Методика построения xPON сетей.  Технология пассивных оптических сетей PON Принцип действия pon

Интенсивное развитие отрасли телекоммуникаций, обусловленное потребностями в передаче все больших объемов информации, привело к необходимости совершенствования сетей связи, в том числе сетей абонентского доступа. На сегодняшний день можно наблюдать этап конвергенции сетей связи. В конвергентных сетях для предоставления различных видов услуг используются единые мультисервисные сети, ориентированные на пакетных трафик. Предоставление качественных широкополосных услуг требует наличия у провайдера высокоскоростной сети абонентского доступа.

В качестве среды передачи для проводных сетей абонентского доступа все чаще используют волоконную оптику. Оптические кабели в отличие от электрических имеют ряд преимуществ: высокая пропускная способность, малое ослабление сигнала, высокая защищенность от внешних электромагнитных помех, малые размеры и масса. Среди оптических технологий доступа наиболее востребованы группа технологий FTTx. Технологии FTTx подразделяются по сетевому построению на активные оптические сети AON и пассивные оптические сети PON. Главное отличие этих технологий состоит в том, что пассивная оптическая сеть в отличие от активной не требует электропитания для промежуточных узлов абонентской линии. Вследствие этого пассивная оптическая сеть будет надежней и дешевле в эксплуатации. Другими немаловажными преимуществами являются малые затраты на строительство сети и возможность ее постепенного наращивания. Такие преимущества позволят расширять существующую сеть и привлекать новых абонентов. Таким образом технология PON представляет особый интерес в плане расширения сферы применения широкополосных сетей.

Оптические сети доступа имеют различные варианты построения. Топология «звезда» со связями точка-точка (P2P, point-to-point) предполагает подключение каждого абонента отдельным волокном к узлу доступа. Топология «звезда» применяется при плотном расположении абонентов в районе АТС. Данная топология характеризуется минимальным количество оптических разветвителей и единственным местом их установки. Очевидным недостатком данной топологии является наличие большого количества волокон и оптических передатчиков. Достоинства данной топологии: удобство в обслуживании, проведении эксплуатационных измерений и обнаружения места повреждения линии. Данная топология характеризуется высокой надежностью, так как разрыв одного из волокон не повлияет на работу всей сети.

Топологии типа «дерево» применяется при разнесенным расположении абонентов. Оптимальное распределение мощности между различными ветвями решается подбором коэффициентов деления оптических разветвителей. Древообразная топология гибкая с точки зрения потенциального развития и расширения абонентской базы. В зависимости от необходимости наличия электропитания для промежуточных узлов различают топологии «дерево с активными узлами» и «дерево с пассивными узлами». У каждой из топологий есть свои достоинства и недостатки.
При использовании топологии «дерево с активными узлами» каждый абонент подключается к коммутатору, который в свою очередь соединяется волокном с узлом доступа. Коммутатор является активным оборудованием, то есть требующим электропитания. При отсутствии электропитания абоненты, подключенные к коммутатору, потеряют доступ к сети. Однако это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet и является относительно дешевым.

Топология «дерево с пассивным оптическим разветвлением» со связями точка-многоточка (P2MP, point-to-multipoint) использует магистральное волокно, которое разделяется между всеми абонентами с помощью пассивного разветвителя (сплиттера). Каждый пользователь подключается к разветвителю отельным волокном. К одному порту узла доступа можно подключить целый сегмент древовидной архитектуры, который охватывает десятки абонентов. На промежуточных узлах устанавливаются полностью пассивные разветвители, не требующие электропитания и обслуживания. К преимуществам архитектуры PON можно отнести отсутствие необходимости электропитания на промежуточных узлах, высокая масштабируемость сети, экономия волокон и оптических передатчиков в центральном узле. Масштабируемость сети позволяет подключать новых абонентов так много, как это позволяет оптический бюджет мощности.

Принцип работы сети PON

Основой технологии PON является логическая структура «точка-многоточка» P2MP. К одному порту центрального узла можно подключить целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий множество абонентов. На промежуточных узлах дерево устанавливаются промежуточные пассивные элементы – сплиттеры. Сплиттеры предназначены для деления мощности оптического сигнала в заданном соотношении.

Назначение блоков схемы:

• Центральный узел OLT – сетевое устройство, которое располагается в узле доступа, принимает данные со стороны магистральный сетей через интерфейсы SNI и формирует нисходящий поток к абонентам по дереву PON.
• Абонентский узел ONT – сетевой устройство, которое располагается на стороне абонента, осуществляет прием и передачу данных к OLT на длинах волн 1550 нм и 1310 нм соответственно, конвертирует данные и передает их абонентам через интерфейсы UNI.
• Сплиттер – пассивный оптический многополюсник, который распределяет поток оптического излучения в одном направлении и объединяет этот поток в обратном.

Главная идея архитектуры PON состоит в том, чтобы использовать всего один приемопередающий модуль в центральном узле OLT для передачи данных множеству абонентских узлов ONT и приема от них.

Количество абонентских узлов ONT, подключаемых к одному приемопередающему модулю OLT, зависит от бюджета мощности и максимальной скорости приемопередающей аппаратуры. Для передачи прямого (исходящего) потока от OLT к ONT используется длина волны 1550 нм. При передачи обратных (восходящих) потоков данных от абонентских узлов от ONT к OLT используется длина волны 1310 нм. Мультиплексоры WDM, встроенные в оборудование OLT и ONT, разделяют исходящие и восходящие потоки.

WDM – это мультиплексирование с разделение по длине волны. Данная технология позволяет объединить несколько информационных каналов по одному оптическому волокну. При этом для каждого из каналов выделяется своя частота. Технология WDM основана на том, что при передаче света на различных длинах волн, в волокне не возникает их взаимной интерференции. Каждая длина волны представляет один оптический канал в волокне. Исходящий поток является широковещательным – передается всем абонентам, подключенным к OLT. Каждый абонентский узел ONT для того, чтобы выделить из общего потока предназначенную ему информацию читает адресные поля. Абонентские узлы ведут передачу на одинаковой длине волны и для того, чтобы не возникали пересечения сигналов, они использует метод множественного доступа временным разделением TDMA. Каждый ONT имеет свое индивидуальное расписание по передаче данных с учетом поправки на задержку. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Непосредственно в помещении абонента устанавливается оптический терминал ONT, который является одновременно домашним шлюзом доступа. При использовании унифицированного транспортного оптического терминала ONT, конфигурация транспортной составляющей не привязана к услугам. Таким образом, последующая конфигурация услуг будет осуществляться на домашнем шлюзе доступа.

При строительстве оптической сети используется двухкаскадная схема деления оптического сигнала. На станционной стороне устанавливается сплиттер с коэффициентом деления 1:2. В подъезде дома в оптическом распределительном шкафу устанавливается сплиттер с коэффициентом деления 1:32, обеспечивающей распределение оптического сигнала среди абонентов жилого здания. Стоит отметить, что домов с малым количеством абонентов используются другие схемы распределения оптического сигнала:

• 1:4 – первый уровень, 1:16 – второй уровень
• 1:8 – первый уровень, 1:8 – второй уровень

Технологии пассивных оптических сетей позволяют осуществить конвергенцию различных услуг. При использовании PON возможно предоставление услуг доступа в Интернет, телефонии, телевидения. Предоставление комплексных услуг реализуются с использованием абонентского оборудования. Для организации доступа к услугам NGN используется гибридная сервисная модель, представленная на рисунке.

На оборудовании абонента (PC) инициируется PPPoE-сессия. ONTнастроен в режиме работы моста. Маршрутизатор широкополосного удаленного доступа BRAS производит терминацию PPPoE-сессии. Для организации доступа в Интернет каждому виртуальному адаптеру PPPoE на оборудовании абонента присваивается свой публичный IP-адрес, который маршрутизируется в сети Интернет.

Для организации услуг Triple Play организуются три виртуальной частной сети VLAN. В пределах первого VLANпередается трафик доступа в Интернет. Второй VLAN передает трафик услуг IPTVи VoD. На третьем VLAN организуются передача услуг аналоговой и IP-телефонии. Абонентский терминал ONTсравнивает идентификатор порта, через который соединено абонентское оборудования и идентификатора, соответствующего VLAN.

