Опис gpon. Технологія gpon інтернету для дому від МТС – підключення та тарифи. Що таке оптичні мережі

Інтенсивний розвиток галузі телекомунікацій, зумовлений потребами у передачі все більших обсягів інформації, призвело до необхідності вдосконалення мереж зв'язку, у тому числі мереж абонентського доступу. На сьогоднішній день можна спостерігати етап конвергенції мереж зв'язку. У конвергентних мережах надання різних видів послуг використовуються єдині мультисервісні мережі, орієнтовані пакетних трафік. Надання якісних широкосмугових послуг вимагає у провайдера високошвидкісної мережі абонентського доступу.

Як середовище передачі для провідних мережабонентського доступу дедалі частіше використовують волоконну оптику. Оптичні кабеліна відміну від електричних мають ряд переваг: висока пропускна здатність, мале послаблення сигналу, висока захищеність від зовнішніх електромагнітних перешкод, малі розміри та маса. Серед оптичних технологійдоступу найбільш потрібна група технологій FTTx. Технології FTTx поділяються за мережевою побудовою на активні оптичні мережі AON та пасивні оптичні мережі PON. Головна відмінність цих технологій у тому, що пасивна оптична мережана відміну від активної, не вимагає електроживлення для проміжних вузлів абонентської лінії. Внаслідок цього пасивна оптична мережа буде надійнішою і дешевшою в експлуатації. Іншими важливими перевагами є малі витрати на будівництво мережі та можливість її поступового нарощування. Такі переваги дозволять розширювати існуючу мережу та залучати нових абонентів. Таким чином, технологія PON представляє особливий інтерес у плані розширення сфери застосування широкосмугових мереж.

Оптичні мережі доступу мають різні варіанти побудови. Топологія "зірка" зі зв'язками точка-точка (P2P, point-to-point) передбачає підключення кожного абонента окремим волокном до вузла доступу. Топологія «зірка» застосовується при щільному розташуванні абонентів у районі АТС. Ця топологія характеризується мінімальною кількістю оптичних розгалужувачів і єдиним місцемїх встановлення. Очевидним недоліком цієї топології є наявність великої кількості волокон та оптичних передавачів. Переваги даної топології: зручність в обслуговуванні, проведенні експлуатаційних вимірювань та виявлення місця пошкодження лінії. Ця топологія характеризується високою надійністю, оскільки розрив однієї з волокон не вплине працювати всієї мережі.

Топології типу «дерево» застосовується при рознесеному розташуванні абонентів. Оптимальний розподіл потужності між різними гілками вирішується підбором коефіцієнтів поділу оптичних розгалужувачів. Деревоподібна топологія гнучка з погляду потенційного розвитку та розширення абонентської бази. Залежно від необхідності наявності електроживлення для проміжних вузлів розрізняють топології "дерево з активними вузлами" та "дерево з пасивними вузлами". Кожна з топологій має свої переваги і недоліки.
У разі використання топології «дерево з активними вузлами» кожен абонент підключається до комутатора, який у свою чергу з'єднується волокном із вузлом доступу. Комутатор є активним обладнанням, тобто таким, що вимагає електроживлення. У разі відсутності електроживлення абоненти, підключені до комутатора, втратять доступ до мережі. Однак це рішення добре вписується у рамки стандарту Ethernet і є відносно дешевим.

Топологія "дерево з пасивним оптичним розгалуженням" зі зв'язками точка-многоточка (P2MP, point-to-multipoint) використовує магістральне волокно, яке розділяється між усіма абонентами за допомогою пасивного розгалужувача (спліттера). Кожен користувач підключається до розгалужувача готельним волокном. До порту вузла доступу можна підключити цілий сегмент деревоподібної архітектури, який охоплює десятки абонентів. На проміжних вузлах встановлюються повністю пасивні розгалужувачі, які потребують електроживлення та обслуговування. До переваг архітектури PON можна віднести відсутність необхідності електроживлення на проміжних вузлах, висока масштабованість мережі, економія волокон та оптичних передавачів у центральному вузлі. Масштабованість мережі дозволяє підключати нових абонентів так багато, як це дозволяє оптичний бюджет потужності.

Принцип роботи мережі PON

Основою технології PON є логічна структура «точка-багатоточка» P2MP. До одного порту центрального вузла можна підключити цілий волоконно-оптичний сегмент деревоподібної архітектури, що охоплює безліч абонентів. На проміжних вузлах дерево встановлюються проміжні пасивні елементи – спліттери. Спліттери призначені для розподілу потужності оптичного сигналу заданому співвідношенні.

Призначення блоків схеми:

• Центральний вузол OLT – мережний пристрій, який розташовується у вузлі доступу, приймає дані з боку магістральних мереж через інтерфейси SNI та формує спадний потік до абонентів по дереву PON.
• Абонентський вузол ONT – мережевий пристрій, який розташовується на стороні абонента, здійснює прийом та передачу даних до OLT на довжинах хвиль 1550 нм та 1310 нм відповідно, конвертує дані та передає їх абонентам через інтерфейси UNI.
• Спліттер - пасивний оптичний багатополюсник, який розподіляє потік оптичного випромінювання в одному напрямку та поєднує цей потік у зворотному.

