Технология GPON

Термин PON (Passive Optical Network)-оптическая сеть с пассивным распределением

Смысл технологии PON  заключается в том, что между центральным узлом, обеспечивающим подключение к магистрали (SDH/ATM), и абонентскими узлами создается полностью пассивная оптическая сеть древовидной топологии. В промежуточных узлах дерева размещаются компактные пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

В 1998 г. Международный союз электросвязи (ITU-T) принял спецификацию ATM PON (APON) в виде рекомендаций G.983.x, утвердив вскоре и спецификацию Broadband PON (BPON). Начинается строительство пассивных оптических сетей в Японии и США.

В дальнейшем технология PON активно совершенствуется и развивается. Технология APON (G.983.1) предусматривает передачу в сети PON ячеек ATM со скоростью 155 Мбит/с в каждом направлении. В спецификации BPON скорость передачи увеличена до 622 Мбит/с, появляется возможность реализовать широкополосные сервисы, включая доступ по Ethernet и видео.                           

Быстрое развитие Ethernet привело в 2001 г. к началу работы над спецификацией Ethernet PON (EPON) на основе протокола управления множеством узлов (Multi-Point Control Protocol – MPCP). Появляется еще одна разновидность PON — Gigabit PON (GPON). Стандарт предусматривает номинальную скорость передачи 622 Мбит/c или 1,25 и 2,5 Гбит/с. различного типа (TDM, SDH, Ethernet, ATM), а также развитые механизмы управления и защита на уровне протоколов.

На сегодняшний день существует множество примеров успешного построения масштабных коммерческих проектов на базе PON. Это позволяет оценить потенциал EPON (Ethernet PON)/GPON (Gigabit PON) технологий, которые могут стать в ближайшее время настоящим доминирующими в отрасли.

Технологии GPON и EPON различаются главным образом характеристиками активного оборудования, устанавливаемого на концах каналов: на узле связи – OLT (Optical Line Termination) и на стороне абонента – ONT (Optical Network Termination). Между этими элементами – только пассивная инфраструктура, практически одинаковая для любого варианта PON.

Оборудование OLT служит мультиплексором, обслуживающим множество соединений с устройствами ONT. Так, один порт оборудования GPON-OLT способен поддерживать до 64 абонентов (при использовании сплиттера или нескольких сплиттеров с суммарным коэффициентом деления сигнала 1:64). В результате 72-портовое GPON-оборудование OLT может обслуживать до 4 608 абонентов.

Основная идея PON – использование всего одного приемопередающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них.

Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость активного оборудования. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Преимущества PON:

отсутствие промежуточных активных узлов;
- экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле;
- экономия волокон;
- легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов не сказывается на работе остальных).

Прямой поток

Прямой поток на уровне оптических сигналов, является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, это распределенный демультиплексор.

Обратный поток

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (Time Division Multiple Access). Для того, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

В октябре 1998 года появился стандарт ITU-T G.983.1, базирующийся на транспорте ячеек ATM в дереве PON, получивший название APON (ATM PON). в течение нескольких лет появляется множество новых поправок и рекомендаций в серии G.983.x (x=1–7), скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, закрепляющая понятие BPON (Broadband PON) и добавляющая новые возможности в стандарт PON:

передача разнообразных приложений (голоса, видео, данные) для подключения к абонентам;

расширение спектрального диапазона — открывает возможность для дополнительных услуг на других длинах волн в условиях одного и того же дерева PON, например широковещательное телевидение на третьей длине волны (triple play).

За расширенным стандартом APON закрепляется название BPON (Broadband PON). APON допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями.

Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефония (FXS).

GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) - технология пассивных оптических сетей доступа, которая является модификацией технологии APON.

Технология G-PON поддерживает вес существующие сервисы, что делает ее привлекательной для задач бизнеса и при решении проблемы «последней мили» у конечного пользователя. Она поддерживает такие услуги, как высокоскоростной Ethernet, цифровая телефония, передача высококачественных телевизионных каналов и т.д.  Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в  октябре 2003 года.

Технология GPON поддерживает 7 комбинаций скоростей для восходящего и нисходящего потоков: 

155 Мбит/с uр, 1.2 Гбит/с down;
622 Мбит/с up, 1.2 Гбит/с down;
1,2 Гбит/с up, 1.2 Гбит/с down;
155 Мбит/с up, 2.4 Гбит/с down;
622 Мбит/с up, 2.4 Гбит/с down;
1.2 Гбит/с up, 2.4 Гбит/с down;
2.4 1 'бит/с up, 2.4 Гбит/с down.

Это позволяет эффективно использовать скорости, заложенные в данную технологию. Например, для задач бизнеса может использоваться технология FTTH или FTTB с высокой скоростью как на передаче, так и на приеме.

В настоящий момент, учитывая существующую технологическую базу, коэффициент разветвления составляет 1:64. Технологии GPON поддерживает коэффициент разветвления до 1:128, что требует передачи большей мощности сигнала. Это соотношение уже достигнуто в развитых странах Европы (Германии) и а США.