Аналоговый телефон подключается по порту FXS, который эмулирует расширение интерфейса АТС. Для предотвращения широковещательной ретрансляции multicast трафика на оборудовании OLT включен процесс IGMP snooping. Шлюзы доступа IPTV и VOD, а также гибкий коммутатор Softswitch предоставляют доступ к услугам телевидения и телефонии соответственно.

Информационные структуры в последний десяток лет шагнули очень далеко вперёд – сегодня уже никого не удивишь безлимитным широкополосным интернетом на скоростях 10Mbps и более. Современное сетестроение достаточно быстро вышло за пределы городов – активно развивается магистральное сетестроение. И если с магистралями всё более-менее понятно (проложили - продаём), то в городах сейчас наблюдается иная ситуация: идёт жёсткая борьба за потребителей провайдерских услуг. Города полностью поделены на сектора, которые целиком контролирует конкретный провайдер. В таких условиях процесс расширения клиентской базы серьёзно затрудняется тем фактом, что, выражаясь простым языком, клиенты закончились. Можно конкурировать только путём повышения качества обслуживания (в том числе и использование технологии FTTx, а конкретно – FTTB и FTTH), но и тут конкуренция уже невозможна – любой, даже самый маленький провайдер, в состоянии проложить волокно до подъезда. В итоге все столкнулись с такой проблемой: «Подключать некого, расширяться некуда».

Но на самом деле ситуация не так плоха, как кажется, ведь человек – животное очень своеобразное и живёт везде, в том числе и за городом. Сёла, посёлки, деревни – клиентов предостаточно, и все хотят (в сравнении с мобильными или спутниковыми аналогами) быстрый, качественный и относительно дешёвый интернет (а также телевидение и телефон, и, желательно, в одной коробке). Проблемами подключения таких клиентов является удалённость их от основных коммутационных узлов и, как следствие, дороговизна подключения и серьёзные проблемы с поддержкой сетевой инфраструктуры удалённого района в рабочем состоянии.

Многими провайдерами была предпринята попытка применить уже устоявшуюся модель FTTH (Fiber To The Home) «городского типа» для обеспечения пользователей своими услугами – кидаем многоволоконный кабель, ставим активное оборудование – всё работает. Только дорого, неудобно и боязно – промежуточное оборудование стоит где попало, омываемое дождями, ветрами, съедаемое насекомыми и засиженное птицами. Кроме того, активное сетевое оборудование подвержено влиянию двух факторов, которые не подвержены никакой статистике и логике: грозы и любители попользоваться кусачками. И всё бы удобно решалось строительством служебных помещений, но дорого, проблемно (со стороны бюрократии) и не всегда возможно. И тут на сцену сетестроения вышла альтернативная технология PON, дремавшая до поры до времени на полках.

PON (англ. Passive Optical Network – пассивная оптическая сеть) – это быстроразвивающаяся, наиболее перспективная технология широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну, использующая волновое разделение трактов приема/передачи и позволяющая реализовать одноволоконную древовидную топологию «точка-многоточка» без использования активных сетевых элементов в узлах разветвления. Другими словами, мало волокон, отсутствие промежуточного активного оборудования, нулевое (ну, почти нулевое) влияние погодных условий, удобная WDM система передачи данных от «фабрики по производству интернета» к клиенту и обратно по одному волокну. Активное оборудование в этой сети имеется только на стороне провайдера (в чистой, сухой и прохладной серверной стойке) и на стороне абонента (на чердаке, в прихожей, на старом-добром столбе и проч.). Идеально как для удалённых малонаселенных пунктов, так и для городского частного сектора.

1.2 Виды PON.

Ещё во времена, когда все силы лучших умов наших соотечественников были направлены на «распил» Сверхдержавы, группой из нескольких европейских телекоммуникационных компаний был создан консорциум для реализации идеи множественного доступа по одному волокну, получивший название FSAN (Full Service Access Network). Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PON для того, чтобы производители оборудования и операторы могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. Итогом работы FSAN стал ряд стандартов PON:

ITU - T G .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 и BPON морально устарели еще при рождении, GPON не слишком развит из-за высокой (относительно GEPON) стоимости, а также из-за органического нежелания многих работать со скоростями 2.5G, 10GEPON пока находится в стадии разработки/отладки/испытаний. Есть еще EPON, который уже тоже никому не интересен (100Mbps сейчас хватит разве что для десятка пользователей, а оборудование по цене не сильно отличается от старшего собрата GEPON). В итоге остаётся только GEPON, который на сегодняшний день соответствует требованиям большинства провайдеров для подключения удалённых абонентов (скорость передачи «туда» и «обратно» составляет 1Gbps, при этом, на одном волокне могут находиться до 64 оконечных устройств сети).

1.3 Принцип действия GEPON.

Как уже писалось выше, GEPON – полноценная сеть, построенная на пассивных оптических составляющих на всём протяжении от провайдера к абоненту.

На стороне провайдера устанавливается OLT (англ. Optical Linear Terminal – Оптический Линейный Терминал) – L2 свитч со всеми вытекающими отсюда функциональными возможностями, имеющий Uplink порты (для подключения себя любимого к L3 роутеру) и Downlink порты (для клиентских нужд). OLT от орденоносного китайского производителя BDCOM, например, имеет 2 оптических гигабитных Uplink порта, 2 «комбо» гигабитных Uplink порта (2 оптических + 2 медных), и 4 гигабитных Downlink PON порта. Управление OLT производится как через терминальный порт, так и с помощью всеми любимых протоколов типа SNMP, SSH и TELNET.

На стороне клиента устанавливается ONU (англ. Optical Network Unit – Оптическая Сетевая Единица), которую также иногда именуют ONT (англ. Optical Network Terminal – Оптический Сетевой Терминал) – полноценный VLAN свитч небольшого размера. ONU от того же BDCOM стандартно имеет один оптический гигабитный порт и 4 медных (100Mbps или 1Gbps). Есть модели ONU с комбинированным оптическим портом для телевидения и данных, с портами для телефонии (SIP), с разным количеством медных портов, с Wi-Fi-адаптером, а также комбинации всех вышеперечисленных. Каждая ONU имеет встроенный фильтр MAC-адресов; при получении пакета ONU проверяет принадлежность пакета и, если пакет принадлежит не ей, отбрасывает его. Управление ONU происходит непосредственно с OLT, при этом OLT считает ONU «подпортом» своего порта, имеющим свои порты, то есть соблюдается следующая иерархия: Порт OLT -> № ONU -> порт ONU.

Между клиентом и провайдером располагается пассивная оптическая сеть, которая имеет топологию дерева и её производные. Основными компонентами пассивной оптической сети является оптическое волокно и сплиттеры (англ. Splitter - разделитель), работающие в режиме «разветвитель» в направлении провайдер->клиент и в режиме «смеситель» в обратном направлении. Несомненным преимуществом пассивного оборудования является его независимость от питания и простота в эксплуатации (не надо ничего настраивать): «Один раз поставил – всю жизнь пользуюсь».

Рисунок 1 – Принципиальная схема включения PON

Пассивная оптическая сеть является разделяемой между многими абонентами средой , поэтому со стороны OLT действует TDM (англ. Time Division Multiplexing – Временное Мультиплексирование), а со стороны ONU – TDMA (англ. Time Division Multiple Access – Множественный Доступ С Разделением По Времени). При этом нисходящий поток (им мы будем называть поток от OLT к ONU) передаётся на длине волны 1490нм, а восходящий (поток от ONU к OLT) – на длине волны 1310нм. Сделано это для того, чтобы оставить место для CATV (аналоговое телевидение), которое также можно пустить по дереву PON до абонента. Передатчики CATV вещают на длине волны 1550nm или 1310nm, но производители GEPON оборудования заняли длину волны 1310nm для UpStream, чтобы максимально удешевить клиентское устройство (лазеры, излучающие на длине волны 1310nm намного дешевле лазеров, излучающих на длине волны 1550nm).

Стоимость лазерных GEPON приёмо-передатчиков достаточно высокая по отношению к их Ethernet-собратьям, и не случайно: они очень мощные. Оптический бюджет GEPON-системы (разность между мощностью излучателя и предельной чувствительностью приёмника) около 30дБ (для ONU этот показатель находится в диапазоне 25-30дБ, для OLT – 32-37дБ)! Этого бюджета хватит на то, чтобы «пробить» более 100 км стандартного оптического волокна! Однако, PON-деревья в глубину достигают обычно 10-15 км, имея предел по глубине в районе 20км. Связано это с тем, что делители вносят в линию огромное затухание (от 3-х до 22-х дБ), обеспечивая ветвление и экономя волокно.