Головна ідея архітектури PON полягає в тому, щоб використовувати всього один приймальний модуль в центральному вузлі OLT для передачі даних безлічі абонентських вузлів ONT і прийому від них.

Кількість абонентських вузлів ONT, що підключаються до одного приймальному модулю OLT, залежить від бюджету потужності та максимальної швидкостіприймально-передавальної апаратури. Для передачі прямого (вихідного) потоку від OLT до ONT використовується довжина хвилі 1550 нм. При передачі зворотних потоків даних від абонентських вузлів від ONT до OLT використовується довжина хвилі 1310 нм. Мультиплексори WDM, вбудовані в обладнання OLT та ONT, поділяють вихідні та висхідні потоки.

WDM – це мультиплексування з поділом по довжині хвилі. Ця технологія дозволяє об'єднати кілька інформаційних каналів по одному оптичному волокну. При цьому для кожного каналу виділяється своя частота. Технологія WDM полягає в тому, що з передачі світла різних довжинах хвиль, у волокні немає їх взаємної інтерференції. Кожна довжина хвилі є одним оптичним каналом у волокні. Вихідний потік є широкомовним – передається всім абонентам, підключеним до OLT. Кожен абонентський вузол ONT у тому, щоб виділити із загального потоку призначену йому інформацію читає адресні поля. Абонентські вузли ведуть передачу на однаковій довжині хвилі та для того, щоб не виникали перетину сигналів, вони використовує метод множинного доступу тимчасовим поділом TDMA. Кожен ONT має свій індивідуальний розклад щодо передачі даних з урахуванням поправки на затримку. Це завдання вирішує протокол TDMA MAC.

Безпосередньо у приміщенні абонента встановлюється оптичний термінал ONT, який є водночас домашнім шлюзом доступу. При використанні уніфікованого транспортного оптичного терміналу ONT конфігурація транспортної складової не прив'язана до послуг. Таким чином, подальша конфігурація послуг здійснюватиметься на домашньому шлюзі доступу.

Під час будівництва оптичної мережі використовується двокаскадна схема розподілу оптичного сигналу. На станційній стороні встановлюється спліттер з коефіцієнтом поділу 1:2. У під'їзді будинку в оптичній розподільній шафі встановлюється спліттер з коефіцієнтом поділу 1:32, що забезпечує розподіл оптичного сигналу серед абонентів житлової будівлі. Варто зазначити, що будинків з малою кількістю абонентів використовуються інші схеми розподілу оптичного сигналу:

• 1:4 – перший рівень, 1:16 – другий рівень
• 1:8 – перший рівень, 1:8 – другий рівень

Технології пасивних оптичних мереж дозволяють здійснити конвергенцію різноманітних послуг. При використанні PON можливе надання послуг доступу до Інтернету, телефонії, телебачення. Надання комплексних послугреалізуються з використанням абонентського обладнання. Для організації доступу до послуг NGN використовується гібридна модель сервісу, представлена ​​на малюнку.

На обладнанні абонента (PC) ініціюється PPPoE-сесія. ONT настроєний у режимі роботи моста. Маршрутизатор широкосмугового віддаленого доступу BRAS здійснює термінацію PPPoE-сесії. Для організації доступу до Інтернету кожному віртуальному адаптеру PPPoE на обладнанні абонента присвоюється власна публічна IP-адреса, яка маршрутизується в мережі Інтернет.

Для організації послуг Triple Play організуються три віртуальні приватні мережі VLAN. У межах першого VLAN передається трафік доступу до Інтернету. Другий VLAN передає трафік послуг IPTV та VoD. На третьому VLAN організуються передача послуг аналогової та IP-телефонії. Абонентський термінал ONT порівнює ідентифікатор порту, через який з'єднано абонентське обладнання та ідентифікатор, що відповідає VLAN.

Аналоговий телефон підключається портом FXS, який емулює розширення інтерфейсу АТС. Для запобігання широкомовній ретрансляції multicast трафіку на устаткуванні OLT включений процес IGMP snooping. Шлюзи доступу IPTV та VOD, а також гнучкий комутатор Softswitch надають доступ до послуг телебачення та телефонії відповідно.

Під час подорожей глобальною павутиною для кожного користувача критично важливими є такі характеристики, як швидкість передачі даних та відсутність «розривів».

Забезпечити ці вимоги дозволяє з'єднання технології xPON. Абревіатура розшифровується як "Passive optical network", тобто пасивні оптичні мережі. Нова методика зародилася з PON, яка гарантувала широкосмуговий мультисервісний доступ за допомогою оптоволоконних кабелів. На відміну від попередника, зв'язок відрізняється більшою потужністю, це дозволило об'єднати всі пристрої, які отримують сигнал по одному каналу в «цифрі». Тобто кожному споживачеві (офісу, квартирі, громадській установі) виділяється власне волокно. Від одного вузла можуть відокремлюватися максимум 64 лінії, кожна з яких закінчується спеціальною розеткою. До неї приєднується один модем, який забезпечує зв'язком всі апарати: настільний комп'ютер, планшети, смартфони, телевізор, SIP-телефон і т.д.

Які переваги надає лінія xPON?

Порівняно з традиційними способами, нова методика має масу плюсів:

• висока швидкість передачі даних – від 100 Mb/s та вище;
• зручність у використанні – додаткові послуги (антивірусний захист, батьківський контроль та інші) налаштовуються провайдером;
• можливість вибору – абонент самостійно визначає кількість апаратів, що підключаються, та інші параметри з'єднання;
• стабільна якість – вона залежить від відстаней до розподільних пунктів.

