Исследование технологий ADSL и GEPON

Исследование технологий ADSL и gepon

Аналитический обзор модем линия связь сеть

ADSL (англ. Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия) — модемная технология, в которой доступная полоса пропускания канала распределена между исходящим и входящим трафиком асимметрично. Так как у большинства пользователей объем входящего трафика значительно превышает объем исходящего, то скорость исходящего трафика значительно ниже. Это ограничение стало неудобным с распространением пиринговых сетей и видеосвязи.

История развития

История развития технологии ADSL начинается со второй половины восьмидесятых, когда велись поиски технологии, обеспечивающей интерактивное телевидение. Пионером в области семейства технологий xDSL является компания Bellcore. В 1987 году она представила спецификацию первой технологии из семейства xDSL и запустила её в телефонных сетях США. Однако вскоре компания распалась, а технология залегла на дно.

В середине 1990;х годов семейство xDSL пополнилось асимметричной модификацией цифровой абонентской линии — ADSL. Последующие годы создавались и совершенствовались наборы микросхем для осуществления передачи данных посредством ADSL. Темпы развития были замедленными, поскольку DSL изначально разрабатывалась для систем передачи «видео по требованию». Сами системы не получили распространения, а технология ADSL получила второе дыхание благодаря развитию сетей Интернет.

С появлением первых ADSL-модемов, провайдеры увидели перспективность данной технологии и начали использовать её для предоставления доступа к сети. Из-за необходимости установки оборудования на каждой АТС затраты на постройку и поддержание сети были заметно выше, чем в случае классического коммутируемого доступа, когда все модемы провайдера устанавливались на одной АТС, однако по сравнению со стоимостью других способов предоставления высокоскоростного доступа к сети Интернет технология DSL оказалась очень дешёвой.

С середины 2000;х годов ADSL активно вытесняется более быстрыми технологиями доступа Ethernet (витая пара) и DOCSIS (телевизионный коаксиальный кабель). Причина этого — ограниченная пропускная способность в сетях ADSL (до 24 Мбит/с в ADSL2+), особенно «восходящего потока» от абонента (до 1,4 Мбит/с), в то время как EuroDOCSIS 2.0 обеспечивает скорость передачи данных 50v/27^ Мбит/с, Fast Ethernet — до 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet — до 1 Гбит/с.

Однако, несмотря на появление более быстрых способов передачи данных, технология ADSL по-прежнему актуальна для крупных городов, имеющих развитую инфраструктуру проводной связи. В ряде европейских стран ADSL является стандартом де факто при обеспечении населения достаточно быстрым и недорогим интернетом. Так, в Финляндии, где каждому жителю страны законодательством с июня 2010 г. гарантирован доступ в интернет, подключение большинства домов производится именно по технологии ADSL. 1]

Организация

Передача данных по технологии ADSL реализуется через обычную аналоговую телефонную линию при помощи абонентского устройства — модема ADSL и мультиплексора доступа (англ. DSL Access Multiplexer, DSLAM), находящегося на той АТС, к которой подключается телефонная линия пользователя, причём включается DSLAM до оборудования самой АТС. В результате между ними оказывается канал без каких-либо присущих телефонной сети ограничений. DSLAM мультиплексирует множество абонентских линий DSL в одну высокоскоростную магистральную сеть.

Также они могут подключаться к сети ATM по каналам PVC (постоянный виртуальный канал, англ. Permanent Virtual Circuit) с провайдерами услуг Internet и другими сетями.

Стоит заметить, что два ADSL-модема не смогут соединиться друг с другом, в отличие от обычных dial-up-модемов.

На спаренном телефоне подключение по технологии ADSL возможно только при условии что сплиттер будет стоять до блокираторов.

Принцип действия

Технология ADSL представляет собой вариант DSL, в котором доступная полоса пропускания канала распределена между исходящим и входящим трафиком несимметрично — для большинства пользователей входящий трафик значительно более существенен, чем исходящий, поэтому предоставление для него большей части полосы пропускания вполне оправдано (исключениями из правила являются пиринговые сети, видеозвонки и электронная почта, где объем и скорость исходящего трафика бывают важны). Обычная телефонная линия использует для передачи голоса полосу частот 0,3…3,4 кГц. Чтобы не мешать использованию телефонной сети по её прямому назначению, в ADSL нижняя граница диапазона частот находится на уровне 26 кГц. Верхняя же граница, исходя из требований к скорости передачи данных и возможностей телефонного кабеля, составляет 1,1 МГц. Эта полоса пропускания делится на две части — частоты от 26 кГц до 138 кГц отведены исходящему потоку данных, а частоты от 138 кГц до 1,1 МГц — входящему. Полоса частот от 26 кГц до 1,1 МГц была выбрана не случайно. Начиная с частоты 20кГц и выше, затухание имеет линейную зависимость от частоты.

Такое частотное разделение позволяет разговаривать по телефону, не прерывая обмен данными по той же линии. Разумеется, возможны ситуации, когда-либо высокочастотный сигнал ADSL-модема негативно влияет на электронику современного телефона, либо телефон из-за каких-либо особенностей своей схемотехники вносит в линию посторонний высокочастотный шум или же сильно изменяет её АЧХ в области высоких частот; для борьбы с этим в телефонную сеть непосредственно в квартире абонента устанавливается фильтр низких частот (частотный разделитель, англ. Splitter), пропускающий к обычным телефонам только низкочастотную составляющую сигнала и устраняющий возможное влияние телефонов на линию. Такие фильтры не требуют дополнительного питания, поэтому речевой канал остаётся в строю при отключённой электрической сети и в случае неисправности оборудования ADSL.

Передача к абоненту ведётся на скоростях до 8 Мбит/с, хотя сегодня существуют устройства, передающие данные со скоростью до 25 Мбит/с (VDSL), однако в стандарте такая скорость не определена. В системах ADSL под служебную информацию отведено 25% общей скорости, в отличие от ADSL2, где количество служебных битов в кадре может меняться от 5,12% до 25%. Максимальная скорость линии зависит от ряда факторов, таких как длина линии, сечение и удельное сопротивление кабеля. Также существенный вклад в повышение скорости вносит тот факт, что для ADSL линии рекомендуется витая пара (а не ТРП) причём экранированная, а если это многопарный кабель, то и с соблюдением направления и шага повива.