Стоит отметить, что стандарт GEPON несколько отличается от привычного всем Ethernet структурой кадра, поэтому «не-GEPON» устройства в сети PON работать не будут. Мало того, стандарт IEEE 802.3ah был принят относительно недавно, и почти никто из производителей не соответствует ему на 100% (да многие и не особо хотят). В силу этого, отсутствует полная кросс-платформенная совместимость оборудования (например, OLT от ZYXEL не будет работать с ONU от HUAWEI, или OLT от HUAWEI не будет раскрывать весь свой потенциал при работе с ONU от BDCOM).

Следует отдельно рассмотреть технологию обмена данными между ONU и OLT:

• любая ONU вещает только в момент времени, отведённый для нее OLT;
• для любой ONU в сети OLT определяет временной промежуток, в течение которого ONU может вещать;
• вновь подключённая ONU взаимодействует с OLT по протоколу MPCP (англ. Multi-Point Control Protocol – Протокол Управления Многоточечным Обменом);
• любая ONU не может связываться с другими ONU без участия в связи OLT`а. Все пакеты для любого адресата централизованно обрабатывает одно устройство в сети – OLT.

Рисунок 2 – Распределение временных промежутков между ONU

MPCP . Этот протокол базируется на двух сообщениях Ethernet: GATE и REPORT . Сообщение GATE посылается от OLT к ONU и используется для присвоения временного домена. Сообщение REPORT используется ONU для информирования OLT о своем состоянии (заполненность буфера и т.д.), чтобы помочь ему принять правильное решение о выделении временного домена. Как GATE, так и REPORT-сообщения являются кадрами управления MAC (тип 88-08).

Существует два режима работы MPCP : автодетектирование (инициализация) и нормальный режим RTT (англ. Round Trip Time – время от момента посылки запроса до момента получения ответа) и MAC-адреса этого ONU. Нормальный режим используется для присвоения временных доменов всем инициализируемым ONU.

Стандартные Ethernet кадры в PON немного модифицируются под специфику работы в разделяемой по принципу TDM среде, однако, OLT модифицирует выходящие пакеты так, что на выходе из PON получается стандартный Ethernet поток. В обратном направлении ситуация аналогичная. Структура стандартного Ethernet кадра (IEEE 802.3), PON кадра (IEEE P802.3ah) и управляющего кадра IEEE P802.3ah представлена ниже (Рисунок 3):

Рисунок 3 – Сравнение полей кадров IEEE 802.3 и IEEE P802.3ah

Преамбула стандартного кадра Ethernet (Рисунок 3а), модифицируется добавлением нескольких служебных полей (Рисунок 3б):

• SOP (англ. Start Of Packet) – 1 байт, указывает на начало кадра;
• Резервное поле, 4 байта;
• LLID (англ. Logical Link Identificator) – 2 байта, указывает индивидуальный идентификатор узла EPON. Остается открытым вопрос: сколько идентификаторов может иметь абонентский узел ONU – один или несколько? LLID требуется для эмуляции соединений точка-точка и точка-мультиточка в сети EPON. Первый бит поля указывает режим передачи кадра (unicast или multicast). Остальные 15 бит содержат индивидуальный адрес узла EPON;
• CRC (англ. Сircle Redundancy Check) – 1 байт, контрольная сумма по преамбуле (стандарт P802.3ah).

При выходе кадра из сети GEPON преамбула кадра преобразуется к стандартному виду – тег ликвидируется. Например, в прямом потоке OLT модифицирует преамбулу каждого входящего в PON кадра 802.3, в частности, в преамбулу добавляется специальный тег LLID. Этот тег извлекается соответствующим подуровнем на ONU, где происходит восстановление преамбулы. Узел ONU в нормальном режиме работы, т.е. когда уже зарегистрирован, обрабатывает только те кадры, в преамбуле которых идентификатор LLID совпадает с собственным LLID. Остальные поля кадра EPON совпадают с полями стандартного кадра Ethernet:

• DA (англ. Destination Address) – 6 байт, указывает MAC-адрес станции назначения. Это может быть единственный физический адрес (unicast), групповой адрес (multicast) или широковещательный адрес (broadcast);
• SA (англ. Source Address) – 6 байт, указывает MAC-адрес станции отправителя;
• L/T (англ. Length/Type) – 2 байта, содержит информацию о длине или типе кадра;
• Поле данных, переменной длины;
• PAD (наполнитель) – поле используется для дополнения кадра до минимального размера;
• FCS (англ. Frame Check Sequence) – 4 байта, контрольная сумма кадра, вычисленная с использованием циклического избыточного кода;
• OpCode (англ. Optional Code) – 2 байта, уточняет тип управляющего кадра. Существуют две категории управляющих кадров, отличающиеся значением этого поля: сообщения GATE, генерируемого OLT, и сообщения REPORT, генерируемого ONU;
• TS (Time Stamp) – 4 байта, содержит временную метку отправителя;
• message – 40 байтов, собственно в этом поле содержится служебная информация, необходимая для работы протокола MPCP.

Более подробную информацию о логической работе PON можно получить на http://book.itep.ru .

OLT и ONU обеспечивают инкапсулирование данных в модифицированные Ethernet кадры стандарта IEEE P802.3ah, при этом используется канальное кодирование 8B/10B (8 пользовательских бит преобразуются в 10 канальных).

Окончательный алгоритм работы сети PON после настройки выглядит следующим образом:
- ONU «слушает линию»;
- OLT получает пакет стандарта IEEE 802.3 от вышестоящего устройства и модифицирует его под стандарт IEEE P802.3ah;
- OLT отсылает пакет конкретному адресату (ONU);
- Все ONU получают пакет, но только адресат оставляет его себе – остальные пакет отбрасывают;
- ONU модифицирует пакет стандарта IEEE P802.3ah под стандарт IEEE 802.3 и отдаёт его клиентскому ПК;
- ONU с клиентского ПК, модифицирует их из стандарта IEEE 802.3 под стандарт IEEE P802.3ah и буферизирует;
- OLT разрешает передачу данных конкретной ONU;
- ONU вещает определённое количество времени, а затем замолкает и снова «слушает» линию;
- OLT получает от ONU пакет стандарта IEEE P802.3ah, модифицирует его под стандарт IEEE 802.3, после чего передаёт его вышестоящему устройству.

Алгоритм работы сети PON по преобразованию пакетов из одного стандарта в другой можно представить следующим образом (Рисунок 4):

Рисунок 4 – Алгоритм работы PON по преобразованию пакетов

1.4 Сравнение PON с классической FTTH схемой подключения абонентов.

В классическом FTTH для подключения, например, 256 абонентов в частном секторе необходимо 256 оптических волокон. 256 волокон – это много очень толстых и дорогих кабелей, а также целый мешок проблем, связанных с их прокладкой, коммутацией и прочей невыносимой рутиной.

Для того, чтобы по этим волокнам «ходил» траффик, нужно N свитчей: N-1 свитчей доступа (к ним будут подсоединяться абоненты) и один для агрегации траффика со свитчей доступа. Для решения текущей задачи, например, известных всем D-Link DES 3200-28F нужно 11 штук (это на доступ), D-Link DGS 3120-24SC нужен один (это на агрегацию). Добавьте ко всему этому SFP модули, медиаконвертеры, а также проблемы с питанием всех этих устройств (а вы как думали?!), размещением (да-да, под крышей, в тепле и сухости!) и администрированием – и головная боль уже не проходит.

А теперь представьте всё это не в городских условиях (где любой чердак – это почти серверная, а любой подвал – тихая гавань для вывода оптики), а в суровых условиях частного сектора (без вездесущих силовых линий, без развитой канализационной инфраструктуры, без свободных помещений под размещение активного оборудования)! А если посчитать, сколько волокна лежит мёртвым грузом (вывели одно волокно из 8-миволоконного кабеля, отправили его до абонента, а дальше это волокно используется не чаще, чем происходят солнечные затмения) – становится грустно и руки опускаются.

При использовании GEPON для этой же задачи необходимо всего 4 волокна, один OLT c SFP модулями (8 штук, из них 4 на Ethernet UpLink, 4 на PON DownLink), 256 ONU (по одной каждому клиенту, питаются они прямо от клиентской розетки и все счастливы), а также набор сплиттеров и PON-боксы (или муфты) для работы с кабелем и размещением в них этих самых сплиттеров, а иногда и самих ONU. Работа администратора будет сводиться только к управлению OLT’ом (ONU логически являются «продолжением» GEPON-портов OLT). Питание – только на стороне абонента и в серверной. Всё проще, не правда ли?

