Технологиисетей оптического доступа OAN(OpticalAccessNetworks) в настоящее время предоставляют пользователю наибольший объем услуг с высокой скоростью за счет применения оптоволоконных линий передачи.
В качестве высокоскоростных телекоммуникационных (транспортных) сетей все большее распространение получают пассивные оптические сети PON(PassiveOpticalNetworks).
8.6.1 Абонентский доступ к транспортным сетям строится на основе семейства технологий FTTх (Fider-To-The-x – оптоволокно до … х), где «х» в аббревиатуре характеризует «точку», до которой доходит оптоволоконный кабель и специфику подключения пользователей:
1 FTTH (FiberToTheHome) – оптоволокно в дом с непосредственным вводом оптоволоконного кабеля в жилой дом, квартиру, производственное или офисное помещение. В зависимости от технической реализации системы доступа имеет следующие разновидности:
– FTTS (Fiber to the Subscriber) –оптоволокнокабоненту;
– FTTU (FibertotheUser) – оптоволокно к пользователю;
– FTTO (FiberToTheOffice) – доведение оптоволоконного кабеля до офиса;
– FTTP (FibertothePremises) – доведение оптоволоконного кабеля до помещения клиента.
2 FTTB(FiberToTheBuilding) – оптоволокно к большому зданию или группы домов. По этой технологии устанавливается единый оконечный сетевой терминал (ONT), а от него проводят «медные» кабели до квартир. Кмедному кабелю могут подключается ПК пользователей, например, по способу монтажного «ИЛИ» к общей шине или через концентратор. Архитектура FTTB получила наибольшеераспространение, так как для доступа к сетям Ethernet – это очень удобнаясхема.
3FTTN(FibertotheNode) – волокно к сетевому узлу (АТС с РОР провайдера), а далее по «медным» направляющим средам, уходящим от этого узла к абонентам. Используется в основном как недорогое и быстро внедряемое решение там, где существует распределительная «медная» инфраструктура (ТФОП) и прокладка оптоволоконного кабеля нерентабельна. С этим решением связаны следующие трудности: невысокое качество предоставляемых услуг, обусловленное специфическими проблемами при прокладке медных линий в системах кабельной канализации, ограниченным числом линий в одном кабеле, существенным снижением скорости передачи из-за помех и искажений. Помимо производственной и офисной сфер технология FTTN востребована в новом малоэтажном строительстве (коттеджной застройке), хотя стоимость ее реализации выше по сравнению со стоимостью сетей на базе технологий FTTB и FTTC, но имеет преимущества в скорости передачи (по ширине полосы пропускания) для пользователя.
4FTTC(FiberToTheCurb) оптоволокно к распределительному устройству(шкафу), которое обслуживает большую группу абонентов, порядка нескольких тысяч. FTTC – это улучшенный вариант FTTN технологии, в котором используются медные кабели, проложенные внутри зданий, и не подвержены попаданию воды в телефонную канализацию, имеют меньшую протяженностьи лучшее качество «медных» линий, что позволяет добиться более высокой скоростипередачи на «медном» участке.
5FTTA (FibertotheApartment) –оптоволокнодоквартиры. Является разновидностью технологии FTTN.
6FTTR (FiberToTheRemote) – оптоволокно к удаленному вынесенному модулю (концентратору, мультиплексору, УАТС) с подключением абонентов посредством сетевого оптоэлектронного устройства ONU (OpticalNetworksUnion) также является разновидностью технологии FTTNи имеет следующие разновидности:
– FTTMdu (FibertotheMultiDwellingUnit) – оптоволокнокгруппе или кварталужилыхдомов;
– FTTE (FibertotheExchange) – оптоволокно до ближайшего к пользователю коммутатора.
7FTTCab(FiberToTheCabinet) – оптоволокно до телефонного шкафа/будки, которое подключается опосредованно, через оптическое сетевое сопряжение ONU с проводными линиями абонентов.
8FTTOpt (FiberToTheOptimum) – доведение оптоволоконного кабеля до некой оптимальной, с позиций Оператора и/или Пользователя, точки.
Технологии FТТх отличаются главным образом тем, насколько близко к пользовательскому терминалу подходит оптический кабель, т.е. расположено устройство ONU, и конструктивным исполнением.В структуре затрат на создание сети по технологнииFТТх разница между вариантами FTTB и FTTC относительно небольшая, но расходы при эксплуатации сети FTTB ниже, а пропускная способность выше. Архитектура FTTB доминирует при каблировании вновь возводимых многоэтажных домов и применяется крупными операторами связи.
