Проект предоставления современных услуг связи на базе технологии PON в г. Грозный

Там же устанавливается шкаф в антивандальном исполнении. В шкафу устанавливается пассивное оборудование – кросс и активное – коммутатор.

На стороне же оператора связи устанавливается терминал оптической линии OLT (Optical Line Terminal). OLT является основным устройством и определяет параметры обмена трафика с абонентскими устройствами ONU. Далее от шкафа по стоякам разводятся многопарные кабели UTP.

 

 

1.2 Достоинства  и недостатки технологии FTTB

 

Достоинства FTTB:

• Нет необходимости в дополнительном оборудовании – для работы достаточно вставить кабель провайдера в сетевую карту ПК или ноутбука.
• По сравнению с технологией FTTH имеет меньшую стоимость реализации.

Недостатки FTTB:

• Низкая надежность коммутаторов и зависимость скорости доступа в Интернет от количества пользователей, подключенных к данному коммутатору.
• Наличие активного оборудования между оператором и абонентом, требующим обслуживания и защиты от вандалов.
• При развертывании сети FTTB, есть необходимость в обеспечении бесперебойного питания узла доступа, необходимость согласований по выделению электрических мощностей с энергетиками, хозяйственных вопросов с ТСЖ, которые запрашивают дополнительные вложения за возможность осуществления монтажа устройств на территории зданий.
• Шкафы, на базе которых реализуются узлы коммутации, по размеру обычно значительно больше, чем в сетях FTTH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Достоинства  и недостатки технологии FTTH

 

Достоинства FTTH:

• Высокая надежность.
• Конфиденциальность.
• Экономия волокон.
• Нет необходимости в использовании дистанционного питания.
• Простота переконфигурации сети за счет установки в основных узлах распределения оптических кроссовых шкафов. Перекоммутация осуществляется за счет простейшей переустановки патчкордов по соответствующим направлениям (с помощью пигтейлов).
• Простота построения параллельных сетей.
• Для владельцев многоквартирных домов подключение на базе FTTH способно повысить стоимость недвижимости.
• Высокая полоса пропускания, которая позволяет достичь максимальной гибкости при развертывании сервиса в будущем, FTTH полностью стандартизированный и наиболее перспективный вариант развития сетей абонентского доступа с использованием волоконно-оптического кабеля.9

Недостатки FTTH:

• Наличие терминала / устройства CPE в квартире клиента.
• Сети с FTTH технологией несколько дороже аналогичных сетей с FTTB технологией.10

Хотя сети с FTTH технологией несколько дороже аналогичных сетей с FTTB технологией, однако, цены на оборудование снижаются. К тому же без учета стоимости дополнительного оборудования (Set Top Box) и в случае правильного выбора оборудования по ценовой политике с учетом специфики структуры FTTH сети, разница в суммарной стоимости по сравнению с FTTB может быть сведена к нулю. Также использование решений FTTH позволяет существенно сократить эксплуатационные расходы, в первую очередь, за счет уменьшения площади технических помещений, где необходимо размещения оборудования, а также соответственно, снижения энергопотребления и собственно затрат на техническую поддержку.

Очевидно, что для реализации конкурентно-способных услуг необходимо построение сети на базе технологии FTTH.

Существуют системы с пространственным разделением среды, с временным разделением TDM, системы со спектральным разделением WDM.

Технология PON (аббр. от англ. Passive optical network, пассивная оптическая сеть) – технология пассивных оптических сетей. Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания узлов сети и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Передача данных обычно идет на длине волны 1550 нм, и передается в общем диапазоне приемников, то есть для каждого участника сети приходит одинаковый поток информации, и он уже автоматически определяет, какой блок данных предназначается именно ему. В связи с этим возникает потенциальная возможность доступа к данным предоставляемых одному узлу, посредством другого, но протоколы передачи данных обеспечивают возможность шифрования исходящих данных, с расшифровкой на целевом устройстве. Обратные же потоки данных транслируются от абонента на на длине волны 1310 нм используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access), то есть для недопущения наложения информационных потоков, передача происходит в индивидуальные промежутки времени определенные для каждого участника обмена протоколом передачи данных TDMA MAC.11

Решение на базе PON подразумевает установку в точке присутствия центрального узла OLT. Это устройство принимает данные со стороны магистральных сетей через интерфейсы SNI и формируют нисходящий поток к абонентским узлам по дереву PON. 12 От OLT оптический кабель тянется до жилого здания, где устанавливается пассивный оптический разветвитель (Splitter). Оптический разветвитель – это пассивный оптический многополюсник, распределяющий поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. В общем случае у разветвителя может быть M входных и N выходных портов. В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1xN с одним входным портом. Разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну. От оптического разветвителя расходятся оптические кабели, в помещении абонента устанавливается узел ONT (в терминологии ITU-T). Или могут устанавливаться узлы ONU (в терминологии IEEE) на цокольном этаже или подвальном помещении и используются совместно несколькими абонентами.

