Волоконно-оптический широкополосный доступ. Технологии

By | 16.09.2014

В последнее время в нашей стране растет интерес к оптическим технологиям построения сетей широкополосного абонентского доступа. Однако выбор оптимального варианта по­строения сети -задача нетривиальная. В статье рассмотрены преимущества и недостатки возможных вариантов построения сетей широкополосного абонентского доступа на основе различных волоконно-оптических технологий.

Существующие технологии широкополосного абонентского доступа (ШПАД), такие как DSL по витой паре или по коаксиальному кабелю, в данный момент уже на пределе своих возмож­ностей: они могут обеспечить максимально 10­20 Мбит/с в сторону конечного пользователя на сравнительно небольшое расстояние передачи -до одного километра. Объем строительства во­локонно-оптических сетей ШПАД с каждым годом растет. При этом операторы в разных ре­гионах страны используют различные техноло­гии ШПАД. Более того, даже в развитых стра­нах нет единого мнения, какая технология луч­ше. Здесь много причин: текущие затраты, оку­паемость сети, предоставляемые услуги, воз­можность быстрой модернизации в недалеком будущем, информационная безопасность и на­дежность сети и др. Рассмотрим основные то­пологии ШПАД на основе оптоволоконных ли­ний связи.

Рис.1. Топология точка-точка (PtP)

Топология точка-точка (PtP), IEEE 802.3ah EFMF, привлекательна для корпоративных крупных клиентов, для которых главное — на­дежность и информационная безопасность (рис.1). Ее преимущества: минимальная стои­мость клиентского оборудования, практически неограниченные возможности модернизации сети, большая информационная защищенность абонентов, легкая диагностика неисправностей в сети. Кроме того, топология PtP не наклады­вает ограничений на используемую сетевую технологию и скорость передачи. Недостаток один — высокая стоимость индивидуального оптоволоконного кабеля до каждого абонента. Преимущества топологии PtP с применением Ethernet-коммутаторов (рис.2) — экономичность с точки зрения использования волокна, опти­мальная  совместимость  в  рамках стандарта.

Рис.2. Топология точка-точка с примене­нием Ethernet-коммутаторов

Рис.з. PON, топология точка-многоточка (PtMP) с древовидной сетью без актив­ных узлов

Ethernet, оптимальная по стоимости топология. Главный недостаток — в каждом узле сети необ­ходимо активное оборудование (коммутатор или маршрутизатор), требующее элек­тропитания.

Пассивная оптическая сеть (PON) точка-много-точка (PtMP) строится по топологии древовид­ной сети без активных узлов (рис.3). Принципу действия PON посвящено множество книг и статей, поэтому рассмотрим только некоторые практические аспекты эксплуатации PON. Пре­имущества PON хорошо известны [2] — возмож­ность экономии на кабельной инфраструктуре за счет сокращения количества оптических во­локон, сокращение числа оптических пе­редатчиков и приемников в центральном узле, оптимальная топология для многоквартирных домов, легкость подключения новых абонентов, удобство обслуживания.

Однако операторы не торопятся строить домо­вые сети на основе PON, и на то есть ряд при­чин. Рассмотрим их подробнее. На входах оконечного оборудования в абонент­ских узлах, на ONT (Optical Network Terminal) видны данные соседних ONT. Стало быть, не­обходимо шифрование данных и дополнитель­ная служебная информация, чтобы разделить потоки. А это снижает общую скорость потока для абонента и ведет к усложнению и удорожа­нию оборудования [1].

Суммарная информация для всех абонентов сети поступает на входы всех абонентских уз­лов ONT (broadcast downstream). Каждый або­нентский узел ONT, читая адресные поля, вы­деляет из общего потока часть информации, предназначенную только ему. Поэтому прямой поток содержит определенное количество слу­жебной (адресной и другой) информации, что в итоге снижает объем полезной информации. Так, технология EPON (Ethernet PON) со скоро­стью передачи общего потока 1,25 Гбит/с может реально предложить каждому из 32 абонентов поток информации со скоростью около 20-25 Мбит/с [3, 4]. Если число абонентов в дереве возрастет в два раза (до 64), соответственно вдвое сократится и объем информации, переда­ваемой каждому абоненту. Это даже сегодня ограничивает предоставляемые клиентам услу­ги, а лет через пять этой скорости будет явно недостаточно.

Несмотря на то, что ONT принимает полезную информацию со скоростью 20-25 Мбит/с, або­нентское устройство работает в полосе частот общего сигнала, т.е. 1-1,5 ГГц. Это приводит не только к избыточной стоимости ONT, но и к избыточному шуму, что совместно с потерями в пассивном сплиттере влечет снижение динами­ческого диапазона примерно на 25 дБ.

Не подлежит сомнению и тот факт, что PON — наиболее уязвимая из всех известных техноло­гий ШПАД. К примеру, любому абоненту тех­нически несложно вывести из строя всю сеть, причем «вычислить» вандала проблематично. Кроме того, нормативная документация, касающаяся применения стандартов PON на терри­тории РФ в принципе недостаточна, что приводит к проблемам совместимости оборудования разных производителей.

Рис.4. Схема WDM-PON

Наконец, разворачивая строительство PON сейчас, необходимо быть готовым к модерниза­ции сети в недалеком будущем. Здесь есть ряд возможностей. Прежде всего — это переход на более мощное оборудование 10GE PON с заме­ной всех ONT. Но магистральным путем модер­низации PON является применение спектраль­ного мультиплексирования WDM-PON.

Технология спектрального мультиплексиро­вания WDM-PON (рис.4) предоставляет пользо­вателю выделенную полосу (нет распределения на конкурентной основе), изолирует физически сигналы абонентов, эффективно использует во­локно (до 64 абонентов на волокно, как и в TDMA PON). Кроме того, значительно, до 80 км, возрастает дальность связи при стандартном для TDMA PON бюджете в 28 дБ, поскольку в системе используются мультиплексо-ры/демульти-плексоры с решетками на основе массива волноводов (AWG — Arrayed Waveguide Grating) с низкими потерями вместо неэффек­тивных с точки зрения потерь сплиттеров. Ко­нечно же, есть и недостатки — высокая стои­мость сети.

Интересной также является гибридная сеть (рис.5), обладающая максимальной гибкостью и оптимальная по стоимости. В этой конфигура­ции разделение абонентов производится как по длине волны, так и по существующему прин­ципу пассивного разде­ления с помощью обычных сплиттеров.

В заключение отме­тим — развитие воло­конно-оптических до­мовых сетей неизбеж­но. Но при выборе типа сети многое зависит от самых разных факто­ров, таких как связи с поставщиками обору­дования, готовность к крупным инвестициям, сроки окупаемости, техническая грамот­ность специалистов, личные качества руко­водства и многое дру­гое.

Ист. Тематическая подборка «Развитие сетей широкополосногодоступа» Инв.№296310

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *