Główna » Artykuły

Sieci PON – tanie i wydajne dostępowe sieci optyczne

22 kwietnia 2011 26 375 wyświetleń

Czym jest i jak działa technologia PON (EPON/GPON)?

PON czyli Passive Optical Network (Pasywna Sieć Optyczna) to coraz popularniejsza technologia stosowana przy budowie wydajnych i niedrogich w utrzymaniu sieci dostępowych. Podstawowym zadaniem sieci PON jest dostarczenie treści do klienta końcowego lub w jego pobliże (tzw. Fiber to the x). Przy ogromnym zapotrzebowaniu na usługi typu Triple Play (dostęp do Internetu, telewizja oraz telefon w jednym) wzrasta zapotrzebowanie na pasmo. GPON (Gigabit capable PON) wydaje się być technologią doskonale spełniającą ten warunek.

Już na samym początku warto wspomnieć o jednej z największych zalet sieci PON (w tym GPON). Ta zaleta kryje się za słowem “pasywna”. Otóż, w przeciwieństwie do większości rozwiązań opartych na medium światłowodowym, GPON praktycznie nie wymaga urządzeń aktywnych. Tego typu elementy pojawiają się jedynie w centralnym punkcie sieci (OLT) oraz jako urządzenia klienckie (ONT/ONU). Wszystko, co znajduje się pomiędzy to jedynie światłowód oraz inne pasywne elementy sieci, takie jak na przykład splittery optyczne. Utrzymanie sieci PON okazuje się być tanie, znikają także problemy związane z dostarczeniem zasilania do miejsc, w których jest to co najmniej kłopotliwe, nie wspominając już o bezawaryjności czy odporności na brak zasilania.

Wykorzystanie technologi TDMA zapewnia efektywne wykorzystanie dostępnego pasma i dynamiczny przydział zasobów na podstawie rzeczywistych wymagań urządzenia klienckiego w danej chwili. TDMA to technika w której jeden kanał fizyczny podzielony jest na szczeliny czasowe, które następnie są przydzielane poszczególnym użytkownikom w zależności od potrzeb. W przypadku transmisji od OLT do klientów (downstream) dane rozsyłane są do wszystkich ONU/ONT – to one odpowiedzialne są za filtrowanie danych i przekazanie ich do właściwego odbiorcy.

GPON TDMA

W przypadku komunikacji w przeciwnym kierunku (upstream) OLT na podstawie opóźnień oraz stanu buforów urządzeń końcowych przydziela odpowiednią ilość oraz czas trwania szczelin czasowych poszczególnym urządzeniom. Pasmo jest więc dzielone dynamicznie na podstawie rzeczywistych potrzeb poszczególnych urządzeń ONT/ONU.

GPON TDMA upstream

Wsparcie dla QoS, telefonii VoIP oraz tradycyjnej telefonii POTS (tradycyjna telefonia) to kolejne zalety przemawiające na korzyść rozwiązania. Warto nadmienić, że dzięki zastosowaniu odpowiednio dobranych urządzeń końcowych, GPON umożliwia proste przejście z medium światłowodowego na tradycyjne (np. już istniejące) medium miedziane i wykorzystanie np. technologii VDSL, Ethernet czy podobnej.

Architektura sieci GPON bazuje na wcześniejszych standardach BPON oraz EPON i w uproszczeniu może wyglądać jak na pokazanych niżej przykładach:

GPON OLT ONT

GPON OLT ONU

Istotą działania sieci GPON jest brak urządzeń aktywnych pomiędzy OLT i jednostkami ONU/ONT

