PON (Passive Optical Network)

PON (Passive Optical Network)
Ještě před několika lety se o optické síti hovořilo hlavně v souvislosti s výstavbou páteřních spojů. V dnešní době dochází ke
dvěma základním momentům, které tento pohled mění:
- snížení ceny optických komponentů
- nárůst potřeb zákazníků z hlediska telekomunikačních aplikací a datových služeb
Snížení ceny je samozřejmě důležitý faktor, nicméně hlavním hnacím motorem pro rozhodnutí o výstavbě optických přístupových
sítí je zájem zákazníků i o další služby, než jen základní připojení k internetu. Jedná se především o tzv. Triple play služby souběžné poskytování 3 služeb - video, hlas a data:
Video: příjem televizního vysílání v SD nebo HD kvalitě, video na vyžádání (Video on Demand), interaktivní TV, telefonování
s přenosem obrazu.
Hlas: standardní telefonování, příjem rozhlasového vysílání.
Data: rychlé připojení k Internetu a služby s tím spojené (e-mail, web, ftp, on-line hry nebo služby spojené se zabezpečením
domácnosti).
Mnoho zákazníků stále využívá připojení přes metalické rozvody (xDSL) nebo Wi-Fi, nicméně optické připojení přináší mnoho
výhod oproti těmto technologiím. Zde jsou hlavní z nich:
-
Přenosová kapacita: Optické kabely jsou připraveny přenášet velký objem dat a dochází v této oblasti ke stálému růstu.
Nízký útlum: Díky nízkému útlumu jsou SM optická vlákna vhodná pro přenos dat na velké vzdálenosti.
Vysoká bezpečnost: Optický přenos dat nabízí vysoké zabezpečení oproti odposlechu.
Velká odolnost proti vnějšímu rušení
Jako hlavní faktor přechodu od metalických sítí k optickým je zvyšující se tlak na přenosovou rychlost. Přestože vývoj v xDSL sítích
jde také kupředu ADSL ADSL2 ADSL2+ VDSL VDSL2, tak je zřejmé, že se časem dostanou ke svým přenosovým limitům.
Naopak optické sítě díky vývoji vláken, laserů, konvertorů a dalších prvků skokově navyšují přenosovou kapacitu a jen trh určí,
kde se zastaví.
Optické sítě obecně můžeme rozdělit na 2 základní typy:
- P2P (point to point) připojení – v této topologii vede každé vlákno z centrály k jednotlivému zákazníkovi. Výhodou je
vysoká kapacita pro přenos dat, nevýhodou drahá výstavba.
- P2MP (point to multipoint) připojení – topologie, kde je vlákno po opuštění centrálního zařízení sdíleno více zákazníky.
Výhodou jsou nižší náklady na výstavbu, nicméně pro zákazníky je vyhrazena společná kapacita.
P2MP se dále dělí na:
- AON (Active Optical Network) – v síti se nachází nejméně jeden aktivní prvek (například opakovač, rozbočovač, či
muldex), který vyžaduje síťové napájení. Výhodou AON je zajištění podstatně větších dosahů ke koncovým zákazníkům,
nevýhodou náklady na výstavbu a údržbu.
- PON (Passive Optical Network) – jak již název napovídá, v síti se nachází pouze pasivní prvky.
VYDIS s.r.o., ul. 5. května 16, 252 41 Dolní Břežany, tel.: +420 241 910 336-7, fax.: +420 241 910 159
[email protected], www.vydis.cz
PON (Passive Optical Network)
Jelikož se pro připojení domácností jeví jako nejvíce perspektivní PON sítě, v další části článku se zaměříme právě na ně.
Jednotlivé varianty optických přístupových sítí PON se liší zejména použitým protokolem na druhé (spojové) vrstvě modelu OSI a
dále parametry jako jsou přenosová rychlost, maximální vzdálenost a maximální počet účastníků v jedné síti. V současnosti se
v praxi můžete nejčastěji setkat s těmito PON variantami:
APON/BPON – Jedná se o PON založenou na přenosu ATM (Asynchronous Transfer Mode) buněk dle specifikace ITU-T
G.983. APON síť má definovanou přenosovou rychlost buď jako symetrickou 155,52 Mbps nebo asymetrickou s vyšší
rychlostí 622,08 Mbps směrem k účastníkům. BPON (Broadband PON) byla dodatečně doplněna jako síť se symetrickou
přenosovou rychlostí 622.08 Mbps, Využívají se buď samostatná jednovidová vlákna (podle standardu G.652) pro oba
směry přenosu, nebo jedno vlákno s vlnovým dělením přenosu. Tyto sítě nejsou příliš rozšířené.