8.6.2 На рисунке 8.12 схематично показаны наиболее популярные варианты использования технологий оптического доступа FTTx. На нем указаны следующие варианты технологий:
– OLT(OpticalLinearTerminal) – оптическоелинейноеокончание
– ONT (OpticalNetworksTerminal);оптическое сетевое окончание для подключения абонента напрямую к OLT;
– ONU(OpticalNetworksUnion) – оптическое сетевое сопряжение дляобъединения (MUX/DMUX)cпомощью оптоэлектронных преобразователейканалов передачи по проводным линиямтрафикагруппы пользователей.
Рисунок 8.12 – Популярные варианты использования технологий оптического доступа FTTx
Внедрение относительно мало затратных технологий FTTC, FTTCabпроисходит в основном в сфере индивидуального пользования и малого бизнеса. Более дорогостоящие технологии FTTH и FTTBнаходят применение в сфере крупного и среднего бизнеса.
Однозначно в пользу решений FTTH выступают экспертымногих компаний, производящих сетевое оборудование. Они сравнивают продолжительность жизненного цикла инвестиций провайдеров в любую технологию доступа и их корреляцию с ростом требований к пропускной способности каналов доступа (запросов пользователей).
8.6.2 Проведенный специалистами анализ показывает, что если технические решения, которые закладываются в создание сегмента сети доступа сегодня, окажутся неспособными обеспечить в 2018 – 2020 годах скорость 100 Мбит/с и более, то моральное устаревание оборудования произойдет до окончания инвестиционного цикла. Проектировщики сетей доступа учитывают эти данные, иначе они рискуют оказаться уязвимыми перед лицом конкурентов, поскольку пользователям требуются услуги все более высокого класса.
Например, эксперты компании Alcatel-Lucent перечисляют следующие преимущества архитектуры FTTH:
1Из всех вариантов FTTx она обеспечивает наибольшую полосу пропускания.
2 FTTH – это полностью стандартизированный и наиболее перспективный вариант.
3Решения FTTH обеспечивают массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи.
4Решения FTTH позволяют существенно сократить эксплуатационные расходы за счет уменьшения площади технических помещений (необходимых для размещения оборудования), снижения энергопотребления и собственно затрат на техническую поддержку.
8.6.3 В настоящее время успешноразвивается рынок оборудования оптического доступа на базе технологий РОN(PassiveOpticalNetworks) к высокоскоростным сетям АОN(ActiveOpticalNetwork).
Основными технологиями пассивных оптических сетей PONявляются APON, BPON, GPON и EPON. Первые стандарты для PON были созданы в 1995 г. международным консорциумом по созданию и продвижению новейших технологий доступа к телекоммуникационным сетям FSAN(FullServiceAccessNetwork – полного доступа к сетевым сервисам).
Технологии передачи данных в PON были созданы на базе транспортной технологии ATM(AsynchronousTransferMode) и получили названиеAPON(ATMPON).
Технологии BPON(BroadbandPON) и GPON(GigabitratePON) также основаны на использовании принципов ATM, однако по сравнению с APONих возможности шире.
Технология EPON(EthernetPON) базируется на принципах наиболее популярной технологии построения локальных компьютерных сетей – технологии Ethernet.
Согласно прогнозу агентстваInfinitesResearchInc., объем рынка оборудования PON, составивший в России в 2012 г. 450 млн дол., к 2018 г. вырастет до 1200 млн. долларов.
Абонентский доступ к транспортным сетям PONтакже как и к сетям AON строится на основе семейства технологий FTTх. В качестве примера построения оптических сетей абонентского доступа можно привести сети «Raisecom» (IBM), основанные на технологии CWDM.
8.6.4 Технология грубого спектрального мультиплексирования (CWDM – CoarseWavelengthDivisionMultiplexing) позволяет передавать по оптическому волокну одновременно несколько независимыхдруг от друга оптических волн разной длины, которые используются в качестве направляющих (каналообразующих) сред передачи.
Мультиплексоры/демультиплексоры (MUX/DMUX) этой технологии являются пассивными фильтрами по длине волны и не требуют электропитания. По каждому из каналов передается информационный поток к клиенту или от него (Рис.8.13).
Рисунок 8.13 – Мультиплексирование/демультиплексирование оптических каналов различных длин волн, которые условно обозначены разными цветами
Распределение спектральных окон прозрачности оптоволокна между каналами устанавливается в соответствии с международными стандартами.
Согласно спецификациям ITU-T (InternationalTelecommunicationUnion -TelecommunicationStandardizationSector) – сектора по ТК МСЭ, технологияCWDM использует длины волн в диапазоне 1260 ÷ 1625 нм «O», «E», «S», «C», «L» (Рис.8.14).
