`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Оптические сети доступа (некоторые аспекты)

Статья опубликована в №41 (658) от 28 октября

+22
голоса

Операторы связи уже осознают, что устаревшая инфраструктура сетей доступа, использующая медные пары, не справляется с нагрузкой, вызванной применением как корпоративными клиентами, так и частными лицами приложений, требующих широкополосных каналов связи.

Эти проблемы могут быть решены с помощью более глубокого проникновения оптоволокна в сети доступа и его массовой прокладки к домам, или, как это называется в англоязычной литературе, Fiber-To-The-Home (FTTH).

Эта технология получила широкое распространение в Азии, Европе и Северной Америке, а на глобальном рынке FTTH сейчас наблюдается самый быстрый рост.

Сегодня Интернет становится основной платформой в системе глобального обмена информацией. Многие крупные компании отказываются от дорогостоящих корпоративных сетей и осуществляют связь с филиалами через Интернет, используя технологии VPN. А что уж говорить о малом и среднем бизнесе? Прогресс в сетевых технологиях привел к появлению новых приложений, таких как электронная коммерция, высококачественные видеоконференции, телемедицина, передача файлов большого объема, создание «зеркальных» копий данных и ряд других, требующих сверхвысоких полос пропускания. Интернет прочно вошел и в жизнь частных лиц. Одни используют его для удаленной работы, другие – как источник информации, для дистанционного обучения или развлечений.

Но какие бы ни были скорости передачи данных в ядре сети, эффективность Интернета зависит от «последней мили», точнее от возможностей сетей доступа. Конечно, крупные компании могут позволить себе оптоволоконные технологии. А что делать остальным? Даже при наличии выделенного канала его полоса редко превосходит стандарт T1/E1 (1,544/2,048 Мб/с), применение же xDSL сдерживается дистанционными ограничениями.

Однако сегодня рынок может предложить недорогие и эффективные оптические сети доступа как МСБ, так и частным лицам.

В данном контексте особое место занимают пассивные оптические сети (Passive Optical Network, PON) ввиду простоты их развертывания и эксплуатации. Им и будет уделено основное внимание.

Архитектура сетей доступа, базированных на Ethernet

Оптические сети доступа (некоторые аспекты)
Рис. 1. Архитектура Ethernet FTTH с топологией типа «звезда»

Требования быстрого вывода на рынок и низкой стоимости на пользователя способствовали построению оптических сетей доступа (ОСД) на базе Ethernet-коммутаторов.

Технологии Ethernet стали общепринятыми на корпоративном сетевом рынке, что обусловило их приемлемую цену, зрелость продуктов и короткие циклы обновлений.

Первоначально проекты Ethernet FTTH базировались на архитектуре, в которой коммутаторы, расположенные в цокольных этажах офисных или многоквартирных зданий, соединялись в кольцевую структуру с помощью Gigabit Ethernet. Такая структура обеспечивала превосходную надежность, но имела плохую масштабируемость вследствие разделения полосы пропускания всеми пользователями. Поэтому в последнее время предпочтение стали отдавать топологии «звезда», которая предоставляла выделенные волокна от каждой конечной точки (ими могут быть оптический сетевой терминал (Optical Network Terminal, ONT) или коммутатор, установленный в цокольном этаже многоэтажного здания) к точке присутствия оператора (Point-of-Presence, POP), где они терминировались на коммутаторе (рис. 1).

PON-базированная архитектура

Оптические сети доступа (некоторые аспекты)
Рис.2. Обобщенная схема PON

Сделаем вначале необходимые пояснения. Как уже очевидно из вышеизложенного, пассивные оптические сети являются некоторой схемой сетей доступа, в которых в качестве среды передачи используется оптоволокно. Термин «пассивные» описывает тот факт, что сеть не включает активных электронных устройств, требующих электропитания, кроме, конечно, передатчика оператора и приемника абонента. В зависимости от того, как терминируется канал со стороны пользователя, различают следующие схемы PON.

