porty GPON. Co to jest GPON? GPON — Gigabitowe pasywne sieci optyczne — Gigabitowe pasywne sieci optyczne

W nowoczesny świat W dziedzinie komunikacji cyfrowej technologia GPON zyskała ogromną popularność. Uważany jest za najbardziej obiecujący na świecie, jego rozwój w krajach takich jak USA, Japonia, Korea czy Unia Europejska przebiegał bardzo szybko. W wielu rosyjskich miastach liczba abonentów sieci sięga setek tysięcy. Czym jest technologia GPON? W tym artykule postaramy się znaleźć odpowiedź na to pytanie.

Technologia GPON: cel i charakterystyka techniczna

Skrót ten oznacza gigabajtowe pasywne systemy optyczne. GigabitPON (GPON) to technologia polegająca na budowie szerokopasmowych wielousługowych sieci dostępowych. Świadczy różne usługi kablem optycznym o gwarantowanej jakości: Internet, telewizję i telefonię. Technologia GPON zapewnia instalację kabla światłowodowego bezpośrednio w mieszkaniu lub prywatny dom, gwarantuje to stałe, szybkie połączenie z Internetem. Dzięki temu abonent otrzymuje pełen potencjał kabla światłowodowego, w przeciwieństwie do technologii ADSL, w której kanał jest przydzielony do jednego budynku mieszkalnego i podzielony między wszystkich użytkowników. Sprzęt GPON pozwala na zapewnienie dostępu do Internetu z prędkością od 10 Mb/s do 2,5 Gb/s. Aby podłączyć abonenta do GPON, musisz zainstalować modem ONT (Optical Network Terminal), który ma wbudowane Wi-Fi, co pozwala na dostęp do Internetu z dowolnego urządzenia. Telefonia cyfrowa wykorzystująca technologię GPON umożliwia podłączenie kilku numerów telefonów. Także dostępny Dodatkowe usługi: telemetria, monitoring wideo, alarm przeciwpożarowy.

Zalety technologii GPON

Zalety tej technologii obejmują:

Światłowód doprowadzony jest bezpośrednio do abonenta;

Kanał ma wysoki poziom wydajność;

Możliwość jednoczesnego połączenia z jednego urządzenia do kilku usług;

Brak urządzeń pośredniczących w obszarze od abonenta do centrali (przełączniki itp.);

W kablu światłowodowym nie ma prądu, dzięki czemu nie jest narażony na wilgoć, a użytkownik nie jest narażony na porażenie prądem.

niedogodności

Wady technologii GPON można przypisać jedynie temu, że kabel światłowodowy jest dość wrażliwy na załamania, dlatego zdecydowanie nie zaleca się układania go w mieszkaniu, układania go w listwach przypodłogowych. W takim przypadku kabel może pęknąć lub jego pojemność spadnie. Problem mogą stwarzać zwierzęta domowe, które są wręcz stronnicze w stosunku do technologii GPON.

Wniosek

Usługi technologii GPON mają szeroki zakres zastosowań pod względem cech konsumenckich i funkcjonalności. Ta technologia jest przyjazna dla użytkownika, stabilna i przyszłościowa. Ale jest jeden punkt, który przyszły subskrybent musi wziąć pod uwagę. Zgodnie z niepisanymi zasadami modem montuje się w pobliżu otworu, przez który przeciąga się światłowód, zmniejszając tym samym długość linii. W związku z tym konieczne jest zapewnienie gniazda 220 V w pobliżu instalacji terminala optycznego.

Podczas podróżowania po globalnej sieci dla każdego użytkownika kluczowe są takie cechy, jak szybkość przesyłania danych i brak „luk”.

Wymagania te może spełnić połączenie z wykorzystaniem technologii xPON. Skrót oznacza „pasywną sieć optyczną”, czyli pasywne sieci optyczne. Nowa technika wywodzi się z PON, który gwarantował szerokopasmowy wielousługowy dostęp po kablach światłowodowych. W przeciwieństwie do swojego poprzednika komunikacja jest potężniejsza, co umożliwiło połączenie wszystkich urządzeń, które odbierają sygnał przez jeden kanał w „cyfrę”. Oznacza to, że każdemu konsumentowi (biuro, mieszkanie, instytucja publiczna) przydzielane jest własne włókno. Z jednego węzła można wydzielić maksymalnie 64 linie, z których każda kończy się specjalnym gniazdem. Podłączany jest do niego jeden modem, który zapewnia komunikację dla wszystkich urządzeń: komputera stacjonarnego, tabletów, smartfonów, telewizora, telefonu SIP itp.

Jakie są zalety linii xPON?

W porównaniu z tradycyjnymi metodami nowa metoda ma wiele zalet:

• wysoka prędkość transfer danych - od 100 Mb/s i więcej;
• łatwość użytkowania - dodatkowe usługi (ochrona antywirusowa, kontrola rodzicielska i inne) są konfigurowane przez dostawcę;
• możliwość wyboru - abonent samodzielnie określa liczbę podłączonych urządzeń i inne parametry połączenia;
• stabilna jakość - niezależna od odległości do punktów dystrybucji.

