ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ PON ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СЕТИ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА

АННОТАЦИЯ

В данной статье обсуждаются особенности технологии пассивных оптических сетей (PON) при проектировании широкополосного доступа. PON являются перспективным решением для обеспечения высокоскоростного доступа благодаря архитектуре “точка-многоточка”. Статья рассматривает такие аспекты, как использование оптических разветвителей и усилителей, выбор кабелей и настройку оборудования. Также важно учесть требования к электропитанию и безопасности, а также особенности топологии сети. Все эти факторы должны быть приняты во внимание при проектировании PON для обеспечения надежной работы сети.

Ключевые слова: PON, широкополосный доступ, оптические сети, проектирование, архитектура, оборудование, электропитание, безопасность, топология сети.

Введение

Расширение круга пользователей интернет-сервисов и, соответственно, пользователей высокоскоростных сетей требует внедрения новейших технологий. Средства передачи информации должны постоянно увеличивать пропускную способность линий связи, что заставляет провайдеров обновлять транспортные информационные каналы. Однако, помимо роста объема передаваемых данных, возникают и другие проблемы, которые проявляются в увеличении затрат на обслуживание более масштабных сетей и растущих потребностей пользователей. Одним из способов кумулятивной оптимизации характеристик телекоммуникационных систем является технология PON, которая также позволяет сохранить потенциал сетей для дальнейшего расширения их мощности и функциональности.

Оптоволокно и технология PON

Новые разработки упрощают техническую организацию и дальнейшую эксплуатацию данных сетей, однако это достигается в основном за счет преимуществ обычных оптических линий. Даже в настоящее время, в условиях внедрения современных материалов, продолжается использование каналов, построенных на устаревших телефонных парах и технологии xDSL. Ясно, что сеть доступа, построенная на таких элементах, значительно уступает в эффективности волоконно-коаксиальным линиям, которые также нельзя считать эффективными по сегодняшним стандартам. Оптическое волокно долгое время было альтернативой традиционным сетям и беспроводным средствам связи. Однако, если ранее прокладка таких кабелей являлась непосильной задачей для многих организаций, то сейчас оптические компоненты стали гораздо доступнее. Собственно, волоконная оптика применялась и ранее для обслуживания обычных абонентов, включая технологию Ethernet. Следующим этапом развития стала телекоммуникационная сеть, построенная на архитектуре Micro-SDH, которая предложила принципиально новые решения. Именно в этой системе концепция сетей PON нашла свое применение.

Стандартизация сетей

В начале 1990-х годов начались попытки стандартизировать методику, когда группа компаний из сферы телекоммуникаций начала работу над внедрением идеи разделенного доступа по пассивному оптическому волокну. Эта организация, объединявшая операторов связи и производителей сетевого оборудования, получила название FSAN. Основной задачей FSAN было создание комплекта рекомендаций и требований по разработке оборудования PON, чтобы компании-производители и поставщики услуг могли совместно работать в данном сегменте. На текущий момент пассивные оптические сети на базе технологии PON оформлены в соответствии с международными стандартами ITU-T, ATM и ETSI.

Принцип работы сети

Основная характеристика PON заключается в том, что инфраструктура функционирует на основе единого устройства, которое отвечает за прием и передачу данных. Этот компонент установлен в центральном узле системы OLT и обеспечивает обслуживание информационных потоков для нескольких абонентов. Устройство ONT является конечным получателем, который также выполняет функции передачи данных. Количество абонентских точек, присоединенных к центральному приемопередающему устройству, зависит от мощности и максимальной скорости используемого оборудования PON. Технология не ограничивает количество участников сети, но для оптимального использования ресурсов разработчики телекоммуникационных проектов устанавливают определенные ограничения в соответствии с конфигурацией конкретной сети. Передача информационного потока от центрального приемопередающего устройства к абонентскому устройству осуществляется на длине волны 1550 нм. В свою очередь, обратные потоки данных от абонентских устройств к точке OLT передаются на длине волны около 1310 нм. Эти потоки следует рассматривать отдельно.

