» кабели, что в процессе эксплуатации снижает надежность сети.

Особенности архитектуры EPON

Первые попытки построить сеть PON, приближенную по степени охвата потребителей к технологии Ethernet, были предприняты в 2000 г. Платформой для разработки принципов формирования сетей стала архитектура EPON, а в качестве основного стандарта была введена спецификация IEEE, на основе которой были выработаны отдельные решения для организации сетей PON. Технология EFMC, к примеру, обслуживала топологию «точка-точка» с применением витой медной пары. Но сегодня эта система практически не используется в связи с переходом на оптоволокно. Как альтернатива, более перспективными направлениями по-прежнему остаются технологии на базе ADSL.

В современном виде стандарт EPON реализуется по нескольким схемам подключения, но главным условием его воплощения является использование волокна. Помимо применения разных конфигураций, технология подключения PON по стандарту EPON также предусматривает возможность использования некоторых вариантов оптических приемопередатчиков.

Особенности архитектуры GPON

Архитектура GPON позволяет реализовывать сети доступа на базе стандарта APON. В процессе организации инфраструктуры практикуется увеличение сети, а также создание условий для более эффективной передачи приложений. GPON представляет собой масштабируемую кадровую структуру, позволяющую обслуживать абонентов на скорости информационных потоков до 2,5 Гбит/c. При этом обратный и прямой потоки могут работать как на одном, так и с разными скоростными режимами. Кроме того, сеть доступа в конфигурации GPON может обеспечивать любую инкапсуляцию в транспортный синхронный протокол независимо от сервиса. Если в SDH возможна реализация исключительно статического деления полос, то новый протокол GFP в структуре GPON при сохранении характеристик кадра SDH дает возможность и динамического распределения полос.

Преимущества технологии

Среди основных преимуществ в схеме PON выделяют отсутствие промежуточных звеньев между центральным приемником-передатчиком и абонентами, экономность, легкость подключения и удобство в обслуживании. В немалой степени эти достоинства обусловлены рациональной организацией сетей. Например, интернет-соединение обеспечивается напрямую, поэтому выход из строя одного из смежных абонентских устройств никак не влияет на его работоспособность. Хотя массив пользователей, конечно, объединяется подключением к одному центральному модулю, от которого зависит качество обслуживания всех участников инфраструктуры. Отдельно стоит рассмотреть древовидную топологию P2MP, которая максимально оптимизирует оптические каналы. Благодаря экономному распределению линий приема и передачи информации данная конфигурация обеспечивает эффективность работы сети независимо от расположения абонентских узлов. В то же время допускается ввод новых пользователей без кардинальных изменений существующей структуры.

Недостатки сети PON

Широкому применению данной технологии пока еще препятствует несколько значимых факторов. В первую очередь это сложность системы. Эксплуатационные преимущества сети данного типа можно обеспечить только при условии изначального выполнения качественного проекта с учетом множества технических нюансов. Иногда выходом из положения становится технология доступа PON, которая предусматривает организацию простой типологической схемы. Но в этом случае следует готовиться к другому недостатку - отсутствию возможности резервирования.

Тестирование сети

Когда все этапы первичной разработки сетевой схемы пройдены и выполнены технические мероприятия, специалисты приступают к тестированию инфраструктуры. Одним из главных показателей качественно выполненной сети является показатель затухания на линии. Для анализа канала на предмет наличия проблемных зон используются оптические тестеры. Все измерения производятся на активной линии с применением мультиплексоров и фильтров. Масштабная телекоммуникационная сеть обычно тестируется с применением оптических рефлектометров. Но такое оборудование требует специальной подготовки от пользователей, не говоря о том, что расшифровкой рефлектограмм должны заниматься экспертные группы.

Заключение

При всех сложностях в переходе на новые технологии компании, предоставляющие телекоммуникационные услуги, быстро осваивают по-настоящему эффективные решения. Постепенно распространяются и непростые в техническом исполнении оптоволоконные системы, к которым относится и технология PON. «Ростелеком», к примеру, начал внедрять услуги нового формата еще в 2013 г. Доступ к возможностям оптических сетей PON первыми получили жители Ленинградской области. Что самое интересное, поставщик услуг обеспечил оптоволоконной инфраструктурой даже местные поселки. На практике это позволило абонентам пользоваться не только телефонной связью с доступом в интернет, но и подключаться к цифровому телевизионному вещанию.