Należy zauważyć, że xPON lub ma pewne wady. Te ostatnie obejmują trudności w procesie instalacji. Wady obejmują fakt, że w przypadku przerwy wszystkie urządzenia są wyłączane na raz.

Jak układane są sieci światłowodowe oparte na tej technologii?

Schemat składa się z następujących elementów: węzeł abonencki ze wszystkimi niezbędny sprzęt, szafę rozdzielczą oraz gniazdo do podłączenia modemu. Kable są dociągane do domów, gdzie są podłączane do szaf zainstalowanych w piwnicach budynków. Następnie każdemu abonentowi przedłużane jest własne włókno, które mocowane jest w specjalnym gnieździe. Ten schemat połączeń jest używany przez wielu krajowych i zagranicznych dostawców Internetu.

Struktury informacyjne w ciągu ostatnich dziesięciu lat poszły bardzo daleko do przodu - dziś nikogo nie zaskoczy nieograniczony Internet szerokopasmowy o prędkości 10 Mb/s lub więcej. Nowoczesne budownictwo sieciowe szybko wykroczyło poza granice miast - aktywnie rozwija się budowanie sieci szkieletowej. A jeśli wszystko jest mniej więcej jasne z autostradami (położyliśmy - sprzedajemy), to w miastach jest teraz inna sytuacja: toczy się ciężka walka o konsumentów usług dostawcy. Miasta są całkowicie podzielone na sektory, które są całkowicie kontrolowane przez konkretnego dostawcę. W takich warunkach proces poszerzania bazy klientów jest poważnie utrudniony przez fakt, że m.in zwykły język, klientów się skończyło. Konkurować można tylko poprawiając jakość usług (w tym wykorzystując technologię FTTx, a konkretnie FTTB i FTTH), ale nawet tutaj konkurencja nie jest już możliwa – każdy, nawet najmniejszy dostawca jest w stanie położyć światłowód na wejście. W rezultacie wszyscy stanęli przed takim problemem: „Nie ma z kim się połączyć, nie ma gdzie się rozwijać”.

Ale w rzeczywistości sytuacja nie jest tak zła, jak się wydaje, ponieważ człowiek jest bardzo osobliwym zwierzęciem i mieszka wszędzie, także poza miastem. Wsie, miasteczka, wsie – klientów jest mnóstwo i każdy chce (w porównaniu z mobilnymi czy satelitarnymi odpowiednikami) szybkiego, dobrej jakości i relatywnie taniego internetu (a także telewizji i telefonu, i to najlepiej w jednym pudełku). Problemem przyłączenia takich klientów jest ich oddalenie od głównych węzłów komutacyjnych, a co za tym idzie wysoki koszt połączenia oraz poważne problemy z utrzymaniem sprawnej infrastruktury sieciowej odległego obszaru.

Wielu dostawców podjęło próbę zastosowania ustalonego już modelu „miejskiego” FTTH (Fiber To The Home) do dostarczania użytkownikom swoich usług – dorzucamy kabel wielowłóknowy, instalujemy sprzęt aktywny – wszystko działa. Tylko drogie, niewygodne i przerażające - sprzęt pośredni stoi wszędzie, obmywany przez deszcze, wiatry, zjadany przez owady i oblegany przez ptaki. Ponadto na aktywny sprzęt sieciowy mają wpływ dwa czynniki, które nie podlegają żadnej statystyce i logice: burze i miłośnicy przecinaków drutu. I wszystko byłoby wygodnie rozwiązane przez konstrukcję Powierzchnia biurowa, ale kosztowne, problematyczne (ze strony biurokracji) i nie zawsze możliwe. A potem na scenę networkingową wkroczyło alternatywne podejście. Technologia PON, chwilowo uśpione na półkach.

pon(ang. Passive Optical Network – pasywna sieć optyczna) to prężnie rozwijająca się, najbardziej obiecująca technologia szerokopasmowego wielousługowego dostępu wielodostępowego przez światłowód, wykorzystująca separację falową torów odbiorczych/nadawczych i pozwalająca na realizację pojedynczego drzewa światłowodowego -jak topologia „punkt-wielopunkt” bez użycia aktywnych elementów sieci w węzłach rozgałęzień. Innymi słowy jest mało włókien, brak pośrednich urządzeń aktywnych, zerowy (no, prawie zerowy) wpływ warunków atmosferycznych, wygodny system WDM do przesyłania danych z „fabryki internetowej” do klienta iz powrotem przez pojedyncze włókno. Sprzęt aktywny w tej sieci jest dostępny tylko po stronie dostawcy (w czystej, suchej i chłodnej szafie serwerowej) oraz po stronie abonenta (na strychu, w korytarzu, na starym dobrym słupie itp.). Idealny zarówno dla odległych, słabo zaludnionych obszarów, jak i miejskiego sektora prywatnego.