Pазделение передаваемых и принимаемых данных

При использовании ADSL данные передаются по общей витой паре в дуплексной форме. Для того, чтобы разделить передаваемый и принимаемый поток данных, существуют два метода: частотное разделение каналов (англ. Frequency Division Multiplexing, FDM) и эхо компенсация (англ. Echo Cancelation, EC)

Частотное разделение каналов

При использовании данного механизма низкоскоростной канал передаваемых данных располагается сразу после полосы частот, используемой для передачи аналоговой телефонии. Высокоскоростной канал принимаемых данных располагается на более высоких частотах. Полоса частот зависит от числа бит, передаваемых одним сигналом.

Сравнение

· Эхокомпенсация (EC) позволяет улучшить производительность на 2 дБ, однако является более сложной в реализации.

· Преимущества EC растут при использовании более высокоскоростных технологий, таких как ISDN или видеотелефония на скорости 384 кБит/с. В этих случаях FDM требует выделения под высокоскоростной канал принимаемых данных более высоких частот, что приводит к увеличению затухания и сокращению максимального расстояния передачи.

· Совмещение двух каналов в одном частотном диапазоне, при использовании ЕС приводит к появлению эффекта собственного NEXT, который отсутствует при использовании FDM.

· Стандарт ADSL предусматривает взаимодействие между различным оборудованием, использующим как механизм FDM, так и EC, выбор конкретного механизма определяется при установлении соединения.

Параметры линии связи

Абонентская телефонная линия, при использовании её для технологии ADSL, должна обладать следующими параметрами:

Первичные параметры

· Сопротивление шлейфа — не более 900 Ом

· Сопротивление изоляции номинальное — более 40 МОм

· Ёмкость шлейфа — не более 300 нФ

· Ёмкостная асимметрия — не более 10 нФ, или не более 5%

· Работа при увеличении шлейфа и заниженной изоляции возможна при условии качественного станционного оборудования, при пониженной скорости передачи данных

Вторичные параметры

Затухание сигнала (Line Attenuation):

· до 20 dB — отличная линия

· от 20 dB до 40 dB — рабочая линия

· от 40 dB до 50 dB — возможны сбои

· от 50 dB до 60 dB — периодически пропадает синхронизация

· от 60 dB и выше — оборудование работать не будет Уровень шума (дБ относительно 1 мВт при сопротивлении нагрузки 600 Ом):

· от ?65 dBm до ?51 dBm — линия отличная

· от ?50 dBm до ?36 dBm — хорошая линия

· от ?35 dBm до ?20 dBm — работа с периодическими сбоями

· от ?19 dBm и ниже — работа оборудования невозможна

SN Margin (AKA Signal или Noise Margin или Signal-to-Noise Ratio (SNR)):

· до 7 dB — плохая линия, присутствуют проблемы синхронизации

· от 7 dB до 10 dB — возможны сбои

· от 10 dB до 20 dB — хорошая линия, без проблем с синхронизацией

· от 20 dB до 29 dB — очень хорошая линия

· от 29 dB — отличная линия Для ADSL линии рекомендуется к использованию витая пара (а не «лапша»), в противном случае снижается пропускная способность канала передачи данных.

Стандарты ADSL

FTTx

В мире все больше растет интерес к развертыванию сетей доступа с возможностью предоставлением абоненту широкополосного канала связи. Причиной данного интереса служит быстрый рост требований к полосе пропускания сетей связи, обусловленный появлением новых широкополосных услуг. К таким услугам можно отнести услуги для бизнеса (видеоконференц-связь, удаленное обучение, телемедицина) и развлекательные услуги (видео по запросу, цифровое вещание, HDTV, on-line игры и т. д.). Используемые в настоящее время технологии не могут предоставить экономически выгодного решения для удовлетворения растущих потребностей, поэтому в ход идут не совсем привычные технологии.

Одна из них — FTTx (Fiber To The … — «волокно до …») — технология организации сетей доступа с доведением оптического волокна до определенной точки. Несмотря на то, что FTTx — технология не новая, однако широкое распространение она получает именно сейчас.

Есть несколько вариантов реализации FTTx, из них можно выделить:

FTTH — Fiber To The Home (доведение волокна до квартиры);

FTTB — Fiber To The Building (доведение волокна до здания),

и варианты, по сути, дублирующие FTTH и FTTB с небольшими изменениями:

FTTO — Fiber To The Office (доведение волокна до офиса);

FTTC — Fiber To The Curb (доведение волокна до кабельного шкафа);

FTTCab — Fiber To The Cabinet (аналог FTTC);

FTTR — Fiber To The Remote (доведение волокна до удаленного модуля, концентратора);

FTTOpt — Fiber To The Optimum (доведение волокна до оптимального пункта);

FTTP — Fiber To The Premises (оведение волокна до точки присутствия клиента);

Отдельно нужно отметить концепцию FITB (Fiber In The Building) — организация распределительной сети внутри здания.

Рассмотрим более подробно два первых варианта FTTx.

FTTB

При использовании варианта FTTB оптическое волокно заводится в дом, как правило, на цокольный этаж или на чердак (что более экономически эффективно) и полключается к устройству ONU (Optical Network Unit). На стороне оператора связи устанавливается терминал оптической линии OLT (Optical Line Terminal). OLT является primary устройством и определяет параметры обмена трафика (например, интервалы времени приема/передачи сигнала) с абонентскими устройствами ONU (или ONT, в случае FTTH).

Дальнейшее распределение сети по дому происходит по «витой паре».

Этот подход целесообразно применять в случае развертывания сети в многоквартирных домах и бизнес-центрах среднего класса. Российские операторы связи разворачивают сети FTTB пока только в крупных городах, но в перспективе использование данной технологии повсеместно. В FTTB нет необходимости прокладывать дорогостоящий оптический кабель с большим количеством волокон, как при использовании FTTH.