Кроме того, следует учитывать тот факт, что на уже построенной схеме PON легко и просто запустить аналоговое TV (Рисунок 5):

Рисунок 5 – Применение PON в качестве среды для использования CATV

Итак, положительные стороны PON:

• 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 GEPON, 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.

Рисунок 2 – Распределение временных промежутков между ONU

Для поддержки присвоения временных доменов с помощью OLT, группой IEEE 802.3ah был разработан протокол MPCP . Этот протокол базируется на двух сообщениях Ethernet: GATE и REPORT . Сообщение GATE посылается от OLT к ONU и используется для присвоения временного домена. Сообщение REPORT используется ONU для информирования OLT о своем состоянии (заполненность буфера и т.д.), чтобы помочь ему принять правильное решение о выделении временного домена. Как GATE, так и REPORT-сообщения являются кадрами управления MAC (тип 88-08).

Существует два режима работы MPCP : автодетектирование (инициализация) и нормальный режим . Режим автодетектирования используется для детектирования вновь подключенных ONU и определения RTT (англ. Round Trip Time – время от момента посылки запроса до момента получения ответа) и MAC-адреса этого ONU. Нормальный режим используется для присвоения временных доменов всем инициализируемым ONU.

Стандартные Ethernet кадры в PON немного модифицируются под специфику работы в разделяемой по принципу TDM среде, однако, OLT модифицирует выходящие пакеты так, что на выходе из PON получается стандартный Ethernet поток. В обратном направлении ситуация аналогичная. Структура стандартного Ethernet кадра (IEEE 802.3), PON кадра (IEEE P 802.3 ah ) и управляющего кадра IEEE P 802.3 ah представлена ниже (Рисунок 3):

Это связано с требованиями новых услуг и "тяжелых" приложений, которые могут полноценно функционировать только с подключением PON от Ростелеком. Именно поэтому было необходимо введение оптоволоконных технологий, которые отвечают требованиям высокоскоростного интернета.

Даная статья состоит из нескольких пунктов:

• Что представляет собой PON-технология
• Особенности PON-интернета
• Оборудование для подключения
• Настройка модемов

PON технология от Ростелекома

Самым главным преимуществом данной технологии по сравнению с другими типами подключения является высокая передачи данных и, как следствие, отзывчивость сетей. Поэтому PON-подключение является оптимальным для подсоединения к интернету крупных кокомпаний.

В настоящее время требования к скорости интернета достигают 100 Мбит/с, а в скором будущем приблизятся к 1 Гбит/с. Поддерживать такие высокие показатели способны только оптические кабели. Особенно это касается больших расстояний, которые, конечно же, существуют между провайдером и пользователем.

Для поставщиков услуг уже сейчас предоставляется полоса пропускания FTTH (Fiber to the Home), которая проводится к дому. Такими образом, новые постройки будут служить основой сетей доступа и смогут функционировать на протяжении многих лет. Проведение сетей доступа FTTH далеко не дешевый процесс, который требует не только трудоемких строительных работ, но и значительных финансовых затрат.

Тем не менее, развитие технологии разделения сигналов по длине волны (WDM), использующей одно волокно для входящего и исходящего трафика, в значительной степени улучшило ситуацию. Первые из сетей FTTH уже перешли к более новому стандарту, где одиночное волокно соединяется с пассивным оптическим разделителем, который в свою очередь распространяет сигнал для нескольких абонентов.

Именно этот стандарт и стал называться PON-технологией, которую сейчас активно применяет Ростелеком. Благодаря этой технологи, сеть может поддерживать расщепление сигнала в соотношении 1:64 из одного волокна. Кроме того, PON-технологии Ростелеком позволяют абонентам использовать без применения IP-приставок.

Преимущества интернета по технологии PON от Ростелекома

Наиболее значимым преимуществом PON интернета от Ростелеком является то, что при помощи недорогих оптических разделителей общее оптоволокно обеспечивает сетью множество пользователей. Но следует помнить, что такие разделители поддерживают отзывчивость сети при количестве пользователей до 64. Таким образом, эта технология вызывает интерес не только у абонентов, но и поставщиков услуг, которые желают заменить несколько устаревшие медные сети.

Особеностями PON сетей, которые можно назвать ещё и плюсами, являются:

• отсутствие электромагнитных помех, так как нет необходимости использовать активное оборудование непосредственно в сети доступа;
• уменьшение волокна и оборудования в центральном офисе.

PON оборудование от Ростелеком обеспечивает большую пропускную способность и поддерживает двойной коэффициент распределения. Это значит, что с 64-полосным распределением каждый пользователь получит довольно большую пропускную способность соединения, около 35 Мбит/с. В случае использования провайдером более низких коэффицентов распределения, к примеру, 16 или 32, абоненты получат еще большую пропускную способность. Благодаря эффективному использованию пропускной способности стандарта PON абонентам предоставляется большая скорость передачи данных. Кроме того, данная технология дает возможность использовать не только высокоскоростной интернет, но и мультисервисные услуги, такие, как видео, голос, данные.

Какие модемы подойдут для подключения PON от Ростелекома

Технология GPON представляет собой общеотраслевой взаимозаменяемый стандарт. Это свидетельствует о том, что модемы PON любого производителя будут корректно работать с такими устройствами, как ONT.

Это, в свою очередь, влияет на снижение стоимости оборудования и дает возможность провайдерам предлагать абонентам наиболее выгодные тарифы на услуги. Также, важно отметить, что обновленная технология на основе XGPON стандартов увеличивает производительность сетей до 10 Гбит, при этом сохраняется обратная совместимость с уже развернутыми сетями.

Как настроить оборудование

Как правило, PON оборудование от Ростелеком не нуждается в тщательной настройке, так как все необходимые параметры уже внесены провайдером. Но в некоторых моделях Wi-Fi роутера с технологией PON необходимо будет настроить конфигурации беспроводной сети и установить параметры подключения. К этим параметрам относятся логин и пароль пользователя PPPoE типа, которые Ростелеком предоставляет абоненту при заключении договора.

Если после корректного внесения всех необходимых параметров, на оборудовании горит красным индикатор PON, то рекомендуем с этой проблемой обратиться в службу технической поддержки клиентов Ростелеком.

Если у вас остались вопросы по данной технологии, то советуем посмотреть данный видеоролик.

Ростелеком и технология PON в Вологде видео

GEPON (Gigabit Ethernet PON) - набирающая популярность технология передачи данных по оптоволоконной сети. Ее суть - в древовидной топологии точка-многоточка, когда для построения сети используется только один оптоволоконный канал для десятков и сотен абонентов.

Дерево сети строится таким образом, чтобы ветка для абонента отделялась от основной магистрали как можно ближе к его расположению. Для разделения используется пассивный распределитель - сплиттер . Это в корне отличается от обычной топологии оптоволоконной сети, которая преимущественно имеет архитектуру точка-точка, и каждое разветвление линии требует установки активного сетевого оборудования.

Структура GEPON

Для построения оптической пассивной сети помимо оптоволокна используются:

• OLT (Optical Line Terminal) -оптические линейные терминалы, обеспечивающие коммуникацию сети PON и внешних сетей;
• Модули SFP OLT для подключения PON, с увеличенной мощностью и кодировкой сигнала;
• ONU (Optical Network Unit) - конечный сетевой блок (модем) у абонента.
• Сплиттеры - пассивные разветвители в узлах сети.

Древовидная структура GEPON предполагает различные варианты построения, от простейших - 1 OLT, 1 модуль SFP OLT, 64 ONU и необходимое количество сплиттеров для разветвления до "многоствольных", когда могут быть задействованы все порты OLT, а также несколько OLT или же многопортовые модели.

Схема архитектуры сети GEPON:

На картинке также наглядно показан способ передачи данных. От центрального узла уходят все пакеты, в конечном пункте каждый ONU "забирает" только свой, обозначенный идентификатором.

На обратном пути пакеты от абонентов собираются в один канал. В сетях PON применяется протокол TDMA , когда пакеты от разных точек передаются в разный момент времени.

Кроме того, разделяется входящий и исходящий трафик, а также трафик ТВ .