1.2 Rodzaje PON-ów.

Nawet w czasach, gdy wszystkie siły najtęższych umysłów naszych rodaków skierowane były na „odcięcie” Supermocarstwa, grupa kilkunastu europejskich firm telekomunikacyjnych utworzyła konsorcjum do realizacji idei wielodostępu na jednym włóknie, tzw. FSAN(Sieć pełnego dostępu do usług). Celem FSAN był rozwój ogólne zalecenia i wymagania dotyczące sprzętu PON, tak aby producenci sprzętu i operatorzy mogli współistnieć na konkurencyjnym rynku systemów dostępu PON. Efektem prac FSAN był szereg standardów PON:

ITU-T G.983

APON (pasywna sieć optyczna ATM);

BPON (szerokopasmowy PON);

ITU-T G.984

GPON (Gigabitowy PON);

IEEE 802.3ah

EPON/GEPON (Ethernet PON);

IEEE 802.3av

10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON);

APON i BPON są moralnie przestarzałe od urodzenia, GPON nie jest zbyt rozwinięty ze względu na wysoki (w stosunku do GEPON) koszt, a także z powodu organicznej niechęci wielu do pracy z prędkościami 2,5G, 10GEPON jest wciąż w fazie rozwoju / debugowania / testowania . Jest też EPON, który też nikogo już nie interesuje (100Mbps wystarczy teraz tylko dla kilkunastu użytkowników, a sprzęt niewiele różni się cenowo od swojego starszego brata GEPON). W rezultacie pozostaje tylko GEPON, który dziś spełnia wymagania większości dostawców w zakresie podłączania zdalnych abonentów (szybkość transferu „tam” i „z powrotem” wynosi 1Gbps, przy czym na jednym włóknie można zlokalizować do 64 terminali sieciowych).

1.3 Jak działa GEPON.

Jak wspomniano powyżej, GEPON to pełnoprawna sieć zbudowana na pasywnych komponentach optycznych od dostawcy do abonenta.

Zainstalowany po stronie dostawcy OLT(ang. Optical Linear Terminal - Optical Linear Terminal) - Przełącznik L2 ze wszystkimi wynikającymi z tego funkcjonalnościami, posiadający porty Uplink (do podłączenia ukochanej osoby do routera L3) i porty Downlink (na potrzeby klienta). Na przykład OLT wielokrotnie nagradzanego chińskiego producenta BDCOM ma 2 optyczne porty Gigabit Uplink, 2 porty Gigabit Uplink „combo” (2 optyczne + 2 miedziane) i 4 porty Gigabit Downlink PON. OLT jest zarządzany zarówno przez port terminala, jak i za pomocą wszystkich twoich ulubionych protokołów, takich jak SNMP, SSH i TELNET.

Instalowany po stronie klienta ONU(angielski Optical Network Unit - Optical Network Unit), który jest również czasami określany jako ONT(Eng. Optical Network Terminal - Optical Network Terminal) - pełnoprawny przełącznik VLAN o niewielkich rozmiarach. ONU z tego samego BDCOM standardowo posiada jeden gigabitowy port optyczny oraz 4 miedziane (100Mbps lub 1Gbps). Istnieją modele ONU z połączonym portem optycznym do telewizji i danych, z portami do telefonii (SIP), z różną liczbą portów miedzianych, z adapterem Wi-Fi, a także kombinacją wszystkich powyższych. Każdy ONU ma wbudowany filtr adresów MAC; po otrzymaniu pakietu ONU sprawdza własność pakietu i jeśli pakiet do niego nie należy, odrzuca go. ONU zarządzane jest bezpośrednio z OLT, przy czym OLT traktuje ONU jako „podport” swojego portu, mający własne porty, czyli przestrzegana jest następująca hierarchia: port OLT -> numer ONU -> port ONU.

Pomiędzy klientem a dostawcą znajduje się pasywna sieć optyczna, która ma topologia drzewa i jego pochodne. Głównymi elementami pasywnej sieci optycznej są światłowody i rozgałęźniki(ang. Splitter – separator), pracujący w trybie „splitter” w kierunku dostawca->klient oraz w trybie „mikser” w kierunku przeciwnym. Niewątpliwą zaletą sprzętu pasywnego jest jego niezależność od zasilania oraz łatwość obsługi (nie trzeba niczego konfigurować): „Zainstalowałem raz – używam całe życie”.

Rysunek 1 - Schemat ideowy włączenia PON

Pasywna sieć optyczna jest wspólne środowisko dla wielu subskrybentów, zatem od strony OLT, TDM(Inż. Time Division Multiplexing – Temporary Multiplexing), a od strony ONU – TDMA(Inż. Wielokrotny dostęp z podziałem czasu - Wielokrotny dostęp z podziałem czasu). W tym przypadku downstream (nazwiemy go strumieniem z OLT do ONU) jest transmitowany na długości fali 1490nm, a upstream (strumień z ONU do OLT) jest transmitowany na długości fali 1310nm. Zrobiono to, aby zostawić miejsce dla telewizji CATV (telewizja analogowa), którą można również uruchomić wzdłuż drzewa PON do abonenta. Nadajniki CATV nadają na długości fali 1550nm lub 1310nm, ale producenci sprzętu GEPON wykorzystali długość fali 1310nm dla UpStream, aby urządzenie klienckie było jak najtańsze (lasery emitujące na długości fali 1310nm są znacznie tańsze niż lasery emitujące na długości fali 1550nm).