Варто зазначити, що xPON або має певні недоліки. До останніх відносяться складності в процесі монтажу. До мінусів можна віднести і те, що у разі урвища відключаються відразу всі пристрої.

Як влаштовані оптоволоконні мережі за цією технологією?

Схема складається з наступних елементів: абонентський вузол з усім необхідним обладнанням, розподільна шафа та розетка для підключення модему. Кабелі простягаються до будинків, де підключаються до шаф, що встановлюються в підвалах будівель. Потім до кожного абонента простягається власне волокно, яке фіксується у спеціальному гнізді. Таку схему підключення використовують багато вітчизняних та зарубіжних інтернет-провайдерів.

	Про технологію GPON GPON у Москві – це широкосмугові мережі мультисервісного доступу, де по одному кабелю надаються послуги Інтернету, телефонії та телебачення з гарантованою якістю обслуговування. GPON- Це ваш персональний оптоволоконний канал з можливістю пропускної здатності до 1 Гб/сек. Технологія GPON передбачає прокладання оптоволоконного кабелю безпосередньо в квартиру абонента, а не до всієї будівлі, що гарантує постійну швидкість доступу до Інтернету та виключає збої в роботі через навантаження мережі. Для підключення до технології GPON абоненту безкоштовно встановлюється модем – ONT (Optical Network Terminal), завдяки якому підключення всіх послуг надалі відбувається віддалено та в одному пристрої. Модем має вбудований Wi-Fi, через мережу якого можна працювати без проводів з будь-якого пристрою.
GPON – справжня революція у сфері телекомунікацій! Технологія активно розвивається у всьому світі, а число абонентів, у тому числі й у Росії, зростає стрімкими темпами. Оптоволоконний кабель прокладається у квартиру, що гарантує найвища якістьпослуг та стабільність швидкостей.
	Компанія МТС об'єдналася з компанією МГТС, щоб жителі Москви змогли налаштувати роутер GPON і оцінити найпередовіші технології в галузі зв'язку. МТС – єдина телекомунікаційна компанія, яка пропонує своїм абонентам послуги домашнього Інтернетута Цифрового ТБ із підключенням на мережах GPONвід МГТС.
Обладнання Модем ONT, необхідний підключення, встановлюється у квартирі користувача, що дозволяє підключати додаткові послугивіддалено. Модем має вбудований Wi-Fi. Підключення ONT та саме обладнання абсолютно безкоштовно для користувачів.

Як працює GPON

Забезпечення доступу в Інтернет за технологією GPON передбачає заміну застарілих мідних кабелів на прогресивніші оптоволоконні, що володіють значно більшою. пропускною здатністю. Сигнал таким кабелем проходить за допомогою світлового, а не електричного імпульсу. Світловий імпульс проходить по скляному волокну, забезпечуючи більш надійний сигнал високу швидкістьза низьких енерговитрат.

Налаштування роутера GPON передбачає прокладання оптоволоконного кабелю безпосередньо в квартиру абонента, а не до всієї будівлі, що гарантує постійну швидкість доступу до Інтернету та унеможливлює збої в роботі через перевантаження мережі. Для підключення до технології GPON абоненту безкоштовно встановлюється модем – ONT (Optical Network Terminal), завдяки якому підключення всіх послуг надалі відбувається віддалено та в одному пристрої. Вбудований у Wi-Fi-роутер дозволяє працювати без дротів із будь-якого пристрою.

Перспективи розвитку

Сьогодні з упевненістю можна сказати, що технологія GPON не тільки йде в ногу з часом, а й багато в чому випереджає його, розширюючи межі можливого. Новий стандарт швидкостей дозволить постійно поповнювати пакет послуг. Однією з головних причин, чому варто купити GPON, є отримання цілодобового доступу до відеоспостереження, телеметрії, охоронної сигналізації та інших послуг. Ресурси технології дозволяють говорити про перспективи розробки та впровадження багатьох інших послуг для кращої якості життя.

GPON у Росії та у світі

GPON стрімко розвивається у США, Японії, Кореї, ОАЕ та ряді європейських країн як найперспективніша технологія доступу.

Росія поки що відстає за відсотковими показниками охоплення, проте динаміка розвитку відповідає світовим тенденціям. У великих російських містах, таких як Челябінськ, Міас та інші, кількість абонентів обчислюється десятками тисяч, а в Санкт-Петербурзі – сотнями тисяч людей.

Підключити

Починаючи з 2000 року інформаційні технологіїзазнали ряд серйозних змін, очікуваним наслідком яких стало широке впровадження Ethernet технологій та розширення абонентського каналу доступу до світового павутиння. Як результат, почалася гонка за швидкостями та якістю обслуговування: спочатку – мідні мережі з активними ретрансляторами на шляху від провайдера до абонента, потім – практично повний перехід на ВОЛЗ та технології сімейства FTTX (FTTC, FTTB, FTTH).

На сьогоднішній день абсолютно нікого не здивуєш «оптикою в будинок» та швидкостями доступу в Інтернет близько 30-100Мбіт/с, а низька вартість підключення та демократична щомісячна абонплата роблять провідні інтернет-технології популярними серед усіх верств населення.