  • OLT – koncentrator , urządzenie dystrybucyjne, jednostka centralna. Jego zadaniem jest agregacja ruchu , kontrola ruchu, przetwarzanie pakietów
  • ONT – urządzenie przeznaczone dla użytkownika końcowego, zapewnia przesyłania danych , transmisje głosu, wideo (Fiber To The Home – FTTH)
  • ONU – urządzenie przewidziane do obsługi większej ilości odbiorców. Może zawierać więcej interfejsów ethernetowych, interfejsy gigabitowe, obsługiwać POTS (telefonia analogowa), posiadać wyjścia światłowodowe, obsługiwać VDSL Jest stosowany szczególnie w technologii FTTB (światłowód doprowadzony do bloku mieszkalnego), gdzie np.: przy zastosowaniu ONU z 24 portami Fast Ethernet klienci końcowi są podpinani bezpośrednio skrętką UTP5e. Architektura taka najczęściej przyjmuje postać Fiber To The Building (FTTB) lub ogólniej Fiber To The Premises
  • Pomiędzy OLT i ONT/ONU istotną rolę odgrywają splittery, których głównym zadaniem jest podział sygnału świetlnego transmitowanego do docelowej liczy odbiorców.

    Historia i standardy PON

    W roku 1995 najwięksi operatorzy telekomunikacyjni wystąpili z inicjatywą stworzenia standardu sieci dostępowej, która wprowadzałaby pełny zakres usług zarówno wąsko- jak i szerokopasmowych. Sieć taka została nazwana FSAN. Podstawowe założenia spełniała optyczna sieć pasywna, transportująca komórki ATM, którą na początku nazwano siecią ATM-APON lub APON, a po zaakceptowaniu przez ITU i ATM Forum przemianowano na BPON (ang. Broadband PON). Zgodnie z swoja nazwą sieć PON mogła zawierać tylko elementy pasywne: światłowody jednomodowe, złącza rozłączane i spawy optyczne, splittery optyczne, elementy WDM i tłumiki optyczne.

    Podstawowe dane techniczne sieci PON

    • małe tłumienie w drugim (1260-1360nm) i trzecim (1480-1580nm) oknie transmisyjnym,
    • kompatybilność ze światłowodem jednomodowym (wszystkie elementy muszą być kompatybilne z tym typem światłowodu)
    • odwracalność wszystkich elementów (zmiana kierunku rozchodzenia się światła nie może powodować znaczących zmian tłumienności wtrąceniowej elementu)

    Wszystkie sieci PON podzielono na 5 klas w zależności od tłumienia torów optycznych:

    Klasa sieci A B B+ C C+
    Minimalne tłumienie toru między OLT a ONU 5dB 10dB 13dB 15dB 18dB
    Maksymalne tłumienie toru między OLT a ONU 20dB 25dB 28dB 30dB 31dB

    Przewaga sieci pasywnej nad aktywną polega przede wszystkim na tym, że infrastruktura sieci pasywnej w odróżnieniu od aktywnej jest niezależna od prowadzonego w niej rodzaju transmisji. Ponadto sieć PON nie wymaga jakichkolwiek zmian przy wprowadzaniu nowych usług , zmianie protokołu transmisyjnego, zwiększaniu przepustowości itp.

    EPON (Ethernet PON)

    Sieć EPON jest obecnie jednym z najpowszechniej stosowanych typów sieci pasywnej. Wykorzystując infrastrukturę sieci BPON umożliwia przesyłania ramek ethernetowych. Przesył danych wynosi 1Gb/s w obie strony. EPON świetnie współpracuje z protokołem IP (o zmiennej długości ramki) ponieważ nie fragmentuje danych w przeciwieństwie do sieci BPON (wykorzystujących komórki ATM).

    Standard EPON wspiera do 32 urządzeń ONU przy transmisji z korekcją błędów FEC lub do 16 ONU bez FEC. Przy zachowaniu minimalnego współczynnika podziału 1:16 budżet mocy optycznej wynosi 24 dB. Budżet mocy optycznej pozwala określić zasięg transmisji uwzględniając moc optyczną wprowadzoną do światłowodu, czułość odbiornika, straty w światłowodzie i na złączach zakładając margines bezpieczeństwa ok. 3dB. Ze względu na fakt, że podane powyżej rozwiązania bazują na multipleksacji TDM, określane są one mianem TDM-PON.