Koszt laserowych transceiverów GEPON jest dość wysoki w porównaniu z ich odpowiednikami w sieci Ethernet i nie bez powodu: są one bardzo wydajne. Budżet optyczny systemu GEPON (różnica między mocą nadajnika a maksymalną czułością odbiornika) wynosi około 30dB (dla ONU liczba ta mieści się w przedziale 25-30dB, dla OLT - 32-37dB)! Taki budżet wystarczy na „przebicie” ponad 100 km standardowego światłowodu! Jednak drzewa PON zwykle osiągają głębokość 10-15 km, z granicą głębokości około 20 km. Wynika to z faktu, że dzielniki wprowadzają do linii ogromne tłumienie (od 3 do 22 dB), zapewniając rozgałęzienie i oszczędność włókna.

Warto zauważyć, że standard GEPON różni się nieco od zwykłej struktury ramek Ethernet, więc urządzenia „non-GEPON” w sieci PON nie będą działać. Co więcej, standard IEEE 802.3ah został przyjęty stosunkowo niedawno i prawie żaden z producentów nie przestrzega go w 100% (a wielu niespecjalnie chce). Z tego powodu nie ma pełnej zgodności sprzętowej między platformami (na przykład ZYXEL OLT nie będzie działać z HUAWEI ONU lub HUAWEI OLT nie ujawni swojego pełnego potencjału podczas pracy z BDCOM ONU).

Osobno należy rozważyć technologię wymiany danych między ONU a OLT:

• wszelkie transmisje ONU tylko w czasie przydzielonym mu przez OLT;
• dla dowolnej ONU w sieci OLT określa okres czasu, w którym ONU może nadawać;
• nowo podłączony ONU współdziała z OLT za pomocą protokołu MPCP(ang. Multi-Point Control Protocol - Multi-Point Control Protocol);
• żadna ONU nie może komunikować się z innymi ONU bez udziału w komunikacji OLT. Wszystkie pakiety do dowolnego miejsca docelowego są przetwarzane centralnie przez jedno urządzenie w sieci - OLT.

Rysunek 2 — Rozkład przedziałów czasowych między jednostkami ONU

MPCP. Ten protokół jest oparty na dwóch komunikatach Ethernet: BRAMA oraz RAPORT. Wiadomość GATE jest wysyłana z OLT do ONU i służy do przypisania tymczasowej domeny. Wiadomość REPORT jest używana przez ONU do informowania OLT o swoim statusie (bufor pełny itp.), aby pomóc mu zaakceptować poprawne rozwiązanie o przydziale domeny tymczasowej. Zarówno komunikaty GATE, jak i REPORT są ramkami kontrolnymi MAC (typ 88-08).

Istnieć dwa tryby pracy MPCP: automatyczne wykrywanie (inicjalizacja) i Tryb normalny RTT(ang. Round Trip Time - czas od momentu wysłania żądania do momentu otrzymania odpowiedzi) oraz adres MAC tego ONU. Tryb normalny jest używany do przypisywania tymczasowych domen wszystkim inicjowanym jednostkom ONU.

Standardowe ramki Ethernet w PON są nieco zmodyfikowane pod kątem specyfiki pracy w środowisku współdzielonym TDM, jednak OLT modyfikuje pakiety wychodzące tak, aby wylot standardowy strumień Ethernet jest uzyskiwany z PON. W przeciwnym kierunku sytuacja jest podobna. Poniżej przedstawiono strukturę standardowej ramki Ethernet (IEEE 802.3), ramki PON (IEEE P802.3ah) i kontrolnej IEEE P802.3ah (Rysunek 3):

Rysunek 3 — Porównanie pól ramek IEEE 802.3 i IEEE P802.3ah

Preambuła standardowej ramki Ethernet (Rysunek 3a) jest modyfikowana poprzez dodanie kilku pól usług (Rysunek 3b):

• MACZANKA(ang. Start Of Packet) - 1 bajt, wskazuje początek ramki;
• Pole rezerwowe, 4 bajty;
• LLID(ang. Logical Link Identificator) - 2 bajty, wskazuje indywidualny identyfikator węzła EPON. Pozostaje pytanie otwarte: ile identyfikatorów może mieć ONU - jeden lub więcej? Identyfikator LLID jest wymagany do emulacji połączeń punkt-punkt i punkt-wielopunkt w sieci EPON. Pierwszy bit pola określa tryb transmisji ramki (unicast lub multicast). Pozostałe 15 bitów zawiera indywidualny adres węzła EPON;
• CRC(Kontrola redundancji okręgu) - 1 bajt, suma kontrolna preambuły (standard P802.3ah).