Схема сложной структуры GEPON:

При проектировании сложных схем пассивной оптоволоконной сети важно помнить, что один канал нельзя делить более чем на 64 абонентских устройства, и следует учитывать оптический бюджет системы.

Оптический бюджет системы - разница между мощностью передачи OLT и чувствительностью приема ONU.

Максимальное расстояние , на которое можно протянуть пассивную оптическую сеть, с учетом потерь на канале - 20 км .

Максимальное количество абонентских устройств , подключаемых к одному "дереву" PON -64 . Однако конечное число абонентов может быть больше, если после ONU подключать коммутатор. Здесь ограничения накладываются только таблицей MAC-адресов OLT и ONU, и, естественно, пропускной способностью канала.

Минимальная скорость на 1 абонента - 16 Мб/сек (1024 Мб/сек на 64 ONU).

Оборудование для сети GEPON

Оптические линейные терминалы - OLT

Эти устройства представляют собой свитчи второго уровня, оснащенные портами Uplink - для соединения с внешними источниками данных (интернет, ТВ, телефония) и Downlink - для сети PON.

OLT-терминалы выпускаются с обозначениями:

• AC - для питания коммутатора используется стандартная электросеть на 220 В;
• DC - терминалу нужен источник постоянного тока 36-72В;
• 2-AC 2-DC - наличие 2-х источников питания, основного и мгновенно включающегося резервного.

Абонентские терминалы (модемы) - ONU

Устройства на стороне абонента, оптические терминалы, оснащенные одним PON-портом, и одним или несколькими, в зависимости от модели, портами для подключения клиентского оборудования. Существуют модели с выходом кабельного ТВ.

Сплиттеры

Недорогие компактные простые устройства, не требующие электропитания, термошкафов, управления и настройки. Их главная задача - разделение трафика на пути от провайдера к абоненту, и смешение трафика - на обратном. Бывают сварные (с возможностью неравномерного распределения трафика) и планарные (равноплечие). Разветвление - от 1*2 до 1*128.

Недостатки технологии

• Затухание сигнала на каждом узле ветвления. В итоге в сети на 64 ONU общее затухание может превысить 20 ДБ.
• Необходимость максимальной пропускной способности всех устройств. Хотя каждый конкретный абонент получает от 16 Мбит/сек, каждая точка сети (ONU) вынуждена поддерживать максимальную пропускную способность GEPON - 1 Гбит/сек.
• Недостаточно высокий уровень безопасности данных. Технология определенно не подойдет для финансовых и подобных организаций.
• Сложность модернизации. Для того, чтобы увеличить пропускную способность сети, может потребоваться заменить весь кабель на магистрали.
• Помехи в работе всей PON при одном неисправном устройстве ONU, передающем непрерывный световой сигнал в обратную сторону. Можно предусмотреть WathDog для контроля случайных поломок, но гораздо сложнее предотвратить действия злоумышленников.
• Сложность обнаружения неисправностей. Сплиттеры, ввиду своей чрезвычайной простоты, неспособны помочь в определении сбойного участка сети.

Преимущества GEPON

• Экономный расход оптического кабеля . Фактически, технология GEPON позволяет сократить протяженность кабельной инфраструктуры почти втрое.
• Отсутствие активного оборудования на узлах сети, что существенно снижает расходы на ее проведение и обслуживание.
• Высокая поддерживаемая скорость - до 1 Гбит/сек.
• Эффективное распределение нагрузки в канале . Теоретически скорость для каждого абонента будет составлять пропускную способность канала/ количество абонентов. Фактически же, если какие-то абоненты в данный момент используют не всю свою полосу трафика или не подключены вовсе - скорость у остальных увеличивается.

Как видим, GEPON имеет и свои плюсы, и свои минусы. Однако растущая популярность показывает, что многие находят все-таки больше плюсов.

В одном из следующих наших выпусков - ответы на частые вопросы относительно пассивной оптоволоконной сети.

PON (пассивные оптические сети) — это семейство быстро развивающихся, 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.

Индекс "х " подразумевает под собой технологии GPON, GePON и так далее.

GePON vs GPON

На сегодняшний день большое распространение получили 2 технологии PON-а и производители телекоммуникационного оборудования предлагают устройства под:

GPON (Gigabit PON) - ITU G.984;
GEPON (Gigabit Ethernet PON) - IEE 802.3ah.

Основные отличия GPON от GEPON заключаются в большей полосе нисходящего потока (DownStream, DS) у GPON: 2.5G против 1.25G у GEPON. А также, отличающейся структурой кадров: в GEPON она максимально похожа на Ethernet, а у GPON более сложная, и больше напоминает SDH.
Есть еще одна разновидность PON: TurboGEPON. Это нестандартизованная технология (в её основе лежит IEEE 802.3ah). Основное отличие от GEPON — увеличенная полоса DS до 2.5G.

В GEPON пакеты Ethernet передаются в своем исходном формате по сети PON. В сети GPON для передачи данных требуется два уровня инкапсуляции. Во-первых, информационные потоки телефонных сетей (TDM, E1/T1) и Ethernet-кадры «упаковываются» в кадры GEM (GTC Encapsulation Method) с переменной длиной полезной нагрузки, которые имеют GFP-подобный формат (Generic Frame Procedure, ITU-T G.7401). Во-вторых, ячейки ATM и кадры GEM совместно инкапсулируются в кадры GTC, которые в итоге передаются по сети PON. В технологии GEM осуществляется фрагментация кадров, которая отсутствует в технологии GEPON, что уменьшает эффективность использования полосы пропускания.

Ниже приведена сравнительная таблица основных характеристик двух самых распространенных стандартов:

Плюсы и минусы двух технологий

Основные вопросы проектирования пассивной оптической сети

Использование оптического волокна на сети абонентского доступа стало возможным благодаря развитию технологий пассивных оптических сетей (PON - Passive Optical Network), в качестве которых используются в настоящее время две разновидности:

• GPON — продолжение технологии BPON, стандарт ITU-T G.984.1—G.984.3.
• GEPON — продолжение технологии EPON, стандарт IEEE 802.3ah.

В качестве топологии абонентского доступа по технологии PON, сегодня мы рассматриваем построение оптической сети с использованием пассивных оптических разветвителей (сплиттеров).

Применение технологии PON для построения сетей абонентского доступа в городах России является наиболее приемлемым решением с учетом плотности городских жилых застроек, разновидности и типов домов, состояния инфраструктуры технической эксплуатации, линейно-кабельных сооружений (например, кабельной канализации).

Особенности построения оптической сети абонентского доступа

Принципы проектирования и строительства оптической сети абонентского доступа имеют схожие черты с построением абонентской сети на кабеле с медными жилами.

Учитывая недостаточный уровень проработанности нормативной базы, регламентирующей вопросы построения абонентской сети на базе новой технологии с применением оптического кабеля, следует максимально использовать существующие наработки построения аналогичной сети на кабеле с медными жилами.

Основными особенностями построения абонентского доступа на оптическом кабеле и при использовании технологии PON являются:

• необходимость аккуратного обращения с волокном при работе с ним;
• наличие требований к специальной профессиональной подготовке специалистов службы эксплуатации, касающейся вопросов прокладки, укладки, ремонта оптических кабелей как непосредственно на линии связи (в кабельных колодцах, на опорах ВЛС), так и на различных распределительных устройствах;
• необходимость разработки особого механизма проведения аварийно-восстановительных и профилактических работ, методики измерений, ведения паспортизации и технического учета;
• использование специального подхода к применению и размещению распределительных устройств в жилых домах;
• требования к наличию особых навыков расчетов емкостей кабелей и параметров затуханий, оптимального распределения оптических разветвителей и их размещения в распределительных устройствах.

Вместе с тем, принципы системного подхода при построении магистральных и распределительных участков оптической сети должны оставаться неизменными и включать учет концентрации и перспективы развития жилых кварталов, оптимальной привязки к АТС, особенностей существующих трасс кабельной канализации (или ВЛС), применения различных методов резервирования сети.

Схема организации связи

Проектирование сети PON начинается с определения сетевых узлов, на которых будет размещено активное оборудование и от которых будет строиться кабельная сеть до квартир абонентов.

АТС содержит сетевой узел, район обслуживания которой, в основном, определяется и зоной охвата сетью PON. Активное шлюзовое оборудование PON, в качестве которого выступает OLT (OLT—Optical Line Terminal), связывает оконечное оборудование абонентов с сетью Интернет с другими медиаконтентами для организации услуги передачи голоса, данных и видео (услуга Triple Play).