Історично склалося так, що Інтернет-технології вперше вийшли з міст, і в них досі зосереджено «вістря» IT-індустрії: коаксіальні ТВ мережі з доступом до Інтернету (DOCSIS), мідно-оптичні FTTB мережі з IPTV та IP-телефонією. як бонус, CWDM та DWDM магістралі між окремими районами міста та на міжміську, бездротові мобільні Інтернет-технології – потенційному міському абоненту є з чого вибрати.

Пропозицій скористатися послугами Інтернет-сервісу Провайдера в місті стало настільки багато, що новий учасникІСП-спільноти просто не може «втиснутися» в «конклав», що вже сформувався, що надають мережеві послуги. У свою чергу, вже існуючі в містах ІСП ведуть серйозну боротьбу за кожну «п'ятиповерхівку» та за кожного абонента в ній (принаймні на території деяких країн СНД – точно).

Звичайно, минули часи, коли недобросовісні конкуренти вирізали чужий кабель кілометрами, перебивали магістральне волокно і втикали голки в коаксіал – зараз ведеться чесні методи (підвищення якості обслуговування та швидкостей, зниження абонплати, створення локальних медіапорталів тощо). Але, як показує практика, будь-яке місто вже давно поділене на сфери впливу ІСП (яких у кожному місті зазвичай мінімум два), і нових абонентів у усталених територіях добути зовсім непросто, особливо з огляду на практично однаковий набір та пропоновану якість послуг.

Здавалося б – навіщо щось міняти? ІСП існують і справно заробляють собі на хліб, регулярно збираючи данину зі своїх абонентів і періодично впроваджуючи «щось таке», що дозволяє поточне законодавство і що конкуренти відразу повторюють.

Як показала практика на території України, заробляти можна не тільки на хліб, а й на досить товстий шар олії на ньому – треба просто поглянути у бік батьківщини цієї самої олії, а саме – у заміські поселення (села, села, СМТ, і навіть міський). приватний сектор!).

Свого часу українські ІСП були приємно вражені наявністю величезної кількості потенційних абонентів у сільській місцевості і, оскільки святе місце порожнім не буває, почали бадьоро будувати класичний FTTX в умовах відсутності цивілізації. Але, як це зазвичай буває, першопрохідники не врахували наявність у сільській місцевості достатньої кількості «граблів», які зустрічалися майже на кожному кроці:

• відсутність каналізації (для зручного прокладання кабелю);
• погане електроживлення (і всі проблеми з активним обладнанням ІСП), що випливають із цього;
• відсутність телекомунікаційних будівель та неможливість розміщення активного обладнання на стовпах;
• проблеми з грозами (блискавковідводів немає, стабілізатори живлення відсутні, кручена пара висить від найближчого запитаного ящика просто неба).

І найголовніше – надто мала кількість потенційних абонентів на квадратний кілометр у порівнянні з містом (як наслідок – величезні витрати при прокладанні багатоволоконного кабелю на великі відстані або біль голови при розрахунках з метою економії цього самого кабелю).

І начебто хочеться нових абонентів, і як абоненти готові платити небачені в місті цифри за підключення, і навіть обладнання готові купувати і запитувати за свій рахунок - але дуже дорого виходить обслуговування FTTX в сільській місцевості.

Саме в цей складний період, коли багато ІСП негативно мотали готовою і навіть слухати не хотіли про абонентів у НС та селах, на ринок вийшла тоді ще зовсім невідома технологія PON, яка зараз стоїть поза конкуренцією у таких жорстких для систем передачі даних умовах.

PON(англ. PassiveOpticalNetwork – пасивна оптична мережа) – це швидкорозвиваюча, найбільш перспективна технологія широкосмугового мультисервісного множинного доступу по оптичному волокну, що використовує хвильовий поділ трактів прийому/передачі і дозволяє реалізувати одноволоконну деревоподібну топологію. .

Іншими словами, PON - це повністю пасивна мережа, побудована на оптичному волокні і не має нічого, крім "скла", на шляху проходження Інтернету від провайдера до абонента. Все активне обладнання винесено на відносну безпеку житлових (і не дуже) будівель, а саме:

• на стороні провайдера розташовується головна станція, яка керує всією пасивною мережею, включаючи абонентські пристрої, та «наливає» трафік у мережу;
• на стороні абонента знаходяться приймально-передаючі конвертери, з яких, власне, і «витікає» трафік споживачам.

1.2 Види PON.

На початку 90-х, коли увага світової спільноти була прикута до подій на території вже колишнього СРСР, групою з кількох європейських телекомунікаційних компаній було створено консорціум для реалізації ідеї множинного доступу по одному волокну, який отримав назву FSAN(FullServiceAccessNetwork). Метою FSAN була розробка загальних рекомендацій та вимог до обладнання PON для того, щоб виробники обладнання та оператори могли співіснувати разом на конкурентному ринку систем доступу PON. Підсумком роботи FSAN стала низка стандартів PON:

• ITU-TG.983
  APON (ATM Passive Optical Network);
  BPON (Broadband PON);
• ITU-T G.984
  GPON (Gigabit PON);
• IEEE 802.3ah
  EPON/GEPON (Ethernet PON);
• IEEE 802.3av
  10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON);

APON і BPON морально застаріли ще при народженні, GPON не надто розвинений через високу (щодо GEPON) вартість, а також через органічне небажання багатьох працювати зі швидкостями 2.5G, 10GEPON поки що знаходиться на стадії розробки/налагодження/випробувань.