GPON – Doporučení ITU-T G984 pro Gigabit PON vychází z předchozího doporučení G.983. Nová doporučení jsou
rozšířením základního doporučení G.983.1 ve smyslu rychlosti při zachování základních principů širokopásmového
optického přístupového systému.
Podporuje nominální rychlosti na vedení 1,25 a 2,5 Gbps směrem od sítě k uživateli a 155 nebo 622 Mbps, 1,5 nebo 2,5
Gbps směrem od uživatele k síti. Optická přístupová síť může být realizována jak asymetricky, tak symetricky. Nabízené
rychlosti jsou zhruba dvojnásobné oproti předchozím specifikacím. Pro komunikaci na druhé vrstvě používá protokol
GEM (GPON Encapsulation Mode), což je varianta protokolu GFP (Generic Framing Procedure).
EPON - V poslední době se rozvíjí řešení PON na bázi Ethernetu (EPON). Toto řešení umožňuje vyšší rychlost,
jednoduchost (navázání na koncové lokální sítě) a rozšiřitelnost. EPON se mj. rozvíjí jako řešení IEEE Ethernetu v první
míli - IEEE 802.3ah EFM (Ethernet in the First Mile). Přenos je symetrický a to o rychlosti 1,25 Gps.
Na obrázku níže se podíváme na PON síť z hlediska topologie (bez ohledu na používaný protokol).
Z čeho se vlastně skládá?
VYDIS s.r.o., ul. 5. května 16, 252 41 Dolní Břežany, tel.: +420 241 910 336-7, fax.: +420 241 910 159
[email protected], www.vydis.cz
PON (Passive Optical Network)
Shrneme-li si základní prvky, tak hovoříme o:
- OLT (Optické linkové zakončení): Zajišťuje funkce síťového rozhraní mezi přístupovou sítí a sítěmi telekomunikačních
služeb. Je připojena k páteřní síti nejčastěji pomocí rozhraní Ethernet (optické nebo metalické), popř. i SDH.
- ODN (Optická distribuční síť): Optické přenosové prostředky nacházející se mezi jednotkami OLT a ONT. Jedná se
zejména o optická vlákna a pasivní optické rozbočovače (tzv. splittery).
- ONT (Optické síťové zakončení): Zabezpečují funkce účastnického rozhraní mezi koncovými zařízeními účastníků a
přístupovou sítí.
Z předchozího textu vyplývá, že hlavním znakem PON sítí je pasivní přenos signálu přes celou ODN. To je umožněno díky
pasivním rozbočovačům (splitters), princip je znázorněn na obrázku níže.
Zde je zobrazen splitter 1:8, nicméně stejně je možné kaskádovitě vyrobit
spliiter s mnohem vyšším počtem výstupů. V dnešní době se začínají
nasazovat rozbočovače o poměru až 1:128, nicméně vývoj jde neustále
kupředu.
Přestože je optický rozbočovač hlavní výhodu PON sítí, tak je zároveň i
důležitým omezujícím faktorem. Již dříve byla zmíněna jako velká přednost optických sítí – nízký útlum. To nicméně neplatí pro
tento prvek, viz tabulka níže:
Rozbočovací poměr (1/N)
Útlum rozbočovače -teorie (dB)
Útlum rozbočovače získaný měřením (dB)
1:2
3
3,9
1:4
6
7,4
1:8
9
10,8
1:16
12
14,1
1:32
15
17,3
1:64
18
18,5
1:128
21
21,7
VYDIS s.r.o., ul. 5. května 16, 252 41 Dolní Břežany, tel.: +420 241 910 336-7, fax.: +420 241 910 159
[email protected], www.vydis.cz
PON (Passive Optical Network)
Jak je vidět, tak pro návrh a následný servis PON sítě může mít druh použitého
rozbočovače zásadní vliv.
Pro bližší představu je zde naznačen výpočet útlumu:
- 10 km optického vlákna G.652
4 sváry
- 2 konektorové spoje
- Optický rozbočovač 1:64
Zařízení pro měření v PON sítích.
Díky použití optických rozbočovačů je měření v PON sítích specifickou záležitostí.
Potřebujete mít měřící přístroj, který umí přinejmenším měřit:
- znečištění optických vláken
- vložný útlum od OLT k ONT a obráceně i za provozu
- útlum odrazu
- ODTR průběh oběma směry
VYDIS s.r.o., ul. 5. května 16, 252 41 Dolní Břežany, tel.: +420 241 910 336-7, fax.: +420 241 910 159
[email protected], www.vydis.cz
PON (Passive Optical Network)
Pro tyto účely společnost JDSU vyvinula a dodává přístroj MTS-4000. Jedná se o univerzální, modulární měřící platformu, která
obsahuje veškeré funkcionality pro měření nejen v PON sítích, a která je zároveň schopna pokrýt veškeré požadavky na měření
triple-play služeb.