Рисунок 8.14 – Распределение длин волн в диапазоне от 1260 нм до 1625 нм
Шаг между каналами (длинами волн) составляет 20 нм. Это делает оборудование CWDM значительно дешевле систем на базеDWDM (DenseWaveDivisionMultiplexing) – технологии плотного волнового мультиплексирования с разделением по длине волны, которое требует применения дорогостоящих оптических фильтров (фракционных и пр.).
Технология CWDM является протокольно независимой, т.е. «прозрачной» для транспортных протоколов (protocoltransparent). Оконечное устройство CWDM лишь конвертирует клиентский сигнал в одну из специфицированных длин волн (Рис.8.15). По каждому каналу может передаваться пакетный трафик сетей Ethernet / Fast Ethernet / Gigabit Ethernet или TDM-трафик сетей PDH и SDH вплоть до STM-16 (2,5 Гбит/сек), трафик ATM или сигнал CATV.
Рисунок 8.15 – Иллюстрация независимости технологии CWDM от сетевых технологий передачи данных
Перечисленные выше преимущества CWDM PON дают большие возможности для использования оборудования CWDM на городских сетях абонентского доступа. Оператор связи (Centraloffice) может подключать по одному/двум волокнам по топологии «точка много точек» несколько зданий параллельно (Рис.8.16).
При этом пользователи обеспечиваются как услугами TDM-телефонии, так и доступом в Интернет по каналам Fast Ethernet/Gigabit Ethernet. В настоящее время широко используется ведущим оператором связи РБ «Белтелеком»
Такой метод особенно эффективен при подключении удаленных районов и пригородов по арендуемым у другого оператора каналам, которые от него не требуют никакого вмешательства и представляются ему «темными» волокнами, т. к. технология CWDM является протокольно независимой.
Рисунок 8.16 – Пример подключения абонентов по топологии «точка – много точек»
На рисунке 8.17 приведена схема подключения абонентов к оптической сети, выполненной по кольцевой топологии.
Рисунок 8.17 – Топология подключения абонентов «кольцо»
8.6.5 Волоконно-оптические сети доступа сегодня получили широкое распространение благодаря стремительному развитию за последние годы стандартов Ethernet, прошедших путь от технологии построения локальных компьютерных сетей до магистральной технологии. Образованный в 2001г. альянс EFMA (Ethernet intheFirstMileAlliance) внес значительный вклад в разработку и стандартизацию различных разновидностей применения Ethernet на сетях доступа. Пример организации сети доступа с использованием технологии Ethernet приведен на рисунке 8.18
Рисунок 8.18 – Схема построения сети доступа с использованием технологии Ethernet
Основное преимущество технологии Ethernetсостоит в том, что многоканальность обеспечивается за счет извлечения информации из общей шины, доступной для всех подключенных к ней пользователей по идентификатору адресата(сетевому адресу). При этом на передачу в данный момент времени работает только один пользователь, а остальные «слушают».
После окончания передачи и освобождения шины начинает работать тот источник, который готов и первым «захватить» шину. Остальные при этом должны только «слушать» и ждать. При этом исключаются достаточно сложные задачи синхронизации потоков данных, необходимые для управления доступом к разделяемой среде передачи.
Ряд компаний объявили о том, что стоимость подключения абонентовк сетям Ethernet стала меньше стоимости подключения к сетям кабельного телевидения (КТВ) для обеспечения доступа к ТК и КС. И эта стоимость продолжает стремительно падать, поскольку объем производства микросхем для стандарта Ethernet в сотни раз превосходит объемы производства микросхем для кабельных модемов.
Задача повышения скорости передачи и перехода с Fast Ethernet на Gigabit Ethernet решается установкой преобразователя среды передачи с необходимым энергетическим потенциалом (оптическим бюджетом). Сегодня для этой цели на рынке можно выбрать преобразователь для Gigabit Ethernet, специально рассчитанный на определенное расстояние: 20, 40, 60 или 80 км. Стоимость этих преобразователей тем больше, чем больше расстояние, на которое они рассчитаны. Сегодня на Gigabit Ethernet можно перейти даже на участках с многомодовым волокном при расстояниях до 2 км.
Однако технология активных оптических сетей Ethernet имеет несколько существенных недостатков. Затраты на активное оборудование достаточно велики, а его установка требует обеспечения гарантированного электропитания. В оптических кабелях используется большое количество волокон.Хотя их стоимость не слишком велика, затраты на строительно-монтажные работы и измерения значительны. Проблематичным может оказаться расширение сети, из-за недостатка волокон, а закладывать в кабель значительный запас волокон в расчете на подключение новых абонентов не очень экономично.
Практика построения сетей доступа для новостроек показала, что оптический Ethernet наиболее эффективен при использовании подключения абонентов по схеме FTTB(«волокно до дома»), при хорошей кабельной инфраструктуре, когда нет необходимости сильно экономить волокна и если есть возможность размещения и организации электропитания активного оборудования.