FTTH

Как мы уже говорили, FTTH подразумевает доведение оптического волокна до квартиры или частного дома пользователя. Существует два типа организации FTTH сетей: на базе Ethernet и на базе PON.

Решение на базе Ethernet

В решении Ethernet FTTH для коммутации линий подразумевается использование коммутаторов с оптическими портами или оптическими трансиверами. Коммутаторы объединяются либо в «кольцо» Ethernet (GE или 10GE), либо по топологии «звезда» и располагаются на цокольном или чердачном этаже (в зависимости от способа заведения магистрального волокна в дом). К портам коммутатора подключаются устройства конечных пользователей. Такой подход обеспечивает высокий уровень надежности за счет возможности резервирования оптических каналов, и обеспечивает преемственность с существующей «медной» инфраструктурой. К недостаткам Ethernet FTTH можно отнести узкую полосу пропускания и недостаточные возможности масштабирования.

На территории абонента (в квартире или коттедже) используются устройства CPE (Customer Premise Equipment).

Решение на базе PON

При использовании решения на базе PON — пассивной оптической сети — для развертывания сети FTTH оптоволоконная линия распределяется по абонентам с помощью пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) с коэффициентом деления от 1:2 до 1:128.

В стандартной оптической сети PON на стороне провайдера связи используются OLT (Optical Line Terminal), а в качестве абонентских устройств применяются ONT (Optical Network Terminal).

ONT представляет из себя более сложное устройство, чем CPE, используемого в Ethernet решении. Кроме функций предоставления широкополосного доступа и поддержки сервисов, ONT должен дополнительно поддерживать:

протокол управления доступом к PON;

лазеры пакетного режима (burst-mode lasers), обеспечивающие передачу данных ONT только в определенные терминалом OLT отрезки времени;

повышенная мощность сигнала (требуется учитывать потери на делителях и пр.);

шифрование;

высокая производительность;

Эти дополнительные функции обусловливают значительно более высокую стоимость устройства ONT для архитектуры PON, чем устройства Ethernet FTTH CPE.

Сети кабельного телевидения и телекоммуникационные сети, существовавшие ранее отдельно друг от друга, стремятся к слиянию. Сравним ранее существовавшую схему доставки абоненту услуг телефонии, доступа в Интернет и кабельного ТВ по трем отдельным сетям с единой мультисервисной сетью.

Мультисервисные Ethernet-сети с унифицированным набором оборудования и единым управлением сетью снижают издержки оператора и увеличивают его прибыль. Удешевление элементов инфраструктуры оптоволоконных сетей и их практически неограниченные возможности по передаче больших объемов информации позволяют дать конечному потребителю качественный клиентский сервис и решить в комплексе потребности абонента по пользованию телефонной связью, доступу в Интернет и просмотру видеопрограмм.

Широкое распространение сетей широкополосного доступа в крупных городах, снижение цен на хранители информации, появление недорогих видеокамер с IP-интерфейсом, совершенствование технологий передачи видеопротоколов ведет к внедрению операторами систем IPTV, предназначенным для передачи кодированного видеосигнала (MPEG-2 или MPEG-4) по Ethernet-сети.

Перспективной технологией и основой для построения такой мультисервисной сети является технология РОN.

PON (пассивные оптические сети) — это семейство быстро развивающихся, наиболее перспективных технологий широкополосного мультисервисного доступа по оптическому волокну. Суть технологии PON вытекает из ее названия и состоит в том, что ее распределительная сеть строится без использования активных компонентов: разветвление оптического сигнала в одноволоконной оптической линии связи осуществляется с помощью пассивных разветвителей оптической мощности — сплиттеров.

Структурно любая пассивная оптическая сеть состоит из трех главных элементов — станционного терминала OLT (Центральный узел OLT (Optical Line Terminal) — шасси, устанавливаемое в центральном офисе, способное принимать потоки данных со стороны магистральных сетей и формировать нисходящий поток к абонентским терминалам по дереву EPON), пассивных оптических сплиттеров и абонентского терминала ONT (Терминал ONU (Optical Network Unit) или ONT (Optical Network Terminal) — сетевой Ethernet-маршрутизатор, имеющий интерфейс для подключения к дереву PON. Число терминалов, подключенных к шасси, ограничивается лишь бюджетом мощности и максимальной скоростью приемопередающей аппаратуры.). Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление (оптический разветвитель — распределяет поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1xN с одним входным портом; разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну.) оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеет необходимые интерфейсы взаимодействия с абонентской стороны.

На основе архитектуры PON возможны решения с использованием логической топологии «точка-многоточка» (point-to-multipoint). К одному порту центрального узла можно подключить целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом пассивные оптические разветвители (сплиттеры) устанавливаются в промежуточных узлах дерева и не требуют питания и обслуживания.

Основная идея архитектуры PON — использование всего одного приемопередающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них.

Не секрет, что требования потребителей к скорости доставки информации из Интернет растут по экспоненте. Сегодня в крупных городах 10 Мбит/с являются совершенно обычным делом. Причины этого процесса остаются неизменными уже давно — передача голоса и видео, мультимедиа, телевидение (в последнее время также и в версии высокого разрешения). Только вот битрейты постоянно возрастают.

Существенную часть затрат любого провайдерского проекта несет кабельная инфраструктура. Причем здесь учитывается не только стоимость кабеля, но и его прокладки, которая в случае работы в уже существующей инфраструктуре может быть очень велика. И конечно хочется чтобы вложения работали долго, не требовали частых обновлений и имели хороший запас по нужным параметрам. С этой точки зрения оптические каналы связи сегодня это наиболее производительный и «дальнобойный» способ обеспечения сетевого соединения устройств. При этом классическая архитектура предполагает топологию «точка-точка», когда каждая линия имеет свои выделенные порты с каждой стороны, а при необходимости создания «ответвлений» требуется установка активного оборудования в узле. Так что наиболее удачно она может использоваться для одиночных линий большой протяженности.