Klíčové parametry/Vlastnosti:
-
Velký 7’’ barevný displej pro venkovní i vnitřní použití.
Nízká hmotnost – jen 1,4 kg v základu (plně osazený méně jak 2,4 kg!).
Cenově výhodná, kompaktní a přenosná měřící platforma.
Větší životnost baterií díky použití Lithium iontových článků.
Možnost vytváření skriptů pro automatické měření.
Snadný přístup na internet díky instalovanému web prohlížeči.
SW přizpůsobený pro měření PON sítí (splittery apod.)
Měření na živém vlákně (1625 nm nebo 1650 nm)
Vzdálený přístup do platformy.
Integrovány základní aplikace jako je HTML a PDF reader.
K dispozici Wireless/Bluetooth
Klíčovou vlastností při měření přístupových sítí je získat co největší dynamický rozsah při co nejkratší délce pulsu. Tím získáme
možnost měřit dlouhou vzdálenost a zároveň chceme mít minimální mrtvou zónu (oblast kde je možné zjistit za sebou jdoucí
události (EDZ), či změřit útlum za sebou jdoucích událostí (ADZ). Jedinečnost tohoto přístroje vynikne v případě použití MP
(Metro PON) OTDR modulu. Jedná se o první modul na trhu s dynamikou větší jak 40 dB a s velmi vysokým rozlišením. Tento
modul je optimalizován pro PON sítě se splittery až 1:128.
Velký rozsah nabízených vlnových délek (1310, 1490, 1550,
1625 (standard nebo filtrovaná) nebo 1650 filtrovaná)).
Na jednom konektoru můžete mít až 3 vlnové délky + power
meter + laser source.
Pro zrychlení a zjednodušení měření platforma MTS-4000
nově podporuje FiberComplete™!
Toto unikátní automatické řešení snižuje čas měření vláken
během instalace optických sítí o 40 procent.
Díky nástroji FiberComplete™ se přístroj MTS-4000 chová
jako 10 zařízení v jednom. Každý technik tak nyní potřebuje
pouze jedno zařízení pro instalaci, zprovoznění a údržbu
Metropolitních a přístupových PTP i PON sítí.
VYDIS s.r.o., ul. 5. května 16, 252 41 Dolní Břežany, tel.: +420 241 910 336-7, fax.: +420 241 910 159
[email protected], www.vydis.cz
PON (Passive Optical Network)
Hlavní přínosy:
- Snížení vstupních nákladů díky nutnosti zakoupení pouze jediného přístroje, který technik potřebuje.
- Snížení operačních nákladů díky minimalizaci času nutného pro zaškolení technika (jednoduchý, zautomatizovaný proces
měření).
- Snížení doby měření o 40 procent.
- Rychlé vyhodnocení výsledků díky automatickému ukládání výsledků všech měření z jednoho vlákna do stejné složky a
přehlednému grafickému zobrazení.
FiberComplete™ je první řešení tohoto druhu, které umožňuje obousměrné měření vložného útlumu (IL), útlumu odrazu (ORL),
délky vlákna a OTDR průběhu na jednom modulu a jednom optickém portu. Jedná se o jediné LTS (Loss Test Set) zařízení na trhu,
které umí charakterizovat sváry a konektory stejně tak dobře jako lokalizovat závady.
Pohled do blízké budoucnosti?
Jak je vidět v závěrečné tabulce, tak poslední standardy se již zabívají přenosy o rychlostech 10Gbps – tzv. PON nové generace
(10G-PON, 10GE-PON, pure WDM-PON…). Tyto nové sítě budou koexistovat se stávajícími GPON a EPON jako překryvné. Také se
bude u PON sítí nové generace využívat vlnové - WDM (Wavelength Division Multiplexing) dělení na úkor současného časového TDM (Time Division Multiplexing) dělení.
Budoucnost PON sítí se zdá být velice zajímavá,
vývoj v této oblasti se posouvá mílovými kroky
kupředu. To, jaká varianta převáží není pro
koncového zákazníka vůbec důležité. Naopak
získat kvalitní připojení za akceptovatelnou cenu
se všemi službami s tím spojenými ocení všichni.
VYDIS s.r.o., ul. 5. května 16, 252 41 Dolní Břežany, tel.: +420 241 910 336-7, fax.: +420 241 910 159
[email protected], www.vydis.cz