Знакомство с PON технологией

PON — что это такое?

PON – это, по сути, технология абонентского множественного доступа посредством одного волокна с применением временного мультиплексирования (TDM) и разделения частотного трактов приёма/передачи (WDM). PON — от аббр. Passive Optical Network, что переводится, как пассивная оптическая сеть.

Каков принцип работы PON сети?

Все абоненты сети PON присоединены к провайдерскому оборудованию по одному волокну. Передача вместе с приёмом происходят на разных длинах волн. Для того, чтобы абонентские сигналы не смешивались в волокне, каждому отдельному абонентскому устройству всегда выделяется определённый квант времени, в период какого оно может передавать сигнал.

Какие преимущества у PON перед FTTx?

Технология PON имеет такие преимущества:

• Активное оборудование используется минимально;
• Кабельная инфраструктура минимизирована;
• Стоимость обслуживания считается низкой;
• Присутствует возможность интеграции с кабельным ТВ;
• Отличная масштабируемость;
• Абонентские порты имеют высокую плотность.

В чем отличие технологий построения оптических пассивных сетей GPON, EPON и GEPON?

GPON (Gigabit Passive Optical Network), EPON (Ethernet Passive Optical Network) и GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network) — это технологии построения оптических пассивных сетей, которые используются для передачи данных по оптическому волокну. Они отличаются друг от друга следующими характеристиками:

1. Скорость передачи данных: GPON обеспечивает скорость до 2,5 Гбит/с в направлении от центрального узла к конечному пользователю (downstream) и до 1,25 Гбит/с в обратном направлении (upstream), EPON — до 1,25 Гбит/с в обоих направлениях, а GEPON — до 1,25 Гбит/с в направлении downstream и столько же в обратном направлении.
2. Используемый протокол: GPON использует протокол ATM (Asynchronous Transfer Mode), а EPON и GEPON — Ethernet. GEPON и EPON идентичны за исключением скорости и созданы по одному стандарту IEEE 802.3 ah, а GPON- принципиально другая технология на основе стандарта ITU-T G.984.
3. Разделение каналов: GPON использует разделение каналов по времени TDMA (Time Division Multiple Access) для разделения частоты, EPON — по частоте WDMA (Wavelength Division Multiple Access), а GEPON — комбинацию TDM и WDM.
4. Длина волны: GPON использует длину волны 1490 нм для downstream и 1310 нм для upstream, EPON — 1490 нм для downstream и 1310 нм для upstream, а GEPON — 1550 нм для downstream и 1310 нм для upstream.
5. Количество подключаемых пользователей: GPON и EPON могут подключать до 64 конечных пользователей на один порт (кабельных модемов (ONU), а GEPON — до 32 пользователей.
6. Радиус EPON-сети достигает 30 км. Структура пассивной PON-сети представляет собой разветвление из деревьев 1х64 . Топологический лес с деревьями для GPON – это 1х128, а радиус не превышает расстояния в 20 км.
7. Стоимость: GPON и EPON более дорогие в установке и эксплуатации, чем GEPON.

В целом, выбор технологии PON зависит от конкретных требований и условий сети. Чтобы правильно выбрать технологию для построения оптической сети, необходимо проанализировать требования и сценарии использования сети.

Очевидно, что как EPON , так и GPON можно развернуть на основе одинаковой ВОЛС системы. Но, очевидна необходимость учитывать все особенности каждой из технологий, чтобы отдать предпочтение, выбирая между технологиями- у каждой их них есть свои плюсы и минусы, от которых зависит будущий бюджет проекта. Следует помнить, оборудование GPON и ЕPON не совместимо и работать в связке не будет.

Технология	GPON	EPON	GEPON
Стандарт	ITU-T G.984	IEEE 802.3ah	IEEE 802.3ah
Тип передаваемых кадров	GTC	Ethernet	Ethernet
Линейная скорость	2.5 Гбит/с downlink 1.25 Гбит/с uplink	1.25 Гбит/с downlink 1.25 Гбит/с uplink	1.25 Гбит/с downlink 1.25 Гбит/с uplink
Скорость передачи “полезной нагрузки”	2.5 Гбит/с downlink 1.25 Гбит/с uplink	1 Гбит/с downlink 1 Гбит/с uplink	1 Гбит/с downlink 1 Гбит/с uplink
Линейное кодирование	NRZ без избыточности («честные» 2.5G)	8B/10B	8B/10B
Количество ONT на 1 порт PON	128	64	64(32)
Сервисы	интернет, телефония, IPTV, Vod, CaTV	интернет, телефония, IPTV, CaTV	интернет, телефония, IPTV, CaTV

Что за оборудование нужно для создания PON сети?