Kiedy ramka opuszcza sieć GEPON, preambuła ramki jest konwertowana na standardowy widok- Etykieta została usunięta. Na przykład w strumieniu nadawczym OLT modyfikuje preambułę każdej ramki 802.3 wchodzącej do PON, w szczególności do preambuły dodawany jest specjalny znacznik LLID. Znacznik ten jest pobierany przez odpowiednią warstwę podrzędną w ONU, w której odbywa się odtwarzanie preambuły. ONU działa normalnie, tj. gdy jest już zarejestrowany, przetwarza tylko te ramki, których preambuła LLID odpowiada własnemu LLID. Pozostałe pola ramki EPON są takie same jak pola standardowej ramki Ethernet:

• DA(ang. Destination Address) - 6 bajtów, wskazuje adres MAC stacji docelowej. Może to być pojedynczy adres fizyczny (emisja pojedyncza), adres multiemisji (emisja grupowa) lub adres rozgłoszeniowy (emisja rozgłoszeniowa);
• SA(ang. Adres źródłowy) - 6 bajtów, wskazuje adres MAC stacji nadawczej;
• L/T(ang. Length/Typ) – 2 bajty, zawiera informacje o długości lub typie ramki;
• Pole danych, zmienna długość;
• PODKŁADKA(wypełniacz) - pole służy do wypełnienia ramki do minimalnego rozmiaru;
• FCS(ang. Frame Check Sequence) - 4 bajty, suma kontrolna ramki obliczana za pomocą kodu cyklicznej redundancji;
• Kod operacji(Angielski kod opcjonalny) — 2 bajty, określa typ ramki sterującej. Istnieją dwie kategorie ramek kontrolnych, które różnią się wartością tego pola: komunikat GATE generowany przez OLT i komunikat REPORT generowany przez ONU;
• TS(Time Stamp) - 4 bajty, zawiera znacznik czasu nadawcy;
• wiadomość– 40 bajtów, właściwie to pole zawiera informacje serwisowe niezbędne do działania protokołu MPCP.

Jeszcze dokładna informacja o praca logiczna PON można uzyskać na stronie http://book.itep.ru.

OLT i ONU zapewniają hermetyzację danych w zmodyfikowanych ramkach Ethernet IEEE P802.3ah przy użyciu kodowania kanałów 8B/10B (8 bitów użytkownika przekonwertowanych na 10 bitów kanałowych).

Ostateczny algorytm działania sieci PON po konfiguracji wygląda następująco:
- ONU "nasłuchuje linii";
- OLT odbiera standardowy pakiet IEEE 802.3 z urządzenia nadrzędnego i modyfikuje go do standardu IEEE P802.3ah;
- OLT wysyła pakiet do określonego miejsca docelowego (ONU);
- Wszystkie jednostki ONU odbierają pakiet, ale tylko miejsce docelowe go przechowuje - reszta pakietu jest odrzucana;
- ONU modyfikuje standardowy pakiet IEEE P802.3ah do standardu IEEE 802.3 i wysyła go do komputera klienckiego;
- ONU z komputera klienckiego, modyfikuje je ze standardu IEEE 802.3 do standardu IEEE P802.3ah i buforuje je;
- OLT umożliwia transmisję danych konkretnego ONU;
- ONU nadaje przez pewien czas, po czym milknie i ponownie „nasłuchuje” linii;
- OLT odbiera standardowy pakiet IEEE P802.3ah z ONU, modyfikuje go do standardu IEEE 802.3, a następnie przesyła go do urządzenia nadrzędnego.

Algorytm działania sieci PON do konwersji pakietów z jednego standardu na inny można przedstawić w następujący sposób (Rysunek 4):

Rysunek 4 - Algorytm PON do konwersji pakietów

1.4 Porównanie PON z klasycznym schematem FTTH do łączenia abonentów.

Na przykład w klasycznym FTTH 256 abonentów w sektorze prywatnym potrzebuje do połączenia 256 światłowodów. 256 włókien to mnóstwo bardzo grubych i drogich kabli, a także cały worek problemów związanych z ich układaniem, przełączaniem i inną nie do zniesienia rutyną.

Aby ruch „chodził” po tych światłowodach, potrzeba N przełączników: N-1 przełączników dostępowych (abonenci będą się do nich łączyć) i jeden do agregacji ruchu z przełączników dostępowych. Aby rozwiązać obecny problem, na przykład dobrze znany D-Link DES 3200-28F potrzebuje 11 sztuk (dotyczy to dostępu), D-Link DGS 3120-24SC potrzebuje jednego (do agregacji). Dodajmy do tego moduły SFP, media konwertery, a także problemy z zasilaniem tych wszystkich urządzeń (co myślicie?!), rozmieszczeniem (tak, pod dachem, w cieple i suchości!) oraz administracją - i ból głowy nie odejdź.

A teraz wyobraźcie sobie to wszystko nie w środowisku miejskim (gdzie każdy strych to prawie serwerownia, a każda piwnica to bezpieczne schronienie dla wyprowadzeń optyki), ale w trudnych warunkach sektora prywatnego (bez wszechobecnych linii energetycznych, bez rozwinięta infrastruktura kanalizacyjna, bez wolnych lokali pod rozstawienie sprzętu czynnego)! A jeśli policzysz, ile światłowodu to ciężar własny (jedno włókno zostało wyjęte z 8-włóknowego kabla, wysłane do abonenta, a następnie to włókno jest używane nie częściej niż występują zaćmienia Słońca) - robi się smutno i ręce opadają.