У результаті залишаються лише GEPON та GPON, які на сьогоднішній день відповідають вимогам більшості провайдерів для підключення віддалених абонентів: швидкість передачі «вниз» та «вгору» становить 1/1 Гбіт/с або 2,5/1 Гбіт/с (для GEPON та GPON відповідно), при цьому, на одному волокні можуть бути до 64 кінцевих пристроїв мережі (для GEPON) і до 128 (для GPON). Однак, для не дуже вимогливого сільського абонента швидкості, що надається GEPON навіть у періоди пікового навантаження мережі, цілком достатньо, а ціна обладнання (і, як наслідок, підключення) нижча якщо не в рази, то досить значно. Тому на даний момент технологія GEPON є найбільш перспективною для розширення ІСП у напрямку невеликих/середніх. населених пунктів, що знаходяться в передмісті та на значній відстані від міст.

*Звичайно, GPON представляє можливості запасу за швидкістю на кожного абонента, але на той час, коли ці швидкості будуть затребувані, вже досить широко буде поширений 10GPON, тому переплачувати за сумнівне резервування на даний момент не має сенсу*

1.3 Принцип дії GEPON.

Як уже згадувалося раніше, GEPON – деревоподібна мережа, побудована на пасивних оптичних складових на всьому протязі від провайдера до абонента.

На стороні провайдера встановлюється OLT (Optical Linear Terminal - Оптичний Лінійний Термінал) - L2 або L3 свитч з усіма функціональними можливостями, що випливають звідси, що має Uplink порти (зазвичай стандарту Ethernet) і Downlink порти (працюючі в рамках стандартів IEEE 802).

Останнім часом усі виробники GEPON обладнання мають широкий модельний рядголовних станцій (OLT), які, в основному, відрізняються кількістю Downlink портів (безпосередньо для підключення пасивних дерев), кількістю та швидкістю Uplink портів (наприклад, 1Гбіт/с або 10Гбіт/с) та програмно-апаратним функціоналом (L2 або L3).

*наприклад, китайська компанія BDCOM має 3 лінійки головних станцій:

• Low-level (P33XX) – OLT'и для невеликої кількості абонентів (256) з 4-ма Uplink та 4 Downlink портами;
• Mid-level (P36XX) – OLT'и для середньої кількості абонентів (512…1024), мають 8…16 портів Downlink, стільки ж Uplink та 2х10Гбіт/с додаткових Uplink;
• Tol-level (P69XX, P85XX) – гігантські фабрики з виробництва GEPON трафіку з більш ніж 16-ю GEPON портів та іншими принадами;*

Управління OLT проводиться як через термінальний порт, так і за допомогою всіх улюблених протоколів типу SNMP, SSH та TELNET.

На стороні клієнта встановлюється ONU(англ. Optical Network Unit – Оптична Мережева Одиниця), яку іноді називають ONT(англ. Optical Network Terminal – Оптичний Мережевий Термінал) – спеціалізований VLAN свитч невеликого розміру. ONU від того ж BDCOM стандартно має один оптичний гігабітний порт та 4 мідні (100Mbps або 1Gbps). Є моделі ONU з комбінованим оптичним портом для телебачення та даних, з портами для телефонії (SIP), з різною кількістю мідних портів, Wi-Fi-адаптером, а також комбінації всіх перерахованих вище. Кожна ONU має вбудований фільтр MAC-адрес; при отриманні пакета ONU перевіряє належність пакета і, якщо пакет належить їй, відкидає його. Управління ONU відбувається безпосередньо з OLT, причому OLT вважає ONU своїм власним «віддаленим портом».

Між клієнтом та провайдером розташовується пасивна оптична мережа, яка має топологію дерева та її похідні. Основними компонентами пасивної оптичної мережі є оптичні волокна та оптичні спліттери(англ. Splitter - роздільник), що працюють у режимі «розгалужувач» у напрямку провайдер-клієнт та в режимі «змішувач» у зворотному напрямку. Безперечними перевагами пасивного обладнання є його незалежність від харчування та простота в експлуатації: будучи одного разу встановленим, пасивне обладнання потребує лише періодичної профілактики (часто лише у вигляді візуального огляду).

Рисунок 1 – Принципова схема увімкнення PON

Оскільки пасивні оптичні мережі фізично є з'єднанням з множинним доступом (точка-многоточка), в них необхідно розділяти прямі та зворотні потоки даних, а також координувати зв'язок між безліччю абонентських пристроїв та головною станцією. Для цього використовується відразу дві технології для передачі даних в середовищі, що розділяється між багатьма абонентами: тимчасовеі частотне мультиплексування.

Тимчасове мультиплексування (англ. TDM- TimeDivisionMultiplexing) діє з боку OLT, який визначає, в які моменти часу конкретному абонентському пристрої дозволено мовлення у загальне середовище передачі даних. З боку ONU діє TDMA(англ. TimeDivisionMultipleAccess – Множинний Доступ З Поділом По Часу), згідно з яким абонентський пристрій підпорядковується OLT.