OLT (от аббр. Оптический Линейный Терминал) – свитч L2, оснащённый Uplink портами (чтобы подключаться к коммутатору L3), затем — Downlink порты (для создания сети PON). Например, OLT BDCOM P3310 обладает 2-мя оптическими, 2-мя медными и 2-мя «комбо» 1Г Uplink портами и наконец, 4-мя оптическими 1Г Downlink портами.

ONU (от аббр. Оптическая Сетевая Единица) – отличный свитч VLAN компактного размера. Стандартно ONU оснащён 1-им оптическим 1Г портом (Uplink) и одним 1Г, либо 4-мя 0.1Г медными портами (Downlink). Есть модели ONU c 8-ью, 16-ью и 24-мя портами и модель с приёмником CATV.

Сплиттер (Разветвитель) – это устройство, которое работает в разветвительном режиме в направлении «провайдер — клиент» и в смесительном режиме в обратном направлении.

Модуль SFP OLT – является специальным трансивером для сетей PON. Важное отличие от стандартных модулей SFP — большая мощность и кодирование канала.

Как создаётся сеть PON?

Сеть PON, как правило представляет собою древовидную топологию, либо топологию «шина». Конечные устройства абонентов ONU соединяются к порту OLT-а посредством сплиттеров (к 1-ому порту OLT-а возможно подключать не больше 64-ёх ONU). Отсюда вытекает, что для создания базовой сети PON на 64 абонента требуется 1 OLT, затем 1 модуль SFP OLT, 64 ONU и наконец, несколько сплиттеров (количество последних зависимо от типа топологии).

Какую дистанцию поддерживает сеть PON ? 

SFP OLT модули поддерживают работу на дистанцию — 120 км (тип сети «точка-точка»), но поскольку, традиционно сеть PON имеет древовидную структуру (точка–много-точек), то максимальная дистанция работы PON, из-за разветвления на сплиттерах волокна, будет составлять около 20 км. 

Какое количество абонентов возможно подключить к сети PON? 

При строительстве сети PON — хорошим тоном будет использование одной ONU — одним абонентом. В таком случае количество абонентов будет — 256 на один OLT. При желании к ONU возможно подключать Свитч. Тогда количество абонентов ограничивается только размером самой таблицы MAК адресов OLT, плюс — ONU. Дальше представлены размеры MAК таблиц для OLT и отдельных ONU

Модель	Размеры MAC таблиц
OLT P3310	8192
ONU P1004B	1024
ONU P1501B	64
ONU P1504B	2048

В чём отличие OLT-ов AC, 2-AC, DCи 2-DC?

Буквы DC означают, что для работы OLT-а необходим источник энергопитания 36-72В постоянного тока. Подобные OLT-ы необходимы, когда возникает проблема в организации электрического энергопитания в 220 В. Как альтернатива используется отдалённое энергопитание через слаботочные линии связи.

Буквы AC означают, что OLT электропитается от традиционной электрической сети 220 В. Пометка в виде цифры «2» говорит о количестве источников энергопитания: у этого OLT-а присутствует резервный источник энергопитания, какой включается мгновенно после аварийного сбоя первого.

Какие типы сплиттеров бывают?

Сами сплиттеры условно можно разделять по количеству выводов и по изготовительной технологии. Что касается количества выходных потоков, здесь сплиттеры бывают: x2, x3, x4, x6, x8, x12, x16, x24, x32, x64, x128. Касаемо изготовительной технологии, то сплиттеры разделяются на сварные и планарные. Ещё сплиттеры делятся по коннекторному типу: обычные (SC/UPC) и для CATV специальные (SC/APC).

В чём же различие между сплиттерами сварными и планарными?

Сплиттеры, которые мы назвали сварными — бывают не равноплечими, а именно: делят сигнал между выходами не равномерно (к примеру 5/95, 10/90 … 45/55, 50/50). Сплиттеры планарные — всегда будут равноплечие и обладают более предсказуемыми затуханиями на каждом выходе, потому что имеют эффективную изготовительную технологию. К тому же, планарные сплиттеры — широкополосные, а сварные — обладают всего 3-мя окнами прозрачности (1310, 1490 и 1550 нм.).

При каких ситуациях используются сварные сплиттеры?

При ситуации, когда, к примеру, необходимо разделить сигнал по 2-ум направлениям, где до одного конечного пункта, допустим, дистанция — 2 км, а к другому — 8 км. В таком случае вполне можно применять сварной сплиттер 20/80. Сплиттеры сварные ещё используют для создания топологии «шина».

Что будет лучшим: сваривать сплиттеры или быть может — использовать коннекторы SC?

В такой ситуации получим палку о двух концах. Одна сторона — сварка даёт затухание в 10-ть раз меньше (0.05 дБ), нежели соединение SC (0.5 дБ). Другая сторона — коннекторы SC предоставят возможность оперативно искать поломки в сети подключая измерительные приборы. Можно найти такой себе компромисс: Uplink сваривать на сплиттерах, а Downlink соединять коннекторами SC. Тут уже каждый пусть решает сам.