Wykorzystując GEPON do tego samego zadania potrzebujesz tylko 4 światłowodów, jednego OLT z modułami SFP (8 sztuk, 4 z nich dla Ethernet UpLink, 4 dla PON DownLink), 256 jednostek ONU (po jednym dla każdego klienta, zasilane są bezpośrednio z gniazdo klienckie i wszyscy zadowoleni), a także zestaw rozgałęźników i skrzynek PON (lub sprzęgieł) do pracy z kablem i umieszczania w nich tych samych rozgałęźników, a czasem samych ONU. Praca administratora będzie ograniczona do zarządzania OLT (ONU są logicznie „rozszerzeniem” portów GEPON OLT). Zasilanie - tylko po stronie abonenckiej oraz w serwerowni. Wszystko jest prostsze, prawda?

Ponadto należy wziąć pod uwagę fakt, że uruchomienie telewizji analogowej na już zbudowanym obwodzie PON jest łatwe i proste (Rysunek 5):

Rysunek 5 - Zastosowanie PON jako medium do korzystania z CATV

Więc, pozytywne strony PON:

• Minimalne użycie sprzętu aktywnego;
• Minimalizacja infrastruktury kablowej;
• Niski koszt utrzymania;
• Możliwość integracji z telewizją kablową;
• Dobra skalowalność;
• Duża gęstość portów abonenckich.

Jednocześnie rozważając technologię GEPON należy wziąć pod uwagę jej cechy, zwłaszcza w porównaniu z łączami punkt-punkt: współdzielenie pasma między abonentów (wspólne środowisko może nie być odpowiednie dla klienta pod względem bezpieczeństwa), rozgałęźniki pasywne utrudniają zdiagnozowanie linii optycznej, ewentualnego wpływu awarii sprzętu jednego abonenta na pracę pozostałych, mniejsze korzyści w przypadku wdrożenia na etapie budowy.

Rysunek 2 - Rozkład odstępów czasu między ONU

Aby wesprzeć przydzielanie domen czasu za pomocą OLT, grupa IEEE 802.3ah opracowała protokół MPCP. Ten protokół jest oparty na dwóch komunikatach Ethernet: BRAMA oraz RAPORT. Wiadomość GATE jest wysyłana z OLT do ONU i służy do przypisania tymczasowej domeny. Komunikat REPORT jest używany przez ONU do informowania OLT o jego statusie (bufor pełny itp.), aby pomóc mu w podjęciu właściwej decyzji o przydzieleniu domeny tymczasowej. Zarówno komunikaty GATE, jak i REPORT są ramkami kontrolnymi MAC (typ 88-08).

Istnieć dwa tryby pracy MPCP: automatyczne wykrywanie(inicjalizacja) i Tryb normalny. Tryb automatycznego wykrywania służy do wykrywania nowo podłączonych jednostek ONU i określania RTT(ang. Round Trip Time - czas od momentu wysłania żądania do momentu otrzymania odpowiedzi) oraz adres MAC tego ONU. Tryb normalny jest używany do przypisywania tymczasowych domen wszystkim inicjowanym jednostkom ONU.

Standardowe ramki Ethernet w PON są nieco zmodyfikowane pod kątem specyfiki pracy w ramach wspólnych z zasadyŚrodowisko TDM natomiast OLT modyfikuje wychodzące pakiety tak, że wylot od pon okazuje się, że standardowo Ethernet pływ. W przeciwnym kierunku sytuacja jest podobna. Struktura normy Ramka Ethernet (IEEE 802.3), ramka PON (IEEE P 802.3ah ) i ramka kontrolna IEEE P 802.3ah pokazany poniżej (Rysunek 3):

W krajach rozwiniętych gospodarczo technologia ta jest od dawna szeroko rozpowszechniona. Zaczęła się intensywnie rozwijać od odległych lat 90.

Na szybkie przyjęcie tej technologii w Europie, a także w Japonii i Stanach Zjednoczonych duży wpływ miała duża szybkość sieci, niezawodność i niskie koszty eksploatacji.

Dziś w miastach Federacji Rosyjskiej niektórzy dostawcy również zapewniają swoim abonentom dostęp do usług komunikacyjnych za pośrednictwem tej progresywnej technologii, dzięki której tylko jeden kabel umożliwia jednoczesne korzystanie z telefonii, telewizji interaktywnej i szybkiego Internetu.

Opis technologii

Odpowiadając na pytanie: „Czym jest GPON?”, należy przede wszystkim zwrócić uwagę na jego możliwości.

Technologia zapewnia kilka usług jednocześnie w jednym kanale komunikacyjnym, zapewniając przy tym dużą szybkość wymiany informacji, co jest szczególnie ważne podczas transmisji dźwięku i obrazu.

Po drugie, wskazane byłoby zapoznanie się z dekodowaniem niektórych skrótów. Działanie pasywnej sieci optycznej, w skrócie „PON” (Passive Optical Network), polega na zapewnieniu wielodostępu za pośrednictwem pojedynczego przewodu światłowodowego poprzez multipleksowanie ścieżek odbiorczych i nadawczych.