Однако в некоторых ситуациях более удобной может оказаться древовидная топология, которая интересна с точки зрения масштабируемости и сниженной общей длины прокладываемых кабелей. Как раз для подобных проектов и подходит PON.

Структура сети PON

Сеть PON состоит из нескольких элементов — коммутатора на узле связи, линий связи с пассивными сплиттерами в узлах сети и модемов на стороне абонентов. К каждому модему поступают все пакеты от коммутатора, а во время передачи используется временное мультиплексирование кадров.

Из положительных сторон PON нужно отметить:

· минимальное использование активного оборудования;

· минимизация кабельной инфраструктуры;

· низкая стоимость обслуживания;

· возможность интеграции с кабельным телевидением;

· хорошая масштабируемость;

· высокая плотность абонентских портов.

В тоже время при рассмотрении технологии нужно учесть и ее особенности, особенно в сравнении с линиями «точка-точка»: разделяемая между абонентами полоса пропускания, общая среда может не подойти клиенту с точки зрения безопасности, пассивные сплиттеры затрудняют диагностику оптической линии, возможно влияние неисправности оборудования одного абонента на работу остальных, меньшая выгода в случае реализации на этапе строительства.

Для приема и передачи используются лазеры с разной длиной волны — 1490 нм для передачи и 1310 для приема. При необходимости возможно добавление в канал и аналоговых кабельных телевизионных каналов (100 и более), которые модулируются лазером на 1550 нм. В зависимости от конкретной схемы сети и использованного оборудования, общая протяженность канала может составлять до 20 км.

Кабель прокладывается от порта коммутатора в виде дерева. Сплиттеры, устанавливаемые в узлах, чрезвычайно неприхотливы — не требуют электропитания, настройки и управления, термошкафов, недороги и очень компактны. Это позволяет размещать их, например, в уже имеющихся телефонных распределительных шкафах.

Простейшие оконечные устройства представляют собой конвертеры оптика-кабель со встроенным фильтром MAC-адресов. В случае использования телевидения, в модем устанавливается еще один приемник, а на телевизор выводится обычный высокочастный кабель.

Компания ZyXEL предлагает сегодня оборудование стандарта EPON (IEEE 802.3ah), называемого также GEPON.

В настоящий момент оборудование участвует в нескольких проектах, а также в тестированиях у провайдеров по всему Казахстану. Именно о нем и пойдет дальше речь. Отметим что другие стандарты рассматриваемого типа сетей отличаются скоростными и другими техническими характеристиками Для защиты информации возможно использование шифрования (AES128) всех передаваемых пакетов. Технология не допускает прямого общения отдельных абонентов, находящихся на одном порту коммутатора —данные от одного абонента могут попасть к другому только через GEPON-коммутатор, который ретранслирует потоки данных восходящего потока на длине волны 1310 нм в нисходящий поток на длине 1490 нм. Дополнительным плюсом с точки зрения безопасности является использование на линии исключительно пассивного оборудования, затрудняющего перехват.

Коммутатор позволяет по одному волокну (одному порту) подключить до 32 или даже 64 абонентов. Общая скорость передачи данных (которая делится между абонентами) составляет 1,25 Гбит/с. Дальнейшее развитие EPON уже в ближайшие годы предлагает также переход на скорости 10/1 Гигабит/с и 10/10 Гигабит/с. В следующем году ожидается принятие рабочей версии стандарта 10G EPON, а уже в 2010 году могут стартовать первые пилотные проекты.

C задержкой в два-три года планируется переход на 10-гигабитные скорости и технологии GPON.

Технология GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network) является одной из разновидностей технологии пассивных оптических сетей PON и одним из самых современных вариантов строительства сетей связи, обеспечивающим высокую скорость передачи информации (до 1,2 Гбит/с). Основное преимущество технологии GEPON заключается в том, что она позволяет оптимально использовать волоконно-оптический ресурс кабеля. Например, для подключения 64 абонентов в радиусе 20 км достаточно задействовать всего один волоконно-оптический сегмент.

Технология доступа по GEPON, пассивной оптической сети, была разработана для предоставления широкополосного мультисервисного множественного абонентского доступа по оптическому волокну. Основной топологией построения сети GEPON является структура «дерево с пассивным оптическим разветвлением». В промежуточных узлах «дерева» устанавливаются компактные пассивные разветвители оптической мощности (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

Технология GEPON позволяет экономить:

· на кабельной инфраструктуре за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, так как на участке от центрального узла до разветвителя используется лишь одно волокно;

· на сокращении числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле и исключении активного оборудования в промежуточных точках ответвления потока к клиенту.

К одному порту центрального узла GePON можно подключать целый волоконно-оптический сегмент, включающий в себя до 32 абонентских терминальных узлов в радиусе до 20 км. Каждый абонентский терминал в свою очередь способен обслуживать десятки клиентов.

Основными преимуществами GEPON являются:

§ Использование стандартных механизмов 802.3ah, что позволит в перспективе значительно снизить стоимость оборудования;

§ Повышение скорости передачи до 1 Гбит/c в обе стороны и предоставление более широкополосных услуг;

§ Обеспечение QoS с помощью механизмов 802.1p/TOS. Возможно использование жестких механизмов приоритезации трафика с помощью восьми выделенных очередей для каждого типа трафика. Данные механизмы позволяют предоставлять такие услуги как VoIP или VoD с гарантией качества;

§ Возможность подключения 64 абонентских устройств на ветку PON и эффективное использование оптического волокна;

§ Полная поддержка DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) — механизма динамического перераспределения полосы пропускания в соответствии с запросами абонентов и наличием свободной полосы в дереве PON. Так абоненты, которым предоставлена гарантированная полоса пропускания для передачи данных, например, 1Мб/с могут получить реальную скорость до 1Гб/с, если полоса дерева PON остается частично неиспользованной (аналогично UBR трафику в ATM);

§ Поддержка передачи потокового видео (IGMP Snooping);

§ Простота установки и обслуживания.