Входные порты PON оборудования OLT подключаются к оптическому кроссу ODF OLT с помощью оптических шнуров (патч-кордов) или оконцованных микрокабелей (предтерминированных кабелей).

Оптический кросс предназначен для распределения кабелей по направлениям, перекроссировки (коммутации) и соединения со станционным оптическим кабелем через сплайс-пластины (кассеты и боксы для сварных соединений). Как правило, оптический кросс располагается в том же помещении АТС (ЛАЦ, кросс), где и размещается стойка с OLT.

На участке сети PON от АТС до оптического распределительного шкафа (ОРШ), находящегося в зоне обслуживания АТС, производится магистральное распределение волокон. В распределительной сети PON от ОРШ до оконечных устройств абонентов (ONT, ONU) связь осуществляется через пассивные оптические разветвители (сплиттеры PLC), которые устанавливаются в оптических распределительных коробках (ОРК) или/и в оптических распределительных шкафах (ОРШ).

На сети может быть использована как одноуровневая (однокаскадная) схема включения разветвителей без последовательного включения сплиттеров друг за другом, так и многокаскадная схема с последовательным размещением разветвителей. Количество уровней каскадирования зависит, в основном, от суммарного вносимого затухания разветвителей, коэффициента ветвления PON интерфейсов оборудования OLT и требований к полосе пропускания для каждого абонента. Чем меньше уровней каскадирования разветвителей, тем проще сеть абонентского доступа и, соответственно, больше возможностей быстрого устранения неисправностей, повышения качества связи за счет исключения возможных переходных искажений при передаче сигналов через несколько разветвителей. С другой стороны, каскадирование позволяет более гибко и оптимально расположить распределительные устройства и кабели, т.е. оптимально построить распределительную сеть.

Абонентский узел ONT (ONT(ONU) — Optical Network Terminal (Unit)) содержит входной оптический интерфейс PON и может иметь различные выходные интерфейсы: FXS, FXO, 10/100/1000 Base-T, E1, BRI, RF.

Наличие указанных интерфейсов абонентских терминалов, технология и ресурсы полосы пропускания позволяют использовать сеть PON и для подключения различных ведомственных сетей и корпоративных клиентов.

Исходные данные для проектирования сети PON

Перед началом производства проектных работ от оператора связи (Заказчика) должны быть получены следующие данные, касающиеся принципиальных решений по построению пассивной части сети PON:

• данные по районам или адресный список жилых домов для проникновения технологией PON, согласования с владельцами домов;
• данные по проценту охвата абонентов технологией PON в жилых домах (для существующих домов и домов нового строительства процент охвата может быть различным), необходимость офисов, ведомственных предприятий, расположенных в жилых или отдельных зданиях;
• данные (если имеются), касающиеся потребности в широкополосном доступе (например, заявки на ADSL линию);
• выбор технологии PON (GPON, GEPON) и производителя активного оборудования OLT.
• данные по энергетическому бюджету (затуханию) интерфейсов PON активного оборудования OLT;
• выбранная схема включения разветвителей (одноуровневая или каскадная), общий коэффициент ветвления разветвителей, выбор конкретных типов разветвителей и места их установки;
• выбранные типы оптических коннекторов: LC, SC и другие (желательно LC/APC, SC/APC) ;
• решение по максимальной емкости магистрального и распределительного оптических кабелей;
• список производителей — поставщиков пассивных устройств и компонентов, в том числе, оптического кросса высокой плотности для установки на АТС;
• выбранные поставщики кабельной продукции и оптических муфт и их типа.

Вопросы установки и подключения активного оборудования

Возможность работы сети на новой оптической технологии с учетом мощности существующего оборудования сети передачи данных, сетевой топологии и наличия медиаконтентов, необходимости модернизации структуры или дооборудования, рассматриваются, как правило, отдельным проектом.

Для увязки активного оборудования с пассивной частью сети важно определиться с местом установки OLT на АТС.

Выбор места установки на АТС оборудования OLT производится исходя из решений минимального расстояния от оптического кросса, оптимального подключения к интерфейсам сети передачи данных и к системе электропитания и заземления, удобства обслуживания персоналом.

Вопросы проектирования магистральной сети PON

Магистральная сеть абонентского доступа является основным элементом всей пассивной сети. Правильный выбор системы построения сети и ее топологии, определение условий и принципов организации доступа позволят оптимизировать затраты на развитие сети в дальнейшем.

Вопросы проектирования магистральной сети PON связаны со следующими основными положениями:

• топология построения магистральной сети;
• максимальная емкость магистральных кабелей. Тип кабеля;
• способы резервирования на магистральной сети;
• способ прокладки магистрального кабеля по зданию АТС;
• выбор и монтаж оптических муфт;
• выбор и монтаж оптического распределительного шкафа ОРШ. Комплектация ОРШ.

Вопросы проектирования распределительной сети PON

В распределительную сеть PON входят:

• участок сети от ОРШ до кабельного ввода в жилой дом — схемы расположения распределительных участков сети PON;
• каблирование и размещение распределительных устройств непосредственно в жилом доме — схемы кабельных вводов сети PON.

Вопросы проектирования распределительной сети касаются следующих положений:

• размещение оптических распределительных коробок (ОРК) по подъездам и этажам;
• размещение ОРК в подъездах домов;
• размещение и включение разветвителей;
• прокладка кабеля в жилых домах и способы его защиты;
• выбор распределительного кабеля;
• способы резервирования распределительной сети.

Абонентская проводка — участок кабельной сети от ОРК до оптических розеток в квартире абонента, обычно, не входит в состав рабочих чертежей проекта и производится силами оператора связи по мере подключения абонентов. Но в проекте должен рассматриваться способ подключения абонентов (патч-корды, пигтейлы или оптические шнуры, защита на лестничной клетке, монтаж в ОРК и в оптической розетке) и размещение абонентского терминала ONT в квартире.

Расчеты затухания оптической сети PON

Расчеты затухания выполняются для оптической линии от подключения волокна на активном оборудовании (на передатчике) до самого удаленного абонента (на приемнике). В пассивной сети PON источниками потерь являются:

• полное затухание в оптическом волокне: зависит от его длины и коэффициента затухания волокна на определенной длине волны.
• полные потери в сростках (сварные соединения): зависят от потерь в каждом сростке и их общего количества.
• полные потери в соединителях (разъемные соединения): зависят от потерь в каждом соединителе и их общего количества.
• потери в разветвителях волокон: зависят от коэффициента разветвления.
• штрафные потери (потери на изгибы кабелей при прокладке).

Сумма всех потерь, возникающих на участке оптической сети, представляет собой энергетический бюджет затухания. Кроме того, при расчетах следует учитывать и эксплуатационный запас (дополнительные сростки и волоконные вставки при проведении ремонтных работ).

Изделия и компоненты пассивной оптической сети

К основным изделиям и компонентам пассивной оптической сети относятся:

• оптические кабели магистральной, распределительной сети и абонентской проводки;
• оптический кросс высокой плотности для установки на АТС (ODF OLT);
• оптические распределительные шкафы (ОРШ);
• оптические распределительные коробки (ОРК);
• оптические абонентские розетки (РА);
• оптические разветвители (сплиттеры);
• мультиплексоры WDM и аттенюаторы;
• различные патч-панели и аксессуары.

Заключение

Перспективы дальнейшего развития сети во многом определяются грамотным подходом при стратегическом планировании внедрения сети PON.

Масштабное развитие сети обусловлено степенью эффективности работы опытных зон построения сети PON.

Сегодня специалисты ООО «Фоксес-ком», накапливая позитивный опыт в области разработки проектов по построению сетей PON, открыты для совместной работы с операторами связи с целью определения оптимальных решений и построения современных и качественных сетей, способных удовлетворять любые потребности пользователей в перспективе.

Нормативные документы

ТКП 206 - 2009 (02140) Правила технической эксплуатации линейно-кабельных сооружений абонентских линий местных телефонных сетей
ТКП 212 - 2010 (02140) Правила проведения измерений магистральных, внутризоновых и местных волоконно-оптических линий передачи

Измерение пассивных оптических сетей в процессе строительства

На этапе построения PON необходимо производить следующие измере ния:

Входной контроль;
- строительно-монтажные.