Прямые и обратные потоки

Основной (то есть главный) поток из центрального узла передачи данных транслируется в воздух. Это означает, что оптические линии разделяют общий поток информации, выделяя поля адресации. Таким образом, каждое абонентское устройство "читает" только данные, предназначенные специально для него. Такой метод распределения данных можно назвать демультиплексированием. В свою очередь, обратный поток использует одну линию для передачи данных от всех абонентов, подключенных к сети. Именно так реализуется схема обеспечения совместного доступа во времени. Для предотвращения конфликтов сигналов от различных узлов приема информации каждое абонентское устройство имеет свой индивидуальный график обмена данными, скорректированный с учетом задержки. Это общий принцип, по которому функционирует технология PON в отношении взаимодействия центрального узла с конечными пользователями. Однако структура сетевой конфигурации может иметь различные топологии.

Двухточечная топология

В данном случае используется сеть P2P, которая может быть настроена как для общих стандартов, так и для специализированных проектов, которые могут включать использование оптических устройств. С точки зрения безопасности данных абонентов, этот вид интернет-соединения обеспечивает максимальный уровень безопасности, доступный для таких сетей. Однако установка оптической линии для каждого пользователя производится индивидуально, что приводит к увеличению затрат на создание таких каналов. В некотором смысле это не общая, а индивидуальная сеть, хотя центр, обслуживающий абонентскую точку, может также обслуживать и других пользователей. В целом, этот подход подходит для использования крупными пользователями, для которых безопасность линии играет особую роль.

Кольцевая топология

Эта схема основана на конфигурации SDH и лучше всего подходит для использования в магистральных сетях. Наоборот, оптические кольцевые линии менее эффективны в работе сетей доступа. Поэтому при создании городской магистрали распределение узлов происходит на этапе проектирования, однако сети доступа не позволяют заранее определить количество абонентских точек.

В случае временного и территориального подключения абонентов кольцевая схема может стать сложнее. Часто такие конфигурации превращаются в разорванные цепи с многочисленными ответвлениями. Это происходит, когда новые абоненты подключаются через разрывы существующих сегментов. Например, в линии связи могут образоваться петли, которые объединяются в один провод. В результате могут возникнуть "перерывы" в кабелях, что снижает надежность сети в процессе эксплуатации.

Особенности архитектуры EPON

Первые попытки создать PON сеть, близкую к технологии Ethernet, были предприняты в 2000 году. Архитектура EPON стала основой для разработки принципов работы сетей, а стандарт IEEE был представлен как основной стандарт, на основе которого были разработаны отдельные решения для построения сетей PON. Например, технология EFMC обслуживала "точка-точка" топологию с использованием витой медной пары. Однако в настоящее время данная система почти не используется из-за перехода на оптическое волокно. В качестве альтернативы технологии на основе ADSL все еще являются более перспективными направлениями.

В современной версии стандарта EPON реализовано несколько схем подключения, однако основным условием его использования является применение оптоволокна. Помимо различных конфигураций, стандартная технология подключения EPON также предусматривает использование некоторых вариантов оптических передатчиков-приемников.

Особенности архитектуры GPON

Архитектура GPON позволяет создавать доступные сети на основе стандарта APON. В процессе организации инфраструктуры стремятся увеличить пропускную способность сети и обеспечить более эффективную передачу данных. GPON представляет собой масштабируемую структуру с возможностью обслуживания абонентов со скоростью до 2,5 Гбит/с. Обратные и прямые потоки могут работать как в одном, так и в разных скоростных режимах. Кроме того, сеть доступа в конфигурации GPON может обеспечивать любую инкапсуляцию в синхронном транспортном протоколе независимо от предоставляемой услуги. Если в SDH возможно только статическое разделение полос, то новый протокол GFP в структуре GPON позволяет динамически распределять полосы. Сравнительная характеристика технологий EPON и GPON сведена в таблицу 1.

Таблица 1.

Сравнение технологий EPON и GPON

Примечание: составлено авторами.