В самом общем виде архитектура PON определяется следующими основными компонентами. Это специальный коммутатор, называемый терминалом оптической линии (Optical Line Terminal, OLT), оптический сетевой терминал (Optical Network Terminal, ONT), оптическое сетевое устройство (Optical Network Unit, ONU) и разветвители (splitters).

Основные функции OLT – формирование нисходящего (от оператора к абонентам) потока данных и обработка трафика от абонентов. OLT также генерирует сообщения с временныóми метками, которые используются в качестве эталонных для синхронизации ONT, окна обнаружения для новых ONT, и управляет процессом регистрации.

Сетевые терминалы со стороны заказчиков принимают поток данных от разветвителя и преобразуют их формат, определяемый интерфейсом пользователя, такой как 10/100 Ethernet, ATM или Т1, получают сообщения с эталонными метками времени и передают данные в разрешенном временноóм слоте (если применяется множественный доступ с разделением по времени TDMA).

Обычно OLT располагаются в офисе оператора связи, в линейных сооружениях вне офиса (outside plant) или в точке присутствия POP, ONT, как правило, выделяются индивидуальным пользователям, а ONU устанавливаются в цокольных этажах, иногда даже в распределительных колодцах, и разделяются между несколькими клиентами. С помощью разветвителей можно реализовать практически все основные топологические схемы: «кольцо», «дерево», «звезда» и «шина». На рис. 2 изображена обобщенная схема PON, на которой приведены практически все возможные конфигурации. Подчеркнем еще раз – важным в технологии PON является то, что нет необходимости протягивать оптоволокно непосредственно к рабочим станциям пользователей. ONU может быть соединен с офисами с помощью разнообразных сетевых технологий, применяющих в качестве сред передачи витую пару, коаксиальный кабель, а также посредством беспроводных сетей.

Оптические сети доступа (некоторые аспекты)
Рис. 3. Распределение нисходящего потока

Перейдем теперь к некоторым архитектурным особенностям пассивных оптических сетей. Их определяют две доминирующие технологии, с помощью которых осуществляется двунаправленный широкополосный доступ. Первая опирается на распространенный механизм мультиплексирования с разделением по времени (Time Division Multiplexing – TDM). В этом случае к каждому абоненту поступает весь трафик, а выделение нужного пакета выполняется терминалом ONT на основе адресной информации в заголовке (рис. 3). Если при передаче нисходящего потока (от OLT к ONT) никаких проблем не возникает, то при формировании восходящего необходимо применять какой-либо механизм синхронизации пакетов, поскольку оптические расстояния от ONT разных абонентов до OLT неодинаковы. Формирование восходящего потока (рис. 4) выполняется с помощью протокола множественного доступа с разделением по времени (Time Division Multiple Access – TDMA). Хотя широковещательный характер, присущий TDM-архитектуре, позволяет использовать относительно простые устройства, тем не менее она обладает рядом недостатков. В частности, поскольку приемники внутри ONT должны обрабатывать суммарный трафик, то они требуют достаточно быстрой электроники.

Второй технологией, на которой также базируется архитектура PON, является мультиплексирование с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing – WDM). Пассивные оптические терминалы демультиплексируют суммарный световой поток, доставляя каждому ONT предназначенный только ему трафик на волне выделенной длины (рис. 5). Приемное оборудование на обоих концах оптического канала в этом случае проще, так как не содержит электроники, необходимой для TDM. Конечно, эта технология также не лишена определенных недостатков. Например, добавление абонентского узла требует дополнительного лазерного источника с длиной волны излучаемого света, отличной от других, и увеличения числа каналов в WDM-демультиплексоре, что является довольно трудоемкой операцией в полевых условиях. Каскадировать демультиплексоры также намного сложнее, чем разветвители.