   1.4 Модификации PON

 

Стандарт IEEE 802.3ah EPON, базовым протоколом которого является Ethernet. Принят в 2007 году. Скорость передачи прямой/обратный поток 1000/1000 Мбит/с. Максимальный радиус сети 20 км. Для защиты данных шифрование не применяется. Максимальное количество абонентских узлов на одно волокно 16.

Стандарт ITU-TSG15 GPON, базовым протоколом которого является SDH. Принят в 2003 году. Скорость передачи прямой/обратный поток 1244/155,622,1244 Мбит/с, 2488/622,1244,2488 Мбит/с. Максимальный радиус сети 20 км. Защита данных осуществляется обновляемыми открытыми ключами. Максимальное количество абонентских узлов на одно волокно 128.

Стандарт IEEE 802.1ah GEPON, базирующийся на протоколе Ethernet. Принят в сентябре 2004 года. Скорость передачи 1250/1250 Мбит/с. Максимальный радиус 20 км. Предусмотрена коррекция ошибок FEC. Максимальное количество абонентских узлов на одно волокно 64. 13

Стандарт IEEE 802.3av 10G EPON позволяет организовать потоки со скоростями вниз и вверх до 10 Гбит/с, совместим с 802.3ah EPON.

Технология WDM-PON на данный момент не стандартизирована. Одна из наиболее перспективных технологий развития сетей доступа. В отличие от других технологий PON каждая ONT работает на своей длине волны, таким образом каждое устройство ONT может получать поток данных со скоростью 1Гбит/c, в отличие от классического GPON где полоса в 2,5 Гбит/c распределяется на все устройства.

С другой стороны, позволяет экономить на оптическом кабеле по сравнению с решением "точка – точка" FTTx P2P в случае если ONT находятся достаточно далеко от OLT, так как, в решении P2P к каждому абоненту от узла идет своя оптическая жила. Единственным недостатком является то, что данная технология пока существенно дороже классического GPON, так как требуются узкополосные передатчики, излучающие на заданной длине волне.

Первые продукты WDM-PON уже начинают появляться, но, по существу, сейчас эта технология строится из собранных вместе "кусочков" и находится в стадии разработки – архитектура и части системы в целом определены, но необходимость заполнения пробелов и сведения этих частей вместе существует до сих пор. 14

Технологии 10G и WDM-PON перспективны с точки зрения работы с новыми приложениями, требующими все большей скорости передачи.

Таблица 1.1 – Технологии PON

	EPON (GEPON)	GPON	10GEPON		WDM PON
Стандарт	IEEE 802.3 ah	ITU-T G.984	IEEE 802.3av		ITU-T G.983
Размер пакета данных	1518 B	53 – 1518 B	1518 B		Произвольный
Максимальная скорость нисходящего потока данных	1.2 Gbit/s	2.4 Gbit/s	IP 2.4 Gbit/s Broadcast 5 Gbit/s On demand 2.5 Gbit/s		1 – 10 Gbit/s на канал
Макс.скорость восходящего потока данных	1.2 Gbit/s	1.2 Gbit/s	2.5 Gbit/s		1 – 10 Gbit/s на канал
Длина волны нисходящих данных	1550 nm	1490 и 1550 nm	1550 nm		своя волна на канал
Длина волны восходящих данных	1310 nm	1310 nm	1310 nm	своя волна на канал
Тип данных	Ethernet	ATM Ethernet или TDM	Ethernet	любой протокол
Голосовые данные	VoIP	TDM	VoIP	Произвольный
Видео данные	1550 nm overlay/IP	1550 nm overlay/IP	IP	1550 nm overlay/IP
Максимальное кол-во разветвлений	32	64	128	16/100's
Максимальная длина аб. линии	20 km	60 km	10 km	20 km
Средняя пропускная способность на абонента	60 Mbit/s	40 Mbit/s	20 Mbit/s	до 10 Gbit/s

 

 

1.5 Преимущества  технологий PON

 