Пример реализации и оборудование для сети GEPON

Схема реализации сети GEPON для доставки абоненту услуг IP-телефонии, доступа в Интернет и IP TV

В качестве головного терминала (OLT) с функциями Ethernet коммутатора 3-го уровня, используется универсальная платформа Corecess S5. С помощью отдельных модулей к данной платформе подключаются внешние линии Ethernet от провайдеров услуг Интернет, IPTV и IP телефонной связи. Подключение производится как по медным, так и по оптоволоконным линиям.

OLT формирует протоколы для передачи и приёма по пассивной оптической сети до терминалов или узлов PON. Один порт PON на OLT способен поддерживать работу до 64-х терминалов ONT (оптический сетевой терминал) или узлов ONU (оптический сетевой узел), гарантируя пропускную способность в 1Gb на каждый узел или терминал.

В зависимости от типа строения, на который будут подаваться услуги, на здании устанавливается:

· для многоквартирного дома — ONU, типа R1, являющийся сетевым коммутатором 2-го уровня с портами PON и 24 Ethernet 100Base-TX;

· для коттеджа — ONT, типа 3804TN с 4-мя портами 100Base-TX или 3802TN с одним 100Base-TX и одним 1000Base-T Gigabit портами.

Примечание. Для многоквартирного дома возможна также установка связки: ONT типа Corecess 3802 с дальнейшим подключением к порту 1GB любого коммутатора Ethernet сторонней фирмы.

Дальнейшая разводка по зданию осуществляется обычной витой парой Cat.5

В сеть PON можно подать аналоговый или цифровой (DVB-C) телевизионный сигнал, не изменяя топологию сети и используя одно волокно для всех услуг.

В этом случае потребуется после портов PON на OLT поставить оптический мультиплексор позволяющий объединить сигналы телевидения на длине волны 1550нм, (предварительно сформированные головной ТВ станцией, преобразованные в оптический диапазон оптическим передатчиком и усиленные EDFA усилителем) и сигналы PON, использующие длину волны 1310/1490.

Для обратного преобразования в узлах и терминалах PON необходимо будет использование пассивного оптического делителя с двумя оптическими окнами (1310нм. и 1550нм.). После делителя сигналы PON попадают на терминал или узел, а сигналы ТВ попадают на оптический приёмник, осуществляющий преобразование оптического сигнала в стандартный RF сигнал по коаксиальному кабелю.

Адресация IP пакетов к различным ONU осуществляется на основе дополнительных заголовков (логических идентификаторов LLID). Заголовки LLID добавляются к стандартным IP пакетам, что позволяет сохранить в PON сети правила работы, принятые для Ethernet сетей.

Для Multicast трафика используется дополнительный идентификатор LLID, распознаваемый всеми ONU. Благодаря этому каждый канал IP TV передается в дереве PON только 1 раз вне зависимости от количества абонентов, которые его просматривают.

Кроме, традиционных для Ethernet сетей, протоколов 802.1p и DSCP, GEPON использует протокол DBA. Каждому ONU можно задать минимально гарантированную и максимально доступную скорость передачи данных. Так как DBA алгоритм организует циклический доступ ONU к общему каналу передачи, то в технологии GEPON существует понятие «гранд-цикла» (время, в течение которого каждый ONU может передать данные). В оборудовании МЕ2×00 время «гранд-цикла» конфигурируется от 100 мкс до 10 мс, что позволяет передавать данные, чувствительные к задержкам, например, потоки Е1.

Для защиты все данные в PON линке шифруются 128 битным ключом, генерируемым системой при каждой инициализации ONU в системе.

Предлагаемые GEPON OLT имеют функциональность L2/L3 коммутатора и могут комплектоваться несколькими GE или 10GE Uplink интерфейсами, что позволяет использовать их в качестве граничного коммутатора. Линейка ONU содержит устройства индивидуального использования (ONU) и устройства, предназначенные для подключения нескольких абонентов (MDU), которые представляют собой 4/8/24 L2 коммутаторы. Это позволяет строить на базе оборудования GEPON, как FTTH, так и ETTH решения.

Кроме Ethernet MDU NEC предлогает DSL MDU, которые представляют мини MSAN c GEPON Uplink.

Типовые решение Мультисервисная сеть на базе технологии GEPON

Коммутатор позволяет по одному волокну (одному порту) подключить до 32 или даже 64 абонентов. Общая скорость передачи данных (которая делится между абонентами) составляет 1,25 Гбит/с. Дальнейшее развитие EPON уже в ближайшие годы предлагает также переход на скорости 10/1 Гигабит/с и 10/10 Гигабит/с. В следующем году ожидается принятие рабочей версии стандарта 10G EPON, а уже в 2010 году могут стартовать первые пилотные проекты.

C задержкой в два-три года планируется переход на 10-гигабитные скорости и технологии GPON.

Для приема и передачи используются лазеры с разной длиной волны — 1490 нм для передачи и 1310 для приема. При необходимости возможно добавление в канал и аналоговых кабельных телевизионных каналов (100 и более), которые модулируются лазером на 1550 нм. В зависимости от конкретной схемы сети и использованного оборудования, общая протяженность канала может составлять до 20 км.