У той же час у всій пасивній оптичній мережі діє технологія WDM (англ. WavelengthDivisionMultiplexing - Мультиплексування з поділом по довжині хвилі), яка розносить прямий ( низхіднийвід OLT до ONU) та зворотний ( висхіднийвід ONU до OLT) потоки даних різні довжини хвиль (частоти). При цьому низхідний потік передається на довжині хвилі 1490нм, а висхідний на довжині хвилі 1310нм. Зроблено це для того, щоб уникнути колізій («зіткнення» прямого та зворотного потоків на одній довжині хвилі), а також залишити місце для CATV (аналогове телебачення), яке також можна пустити по дереву PON до абонента. Передавачі CATV мовлять на довжині хвилі 1550нм або 1310нм, але виробники GEPON обладнання зайняли довжину хвилі 1310nm для UpStream, щоб максимально здешевити клієнтський пристрій (лазери, що випромінюють на довжині хвилі 1310нм набагато дешевше за лазери, що випромінюють на 5 хв)

Вартість лазерних GEPON приймачів-передавачів досить висока по відношенню до їх Ethernet-побратимів, і не випадково: вони дуже потужні. Їхні потужності вистачає на те, щоб «пробити» понад 100 км стандартного оптичного волокна по прямій! Однак, PON-дерева в глибину досягають зазвичай лише 10-15 км, маючи межапо глибині близько 20км. Пов'язано це про те, що пасивні оптичні дільники вносять у лінію величезне згасання сигналу, забезпечуючи у своїй розгалуження і економлячи оптичне волокно.

Варто зазначити, що стандарт GEPON дещо відрізняється від звичного всім Ethernet структурою кадру, тому «не-GEPON» пристрою в мережі PON не працюватимуть. Мало того, стандарт IEEE 802.3ah був прийнятий відносно недавно, і майже ніхто з виробників не відповідає йому на 100% (та багато хто і не дуже хоче). Внаслідок цього, відсутня повна крос-платформна сумісність обладнання (наприклад, OLT від D-Link не буде працювати з ONU від ZTE, або OLT від HUAWEI не розкриватиме весь свій потенціал при роботі з ONU від BDCOM).

*Насправді, сумісність різних виробників можлива, але не на 100%; трафік міжOLTіONU, можливо, «ходитиме», однак, повне управлінняOLTТому «нерідних»ONUніхто не гарантує.

Слід окремо розглянути технологію обміну даними між ONU та OLT:

• будь-яка ONU веде мовлення тільки в момент часу, відведений для неї OLT (TDMA);
• для будь-якої ONU в мережі OLT визначає часовий проміжок, протягом якого ONU може мовити (TDM);
• знову підключена ONU взаємодіє з OLT за протоколом MPCP(Англ. Multi-PointControlProtocol - Протокол Управління Багатоточковим Обміном);
• будь-яка ONU не можезв'язуватися з іншими ONU без участі у зв'язку OLT`а. Усі пакети для будь-якого адресата централізовано обробляє один пристрій мережі – OLT.

Рисунок 2 – Розподіл проміжків часу між ONU

Для підтримки присвоєння тимчасових доменів за допомогою OLT, IEEE 802.3ah був розроблений протокол MPCP. Цей протокол базується на двох повідомленнях Ethernet: GATEі REPORT. Повідомлення GATE надсилається від OLT до ONU та використовується для присвоєння тимчасового домену. Повідомлення REPORT використовується ONU для інформування OLT про свій стан (заповненість буфера тощо), щоб допомогти йому прийняти правильне рішення щодо виділення тимчасового домену. Як GATE, і REPORT-повідомлення є кадрами управління MAC (тип 88-08).

Існує два режими роботи MPCP: автодетектування (ініціалізація) та нормальний режим. Режим автодетектування використовується для детектування знову підключених ONU та визначення RTT(англ. Round Trip Time – час від моменту посилки запиту до моменту отримання відповіді) та MAC-адреси цієї ONU. Нормальний режим використовується для присвоєння тимчасових доменів усім, що ініціалізуються ONU.

Стандартні Ethernet кадри в PON трохи модифікуються під специфіку роботи в середовищі, що розділяється за принципом TDM, однак, OLT модифікує вихідні пакети так, що на виходіз PON виходить стандартний Ethernet потік. У зворотному напрямку ситуація є аналогічною. Структура стандартного Ethernet кадру (IEEE 802.3), PON кадру (IEEE P802.3ah) та керуючого кадру IEEE P802.3ah представлена ​​нижче (Малюнок 3):

Рисунок 3 – Порівняння полів кадрів IEEE 802.3 та IEEE P802.3ah

Преамбула стандартного кадру Ethernet (Малюнок 3а), модифікується додаванням кількох службових полів (Малюнок 3б):

• SOP(англ. Start Of Packet) - 1 байт, вказує на початок кадру;
• Резервне поле, 4 байти;
• LLID(англ. Logical Link Identificator) - 2 байти, вказує індивідуальний ідентифікатор вузла EPON. Залишається відкритим питання: скільки ідентифікаторів може мати абонентський вузол ONU – один чи кілька? LLID потрібен для емуляції з'єднань точка-точка та точка-мультиточка в мережі EPON. Перший біт поля вказує на режим передачі кадру (unicast або multicast). Інші 15 біт містять індивідуальну адресу вузла EPON;
• CRC(англ. Сircle Redundancy Check) - 1 байт, контрольна сума по преамбулі (стандарт P802.3ah).