Протоколы и стандарты

Оптические сети доступа (некоторые аспекты)
Рис. 4. Формирование восходящего потока

Технология PON сравнительно молода. Она вышла из исследовательских лабораторий благодаря группе Full Service Access Network (FSAN), сформированной в 1995 г. British Telecommunications PLC. В ее состав вошли такие компании, как Alcatel, Fujitsu Siemens, Lucent, NEC, NTT, Siemens и Nortel Networks. Цель FSAN была «простой»: найти способы создания наиболее дешевых и скоростных сетей доступа с полным набором служб, которые могли бы быть естественным продолжением высокоскоростных технологий передачи данных, в частности IP-трафика, видео, 10/100 Ethernet.

Группа пришла к выводу, что наиболее подходящей транспортной технологией является ATM, обеспечивающая наряду с высокой скоростью передачи данных объединенный трафик (голос, данные и видео) и необходимое качество сервиса (QoS). В 1999 г. были разработаны основы спецификации ATM PON (APON) и одобрены Международным телекоммуникационным союзом (ITU) под названиями G.983.1 и G.983.2.

Что касается пропускной способности, то существует два варианта. Первый предусматривает симметричный трафик со скоростью передачи данных 155 Мб/с в обоих направлениях, тогда как второй, асимметричный, устанавливает скорость 622 Мб/с в нисходящем потоке и 155 Мб/с в восходящем. Последний вариант еще известен под названием Broadband PON (BPON). Для нисходящего трафика используются длины волн 1490 нм и 1550 нм, а для восходящего – 1310 нм, а также применяется метод доступа к среде TDMA, который рекомендован FSAN.

Оптические сети доступа (некоторые аспекты)
Рис. 5. PON на базе WDM

Реальное количество поддерживаемых технологией разветвителей и протяженность канала зависят от используемых лазеров и потерь в оптоволокне. В стандарте ITU-G.983, например, оговариваются расстояние до 20 км и 32-канальный разветвитель.

Для решения проблем полосы пропускания и ограничений протокола был разработан Gigabit PON (GPON) – спецификация ITU G.984. Она предоставляет 32 пользователям разделяемую полосу пропускания 2,5 Гб/с. GPON предполагает те же длины волн для нисходящего и восходящего потоков, что и BPON. Базовый вариант GPON поддерживает максимальное расстояние 20 км и 32-портовый разветвитель или 10 км при 64-портовом разветвителе. Стандарт может быть реализован для различных платформ: ATM, Ethernet и TDM.

Альтернативой сетям A/BPON является Ethernet PON (EPON), определяемый стандартом IEEE 803.2ah. EPON использует только две частоты: 1490 нм для нисходящего потока и 1310 нм для восходящего и исключительно протокол IP. Технология предоставляет разделяемую полосу пропускания 1,25 Гб/с, в режиме доставки IP-пакетов best-effort анонсируется 100 Мб/с, однако в типичном случае обеспечивается 30—40 Мб/с. Вариант GigaEthernet PON (GEPON) увеличивает пропускную способность до 2,5 Гб/с, при этом она также разделяется всеми подключенными пользователями.

Эволюция PON

Нужно сказать, что сообщество EPON, считая ограничение полосы пропускания одной из серьезных проблем, немедленно начало работу над стандартом 10Gbps EPON (802.3av).

Ситуация на рынке заставила также и ITU-T обратиться к перспективным разработкам – архитектуре следующего поколения (NGA). Она определяет две стадии эволюции – NGA1 и NGA2.

NGA1 является совместимой с GPON в соответствии со стандартом G984.5. Ожидается, что системы NGA1 будут коммерчески доступны к 2010 г. Некоторыми кандидатами NGA1 являются XGPON1, поддерживающая 10 Гб/с в нисходящем потоке и 2,5 Гб/с – в восходящем, и XGPON2 с симметричными потоками по 10 Гб/с каждый.

В заключение можно отметить, что оптоволоконные сети доступа, разворачиваемые сегодня, базируются на различных архитектурах и технологиях. Проверенные временем стандарты и наличие необходимого оборудования снижают риски операторов услуг до минимума. Вполне вероятно, что под давлением конкуренции они будут вынуждены вкладывать все больше средств в построение именно оптоволоконных сетей доступа.

+22
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT