Ликбез 15. Оптические технологии FTTX и xPON.

FTTX

Название группы технологий FTTX означает Fiber To The X («оптика до Х»), где Х – точка доведения оптического кабеля. Если кабель доведен до жилища абонента – такая технология называется FTTH (Fiber To The Home) – «оптика до дома». Соответственно, FTTВ (Fiber To The Building) – оптика до здания, FTTС (Fiber To The Curb) – оптика до группы зданий, FTTN (Fiber To The Node) – оптика до сетевого узла.

В частности, сеть FTTB может выглядеть следующим образом[1]:

Рисунок 1. Пример сети FTTB (источник: Ростелеком).

На рисунке ниже показан узел оптической сети доступа для группы домов (FTTC) на сети оператора British Telecom[2].

Рисунок 2. Оптический узел для группы домов (FTTC) (источник: British Telecom).

xPON

Для подключения оптических узлов по оптическому кабелю чаще всего используется технология пассивных оптических сетей PON (Passive Optical Network), в которой возможно гибкое развитие сети при помощи пассивных оптических сплиттеров (Passive Optical Splitters). Эти устройства не требуют электропитания, могут разветвлять линию до 128 ветвей, в зависимости от мощности входного оптического сигнала. Удаленность оптического сетевого узла ONU от терминала OLT может составлять до 20 км (см. рисунок ниже)[3].

Рисунок 3. Архитектура сети xPON (источник: Huawei).

Существуют различные виды технологии PON:

  • APON: ATM Passive Optical Networks
  • EPON: Ethernet Passive Optical Networks
  • GE-PON: Giga-bit Ethernet Passive Optical Networks
  • GPON: Gigabit-capable Passive Optical Networks

В настоящее время наиболее перспективной является технология гигабитной пассивной оптической сети GPON: Gigabit-capable Passive Optical Networks[4]. Эта технология описана в стандарте ITU-T G.984 и способна обеспечивать скорость до 2,488 Гбит/с их сети и 1,244 Гбит/с в сеть.  В GPON используется разделение каналов «в сеть» и «из сети» по длине оптической волны светового сигнала, передаваемого по оптоволокну WDM (Wavelength Division Mutiplex). Для загрузки данных их сети используется длина волны 1550 нм, дла оправки данных в сеть – 1310 нм.

Последняя версия GPON называется XGPON, или 10G-PON, которая способна обеспечить скорость передачи данных до 10Гбит/с из сети и 2,5 Гбит/с в сеть, и описана в стандарте ITU G.987. Эта технология соответствует требованиям видеоуслуг в высоком разрешении (4K, UHD). 

Архитектура сети GPON показана на рисунке ниже. В помещении оператора (Central Office) установлено оборудование терминала оптической линии OLT, а также оборудование для предоставления видеоуслуг (Video Source). Эти сигналы вводятся в оптоволокно при помощи оптического комбайнера (Passive Combiner) и затем разделяются оптическим сплиттером (Splitter) на первичные ветви. На сетевых узлах, расстояние до которых может быть до 20 км, также установлены сплиттеры, которые делят сигнал на вторичные ветви.

На оптическом терминале пользователя ONU/ONT происходит извлечение электрических сигналов для телевидения (TV), интернета (PC) и телефонии (VoIP).

Рисунок 4. Архитектура сети GPON (источник: http://www.electronicdesign.com).
  • Преимущества PON.
    • Экономия оптоволоконного кабеля.

Наиболее существенным аспектом развертывания сетей FTTH на базе PON является экономия оптоволоконных линий на участке от ONT до оптического узла или точки присутствия. Если у провайдера имеются резервные оптические пары в кабеле или место в колодцах для прокладки дополнительных кабелей между АТС и уличным шкафом, то это может избавить его от необходимости рыть новые траншеи.

Однако при отсутствии существующей оптической инфраструктуры, или развертывании оптической сети в новых районах, экономия оптоволоконного кабеля нецелесообразна, поскольку предельные затраты на дополнительный кабель ничтожно малы по сравнению со стоимостью рытья траншей или необходимостью получения права на пользование чужой инфраструктурой, например, канализационными коллекторами.

  • Экономия портов на центральной АТС или в точке присутствия, где выполняется агрегирование.
  • Наложение аналогового видеосигнала

GPON хорошо подходит для услуг Triple Play, т.е. для комбинации телефонии, Интернета и видеовещания. Это позволяет использовать коаксиальную разводку, имеющуюся у абонента для передачи аналогового или цифрового телевизионного сигнала. Также возможно реализация гибридных архитектуры для всех интерактивных услуг, включая IP-телевидение, и топологию с наложением дополнительной пассивной оптической сети для распространения видеовещания.

  • Недостатки PON.
    • Необходимость шифрования сигнала

Поскольку PON – это технология с общей средой передачи, то необходимо шифрование потоков данных. В GPON проводится шифрование по методу AES (Advance Encryption Standard) с 256-разрядными ключами, что позволяет обеспечить безопасность персональных данных конечных пользователей и предотвращает возможность хищения услуг. Однако шифрование AES несколько снижает производительность сети. Для шифрования необходима передача существенного объема служебной информации вместе с каждым пакетом, что может привести к заметному снижению полезной скорости передачи данных.

  • Высокая рабочая скорость передачи данных

В связи с использованием в пассивных оптических сетях PON общей передающей среды, каждое оконечное устройство (ONT или OLT) вынуждено работать на совокупной скорости передачи данных. Даже если клиент заплатил только за скорость доступа в 25 Мбит/с, тем не менее, каждая конечная точка оптической сети (ONT) в этом дереве PON должна работать на скорости 2,5 Гбит/с (GPON). Работа электронных и оптических устройств со скоростью, в 100 раз превышающей необходимую скорость передачи данных, повышает цену компонентов, особенно в том случае, если емкость сети не очень высокая.

  • Необходимость большой начальной мощности оптического сигнала.

При каждом разветвлении на две линии мощность сигнала падает на 3,4 дБ. При разветвлении на 64 линии мощность падает на 20,4 дБ (эквивалентно отношению мощностей 1:110). Таким образом, в этой модели все оптические передатчики в архитектуре PON должны обеспечивать в 110 раз большую мощность оптического сигнала по сравнению с архитектурой «точка-точка» при передаче на то же расстояние.

Однако, несмотря на перечисленные недостатки, технология GPON является весьма привлекательной для многих операторов мультисервисных услуг.


[1] http://bz.south.rt.ru/?page_id=7

[2] http://www.kitz.co.uk/adsl/fttc-cabinets.htm

[3] https://www.slideshare.net/mansoor_gr8/gpon-fundamentals

[4] http://www.electronicdesign.com/what-s-difference-between/what-s-difference-between-epon-and-gpon-optical-fiber-networks

About Алексей Шалагинов

Независимый эксперт
This entry was posted in Ликбез, Технологии and tagged , , , , , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.