Обзор технологий пассивных оптических сетей PON

Обзор технологий пассивных оптических сетей PON

За последние годы уровень доступа в сетях многих операторов связи значительно преобразился: активные сети с коммутаторами доступа сменились пассивными оптическими сетями PON.

Дерево сети теперь может строится без применения дорогостоящих коммутаторов - им на смену пришли оптические делители. Это упростило задачи размещения оборудования и управления сетью. Теперь оптическая инфраструктура уровня доступа представляет из себя единую оптическую сеть с нулевым энергопотреблением - активное оборудование ставится только в конечных точках. Исключением являются регенераторы для PON, но в настоящее время они используются крайне редко.

Первые ласточки APON и BPON

В 1995 году несколько крупных европейских операторов связи из Италии, Англии, Германии, Франции и Японии при поддержке Международного института электросвязи объединились в некоммерческую организацию FSAN (Full Service Access Network), целью которой было создание новой технологии передачи данных, способной упростить сети связи и управление ими, снизить энергопотребление. Через 3 года, в октябре 1998, был принят стандарт ITU-T G.983.1, который описывал транспорт через пассивную оптическую сеть PON ячеек асинхронного транспортного режима ATM. Технология получила название APON (ATM PON) и позволила передавать данные в пассивной оптической сети PON на скорости 155 Мбит/c.

В марте 2001 года FSAN обновила стандарт до ITU-T G.983.3, в котором был расширен спектральный диапазон, а скорость передачи данных увеличилась до 622 Мбит/c. Эволюционная версия позволяла передавать трафик смешанного типа и получила название широковещательный PON - BPON (Broadband PON).

Технологии APON и BPON имеют один базовый протокол ATM с линейным кодом NRZ, предусматривают технологию коррекции ошибок FEC и защиту данных за счет шифрования открытыми ключами. Последний аспект имеет высокую важность в силу широковещательности передачи данных и возможности перехвата данных любым сетевым терминалом, подключенным к пассивной оптической сети PON. В общем случаем APON и BPON обеспечивают обслуживание до 32 абонентов в каждой ветке пассивной оптической сети PON.

Гигабитные пассивные сети GPON

К октябрю 2003 года FSAN подготовила, хоть и основанную на предыдущих разработках, но весьма революционную по меркам того времени технологию пассивных оптических сетей PON, Это технология GPON и стандарт ITU-T G.984.3, которые предоставили масштабируемую структуру кадров для передачи данных на скоростях от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/с, при этом возможна передача данных с синхронной скоростью прямого и обратного потоков, так асинхронной. Скорость передачи данных GPON, превысившая планку 1000 Мбит/с, и дала название технологии GPON - Gigabit PON.

В качестве базового протокола передачи данных в GPON используется SDH, линейное кодирование без возврата к нулю, используется коррекция ошибок FEC и динамическое распределение полосы пропускания DBA. Особенностью GPON является поддержка до 128 абонентов на одной ветке дерева PON в радиусе до 20 километров. Шифрование трафика осуществляется открытыми ключами.

Новый игрок на заре технологий PON

В 2000 году в гонку создания лучшей технологии для передачи данных по пассивным оптическим сетям PON включился Институт инженеров электротехники и электроники IEEE и некоммерческое объединение EFMA (Ethernet in the First Mile Alliance), основной идеей которых было осуществление транспорта Ethernet по сетям PON. В 2004 году увидел свет стандарт IEEE 802.3ah EPON (Ethernet PON), поддерживающий топологии «точка – много точек».

Технология EPON работает в синхронном режиме прямого и обратного каналов 1,25 Гбит/с, использует линейное кодирование 8B/10B. Технология EPON можно встретить под названием GEPON, подчеркивающим скорость передачи данных 1G с опорным протоколом Ethernet. EPON имеет несколько отличий от GPON, APON и BPON, большинство из них кроются в различиях базовых протоколов. EPON позволяет строить сети на расстояния до 30 километров, однако не имеет встроенных механизмов FEC, а динамическое распределение полосы пропускания реализуется на более высоком уровне OSI.

PON после 10G

10G-EPON

В современных сетях доступа скорость передачи данных 1 Гбит/с уже не является достаточной для удовлетворения всех потребителей. В сентябре 2009 года институт IEEE утвердил стандарт IEEE 802.3av, который описывает передачу данных в пассивных оптических сетях PON на скорости 10Гбит/с и технологию 10G-EPON (10 Gigabit Ethernet PON). Эта технология мало чем отличается от EPON: используются те же инструменты, охват до 20 километров и до 64 абонентов на одном порту OLT. 10G-EPON поддерживает симметричную передачу данных (10G / 10G) и асимметричную (10G / 1G) на двух длинах волн.

10G-PON

2010 год принес стандарт ITU-T G.987 и технологию 10G-PON (XG-PON1). Кроме скорости передачи данных в синхронном и асинхронном режимах, в XG-PON1 для передачи данных задействована пара длин волн 1577 и 1270 нм, что позволяет разворачивать пассивные оптические сети XG-PON1 поверх сетей GPON и EPON.

PON после 40G

В октябре 2015 года Международный институт электросвязи сертифицировал стандарт G.989.3 и технологию NG-PON2 (Next-Generation Passive Optical Network 2), которая позволяет организовать пассивную оптическую сеть со скоростью передачи данных до 40 Гбит/с. Предельная скорость передачи данных достигается за счет использования в дополнение к TDMA технологии спектрального уплотнения WDM, гибридную технологию многие называют TWDM. 8 используемых длин волн лежат в диапазонах 1524-1544 нм (в восходящих потоках) и 1596-1602 нм (в нисходящих потоках) и не пересекаются с длинами волн, используемыми в технологиях GPON и 10G-PON.

Выше мы перечислили основные типы технологий пассивных оптических сетей PON, которые использовались, используются или будут использоваться в ближайшем будущем. В данной статье мы не рассмотрели технологии, не получившие широкого распространения: WDM-PON, DOCSIS через PON (DPON), высокочастотный сигнал через PON (RF-PON).