Оптический бюджет — что это такое?

Данная фраза понимается, как разница между лазерной мощностью на OLT-е и приёмной чувствительностью на ONU.

Возможно ли разветвить сеть PON на 128-мь ONU? (когда оптический бюджет это разрешает).

Нет. Даже пусть сигнальная мощность позволит разветвить сеть повторно, OLT всё равно имеет ограничение в количестве подключённых ONU на физическом уровне. Подключать более 64-ёх ONU можно, но OLT всё равно зарегистрирует лишь 64 из них.

Как передать по сети PON — CATV?

На стороне OLT-а нужно установить CATV трансмиттер и затем усилитель CATV, которые работают на длине волны 1550нм. На стороне OLT-а необходимо применять CWDM колбу на 1550нм. для ввода сигнала CATV в волокно. Все прочие сплиттеры обязательно должны быть с SC/APC коннекторами. На абонентской стороне может быть установлена ONU с приёмником CATV, либо отдельный приёмник CATV.

Возможно ли использовать SFP CWDM 1490нм. модуль вместо SFP PON?

Невозможно. Даже несмотря на то, что самим CWDM 1490нм., модулем используется та же длина волны, что и SFP PON, у этих модулей разные алгоритмы кодирования канала.

По технологии PON, какую скорость Интернета можно предоставить абонентам?

Если абонентами PON дерева (64-мя абонентами) будет одновременно скачиваться из Интернета большой объём информации, то на каждого абонента придётся канал в 16 Мбит/с. А если ещё учесть, что не все абоненты Интернетом пользуются одновременно, а те, что пользуются, не потребляют ресурс канала по максимуму, то на абонента даже может приходиться до 50-ти Мбит/с, иногда даже выше.

Почему не допустимо, чтобы на сигнал ONU был меньше -26 дБм?

Всё дело в том, если на одной/нескольких ONU — сигнальный уровень будет очень слабым (< -26 дБм), то появляется большая вероятность возникновения ошибок в пакетной передаче с таких ONU. В приведённом случае OLT растрачивает кванты времени на то, чтобы дать ONU возможность отправить ещё раз пакет. Эти повторные запросы понижают эффективность пропускной способности сети.

Что нужно учитывать при расчёте PON дерева?

Чтобы правильно построить PON дерево, нужно учесть оптическую потерю, возникающие от пассивного оборудования. В теории, PON покроет территорию с радиусом 20 км. Практически всё зависит от бюджета потерь на определённой ветви дерева. Для верного расчёта лучше руководствоваться самыми убыточными показателями затуханий, мощности и чувствительности излучения передатчиков.

Медные порты в ONU выгорают?

PON дерево создано на оптическом волокне и, соответственно, не подвергается влиянию грозы, наводок. Проблема возникает только в случае, когда к одной ONU — медью подключены несколько пользователей, а сама ONU размещена на столбе. Подобные проблемы решаются путём включения буферного свитча, какой в случаях наводки. грозы принимает удар на себя.

Как можно определять оптические показатели линии?

Чтобы определить затухания в линии можно использовать специальные рефлектометры для PON (они существенно дороже обычных), либо оптическими тестерами. Когда сеть уже выстроена, то самым простым решением для проверки уровней сигналов — будет использование специальных команд командного интерфейса OLT-а.

2 ONU могут ли напрямую общаться друг с другом?

Не могут. Каждая операция по обмену информацией между ONU происходит через OLT.

ONU других торговых марок будут ли работать с OLT BDCOM P3310?

Нет. ОNU с OLT — это нечто единое целое и представляет из себя систему коммутации. В работе рекомендуется применять оборудование от одного производителя (в некоторых случаях кроссбрендовая взимосовместимость конечно возможна).

OLT BDCOM P3310B поддерживает — DHCP snooping (Option 82)?

Конечно. Но для эффективной работы Option 82 ONU конечно должны поддерживать эту функцию. На текущий момент Option 82 поддерживает только ONU P1504B модель.

Защищена ли сеть PON от флуда?

Используемые технологии TDM и TDMA являются гарантией сетевой защиты от флуда и широковещательной рассылки.

Как можно вывести сеть PON из рабочего состояния?

Не считая очевидных методов (обрезание кабеля), дерево PON может прекратить функционирование, когда в нём появится постоянное излучение на 1310нм. Такое, крайне редко, происходит из-за поломки ONU или по вине злоумышленников, подсоединяющих к сплиттеру медиаконвертер на 1310нм.

Каждому из ONU портов в отдельности можно ли назначить VLAN ?

Конечно.

Стоит ли использовать сплиттеры для систем CWDM, DWDM?

Конечно. Подобные схемы построения возможны. Здесь нужно использовать планарные сплиттеры, потому что они являются широкополосными.