Технология PON

PON (аббр. от англ. Passive optical network, пассивная оптическая сеть) — технология построения пассивных оптических сетей. PON-сеть представляет собой распределительную сеть доступа, построенную на древовидной волоконно-кабельной инфраструктуре с использованием пассивных оптических делителей (сплиттеров). Стоит отметить, что технология PON является наиболее перспективной и быстрорастущей для предоставления широкополосного мульти сервисного абонентского доступа.

Принцип работы

Принцип работы технологии PON заключается в том, что между операторским оборудованием и абонентским терминалом организуется полностью пассивная оптическая сеть на основе одного одномодового волокна, по топологии звезда, дерево или шина. В промежуточных узлах сети для ветвления используются пассивные оптические разветвители (сплиттеры).

Операторский (downstream) и абонентский (upstream) сигналы разделяются в волокне при помощи технологии WDM, с помощью этой же технологии в волокно может быть добавлен широковещательный сигнал КТВ (CATV).

Все используемые в сетях PON сигналы передаются на определённых длинах волн:

• Нисходящий сигнал (downstream) – 1490 нм;
• Восходящий сигнал (upstream) – 1310 нм;
• Сигнал CATV – 1550 нм.

Так как от оператора ко всем абонентам сигнал передаётся на длине волны 1490 нм, а обратный сигнал от всех абонентов поступает на волне 1310 нм, в сетях PON используется временное мультиплексирование сигналов – TDM (Time Division Multiplexing).

В данном типе мультиплексирования передача данных в канале разбита на временные интервалы (таймслоты). Каждый интервал соответствует одному абоненту, то есть в первую секунду ведётся передача/приём с абонентом №1, во вторую с абонентом №2 и т.д.

Для наглядности, один операторский интерфейс позволяет обслуживать от 32 до 256 абонентов. Важно отметить, что в том случае, если число абонентов меньше числа временных интервалов это не увеличивает абонентскую скорость (количество тайм слотов для одного абонента), в «пустые» тайм слоты передача просто не ведётся.

Виды стандартов PON

Первым шагом к созданию технологии PON было создание организации FSAN (Full Service Access Network) в 1995 году. Первым стандартом стал APON (ATM Passive Optical Network), как ясно из названия, технология базировалась на передаче информации в ячейке структуры АТМ. Скорость передачи в сети APON в симметричном режиме составляла 155 Мбит/с – для прямого потока и 155 Мбит/с – для обратного.

Развитием технологии стал стандарт BPON, полноценный прародитель современной технологии PON. Новый стандарт, во-первых, был отвязан от ATM-сети, а во-вторых представлял собой по-настоящему мульти сервисную сеть, так как позволял передавать все типы трафика – голос, видео, данные. Так же, BPON предполагал выделение частоты 1550 нм для передачи широковещательного потока. Скорость потоков уже составляла 622 Мбит/с – для прямого потока и 155 Мбит/с – для обратного.

Тип	APON	BPON	GPON	EPON (GEPON)	10GEPON (XG-PON)	NG-PON2
Наименование	ATM Passive Optical Network	Broadband PON	Gigabit PON	Ethernet PON	10 Gigabit Ethernet PON	Next-Generation Passive Optical Network 2
Стандарт	ITU-T G.983	ITU-T G.983	ITU-T G.984	IEEE 802.3ah	IEEE 802.3av, ITU-T G.987	ITU G.989
Полоса пропускания downstream	155 Мбит/с	622 Мбит/с	2,488 Гбит/с	1,244 Гбит/с	9,95 Гбит/с	9,95 Гбит/с
Полоса пропускания upstream	155 Мбит/с	155 Мбит/с	1,244 Гбит/с	1,244 Гбит/с	2,488 Гбит/с	2,488 Гбит/с (9,95 Гбит/с)
Емкость ветви	32	32	128	32	256	256
Максимальная длина передачи	20 км	20 км	60 км	20 км	100 км	100 км

Повсеместное развитие и применение стандарта Ethernet в локальных сетях, в том числе и в оптических сетях, подтолкнуло к созданию и развитию стандарта EPON.

Технология EPON, рассчитана на формирование симметричного потока данных со скоростью 1 Гбит/с на основе IP-протокола для 32 абонентов. В дальнейшем технология EPON эволюционировала в современный GEPON (Gigabit Ethernet PON), который принадлежит к стандарту IEEE 802.3ah. Расстояние передачи в подобных системах доходит до 20 км.