Оборудование Линейка продуктов GEPON у ZyXEL состоит из трех коммутаторов и трех модемов. Младшая модель коммутатора — OLT-1308H — имеет восемь портов GEPON и восемь соответствующих им Gigabit Ethernet (обратите внимание, что именно гигабитных, устройства с меньшей скоростью к ним подключить нельзя). К каждому оптическому порту можно подключить до 32-х модемов в итоге получив 256 абонентов на устройство. Все коннекторы расположены на лицевой стороне устройства — 8xPON, 8xGigabit, консольный, 10/100BaseT внесетевого управления и питание. Здесь же есть и кнопка сброса устройства. Все порты имеют набор индикаторов для определения текущего статуса. У OLT-1308 есть встроенный гигабитный L2+ коммутатор (неблокируемая коммутация с пропускной способностью 24 Гбит/с, скорость коммутации кадров 17,8 млн. пак/с) и четыре совмещенных порта 1000Base-T/SFP. Такой вариант можно использовать для резервирования канала — при одновременном подключении двух разъемов (SC и RJ45) работает оптика, а в случае аварии в оптическом канале происходит автоматическое переключение на медь. Питание и консольный порт у этой модификации находятся на задней панели. Данные модели выполнены в стандартном 1U корпусе и рекомендуются для использования в быстрорастущих сетях. Самой производительной моделью является модульный OLT-2300. В его 4,5U корпусе предусмотрено место для установки до шестнадцати OLC-2301. Каждый такой линейный модуль имеет порт GEPON и совмещенный порт 1000Base-T/SFP. В шасси также устанавливается управляющий модуль и блок питания с двойным резервированием. Линейный модули допускают горячую замену, что положительно сказывается на удобстве обслуживания сети и надежности предоставления услуг. Максимально OLT-2300 может поддерживать 512 абонентов. Все оптические модули коммутаторов рассчитаны на дальность работы 20 км.

OLT-1308

Последние обновления прошивок моделей OLT-1308/OLT-1308H позволяют работать на одном канале не 32, а 64 абонентам, что существенно снижает стоимость одного подключения. Для OLC-2301 такой возможности пока нет.

Шасси OLT-2300

Все GEPON-коммутаторы поддерживают протоколы STP/RSTP и механизмы приоритезации трафика и организации виртуальных сетей (включая Port Based и 802.1Q). Эффективность многоадресных рассылок обеспечивается поддержкой IGMP v.2, IGMP proxy, IGMP snooping и MVR. Для управления предусмотрены порты RS-232 и 10/100Base-TX. Настраивать коммутаторы можно через Web-интерфейс (поддерживается SSL, предусмотрена установка до пяти аккаунтов, примеры скриншотов — 1, 2, 3), telnet, SSH, FTP или консольный порт. Номера портов всех сервисов можно изменить. Возможно ограничение доступа по IP-адресам. Web-интерфейс имеет встроенную систему помощи.

Устройство автоматически находят все подключенные абонентские модемы и позволяет назначить им специфические профили. Они включают в себя настройки скорости, фильтрации, VLAN, приоритетов и другие параметры. Допускается использование протокола аутентификации 802.1x.

Коммутаторы также позволяют следить за физическим состоянием — проверяются температуры, скорости вращения вентиляторов, напряжения. Для больших сетей будет полезной поддержка коммутаторами проколола SNMP и совместимость с EMS системой управления NetAtlas. Кроме того, возможно объединение устройство в кластеры для общего управления.

В настоящий момент моделей со встроенными инжекторами КТВ у ZyXEL нет. Впрочем, для микширования сигнала ТВ в оптический канал можно использовать внешние сплиттеры и медиаконвертеры коаксиал/оптика.

ONU-631HA

Первой моделью абонентского GEPON-модема является ONU-631HA. Он работает в режиме моста, прост в обслуживании и управляется исключительно со стороны провайдера по специальному протоколу. Для пользователя он предлагает стандартный порт Gigabit Ethernet. Предусмотрено две модификации модемов — с индексами -11 и -12. Первая работает на расстояниях до 10 км, а вторая — до 20 км. Корпус выполнен из темного пластика, на передней панели есть несколько индикаторов (питание, PON, LAN, скорость LAN, дуплекс). На задней стороне расположены два сетевых порта (оптический и медный) и вход блока питания (12 В 1,5 А). Данная модель позиционируется для подключения корпоративных абонентов и выносов операторской сети.

ONU-634HA

Вторая модель более интересна для подключения домашних пользователей — ONU-634HA имеет встроенный централизованно управляемый 4-портовый коммутатор с привязкой VLAN 802.1Q к портам Fast Ethernet. Как и 631-й она полностью настраивается со стороны провайдера, что сокращает затраты на обслуживание. Также сейчас существуют семплы ONU-634FA — четыре сетевых порта и выход кабельного телевидения, позволяющий напрямую подключить к GEPON-модему обычный телевизор.

ONU-634FA

Рекомендуемые розничные цены на оборудование представлены в таблице. Реальная рыночная стоимость может быть несколько ниже. Кроме того, для отдельных проектов компания может предложить специальные цены.

Тестирование описанного оборудования в составе коммутатора OLT-1308 и модемов ONU-631A проводилось на тестовой площадке компании ZyXEL с использованием тестового пакета Ixia Chariot. Результаты при одновременной работе одного, двух и трех клиентов приводятся в таблице (пакеты максимального размера, Мбит/с). Модемы подключались к одному из портов коммутатора через один сплиттер. Видно, что в случае максимальной нагрузки, скорости равномерно распределяются по всем клиентам. Отметим и высокую эффективность передачи данных, включая режим работы нескольких клинетов — суммарная скорость практически совпадает с максимально возможной.

В целом можно отметить, что технология не сложна в настройке и эксплуатации и работает согласно спецификациям. Скорости соответствуют знакомым по медным гигабитным сетям.

Стойка НА7000

НА7000 является оптическим линейным терминалом (ОЛТ) станционного типа (стойка 19 дюймов, высота 3U, дуальный источник питания).Стойка может работать с 8 картами HA7100/H7102. Каждая пассивная оптическая сеть поддерживает 32 оптических сетевых модуля. Поддержка интегрированного управления осуществляется посредством сетевой карты управления.

Модульная карта НА7100 для ОЛТ Модульная карта НА7100 имеет один порт пассивной оптической сети, один гигабитный порт для передачи на головной терминал, 2 порта управления.

Она работает с оптическими сетевыми модулями серии НА7200 и оптической распределительной сетью, создавая пассивную оптическую сеть (PON).

Management card М7000

Карта network управления, с разъёмами RJ45 и Console — управляет портами модульных карт НА7100 на стойке ОЛТ, посредством программы SNMP manager. Эта программа прилагается производителем оборудования и служит средством управления сетью PON удалённо с ПК, при наличии доступа к управлению.

