Построение PON. Пример 1. 2. Исследование основных аспектов практического применения технологии pon и ее перспективы 17
 Скачать 1.46 Mb.
|
1. Теоретические аспекты реализации технологии PON1.1. Эволюция оптических сетей доступаИмеются всего три вида информации для передачи в сети электросвязи: голос, данные и видео (по выражению Б.С. Гольдштейна – «три источника электросвязи») [1]. В настоящее время совокупность этих трех видов связи часто называют Triple Play (дословно с англ. – «тройная игра»), а с добавлением еще и мобильной связи – Quadro Play («четверная игра») [2]. Для передачи информации определенного вида человечество создало соответствующие сети электросвязи на базе соответствующих технологий, эволюция которых показана на рисунке 1.1.  Рисунок 1.1. - Эволюция сетей и технологий связи [3] Первая в мире сеть электросвязи (первая половина XIX века) – телеграфная, предназначена для передачи данных (текста). Телеграфные сети изначально были с канальной коммутацией, а позже – и с коммутацией сообщений. В начале XX века возникли телефонные сети – для передачи только речи (в конце XX века ее стали пользовать и для передачи данных при помощи модемной связи). В телефонных сетях используется только канальная коммутация сигналов. Для передачи видеоизображений с середины XX века используются сети эфирного телевизионного вещания. Это, как правило, некоммутируемые сети с односторонней передачей. В 60-е годы XX века для передачи данных были созданы первые сети с пакетной коммутацией на базе протокола Х.25, которые обладали низкой скоростью передачи (несколько Кбит/с), но они могли работать даже по низкокачественным аналоговым каналам тональной частоты (ТЧ). В 70-х годах ХХ века впервые была разработана концепция мультисервисной сети - цифровая сеть с интеграцией служб ISDN (Integrated Service Digital Network). Первые два поколения сотовых сетей 1 и 2G (например, сети стандартов NMT и GSM) обеспечивали передачу только голосовых сообщений. Позже в сети GSM появилась возможность передачи коротких сообщений SMS, а далее – и мультимедийных (голос+видео) сообщений MMS (так называемые стандарты 2,5G). Первоначально сеть Интернет, созданная в начале 90-х годов 20 века, была предназначена только для передачи данных (текстовой и графической информации). В дальнейшем она стала также мультисервисной (данные+видео+голос) [4]. В настоящее время уже построены мультисервисные сети следующего поколения NGN (Next Generation Network), к которым будут мигрировать все существующие сети. Эти сети предоставляют пакет услуг Triple Play по передаче голоса, видео и данных по единой пакетной транспортной сети. В перспективе (после 2015-2020 гг.) планируется переход к будущим сетям FN (Future Networks) для предоставления услуг, которые трудно или даже невозможно реализовать в рамках сетей NGN (например, контентная или контекстная передача информации в сети). Сеть доступа обеспечивает унифицированное подключение различных терминалов к единой транспортной сети и состоит из абонентских линий (на металлических или оптических кабелях или радиоканалах) с подключенными к ним абонентскими оконечными устройствами и узлов доступа (местных станций коммутаций). 1.2. Принцип работы, структура и свойства технологии PONPON (Passive Optical Network – пассивная оптическая сеть) – технология для оптической распределительной сети доступа. На современном этапе развития технология PON выступает в роли наиболее популярной технологии строительства сетей широкополосного доступа во всем мире. Основными вариантами PON выступают технологии GPON (Gigabit PON) и GEPON (Gigabit Ethernet PON), которая имеет второй название - EPON. Основное отличие технологий GPON и EPON состоит в активном оборудовании. Пассивная инфраструктура этих технологий практически не имеет отличий. Появление новых услуг связи и, в частности, интенсивное использование мультимедийного и видеообмена с сетью Интернет привело к существенному росту (вплоть до 1 Гбит/с) требований к скорости обмена, а значит, и к полосе пропускания сетей доступа. В этой ситуации стала востребованной технология пассивных оптических сетей PON (Passive Optical Network) [5]. Сеть PON использует оптическое волокно (ОВ) в качестве среды передачи, а значит, не имеет ограничений, присущих медной паре или коаксиальному кабелю. Суть технологии пассивных оптических сетей, вытекающая из ее названия, состоит в том, что ее распределительная сеть строится без каких-либо активных компонентов: разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности – оптических сплиттеров (см. рисунок 1.2.).  