Входной контроль параметров компонентов сети проводится перед нача лом строительства. Производится проверка соответствия параметров волоконно-оптического кабеля (ВОК), шнуров, оптических разветвителях и других устройств заявленным значениям.

Строительно-монтажные измерения включают в себя:

Двунаправленное измерение ORL (Optical Return Loss) - затухание отражения в оптическом волокне;
- двунаправленное измерение оптических потерь между двумя оконечными точками;
- двунаправленное снятие характеристик линии.

На смонтированной PON, ORL должно быть более 32 дБ. Однако, на этапе строительства рекомендуется принимать общий уровень ORL для смонтированной сети PON не менее 40 дБ, что позволит избежать деградации сигна ла в будущем. Для тестирования инфраструктуры PON требуется обеспечить точки под ключения соответствующих измерительных приборов. Эти точки должны быть обо рудованы разъемными соединениями.

Точки возможного подключения измерительных приборов показаны на рисунке

В оптической распределительной коробке (ОРК) подключение измерительных приборов возможно только в слу чае использования в них разъемных соединений. Тестирование линии «точка-точка» должно выполняться на каждом по строенном сегменте PON. В частности, после прокладки магистрального ВОК до подключения активного оборудования и сплиттеров должно проводиться тестирова ние всех ОВ между выходами оптического кросса высокой плотности (ODF - Optical Distribution Frame) на АТС и их окончаниями в смонтированном оптическом распределительном шкафу (ОРШ). Измерения затухания необходимо проводить в обоих направлениях на трех длинах волн: 1310, 1490 и 1550 нм. Определение потерь и обратных отражений на портах сплиттера произ водится после его установки в ОРШ. Тестирование «точка-точка» должно быть вы полнено между каждым выходным портом сплиттера и OLT. В случае установки этажных ОРК тестирование должно быть проведено между каждым абонентским окончанием в ОРК и OLT. При строительстве рекомендуется производить двунаправленное снятие характеристик линии, т. е. рефлектограмму смонтированной PON со сплиттером от станции до абонента. Рефлектограмма должна отображать следующие параметры: оптические потери линии на трех длинах волн, ORL. Все измеренные параметры PON должны соответствовать расчетному значению.

Приемо-сдаточные измерения

Приемо-сдаточные измерения оптических параметров пассивной оптиче-ской сети проводятся в следующем объеме:

Измерение оптической мощности на выходе передающих устройств;
- измерение затухания в оптическом линейном тракте.

Измерение оптической мощности на выходных портах оптических передатчиков и на входных портах оптических приемников OLT и ONT проводят непосредственно в момент пусконаладочных работ на этом оборудовании. Измерение оптической мощности передатчиков в ODF после WDM мультиплексора производится на длине волны 1490 нм (излучатель OLT) и на 1550 нм (передатчик телевизионных сигналов). При несоответствии полученных значений проектным данным проводят измерения непосредственно на выходе обоих передатчиков, а также на выходе оптического усилителя. Также измеряют мощности на входе оптических приемников OLT и ONT.

Мощность на выходе WDM мультиплексоре измеряют прибором, имеющим встроенные фильтры для раздельного измерения каждой длины волны, т. к. обычный измеритель мощности покажет некоторую суммарную величину, не характеризующую разные передатчики. Фотодетектор обладает достаточно хорошей широкополосностью и детектирует всю падающую оптическую мощность в диапазоне длин волн 1200÷1650 нм. Однако, чувствительность фотодетектора на разных длинах волн неравномерна.

Также проводят измерения общего затухания для всех ветвей PON. При получении значения потерь выше расчетного, проводят измерения величины потерь сигнала в отдельных точках сети. При отсутствии калиброванного источника излучения в виде отдельного прибора для измерения затухания в различных точках PON можно использовать передатчик OLT (на 1490 нм) или оптический передатчик телевизионного сигнала (на 1550 нм). Считая их излучение практически непрерывным, сначала измеряют уровень мощности на выходе передатчика, а затем - в заданной точке сети. Разность этих уровней (в дБ) и покажет затухание измеряемого участка сети.

Взаимодействие операторов электросвязи при предоставлении услуг PON

Возможные точки взаимодействия операторов электросвязи при совместном использовании PON приведены на рисунке

Точка присоединения 1 - предоставление оператором А оператору Б возможности предоставления абоненту услуг по передаче голоса, данных, IP-телевидении в канале пере дачи данных оператора А;
Точка присоединения 2 - предоставление оператором А оператору Б возможности предоставления абоненту услуг по трансляции телевизионных программ в цифровом канале передачи данных оператора А;
Точка присоединения 3 - выделение оператором А оператору Б отдельных ОВ в ма гистральном кабеле оператора А;
Точка присоединения 4 - предоставление оператором А оператору Б распредели тельного и абонентского участков оператора А, либо выделение оператором А (собственни ком либо владельцем распределительного участка) оператору Б отдельных ОВ в распреде лительном кабеле.

Оператор А является основной эксплуатирующей организацией PON, оператор Б - арендующим оператором.

Проблемы при построении PON и методы их решения.

Расчёт оптического бюджета мощности и бюджета потерь.

Для того, чтобы грамотно построить дерево PON, необходимо учитывать, в первую очередь, оптические потери, привносимые пассивным оборудованием. Теоретически, PON может покрыть территорию радиусом 20км. Практически - всё зависит от бюджета потерь на конкретной ветви дерева. Для расчётов необходимо руководствоваться самыми худшими показателями затуханий, чувствительности и мощности излучения передатчиков.

Стандартно при расчётах используют таблицы затуханий для сплиттеров, принимают 0.05дБм затухание на сварке, 0.36дБм/км затухание в волокне на длине волны 1310нм (для 1550нм затухание в волокне равно 0.22дБм/км), затухание на механическом соединении принимают равным 0.5дБм, затухание на перегибе варьируется от 0.15дБм до 7дБм и более (эту позицию необходимо измерять прибором на месте).

Далее, необходимо мысленно «пройти» уже готовый проект, выделяя и суммируя места, в которых имеются элементы, привносящие затухания в линию. К полученному значению добавить затухание на волокне на всём протяжении от самого дальнего абонента до OLT. Таким образом, можно подсчитать бюджет потерь в PON.

Следующий шаг - расчёт оптического бюджета мощности, но его можно принять равным 30дБм (производитель гарантирует оптический бюджет мощности, равный30дБм). Всё, что свыше 30дБм - необходимо тестировать.

Если бюджет потерь ниже бюджета мощности - дерево будет работоспособно, в противном случае возможны проблемы.

Отдельно следует отметить, что при расчёте PON, в котором используется CATV и сварные делители, следует учитывать, что телевизионный сигнал имеет мощность от 7дБм (сформированный дешёвыми маломощными моделями) до 24дБм (дорогие передатчики или EDFA усилители), а на телевизионный приёмник (отдельный или в составе ONU) этот сигнал должен прийти с минимальной мощностью -12дБм . Поэтому, используя сварные делители, следует быть предельно осторожным и каждый раз перед новым подключением пересчитывать дерево PON для того, чтобы убедиться, у каждого абонента сигнал одинаковый и не выходит за пределы чувствительности телевизионного приёмника.

Слабый сигнал у клиента.

Если при установке ONU (или её повторном включении/перезагрузке со стороны клиента) она не смогла зарегистрироваться в сети - велика вероятность того, что повреждён волновод на направлении клиента и сигнал затухает выше расчётного (и уж точно выше оптического бюджета PON). Повреждение может быть связано как с некачественной сваркой или случайным перегибом волокна на узле деления, так и со злоумышленниками.

Для решения этой проблемы нужно, в первую очередь, проверить состояние всех ONU на абонентском делителе, к которому подключена и проблемная ONU. ONU позволяет производить мониторинг уровня сигнала на своём приёмнике,а также мощность своего передатчика, отсылая эти данные на OLT по запросу . Если проблема есть у всех абонентов - двигаться в сторону родительского узла дерева, расширяя радиус поиска и проверяя, на каком уровне «вложения» существует проблема.

Как только будет найден делитель, у которого есть некий проблемный выход, а остальные - рабочие, считайте, что проблема решена. С вероятностью 95% эта проблема находится на ветви, связывающей два узла: родительский полурабочий и дочерний нерабочий. Эту линию достаточно просто «просветить» рефлектометром, если PON построена на коннекторах, и совсем непросто сделать это, если дерево «сварное» (режем кабель, навариваем коннектор, светим рефлектометром, а потом всё чиним).