• Экономия оптоволоконного кабеля, до 128 абонентов на одно волокно. Наиболее существенным аспектом развертывания сетей FTTH на базе PON является экономия оптоволоконных линий на участке от оптических разветвителей до центральной АТС или точки присутствия.
• Экономия портов в точке присутствия, где выполняется агрегирование:
• Во-первых, в топологии «точка-точка» используется выделенный оптический интерфейс для каждого абонента, что значительно удорожает эту архитектуру по сравнению с «точка-многоточка», где порты совместно используются большим числом абонентов.
• Во-вторых, если предположить наличие 100-процентной подписки на сервис FTTH, то для точки присутствия сети на базе PON потребуется вполовину меньше оборудования, чем для сети Ethernet FTTH.
• Отсутствие промежуточных активных узлов.
• Пониженное энергопотребление.
• Масштабируемость. Древовидная структура сети доступа дает возможность подключать новых абонентов самым экономичным способом. Ввод новых узлов не оказывает влияния на действующую сеть.
• Возможность резервирования как всех, так и отдельных абонентов.
• Надежность. В промежуточных узлах дерева находятся только пассивные оптические разветвители, не требующие обслуживания.
• Наложение видеосигнала. Поскольку PON по своей природе является широковещательной средой, некоторые провайдеры находят ее привлекательной для видеовещания, что позволяет использовать коаксиальную разводку у абонента для передачи цифрового телевизионного сигнала.

Однако широкое распространение получило добавление второй оптоволоконной линии к топологии P2P FTTH «точка-точка».

В настоящее время провайдеры развертывают гибридные архитектуры, использующие топологию «точка-точка» для всех интерактивных услуг, включая IP-телевидение, и топологию с наложением дополнительной пассивной оптической сети для распространения видеовещания.

• Эффективное использование полосы пропускания оптического волокна.
• Скорость до 2,488 Гбит/с по нисходящему потоку и 1,244 Гбит/с по восходящему потоку.
• Гибкость. Использование ATM в качестве транспорта позволяет предоставлять абонентам именно тот уровень сервиса, который им требуется. Данные по сети передаются в виде ячеек ATM.
• Возможен симметричный и асимметричный режимы работы.15

 

1.6 Недостатки технологий PON

 

• Общая полоса пропускания. Полоса пропускания в дереве оптоволоконных линий сети PON используется как можно большим числом абонентов, что позволяет получить прибыль за счет снижения затрат на каждого абонента.

Хотя технология GPON обеспечивает общую пропускную способность нисходящего потока, равную 2,5 Гбит/с, она не может соответствовать росту сервисов и будущих требований абонентов в долгосрочной перспективе, поскольку потребности в пропускной способности растут экспоненциально. Более того, некоторую часть полосы пропускания необходимо резервировать для потоковых услуг (например, IPTV), что приводит к сокращению общей полосы пропускания.

• Необходимость шифрования. Поскольку PON – это технология с общей средой передачи, то необходимо шифрование всех потоков данных.

В технологии GPON проводится шифрование только нисходящего потока, а использование надежного усовершенствованного стандарта шифрования (Advance Encryption Standard, AES) с 256-разрядными ключами позволяет повысить безопасность личной информации конечных пользователей и предоставляет сервис-провайдерам возможность предотвратить хищение услуг. Однако надежность стандарта AES обусловливает снижение производительности.

• 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.
• Необходимость большей мощности оптического сигнала. При каждом разветвлении в соотношении 1:2 энергетический потенциал линии связи падает на 3,4 дБ. Следовательно, при разветвлении в соотношении 1:64 энергетический потенциал линии связи уменьшается на 20,4 дБ (эквивалентно отношению мощностей 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 FTTH «точка-точка» при передаче на то же расстояние.
• Обслуживание, поиск и устранение неисправностей. Пассивные оптические разветвители не могут передавать информацию о неисправностях в центр управления сетью. Поэтому с помощью обычного оптического временного рефлектометра (OTDR) очень сложно обнаружить какую-либо неисправность оптоволоконной линии между разветвителем и точкой терминации оптической сети (ONT) абонента. Это значительно усложняет поиск и устранение неисправностей в сетях PON и повышает затраты на их эксплуатацию.
• Устойчивость. При повреждении точки терминации оптической сети (ONT) она может передавать в дерево оптоволоконных линий постоянный световой сигнал, что приводит к нарушению связи для всех абонентов этой пассивной оптической сети.
• Миграция технологий. Через какое-то время наступит момент, когда необходимо будет обновить развернутое оборудование PON новой технологией, обеспечивающей большую полосу пропускания. Для этого необходимо заменить оконечное и активное оборудование сети. В случае, если новые решения не будут обратно совместимы с существующими технологиями GPON или EPON, необходимо перед началом миграции установить на всех оконечных устройствах фильтры длины волны.