Рисунок 1.2. - Передача информации в пассивной оптической сети Примечание: сеть PON двунаправленная и для соответствующих услуг (VoD, Интернет и др.) может обеспечивать передачу информации в обе стороны. Оптические сети обладают значительными преимущества перед сетями, построенными на основе обычного медного или коаксиального кабеля. Они обеспечивают гораздо более высокие скорости передачи данных на большие расстояния и при этом абсолютно нечувствительны к электромагнитным помехам и перекрестным наводкам. Структурно любая пассивная оптическая сеть PON состоит из трех главных элементов (см. рисунок 1.3.).  Рисунок 1.3. - Принцип работы сети PON 1) оптического станционного терминала OLT (Optical Line Terminal); 2) пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) с коэффициентом деления от 1:2 до 1:128; 3) оптического сетевого абонентского терминала ONT (Optical Network Terminal) (иногда используется название ONU – Optical Network Unit) [6]. Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеют необходимые интерфейсы (в том числе – электрические) взаимодействия с абонентской стороны. В одном волокне сетей PON для нисходящего и восходящего потоков задействуются разные длины волн (метод WDM). Нисходящий (прямой) поток от центрального узла обычно имеет скорость STM-4/16 (0,622/2,5 Гбит/с) и передается по ОВ на длине волны 1550 нм до точки разветвления на пассивный оптический разветвитель, который делит этот поток на несколько (до 32 или до 64) потоков, поступающих на ONT, установленные в помещении абонентов. Восходящие (обратные) потоки от абонентов на длине волны 1310 нм собираются с помощью технологии множественного доступа с временным разделением (TDMA) в агрегатный поток на скорости 622 Мбит/с. Конвертирование оптических сигналов в электрические и обратно осуществляется оборудованием ONT [7]. Для сетей PON разработан ряд стандартов (см. таблицу 1.1.). Первым был стандарт PON на основе технологии ATM – A-PON. Затем появилась широкополосная PON – B-PON, допускающая динамическое распределение полосы в зависимости от типа приложений и поддерживающая интерфейсы SDH, ATM, FE, GE, E1, Ethernet (10/100Base-TX) и телефонию (FXS). Таблица 1.1. – Сравнение различных технологий PON
Архитектура сети PON строится на основе комбинации возможных элементарных топологий (см. рисунок 1.4.): звезды, последовательной цепи (шины) или дерева.  Рисунок 1.4. - Топологии сетей PON: а) звезда; б) шина, в) дерево Решения построенные на основе технологии гигабитной пассивной оптической сети GPON при прочих равных затратах на установку оборудования значительно снижают расходы на дальнейшую эксплуатацию. Следственно уменьшают стоимость владения, что, безусловно, является не маловажным фактором. Связано это с тем, что в этой технологии используются в основном пассивные компоненты, не нуждающиеся в отдельном питании, но при этом соответствующие самым последним требованиям к сетям передачи данных. В настоящее время всё чаще продвигаются услуги, технологически требующие высокой скорости передачи данных. Оборудование PON соответствует и превосходит все эти современные требования. Основными преимуществами технологии PON для клиентов являются (см. таблицу 1.2.). Таблица 1.2. – Основные преимущества технологии PON [8]
Благодаря строительству новой сети становится возможной полномасштабная реализация концепции предоставления услуг телефонии, доступа в Интернет и интерактивного телевидения по оптическому кабелю из одной (в данном случае оптической) розетки. |