Преимущества технологии

Среди основных преимуществ оптических волокон в схеме PON отсутствие промежуточных звеньев между центральным приемником-передатчиком и абонентами, экономичность, простота подключения и управления. В значительной степени эти преимущества обусловлены рациональной организацией сетей. Например, подключение к Интернету обеспечивается напрямую, поэтому выход из строя одного из соседних абонентских устройств никак не влияет на его производительность. Хотя массив пользователей, конечно, объединяется путем подключения к одному центральному модулю, от которого зависит качество обслуживания всех участников инфраструктуры. Отдельно стоит рассмотреть древовидную топологию P2MP, которая максимально оптимизирует оптические каналы. Благодаря экономичному распределению линий для приема и передачи информации такая конфигурация обеспечивает эффективность сети, независимо от расположения абонентских узлов. В то же время новым пользователям разрешается входить без фундаментальных изменений существующей структуры.

Недостатки сети PON

Широкому применению этой технологии по-прежнему препятствуют несколько существенных факторов. Первый - сложность системы. Эксплуатационные преимущества этого типа сетей могут быть достигнуты только в том случае, если изначально будет выполнен высококачественный проект с учетом множества технических нюансов. Иногда выходом из положения является технология доступа PON, которая предусматривает организацию простой типологической схемы. Но в этом случае следует подготовиться к другому недостатку - отсутствию возможности резервирования.

Тестирование сети

Когда завершены все этапы начальной разработки сетевой схемы и выполнены технические мероприятия, специалисты приступают к проверке инфраструктуры. Одним из ключевых показателей хорошо выполненной сети является показатель ослабления линии. Оптические тестеры применяются для анализа канала на наличие проблемных участков. Все измерения проводятся на активной линии с использованием мультиплексоров и фильтров. Крупную телекоммуникационную сеть обычно тестируют с помощью оптических рефлектометров. Но такое оборудование требует специальной подготовки от пользователей, не говоря уже о том, что интерпретацией рефлектограмм должны заниматься экспертные группы.

Заключение

Технология PON (Passive Optical Network) представляет собой эффективное решение для широкополосного доступа, обладающее множеством преимуществ для различных сфер применения. Она обеспечивает высокую полосу пропускания, надежность, экономичность, гибкость и масштабируемость. При проектировании PON важно учитывать особенности каждой конкретной сети и проводить дополнительные исследования для оптимального использования этой технологии. G-PON является наиболее совершенным и популярным вариантом PON и предлагает более высокую скорость передачи данных, чем другие типы PON. В жилом комплексе и поселке использование G-PON может быть особенно эффективным, так как оно позволяет предоставлять высокоскоростной доступ к интернету для большого количества пользователей, используя один общий оптический разветвитель. Также, G-PON обеспечивает более низкие задержки и более стабильную передачу данных, что важно для многих онлайн-приложений и сервисов. Кроме того, GPON обладает высокой степенью защиты данных и конфиденциальности, что делает его привлекательным выбором для обеспечения безопасного доступа в интернет и передачи закрытой информации в жилых зонах. Таким образом, гибкость и экономичность GPON делают его идеальным решением для широкополосного доступа в жилых комплексах и поселках, где требуется высокая пропускная способность, надежность и удобство использования.

Список литературы:

1. Матузко А. PON: обзор технологии / Матузко А. [Электронный ресурс] // Технологии и средства связи : [сайт]. — URL: http://lib.tssonline.ru/articles2/fix-op/pon-obzor-tehnologii
2. Петренко И.И, Убайдуллаев Р.Р. Все о пассивных оптических сетях (PON) / Петренко И.И, Убайдуллаев Р.Р. [Электронный ресурс] //  : [сайт]. — URL: https://nestor.minsk.by/sr/2004/08/40806.html
3. Сычев М.А., Попова А.В.  ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПАССИВНЫХ СЕТЕЙ / Сычев М.А., Попова А.В.  [Электронный ресурс] // : [сайт]. — URL: https://scienceforum.ru/2020/article/2018023825
4. Ситников М. Что такое технология GPON, ее плюсы и минусы / Ситников М. [Электронный ресурс] // Техкульт : [сайт]. — URL: https://www.techcult.ru/promo/10579-tehnologiya-gpon
5. Технология PON /  [Электронный ресурс] // Modultech : [сайт]. — URL: https://modultech.ru/tehnologiya-pon/?ysclid=lui8x3r5g6554010488