ОЛТ станционного типа (стойка) НА7002 для сети 2-PON

HA7002 — небольшой ОЛТ станционного типа (стойка) для сети 2-PON. Он работает с оптическим сетевым модулем серии НА7200 и оптической распределительной сетью, образуя пассивную оптическую сеть. Вся система поддерживает сеть 2-PON и 64 оптических сетевых модуля. Работает на расстояниях передачи от 10 до 20 км на базе (высокая частота), линейная скорость L2/L3.

HA7002 — улучшенная версия НА700. Каждая система PON независимо поддерживает до 256 идентификаторов узлов и 1-гигабитную полосу пропускания. HA7002 подходит для небольших оптико-волоконных сетей, напр., городов или деревень с небольшим количеством пользователей. Этот терминал подойдёт для проектов «доведение оптического кабеля до дома/здания/офиса» (телефон с протоколом IP,

интернет-данные, интернет-телевидение).

Технические характеристики Параметр Спецификация Рабочая длина волны

1310 приём /1490 передача Оптическая мощность

+2 ~ +7дБм Чувствительность приёма

— 27дБм Максимальное расстояние

20 км Макс. коэфф. разветвления

1:32

Конфигурация

2 PON, 64 оптических сетевых модуля Управление доступом к среде передачи данных

4k для модульной карты ОЛТ, 32k для всей стойки Порт передачи данных на головной терминал

2 порта RJ45 10/100/1000 Ethernet

порт пассивной оптической сети

2 порта для коннекторов SC/FC

Порт управления

RJ45, RS232 для наладки устройства Среднее время наработки на отказ

100,000 часов Характерные особенности пассивной оптической сети Ethernet

Поддержка стандарта IEEE802.3ah

Поддержка динамического распределения полосы пропускания (детализация 1Кб/сек) Поддержка 1-гигабайтной симметричной полосы для передачи / приёма Поддержка симметричного алгоритма блочного шифрования (размер блока 128 бит) AES-128 для каждого идентификатора узла Поддержка эффективной функции управления, администрирования и обслуживания, имплементированное упрапвление, обслуживание и апгрейд с использованием сетевого протокола Тelnet

Поддержка самораспознавание и авторегистрации оптических сетевых модулей (работа в реальном масштабе времени) Поддерживаемые протоколы

IEEE802.3, IEEE802.3u, IEEE802.3ab

IEEE802.1Q VLAN виртуальные локальные сети

IEEE 802.1P качество обслуживания Управление сетью Управление Графическим интерфейсом пользователя на базе простого протокола сетевого управления SNMP

Поддержка управления локальным последовательным интерфейсом и управления графическим интерфейсом пользователя на базе стандарта общеязыковой инфраструктуры CLI

Другие функции Поддержка протокола 1GMPv1/v2

Поддержка функции коммутатора, предназначенной для защиты от атак с использованием протокола DHCP (протокола динамической конфигурации узла) Поддержка функции распознавания адресов Ipv4 на базе защиты от атак с использованием протокола DHCP (протокола динамической конфигурации узла) Поддержка функций защиты от атак с использованием протокола определения адреса ARP, качества обслуживания и др.

Условия работы Параметр Спецификация Макс. оптическая мощность модульной карты Пост. ток 48 вольт или перем. ток 220 вольт Рабочая температура

— 10−55 0C

Температура хранения

— 40−70 0C

Влажность

5%Ѓ`90% без конденсации Размеры

481 мм (длина) Ч309мм (ширина) Ч44мм (высота)

HA7200

Оптический сетевой модуль HA7200 — это Ethernet-продукт с 1 м фиксированным портом 10/100BASE-TX. HA7200 работает с центральным устройством ОЛТ для имплементации интегрированного управления, дистанционного обнаружения сбоев и снижения объёмов требуемого обслуживания.

HA 7200G

Оптический сетевой модуль 1 port ONU — это Ethernet-продукт с 1 м фиксированным портом 10/100/1000 BASE-TX. HA7200G работает с центральным устройством ОЛТ для имплементации интегрированного управления, дистанционного обнаружения сбоев и снижения объёмов требуемого обслуживания. Является конечным абонентским устройством.

HA7200D

Оптический сетевой модуль HA7200D — это Ethernet-продукт с 2 фиксированными портами 10/100BASE-TX. HA7200D работает с центральным устройством ОЛТ для имплементации интегрированного управления, дистанционного обнаружения сбоев и снижения объёмов требуемого обслуживания

HA7204

Оптический сетевой модуль HA7204 — это Ethernet-продукт с 4 фиксированными портами 10/100BASE-TX. HA7204 работает с центральным устройством ОЛТ для имплементации интегрированного управления, дистанционного обнаружения сбоев и снижения объёмов требуемого обслуживания.

HA7208

Оптический сетевой модуль HA7208 — это Ethernet-продукт с 8 фиксированными портами 10/100BASE-TX. HA7208 работает с центральным устройством ОЛТ для имплементации интегрированного управления, дистанционного обнаружения сбоев и снижения объёмов требуемого обслуживания Особенности ONU:

· Соотносится со стандартом IEEE802.3/802.3ah

· Поддерживает автораспознавание и авторегистрацию (реальный масштаб времени)

· Поддерживает динамическое распределение полосы пропускания и функцию информирования о задержках (соглашение об уровне обслуживания)

· Поддержка функции защиты от атак с использованием протокола управления группами IGMP.

· Поддерживает скоростную передачу (уровень 2)

· Поддержка определения электромагнитных помех и электростатических зарядов.