Technologie PON szybko się poprawiły, a standard Ethernet PON został opracowany w celu zapewnienia szybkiego przesyłania informacji, a wkrótce została wydana jego ulepszona wersja Gigabit EPON, która teraz ustępuje tylko pasywnemu gigabajtowi układy optyczne, czyli w skrócie „GPON”.

Dekodowanie tego skrótu w język angielski wygląda tak: pasywna sieć optyczna z obsługą gigabitów.

Zalety i wady

Technologia polega na wykorzystaniu kanału świetlnego do przesyłania informacji za pomocą światłowodów.

To właśnie ta okoliczność nakłada pewne wady, chociaż zalety technologii z nawiązką pokrywają towarzyszące im wady.

GPON umożliwia doprowadzenie światłowodu bezpośrednio do domu abonenta i pozwala osiągnąć prędkość pracy w sieci WWW do 2,5 kb/s.

Aby się połączyć, klient musi zainstalować terminal optyczny lub, w oryginalnym języku, „Optical Network Terminal” - w skrócie ONT. Zwykle jest dostarczany przez samego dostawcę.

Terminal, czyli jak to się zwykło nazywać w naszym kraju modem ONT jest już wyposażony w moduł Wi-Fi, więc nie ma potrzeby przedłużania przewodów dalej od urządzenia po całym mieszkaniu.

Aby przesłać impuls świetlny za pomocą specjalnego kabla, nie zużywa on tyle energii, ile zapewnia odbiór i transmisję danych przez metalowy przewodnik.

Atakującym jest dość trudno przechwycić taki sygnał, a także światłowód nie boi się zakłóceń elektromagnetycznych. To decyduje o niezawodności i jakości komunikacji.

Sieć GPON pozwala na zapewnienie abonentowi wysokiej jakości komunikacji telefonicznej z wykorzystaniem telefonu IP, kilku numerów na jednej linii, a na życzenie klienta możliwość zapisania numeru po zmianie miejsca zamieszkania.

Z głównych zalet należy również zauważyć wysoką przepustowość i jednoczesne korzystanie z różnych usług.

Słowo „pasywny” nie jest na próżno używane w nazwie technologii. Oznacza to działanie bez użycia urządzeń pośrednich, to znaczy brak przełączników i podobnych urządzeń na linii między klientem a stacją.

Jak wiadomo każde urządzenie ma tendencję do psucia się i wymaga okresowego serwisowania, nie mówiąc już o tym, że bez zasilania nie działa. Czynniki te składają się na korzyści ekonomiczne GPON.

Ponieważ w światłowodzie nie ma energii elektrycznej, nie ma zagrożenia dla abonenta z powodu wyładowania prądowego, a taki kabel jest absolutnie obojętny na wysoką wilgotność.

Użytkownik powinien być świadomy wszystkich wad technologii. Pomoże mu to uniknąć nieuzasadnionych wydatków finansowych i zachować zdrowie psychiczne nie tylko własne, ale także specjalistów z punkt serwisowy dostawca.

Włókno światłowodowe bardzo łatwo ulega uszkodzeniu poprzez mechaniczne oddziaływanie na nie. Nawet niewielkie lokalne zagięcia często prowadzą do uszkodzeń, dlatego aby uniknąć takich zagrożeń, zaleca się zainstalowanie modemu jak najbliżej punktu wejścia do domu GPON.

Często zgniatanie małego kabla, na przykład nogą krzesła, prowadziło do spadku jego przepustowości. Zazwyczaj urządzenia montuje się tuż przy wejściu do pomieszczenia mieszkalnego.

Przewód musi znajdować się poza zasięgiem zwierząt domowych, ponieważ koty, a zwłaszcza psy, czują, że ich głównym obowiązkiem jest testowanie wytrzymałości kabla zębami.

Przywrócenie światłowodu lub jego wymiana dla abonenta jest kosztowną procedurą i lepiej natychmiast zatrzymać wszystkie przypadki pozagwarancyjne w zarodku.

Główna wada, na którą wskazują inżynierowie, dotyczy ekonomicznej kwestii zwrotu za wprowadzenie technologii. Infrastruktura odpowiedniego sprzętu i kabli opłaca się tylko wtedy, gdy jest duża liczba abonentów, a okres zwrotu jest stosunkowo długi.

Prowadzi to do wprowadzenia GPON tylko w miastach, a mieszkańcy daleko od nich muszą nadal zadowalać się Internetem przy użyciu przestarzałej technologii transmisyjnej. druty miedziane, na szczęście, że kable telefoniczne w Rosji układane są prawie wszędzie.

Sprzęt GPON

Sprzęt do połączenia zapewnia dostawca, na przykład możesz złożyć wniosek do Rostelecom w wielu miastach Federacji Rosyjskiej. Czasami sprzęt jest wynajmowany lub kupowany przez użytkownika z łącznością światłowodową.