    GPON (ang. Gigabit capable PON)

    Oprócz transmisji komórek ATM w sieci GPON znalazł zastosowanie protokół GEM, który umożliwia przesyłanie danych TDM (zwielokrotnienia z podziałem czasu) oraz ramek ethernetowych. Sieć GPON umożliwia pełną obsługę takich protokołów jak SDH, Ethernet, ATM, linii dzierżawionych przy zasięgu fizycznym do 20 kilometrów pomiędzy jednostkami ONT . Stosowane są różne przepływności w kierunkach up/down:

    • symetryczne 625 Mbit/s
    • symetryczne 1,25 Gbit/s
    • symetryczne 2,5 Gbit/s
    • niesymetryczne 1,25 Gbit/s up, 2,5 Gbit/s down

    Architektura GPON bazuje w podstawowej konfiguracji na transmisji WDM (zwielokrotnienie z podziałem fali) z transmisją do abonenta na długości fali 1490 nm oraz od abonenta na długości fali 1310 nm. W przypadku transmisji z wykorzystaniem dwóch długości fali cała transmisja odbywa się w postaci cyfrowej.. Maksymalny współczynnik podziału dla systemów GPON wynosi 1:128. Zastosowanie i cele technologii GPON to m.in.

    • Triple Play czyli Internet , telefon (VoIP), telewizja cyfrowa i analogowa
    • wykorzystanie dodatkowej długości fali 1550 nm do analogowej transmisji sygnałów wideo.
    • zapewnienie użytkownikowi końcowemu szybkiego dostępu do Internetu („ostatnia mila”)
    • pełne wsparcie dla technologii FTTx

    Co wybrać?

    Obecnie spośród instalowanych standardów sieci PON dominują właśnie sieci EPON i GPON. W obydwu typach sieci wykorzystywanie pojemności kanałów zależy od: długości cyklu sieci oraz długości przesyłania danych. W bezpośrednim starciu to jednak sieć GPON udowadnia swoją przewagę nad swoim „starszym bratem” i to ona stanie się standardem wśród operatów (m.in. ze względu na zastosowanie w usłudze Triple Play). Świadczą o tym :

    • większa efektywność podczas przesyłania krótkich pakietów na korzyść sieci GPON
    • zdecydowana przewaga na korzyść sieci GPON podczas przesyłania pakietów o jednakowej długości
    • wymagana mniejsza segmentacja sieci w przypadku sieci GPON
    • mniejsze koszty wdrożenia w przypadku sieci GPON

    Kiedy Gigabit to za mało

    Kolejnym ewolucyjnym rozwinięciem standardów EPON i GPON wynikającym z zapotrzebowania rynku jest standard 10GPON, którego testy w chwili obecnej wchodzą w fazę końcową. 10GPON oferuje transmisję 10Gbit/s w przypadku pobierania danych i 2,5 Gbit/s w przypadku wysyłania danych dla użytkownika końcowego. Co ciekawe migrując z technologii GPON do 10GPON nie trzeba zmieniać infrastruktury sieci a jedynie koncentrator OLT, co jest oczywistą zaletą.

    Mając na uwadze wzrastające zapotrzebowanie klientów, kierunek rozwoju sieci dostępowych oraz dominację sieci GPON firma Inter Projekt proponuje Państwu sprzęt zapewniający kompleksową obsługę w/w standardu, wprowadzając do swojej oferty następujące rozwiązania czołowego producenta osprzętu sieci GPON – firmy HUAWEI:

    OLT ONU ONT
    Bloki mieszkalne Bloki mieszkalne/
    Rezydencje
    Biznes Bridge Voice Gateway
    MA5603T MA5616 MA5616 MA5612 HG810 HG850a HG866
    MA5600T MA5612 MA5652
    MA5662
    MA5628 HG813 HG851a HG8245
    MA5620
    MA5626
    HG863 HG8240