При виході кадру з мережі GEPON преамбула кадру перетворюється на стандартний вид – тег ліквідується. Наприклад, у прямому потоці OLT модифікує преамбулу кожного кадру, що входить в PON 802.3, зокрема, в преамбулу додається спеціальний тег LLID. Цей тег отримується відповідним підрівнем на ONU, де відбувається відновлення преамбули. Вузол ONU у нормальному режимі роботи, тобто. коли вже зареєстровано, обробляє лише ті кадри, у преамбулі яких ідентифікатор LLID збігається із власним LLID. Інші поля кадру EPON збігаються з полями стандартного кадру Ethernet:

• DA(англ. Destination Address) – 6 байт, вказує MAC-адресу станції призначення. Це може бути єдина фізична адреса (unicast), групова адреса (multicast) або широкомовна адреса (broadcast);
• SA(англ. Source Address) - 6 байт, вказує MAC-адресу станції відправника;
• L/T(англ. Length/Type) - 2 байти, містить інформацію про довжину або тип кадру;
• поле даних, змінної довжини;
• PAD(Наповнювач) – поле використовується для доповнення кадру до мінімального розміру;
• FCS(англ. Frame Check Sequence) - 4 байти, контрольна сума кадру, обчислена з використанням циклічного надлишкового коду;
• OpCode(англ. Optional Code) - 2 байти, уточнює тип керуючого кадру. Існують дві категорії керуючих кадрів, що відрізняються значенням цього поля: повідомлення GATE, що генерується OLT, та повідомлення REPORT, що генерується ONU;
• TS(Time Stamp) – 4 байти, містить тимчасову мітку відправника;
• message- 40 байтів, що в цьому полі міститься службова інформація, необхідна для роботи протоколу MPCP.

Більш детальну інформацію про логічну роботу PON можна отримати на http://book.itep.ru.

OLT і ONU забезпечують інкапсулювання даних в модифіковані Ethernet кадри стандарту IEEE P802.3ah, при цьому використовується канальне кодування 8B/10B (8 біт користувачів перетворюються в 10 канальних).

Остаточний алгоритм роботи мережі PON після налаштування виглядає так:

• ONU "слухає лінію";
• OLT отримує пакет стандарту IEEE 802.3 від вищестоящого пристрою та модифікує його під стандарт IEEE P802.3ah;
• OLT надсилає пакет конкретному адресату (ONU);
• Всі ONU одержують пакет, але лише адресат залишає його собі – решта пакету відкидають;
• ONU модифікує пакет стандарту IEEE P802.3ah під стандарт IEEE 802.3 та віддає його клієнтському ПК;
• ONU отримує пакети з клієнтського ПК, модифікує їх із стандарту IEEE 802.3 під стандарт IEEE P802.3ah та буферизує;
• OLT дозволяє передачу даних конкретної ONU;
• ONU мовить певну кількість часу, а потім замовкає і знову слухає лінію;
• OLT отримує від ONU пакет стандарту IEEE P802.3ah, модифікує його під стандарт IEEE 802.3, після чого передає його пристрою.

Алгоритм роботи мережі PON для перетворення пакетів з одного стандарту в інший можна представити таким чином (Малюнок 4):

Рисунок 4 – Алгоритм роботи PON із перетворення пакетів

1.4 Порівняння PON із класичною FTTH схемою підключення абонентів.

Для класичного FTTH характерна велика кількість волокон (по одному на кожного оптичного споживача, будь то кінцевий абонент або багатоповерхівка), що, у свою чергу, призводить до неефективного використання кабелю за принципом: чим більший кабель, тим більше він неефективно використовується.

Наприклад, чотириволоконний кабель, що йде до групи близько розташованих багатоповерхівок каналізаційної шахти (по волокну на кожну), необхідно завести в підвал однієї з них і обробити, відповівши одне волокно на оптичного споживача. Три волокна, що несуть інформаційний сигнал, необхідно пустити по каналізації до наступного будинку. При цьому кабель, прокладений від першої точки відгалуження до другої, також чотириволоконний, просто одне волокно залишається невикористовуваним. І так далі…

Звичайно, можна поступово знижувати волоконність кабелю, прокладаючи у більш «вузьких ділянках менш ємні кабелі, але, як показує практика, це не дуже зручно: тримати кілька кілометрових бухт різної волоконності накладно вже при основній роботі з 8-миволоконним кабелем, не кажучи вже про більш ємних.

Знову ж таки, недоліком FTTH навіть у місті є велика кількість проміжних між провайдером та абонентами активних пристроїв доступу та агрегації – вони споживають електроенергію, вимагають регулярного обслуговування, чутливі до перепадів напруги, сильно залежать від температури довкілля, вологості… Якщо всі ці недоліки спроектувати на сільську місцевість, де горища та підвали, а також централізована каналізація та мережа живлення доступні далеко не завжди, а також прийняти до уваги стандартні проблеми типу «свитч заглючив і не відповідає – треба перезавантажувати руками» – стає абсолютно нецікаво розвивати НС та тягнути кабель у село.