Максимально возможное расстояние между OLT и ONT составляет 20 км. Это связано со средой распространения оптического сигнала.

При расстоянии в 10 км между OLT и ONT технология гарантирует скорости от 1.25 Гбит/с и выше. Логическое ограничение дальности действия технологии GPON составляет 60 км.

Технология GPON располагает механизмами защиты, которые позволяют избежать возможности несанкционированного подключения к сети.

Оптические сети доступа на основе технологии GPON могут иметь различные способы резервирования:

1.резервирование волокон, по которым осуществляется передача оптического сигнала,
2.использование второго блока OLT в качестве резервного, плюс использование резервного волокна в направлении от OLT к разветвителю,
3.полное дублирование блоков OLT и ONU на передающей и принимающей сторонах.

Резервирование ОВ, соединяющего OLT с оптическим разветвителем

Резервирование ОВ, соединяющего OLT с оптическим разветвителем и самого OLT

Резервирование ОВ, соединяющего OLT с оптическим разветвителем 

OLT и ONU/ONT

Переключение   на запасной   вариант  может  быть  осуществлено двумя способами:

·         автоматическое переключение на запасной вариант;

·         принудительное переключение на запасной вариант.

В первом случае переключение происходит в случае резкого ухудшения характеристик оптического сигнала, потеря кадров, потеря самого сигнала. Второй вариант осуществляется с помощью администратора сети, который осуществляет контроль за характеристиками работы системы, и принимает решение о переходе на резервный вариант.

Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений.

В сетях PON, преимущественно используют одномодовые волокна. Классификация одномодовых волокон задается рекомендациями серии G.65x МСЭ-Т. Кроме того, характеристики таких волокон специфицированы в документе ISO/IEC 11801 (классы OS1 и OS2). Наиболее широкое распространение в сетях PON получило классическое волокно с несмещенной дисперсией (рекомендация МСЭ-Т G.652). Характеристики этого волокна оптимизированы для работы во втором окне прозрачности (1310 нм), где оно имеет очень низкую дисперсию. Кроме того, это волокно может использоваться в третьем (1550 нм) и даже в четвертом окне прозрачности (1625 нм). Существует волокно с несмещенной дисперсией, в котором удален так называемый гидроксильный пик между вторым и третьим окнами прозрачности. Его создание открыло новые возможности для повышения эффективности технологии спектрального уплотнения WDM. Характеристики волокна без гидроксильного пика определены в рекомендациях МСЭ-Т G.652.C и G.652.D.

 

Виды сервисов, работающих по технологии GPON и FTTX

К стандартным сервисам, разворачиваемым на сетях с пассивным оптическим распределением, выполненным по технологии GPON (Gigabit Passive Optical Network), относятся:

- передача данных (в том числе доступ в сеть Интернет);
- IP телефония;
- IP телевидение;
- кабельное телевидение

Мультисервисность GPON технологии, позволяет развернуть на сетях PON дополнительные сервисы:

- распределённая система видеонаблюдения высокой чёткости;
- система оповещения («Сигнал-Альфа»);
- система удалённого мониторинга.

http://www.sonet-fttx.ru/images/solutions/1_1_1.jpg

http://www.sonet-fttx.ru/images/solutions/1_2_1.jpg

 

Система оповещения «Сигнал-Альфа».

 Система оповещения «Сигнал-Альфа» основана технологии передачи голосовой информации через Интернет или любые другие каналы связи, использующие протокол TCP/IP. Т.е. система позволяет использовать уже существующие IP сети, что значительно упрощает ее развёртывание и значительно снижает затраты на строительство.

В задачи системы может входить:

-  оповещение в аварийных ситуациях;
- фоновое озвучивание помещений;
- трансляция радиопередач;
- зоновая система передачи служебных распоряжений;
- передача сообщений;

Сообщения могут подаваться:

- с микрофона;
- из ранее записанных звуковых файлов;

- с любого внешнего источника звука (FM/TV тюнер, GSM-модем, CD/DVD проигрыватель)

Предусмотрена как оперативное включение системы по команде, так и подача сообщений по заранее составленному  сценарию.

Система оповещения «Сигнал-Альфа» состоит из сервера вещания и множества IP усилителей. Количество усилителей, обслуживаемых сервером вещания, может достигать нескольких  тысяч и ограничено только производительностью сети.

Сервер вещания представляет из себя компьютер с программным обеспечением «Сигнал-Альфа» и предназначен для:

-  контроля состояния усилителей;
- передачи сигналов оповещения;
- создания (записи) и хранения речевых (звуковых) сообщений.

Усилитель IA-80 (IA-100) представляет собой автономное устройство, к которому подключены один или несколько громкоговорителей. Сигналы оповещения усилитель получает от сервера вещания и транслирует их через громкоговорители.

Система автоматизированного контроля и учёта расхода электроэнергии, тепла, горячего и холодного водоснабжения.

Система разворачивается либо на собственной распределительной сети (например, PON) с использованием технологии GPON,  либо с использованием арендованных у операторов каналов связи с использованием технологии Ethernet (транспортная сеть).