· 64-битное управление доступом к среде передачи данных. (абонентский концентратор)

· Поддержка виртуальной локальной сети

· Поддержка большого количества идентификаторов узлов сети

· Поддержка функции автоматической синхронизации времени на базе протокола синхронизации времени по компьютерной сети SNTP

· Поддержка функции работы, администрирования и управления, а также функции дистанционного управления Технические характеристики Параметр Спецификация Длина волны

1310 передача / 1490 приём Оптическая мощность

— 1~+4 дБм Чувствительность приёма

— 24 дБм Макс. расстояние передачи

20 км Управление доступом к среде передачи данных (абонентский концентратор)

Объём буферного хранения

1.25 мегабайт Количество идентификаторов узлов сети

1−8

Среднее время наработки на отказ

100,000 часов Особенности пассивной оптической сети Поддержка стандартаIEEE802.3ah

Поддержка функции динамического распределения полосы пропускания (DBA)

Поддержка функции автопоиска и авторегистрации оптических сетевых модулей (режим реального масштаба времени) Стандарты и протоколы Поддержка IEEE802.3, IEEE802.3u

Поддержка IEEE802.1q беспроводная локальная сеть Поддержка IEEE802.1p качество обслуживания Управление сетью При работе с центральным ОЛТ имплементируется конфигурация управления и апгрейд программного обеспечения для оптических сетевых модулей Рабочая среда Параметр Спецификация Питание Пост. ток 5 вольт/1А или перем. ток 220 вольт/пост.ток-48 вольт Потребляемая мощность

3.5Вт Рабочая температура

— 10−55

Температура хранения

— 40−70

Влажность

5%-90% без конденсации Размеры

26 мм (длина)Ч109мм (ширина)Ч152мм (высота) (внешн.)

38 мм (длина)Ч218мм (ширина)Ч176мм (высота) (внутр.)

Оптические сплиттеры PLC

Сплиттер, компактный, имеет широкий рабочий диапазон длины волны, низкие вносимые потери, низкие поляризационные потери, высокие потери на отражение, высокая однородность коэффициента разветвления.

Применение:

Сплиттер — это пассивное устройство, служащее для соединения ОЛТ и оптических сетевых модулей, распределения данных, поступающих от головного терминала ОЛТ, и интегрирования данных, передаваемых на головной терминал от ONU. Сплиттер включает оптический порт для передачи сигнала и несколько портов для приёма, распределяет мощность в одном оптическом канале на несколько c использованием технологии PLC. Оптический сигнал от порта передачи распределяется на все порты приёма, а оптический сигнал от портов приёма подаётся на единственный порт передачи.

Технические характеристики Параметры

1х2

1x4

1x8

1х16

Рабочая длина волны (нм)

1260−1650

Вносимые потери Макс. значение

?4.0

?7.4

?10.5

?14.0

Однородность потерь (дБ) Макс. значение

?4.0

?0.6

?0.8

?1.0

Потери на отражение (дБ) Миним. значение по UPC

?50

?55

?50

?50

Поляризационные потери Макс. значение

?0.2 дБ

?0.2дБ

?0.3дБ

?0.3Дб Направленность (дБ) Миним. значение

?55

?55

?55

?55

Длина вывода (м)

1.0 (± 0.1−0,2) или по заказу Тип оптического волокна

SMF — 28 e или по заказу Рабочая температура (град. С)

— 40~85

Температура хранения (град.С)

— 40~85

Размеры коробки (мм)

90×20×10

100Ч 80Ч10

141×115×18

Оптические сплиттеры оптической распределительной сети ODN

Сплиттер предназначен для разветвления оптической мощности в одном оптическом канале на несколько каналов с использованием технологии PLC. Поддерживает коэффициент разветвления макс. 1:32, компактный, имеет широкий рабочий диапазон длины волны, низкие вносимые потери, низкие поляризационные потери, высокие потери на отражение, высокая однородность коэффициента разветвления.

Применение Сплиттер — это пассивное устройство, служащее для соединения ОЛТ и оптических сетевых модулей, распределения данных, поступающих от головного терминала, и интегрирования данных, передаваемых на головной терминал. Сплиттер включает оптический порт для передачи и несколько портов для приёма. Оптический сигнал от порта передачи распределяется на все порты приёма, а оптический сигнал от портов приёма подаётся на единственный порт передачи. При этом имеют место потери. Сплиттер устанавливается в оптической распределительной коробке (может устанавливаться как внутри помещения, так и снаружи); если многоквартирная жилая структура широко разнесена и не хватает оптической мощности, могут использоваться сплиттеры второго и последующих уровней. Для выбора коэффициента разветвления необходимо принимать во внимание следующие факторы: расстояние передачи в пассивной оптической сети Ethernet, количество пользователей в многоквартирной жилой структуре и ширину полосы пропускания в системе. Обычно для проектов «доведение до дома/здания» лучше использовать коэффициент разветвления 1:32. Общее количество составляет менее 512.

Технические характеристики Параметры

1x4

1x8

1x16

1x32

Рабочая длина волны (нм)

1260−1650

Вносимые потери Макс. значение

(посл./паралл.)

7.7/7.5

11.5/11.0

14.5/14.0

18.2/17.5

Однородность потерь (дБ) Макс. значение

0.8

1.0

1.4

1.9

Потери на отражение (дБ) Миним. значение по АРС

50/55

50/55

50/55

50/55

Миним.значение по UPC

45/50

45/50

45/50

45/50

Поляризационные потери Макс. значение

0.3

0.3

0.3

0.3

Направленность (дБ) Миним. значение

Длина вывода (м)

1.2 (± 0.1) или по заказу Тип оптического волокна

SMF — 28 e или по заказу Рабочая температура (град. С)

— 20~65

Температура хранения (град.С)

— 40~85

Размеры коробки (д х ш х в) (мм)

100Ч 80Ч9

100Ч 80Ч9

120Ч80Ч18

140×114×18

Выводы Технология GEPON может успешно применяться для организации оптических каналов каналов связи до абонента и особенно эффективна в случае наличия ограничений на прокладку кабелей и установку активного оборудования на линии. Эффективность данного решения зависит от многих факторов и однозначно сказать, что это лучший вариант конечно нельзя, все определяется конкретными требованиями заказчика. Тем не менее, произведенные оценки позволяют сделать вывод, что уже сегодня в некоторых случаях себестоимость подключения по оптике домашних абонентов может не превышать 500 долларов.