Перед всеми вышеизложенными «приседаниями» необходимо проверить ONU на вменяемость лазерного приёмо-передатчика (мало ли что?).

Неконтролируемое излучение в дереве на длине волны 1310нм.

Случаются ситуации, когда ONU вышла из строя (бывает крайне редко) и непрерывно излучает в пассивную сеть на длине волны 1310нм, или недобросовестный пользователь включил в дерево вместо своей ONU медиаконвертер, излучающий на той же длине волны (1310нм). В этих случаях (как в случае аппаратного сбоя, так и в случае вредительства) эффект один: излучение постоянно присутствует в восходящем потоке дерева, не давая возможности другим ONU передавать данные к OLT. Как результат - дерево не функционирует.

Есть два варианта решения проблемы. Первый - обходить ногами каждый дом в надежде найти неисправность или чудом выявить злоумышленника. Этот вариант придётся воплощать в жизнь, если PON построена методом сваривания всего, что хоть отдалённо похоже на волокно. Если клиентов хотя-бы 20, то проблему можно решать неделями.

Второй вариант, который используют те, кто построил PON с использованием коннекторов - локализация излучения путём последовательного отключение ветвей дерева от «корня» к «листьям». Последовательность действий следующая:

На корневом делителе отключать (и для верности проверять на наличие излучения) хвосты, идущие «вниз» по дереву;

Повторять до тех пор, пока проблема не локализуется до самого последнего (дальнего/нижнего в иерархии) делителя - дальше всё понятно. Отключаем последовательно клиентские соединения на данном делителе, пока не найдём источник излучения.

Умышленное повреждение кабеля.

Иногда случается, что кабель режут конкуренты - популярный во все времена метод борьбы за клиентов. Но чаще (особенно в отдалённых районах) кабель режут местные жители с целью наживы.

Для предотвращения посягательств на кабельное имущество необходимо перед тем, как завести кабель в населённый пункт, объяснить местным кладоискателям, что «В этом чёрном кабеле драгоценных и иных редкоземельных металлов нет, а содержимое его непригодно даже на подвязку помидоров». По возможности, продемонстрировать населению кусок кабеля и его содержимое. От осмысленного вредительства это вряд ли убережёт, но отобьёт у некоторого количества владельцев бокорезов интерес.

Флуд.

Флуд - проблема любой городской сети. Чаще всего флудят устройства с подгоревшими портами, реже - пользовательские компьютеры, заражённые вирусами. Также преднамеренно флудить могут пользователи, которые выражают некий социальный протест (дипломатично назовём это именно так), или имеющие с неработоспособности сети некие выгоды. Основная проблема флуда - невозможность удалённо добраться до флудящего оборудования или логически локализовать источник.

Подгоревшие порты - проблема, в основном, городского типа, и к PON имеет лишь частичное отношение. Как известно, чем длиннее медный проводник, тем больше на него наводятся электромагнитные поля. Дерево PON построено на оптическом волокне и, как следствие, не подвержено влиянию наводок от грозы. Проблема может возникнуть только в том случае, если к одной ONU медью подключено несколько пользователей, территориально удалённых друг от друга.

С флудерами и вирусами тоже всё понятно: первые пользуются демократическими свободами, вторые пренебрегают всеми законами робототехники. Методы борьбы и с теми, и с другими известны, но для начала нужно локализовать вредоносную деятельность.

В PON всё просто. Как уже писалось выше, PON - система с централизованным управлением. Все потоки, исходящие от клиентов, приходят только на OLT. Только OLT может дать разрешение ONU передавать данные, и только OLT может запретить любые контакты ONU с внешним миром. Отсутствие активного оборудования в дереве PON значительно облегчает борьбу с флудом - не создаётся прецедентов с бесконечной пересылкой пакетов с неправильными контрольными суммами между двумя соседними узлами коммутации, отсутствует переполнение буферов там же.

OLT всегда подключён к вышестоящемунекому устройству (например, L3 роутер), поэтому доступ к нему есть всегда. Вышестоящее устройство не подвержено влиянию флуда от клиентов в дереве PON, поскольку OLT выделяет определённый квант времени каждой ONU и разрешает/запрещает ей вещание, а значит, ONU не может бесконтрольно «заваливать» порт OLT и вышестоящее устройство пакетами. Аналогичная ситуация происходит с бесконечно «гуляющим» траффиком по сети: его просто не будет, так как каждая ONU имеет доступ к своим соседям-клиентам только через OLT.

Процесс мониторинга сети (для логического обнаружения источника флуда) может быть организован с помощью зеркалирования оптического порта (на котором «висит» целое дерево) в медный и подключения медного порта к некоторому ПК, на котором установлен специализированный софт (например, TCPDUMP).

Кроме того, для защиты сети от вирусной активности, в которой присутствует бесконтрольное размножение MAC-адресов, в OLT присутствует функционал, запрещающий иметь конкретно взятой (или всем) ONU более чем N активных MAC-адресов одновременно.

Применение измерительного оборудования в PON.

Для измерения оптических показателей в PON лучше всего использовать самый простой оптический измеритель мощности (например, MT1113C). Его функциональных возможностей вполне хватает на то, чтобы измерить уровень входящего в дерево (или его ветвь) сигнала с одной стороны и уровень выходного сигнала с другой. Затухание на конкретно взятом промежутке посчитать в состоянии только специалист высочайшей квалификации (уровень образованности человека, способного вычислить А-Б, должен быть неимоверно высок - учтите это!), но с этим ничего поделать нельзя: раз уж залезли в Hi-Tech технологии, будьте добры, предоставьте работу с технологиями профессионалам!

Применение стандартного рефлектометра в PON ограничено пролётами между делителями (нахождение разрывов в ветви или проверка качества сварок). Всё дерево стандартный рефлектометр «просветить» не сможет - после первого делителя показания превратятся в «кашу». Следует также учитывать тот факт, что при измерении пролёта «снизу-вверх» по топологии дерева, в волокне не должно быть излучения, а значит, необходимо либо выключить модуль OLT (тем самым «положить» всё дерево), либо отключить конкретную ветвь дерева (недовольство отдельных клиентов очевидно). При измерении ветви дерева от узла до узла «сверху-вниз» (от корня к ветвям) проблемы с нежелательным излучением в волокне быть не должно - ONU «молчат» до тех пор, пока OLT не разрешит им вещание.

Стоит отметить, что на рынке существуют рефлектометры, умеющие «просвечивать» PON, но их может не оказаться в нужный момент под рукой.

Относительно недавно на рынке измерительного оборудования появился прибор, имеющий громкое название «проходной измеритель мощности». Данный прибор «врезается» в дерево PON и показывает мощность излучения, проходящего через него. Некоторыми продавцами этот прибор позиционируется как «панацея от всех проблем в пассивном дереве».

По сути, единственное, что выгодно отличает «проходной измеритель» от «просто измерителя» - это возможность измерить уровень выходного сигнала ONU.Помните«поток сознания» выше:«ONU «молчит», пока ей не разрешит вещать OLT...». А если кабель разрезан, то OLT не разрешит ей вещать никогда.

Нужны ли измеренные показатели мощности передатчика ONU? Теоретически - да, кто же не хочет знать о своей собственности всю подноготную?! Практически же без этих знанийвполне можно обойтись: если ONU не регистрируется в дереве, где уже есть исправно работающие ONU, то вариантов всего два.

Вариант №1 самый простой: плохой линк от абонентского делителя до абонента. Проверяется затухание на проблемном участке и сравнивается с показателями «шестого чувства». Если оно (чувство) подсказывает, что с линком есть проблемы - их надо устранить.

Если же с волокном всё в порядке - тогда вариант №2: ONU нерабочая. Да-да, бракованная! Да, даже китайские ONU (эталон качества во всем мире) иногда бывают с дефектом. В этом случае знание или незнание того, насколько плохо излучает передатчик ONU, никак не повлияет на решение о возврате нерабочего образца поставщику с целью замены его на рабочий.

Существует еще один метод измерения оптических сигналов в дереве PON. Он базируется на том факте, что каждая ONU умеет выдавать информацию на OLT о мощности своего передатчика и уровне сигнала на своём приёмнике. OLT, в свою очередь, может выдавать такую же информацию о своих оптических портах. С помощью этого функционала можно заниматься мониторингом уже работоспособного дерева.