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 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:
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.
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.
Современные сети PON состоят из трёх основных компонентов:
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:
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:
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:
Более подробно узнать об оптических делителях можно по ссылке.
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:
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:
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:
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:
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.