Решаемые задачи:

  1. дистанционное считывание показаний счетчиков электроэнергии
  2. дистанционный контроль и учёт расхода тепла
  3. дистанционный контроль и учёт расхода горячего и холодного водоснабжения

В системе  автоматизированного контроля применяются электронные счётчики, которые по классу точности значительно превосходят индукционные и позволяют более точно вести учёт расхода электроэнергии (экономия до 20%) и работать в многотарифном режиме.

Все контролируемые  территориально разбросанные устройства объединяются в единую виртуальную корпоративную сеть (VPN) с помощью маршрутизаторов, либо являются абонентами внутренней корпоративной распределительной сети PON.

Сбор информации осуществляется на сервере сбора данных, который устанавливается в диспетчерской службе управляющей компании.

Система позволяет собирать данные как с общедомовых устройств регистрации, так и с индивидуальных приборов учёта.

Развёртывание дополнительных сервисов может осуществляться несколькими способами:

  1. Строительство собственной PON сети
  2. Аренда доступа к PON сети действующего оператора связи, развернувшего технологию  GPON

 

 

 

 

 

 

В комплекс технических средств безопасности важных объектов входят следующие функциональный системы:

  1. Пожарная и Охранная сигнализации.
  2. Контроль и управление доступом.
  3. Наблюдение и оценка обстановки.
  4. Тревожная сигнализация.
  5. Оперативная связь и оповещение.
  6. Электропитание.
  7. Освещение.

 

Распределённая система видеонаблюдения высокой чёткости

 

Особое место уделяется системам охранного телевидения (СОТ) или CCTV. Только они позволяют увидеть, что происходит и что происходило на объектах в интересующие Вас моменты времени. А также оценить, что может произойти в будущем.

CCTV  особенно актуальна для больших пространственно или административно распределённых объектов. Система наблюдения для такого объекта может состоять из сотен или тысяч видеокамер.

Все эти камеры наблюдения можно легко развернуть с помощью PON сети с использованием технологии GPON с единым  диспетчерским пунктом.

Протяжённость пассивного оптического сегмента, на конце которого можно установить камеры CCTV до 20 км

Широкополосность канала на каждый абонентский модем(ONT) до 1,24 Гбит/сек  и количество модемом на сегмент – 32, позволяет установить на этом сегменте до 3000 камер.

 

 


 

Перспективы развития.

Оптические технологии быстро сменяют друг друга, однако кабельная инфраструктура более консервативна. Существующие технологии позволяют довести пропускную способность до терабит/сек. Основаниями для строительства линий связи обычно являются необходимость связи в данном направлении, необходимость резерва, необходимость увеличения пропускной способности, необходимость улучшения качества, конкуренция с другими операторами, вложение капитала (аналогично покупке квартир), появление территории, удобной для строительства.

Показатели развития связи в России:

1)      По числу стационарных телефонов - 6 место в мире.
2)      По количеству на 100 жителей – 11 место.
3)      Мобильных телефонов более 140 млн.
4)      По средним затратам на линию связи (из-за большой площади территории) – 2 место (первое место у Канады).
5)      По экономическому развитию – 14 место.
6)      По к-ту трудности строительства – 1 место.

Наряду с волоконно-оптическими кабелями функционирует огромная сеть металлических кабелей, например сеть ОАО РЖД имеет 53 тыс. км ОК и 84 тыс.км металлических кабелей.  Протяжённость ВОЛС в России к 2020 г. будет составлять 350 тыс. км, а к 2035 г. – 560 тыс. км.

В России степень развития сетей связи далека от насыщения. В ОАО Связьинвест оптические кабели имеют длину порядка 80000 км, металлические – 260 тыс.

Развитие технологий будет продолжаться в следующих направлениях:

1)      Не полностью исчерпаны возможности 2 – го окна прозрачности.
2)      Продолжается работа по повышению эффективности оптических усилителей.
3)      Разрабатываются нетрадиционные способы увеличения длины УУ: предварительная коррекция ошибок (выигрыш 5 дБ), усиление мощности на передаче (25дБ), предусилитель на приёме (14 дБ), распределённое рамановское усиление (10 дБ), вынесенные усилители с накачкой по отдельному волокну (14 дБ).
4)      Минимизация дисперсионных искажений.
5)      Развитие технологий волнового уплотнения (WDM). Преимущества: возможность постепенного наращивания пропускной способности, использование общих усилителей для групп каналов.
6)      Появление MetroWDM и неплотного мультиплексирования в городах и пригородах.
7)      Разработка солитонной передачи, обладающей высокой пропускной способностью и рекордной дальностью (десятки тысяч км).
8)      Переход к чисто оптической транспортной сети ОТС (без преобразования в электронную форму). Разработка новых типов волокон.

Возможны и революционные изменения:

1)      Разработка дешёвых  фотонно-кристаллических волокон, обладающих уникальными свойствами.
2)      Появление на линиях сверхпроводящих кабелей.