Для вирішення вищевикладених проблем ідеально підходить технологія GEPON, яка вже добру п'ятирічку радує інтернет-користувачів найвіддаленіших населених пунктів на карті України.

При використанні GEPON на 64 абоненти використовується лише один оптичний хвилевід, а чотириволоконний кабель вистачить, відповідно, на 256 абонентів. При цьому абоненти можуть перебувати на достатньому віддаленні один від одного та від найближчого магістрального кабелю. Невикористовуваного волокна в кабелі при побудові мережі за технологією PON практично немає, а для ефективного розгортання пасивної оптичної мережі цілком достатньо основного (магістрального) кабелю на 4 або 8 волокон та абонентських "fiberdropcable", які є захищеними патчкордами різної довжини.

Проте, найбажанішим плюсом пасивної оптичної мережі є відсутність потреби в харчуванні проміжних між абонентом та провайдером вузлів. Це відразу знімає низку питань від енергопостачальних компаній, пожежників та інших проблемних інстанцій. Цей же плюс можна ефективно використовувати в сільській місцевості: проміжні вузли, не прив'язані до харчування, можна розміщувати будь-де, при цьому значна частина коштів, що йде на підтримку безперебійного харчування, буде заощаджена, також, як і кошти, що закладаються на профілактику та ремонт будь-якого активного обладнання у мережі.

Важливим є той факт, що налаштування всього активного обладнання GEPON, що входить у конкретну пасивну мережу, проводиться з одного пристрою – головної станції (OLT). Це значно спрощує роботу системного адміністратора, дозволяючи найефективніше знаходити та усувати несправності, а також здійснювати регулярне обслуговування мережі.

Крім того, вже побудовану пасивну мережу легко і просто запустити аналогове TV (Малюнок 5):

Рисунок 5 – Застосування PON як середовище для використання CATV

Отже, позитивні сторони PON у порівнянні з FTTH:

• Мінімальне використання активного устаткування;
• Мінімізація кабельної інфраструктури;
• Низька вартість обслуговування;
• Можливість інтеграції з кабельним телебаченням;
• Хороша масштабованість;
• Висока щільність абонентських портів.

У той же час, при розгляді технології GEPON потрібно врахувати і її особливості, особливо в порівнянні з лініями «точка-точка»:

• смуга пропускання, що розділяється між абонентами (загальне середовище може не підійти клієнту з точки зору безпеки);
• пасивні елементи (дільники) ускладнюють діагностику оптичної лінії;
• можливий вплив несправності обладнання одного абонента на роботу інших (при виході з ладу ONU є вкрай низька ймовірність того, що передавач «ошаленої» ONU постійно випромінюватиме, заважаючи іншим);
• менший зиск у разі реалізації на етапі будівництва.

	Про технологію GPON GPON – це широкосмугові мережі мультисервісного доступу, де по одному кабелю надаються послуги інтернету, телефонії та телебачення з гарантованою якістю обслуговування. GPONце ваш персональний оптоволоконний канал із можливістю пропускної спроможності до 1 Гб/сек.
GPON – справжня революція у сфері телекомунікацій! Технологія активно розвивається у всьому світі, а число абонентів, у тому числі й у Росії, зростає стрімкими темпами. Оптоволоконний кабель прокладається в квартиру, що гарантує високу якість послуг та стабільність швидкостей.
	Компанія МТС об'єдналася з компанією МГТС, щоб жителі Москви змогли належним чином оцінити найпередовіші технології в галузі зв'язку. МТС – єдина телекомунікаційна компанія, яка пропонує своїм абонентам послуги домашнього Інтернету та Цифрового ТБ із підключенням на мережах GPON від МГТС.
Обладнання Модем ONT, необхідний підключення, встановлюється у квартирі користувача, що дозволяє підключати додаткові послуги віддалено. Модем має вбудований Wi-Fi. Підключення ONT та саме обладнання абсолютно безкоштовно для користувачів.

Як працює GPON

Забезпечення доступу в Інтернет за технологією GPON передбачає заміну застарілих мідних кабелів на більш прогресивні оптоволоконні, що мають значно більшу пропускну здатність. Сигнал таким кабелем проходить за допомогою світлового, а не електричного імпульсу. Світловий імпульс проходить по скляному волокну, забезпечуючи надійніший сигнал та високу швидкість при низьких енерговитратах.

Технологія GPON передбачає прокладання оптоволоконного кабелю безпосередньо в квартиру абонента, а не до всієї будівлі, що гарантує постійну швидкість доступу до Інтернету та виключає збої в роботі через навантаження мережі. Для підключення до технології GPON абоненту безкоштовно встановлюється модем – ONT (Optical Network Terminal), завдяки якому підключення всіх послуг надалі відбувається віддалено та в одному пристрої. Модем має вбудований Wi-Fi, через мережу якого можна працювати без проводів з будь-якого пристрою.

Перспективи розвитку

Сьогодні з упевненістю можна сказати, що технологія GPON не тільки йде в ногу з часом, а й багато в чому випереджає його, розширюючи межі можливого. Новий стандарт швидкостей дозволить постійно поповнювати пакет послуг. Відеоспостереження, телеметрія, охоронна сигналізація та інші послуги за допомогою технології GPON стають доступними для абонентів. Ресурси технології дозволяють говорити про перспективи розробки та впровадження багатьох інших послуг для кращої якості життя.