Развитие же технологий APON и BPON привело к созданию стандарта GPON, но с высокой скоростью передачи 2488 Мбит/с – нисходящий поток и 1244 Мбит/с – восходящий поток.

Технология GPON позволяет производить до 128 подключение пользователей на дистанции до 60 км. Сети GPON позволяют передавать голосовой трафик, трафик АТМ и IP, а также широковещательный видео канал на длине волны 1550 нм.

Стандарт 10GPON является эволюцией GEPON в плане скорости подключения абонента, так как скорости переда достигают 9,95/2,488 Гбит/с (Downstream/Upstream). При этом, каких-то кардинальных изменений в технологии не наблюдается. В отличие от наиболее молодой технологии NG-PON2, над которой работы ведутся с 2015 года.

Стандарт NG-PON2 включает в себя такие технологии как TWDM PON и UDWDM PON. Использование этих технологий в новом стандарте не только позволит повысить дальность передачи и скорость подключения, но и значительно увеличить абонентскую ёмкость вкупе с более простым администрированием и конфигурацией сети.

Компоненты сети PON

Современные сети PON состоят из трёх основных компонентов:

• Станционное оборудование – OLT;
• Оптический делитель;
• Абонентский терминал – ONU/ONT.

Станционное оборудование – OLT (англ. Optical Linear Terminal – Оптический Линейный Терминал) устанавливается на площадке провайдера и представляет собой L2 коммутатор, оснащённый одним или несколькими Ethernet Uplink портами для подключения к сети провайдера и PON Downlink портами для подключения абонентов.

Фактически OLT является терминалом подключения PON абонентов к Ethernet сети провайдера, а поэтому выполняет две основные функции:

1. Преобразование Ethernet сигналов используемых в сети провайдера в сигналы, используемые в системе PON;
2. Координация временного мультиплексирования между абонентскими терминалами (ONU), расположенных в помещениях клиентов.

Абонентский терминал – ONT (англ. Optical Network Terminal – Оптический Сетевой Терминал) – это оптический модем, который устанавливается на стороне клиента. Является терминалом переводящий сигналы PON в Ethernet, использующийся в абонентской сети. Абонентский терминал так же называют ONU (англ. Optical Network Unit – Оптическая Сетевая Единица).

Наличие двух названий одного и того же оборудования обуславливается тем, что обозначение ONT введено Международным союзом электросвязи (ITU-T), а термин ONU введён Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE).

Различают два вида абонентских устройств:

• Пассивный – представляет собой медиаконвертер, переводящий оптический сигнал PON в Ethernet по витой паре;
• Активный – является полноценным triple-play устройством, включающим в себя не только конвертацию PON сигнала, но и такие функции как: коаксиальный вывод для передачи телевизионного сигнала, порт/порты для подключения телефона (RJ11), беспроводной адаптер Wi-Fi, порты для локальной маршрутизации.

Стоит заметить, что triple-play ONT могут включать, как все выше перечисленные функции, так и комбинировать их. Все зависит от требований сети или конечного абонента.

Оптический делитель (разветвитель) в сети PON устанавливается между оборудованием провайдера в виде OLT и абонентским устройством – ONT. Разветвитель является оптическим пассивным многополюсным (многопортовым) устройством, предназначенным для разделения подаваемого светового потока на несколько волокон в заданных пропорциях.

Делитель является основным компонентом пассивной оптической сети, так как именно при помощи сплиттера обеспечивается разветвление одного волокна, идущего от оператора связи, на множество, при помощи которых абоненты подключаются к сети PON.

В рамках пассивных оптических сетей могут использоваться два типа делителей:

• Планарные делители – PLC (Planar Lightwave Circuit) используемые для организации равномерного деления PON сигнала на абонентов (от 2 до 64);
• Делители сварного типа – FBT (Fused Biconical Taper) используются значительно реже из-за технических особенностей, зачастую применяются для создания неравномерных отводов.

Более подробно узнать об оптических делителях можно по ссылке.

Топологии построения PON сетей

Пассивная оптическая сеть PON может быть построена на основе трёх основных топологий – «дерево», «звезда», «шина» и их комбинаций.

Топология типа «Дерево» предполагает, что сеть имеет «корень», «ветви» и «листья». «Корнем» в PON сети является порт OLT, в качестве «ветвей» можно рассматривать оптические кабели и делители, проложенные на трассе от OLT к ONU, абонентские же терминалы ONT являются «листьями» дерева. Количество «листьев» в топологии является абонентская ёмкость порта станционного оборудования, в современных OLT ёмкость колеблется от 32 до 128 абонентов.

Сети построенные по данной топологии могут быть разные, их можно условно разделить на два типа:

1. «Дерево» использует географически независимые друг от друга узлы деления, другими словами отдельный кабель обслуживает от 32 до 128 абонентов.
2. «Мультидерево» представляет собой классическое дерево Х-в-одном, корень, ветви и узлы деления которого «наложены» друг на друга и географически представляют собой одну инфраструктуру, в связи с этим данная топология имеет большую ёмкость абонентов до 512.

Простейшая реализация топологии «звезда» – это деление «родительского» волокна на Х направления. Для построения такой топологии необходимо, выбрать равноудалённую от всех потенциальных абонентов точку присутствия, в ней будет установлен «головной» делитель. К этому делителю подключается OLT, а вот абоненты к нему могут быть подключены двумя вариантами:

• вывод из точки деления индивидуального внешнего патч-корда для каждого абонента;
• выбирается группа близко расположенных абонентов и от делителя в их сторону прокладывается кабель нужной волоконной ёмкости, который впоследствии при помощи дополнительных делителей или кабелей подключается к абонентам.

Топология «Шина» в PON-сетях развёртывается на одном волокне с использованием каскада FBT делителей 1х2 с неравномерным делением сигнала. Вход первого делителя подключается к порту OLT, а остальной каскад строится по принципу «большая мощность – в линию», то есть большая мощность выходного сигнала поступает в магистральную линию и питает весь дальнейший каскад делителей, а меньшая выходная мощность отводится для подключения абонента.

Однако обеспечивать отдельное ответвление для каждого абонента финансово и архитектурно не выгодно, поэтому современные сети, созданные по топологии «Шина» комбинируют магистральные отводы при помощи FBT разветвителей и абонентские делители PLC.

Современные сети PON могут быть построены на основе нескольких вариаций топологии «Шина», а именно:

• Классическая, как уже говорилось выше использование этой схемы сети в большей части случаев не выгодно, но возможно при специфических требованиях или условиях создания сети.
• С делением на два, является комбинацией классической топологии с планарными делителями 1*2, что позволяет охватывать большее количество абонентов, а также оставлять небольшой запас ёмкости системы для последующих подключений.
• С делением на четыре, позволяет еще проще и более гибко масштабировать построенную сеть передачи данных.
• С делением на восемь, является технологически максимальным решением (большее количество делений на PLC делители не позволяет оптический бюджет оборудования PON).

Сферы применения сетей PON

Технология PON изначально рассчитывалась, как наиболее подходящее решение для предоставления услуг ШПД (широкополосный доступ в интернет) для конечных абонентов, поэтому наибольшую популярность и востребованность имеет в сфере предоставления телекоммуникационных услуг для физических клиентов.

При этом использование PON для подключения простых абонентов имеет две идеологии:

• Организация сети в таунхаусах или посёлках индивидуальной застройки, где один дом является отдельным абонентом.
• Подключение многоквартирных домов.

В случае с индивидуальной застройкой плюсы использования технологии PON очевидны: это и простота проектирования сети, и масштабируемость при необходимости, и экономическая обоснованность стоимости подключения одного абонента.

С подключением многоквартирных домов ситуация не так проста, так как затраты на подключение одного многоквартирного дома схожи, а иногда могут быть выше чем подключение посёлка. Так в чем же выгода использования PON в данном случае?

Основным плюсом является унификация сети и оборудования на ней, которая позволяет сокращать затраты на содержание и ремонт, а также значительно проще развёртывать новые услуги или проводить модернизацию. При этом технология PON может быть задействована для подключения абонентов в виде юридических лиц. В данном случае важным условием является «кучность» присутствия возможных абонентов, к примеру торгово-развлекательные комплексы или специализированные коммерческие территории; а так же не большая удалённость абонентов от точек присутствия провайдера.