Dlatego niuanse należy najpierw wyjaśnić z dostawcą usług komunikacyjnych. Pomoże to również w przyszłości odpowiednio skonfigurować podłączone urządzenia abonenckie (komputer, telewizor, telefon, gadżety mobilne itp.).

Kabel jest układany w domu klienta i instalowany jest terminal optyczny GPON, obok którego znajduje się gniazdko elektryczne z którego instrument będzie zasilany.

Ten terminal jest przeznaczony do konwersji interfejsu światłowodowego na interfejs Ethernet.

Modele terminali mają różną funkcjonalność, dlatego przed instalacją należy wyjaśnić możliwość podłączenia urządzeń przez kanał Wi-Fi, IPTV, telefonię itp.

Jak się połączyć?

Z powodu braku świadomości użytkownicy są często bardzo zaskoczeni, gdy dowiadują się, że procedura podłączenia obejmuje wiercenie ściany w mieszkaniu (inaczej jak włożyć kabel do pokoju), instalowanie sprzętu (technicznie nieobeznani abonenci zadają zakłopotane pytanie: „Dlaczego jest czy w domu jest jakieś urządzenie i okablowanie?” czy potrzebujesz internetu bezprzewodowego?” itp.).

Dodatkowo, jeśli klient potrzebuje telewizji interaktywnej, to musi być podłączony specjalny dekoder. Niektóre muszą zapewnić działanie telefonu stacjonarnego i podłączyć alarm przeciwpożarowy, nadzór wideo.

Dlatego instrukcja rozwiązania problemu połączenia zależy od każdego konkretnego przypadku i życzeń osoby, która zawarła umowę z dostawcą.

Podczas połączenia światłowód z domu klienta do sprzętu dystrybucyjnego jest układany w niezawodnych skrzynkach, które chronią delikatny materiał. Na schemacie połączeń jest to kluczowy punkt.

Połączenie ONT z komputerem PC (jeśli dostępna jest usługa internetowa) oraz ONT z dekoderem IPTV (jeśli podłączona jest usługa telewizji interaktywnej) odbywa się za pomocą skrętki komputerowej.

Jedyne, czego wymaga się od osoby decydującej się na połączenie GPON, to wybrać dostawcę i odwiedzając jego stronę internetową lub telefonicznie skontaktować się z nim.

Następnie doprecyzuj możliwość podłączenia podając dokładny adres i jeśli wynik jest pozytywny złóż wniosek o podłączenie. Ponadto, po zawarciu umowy z dostawcą, spotkaj się z instalatorami w domu, którzy po zainstalowaniu terminala skonfigurują usługi komunikacyjne.

Następnie, jeśli abonent chce zmienić usługi, są one dostosowywane zdalnie.

Internetowy GPON

Technologia GPON jest w stanie zapewnić użytkownikowi Internet z prędkością do 500 Mpbs i to przy jednoczesnej pracy kilku urządzeń. Na sieć nie mają negatywnego wpływu zakłócenia radiowe i magnetyczne.

Internet przez Gigabit PON jest niezawodny, ponieważ na linii Klient-PBX nie ma aktywnego sprzętu, co oznacza, że ​​po prostu nie ma nic do zarzucenia.

Wartość przepustowości dochodzi do 1 Gpbs, jednak routery, które nie mają wystarczającej mocy do przesłania takiej ilości wirtualnych danych często stają się słabym ogniwem w łańcuchu.

Oczywiście charakterystyka w liczbach może nikomu nic nie powiedzieć, ale nawet wartość 0,5 Gpbs w zupełności wystarczy dla przeciętnego użytkownika, na przykład przy takiej prędkości można pobrać pełnometrażowy film w jakości HD w kilka minut, a takie pliki ważą około siedmiu gigabajtów.

Stawki

Federacja Rosyjska to duży kraj rozciągający się na tysiące kilometrów z zachodu na wschód. Należy zauważyć, że im dalej na wschód, tym taryfy są droższe. Bardziej opłaca się łączyć usługi rosyjskich dostawców oferujących taryfy GPON w miastach zachodniej części kraju, np. w Moskwie.

Ale najdroższa komunikacja światłowodowa będzie kosztować życie obywateli Daleki Wschód. Zaleca się zapoznanie się z najnowszymi cenami w oficjalnym zasobie dostawcy usług komunikacyjnych.

Popularnym dostawcą w Federacji Rosyjskiej, który zapewnia Internet przez światłowód, jest RTK.

Na przykład dla mieszkańców miast w centralnej części kraju dostawca będzie musiał średnio płacić miesięczne usługi w wysokości 350 rubli, ale to przy minimalnej prędkości dostępu. Rozliczanie przez dostawcę podlega ogólnie przyjętej formule: „Im więcej abonent płaci miesięcznie, tym taniej kosztuje każdy megabit”.

W rozliczeniu uwzględniony jest już koszt sprzętu dostarczonego klientowi przez firmę. Biorąc pod uwagę ten fakt, ceny taryf dla użytkowników są uzasadnione.

Dlatego MGTS udostępnia klientom sprzęt bezpłatnie. Wstępna konfiguracja przez specjalistów firmy jest bezpłatna.

Wniosek

Technologia jest atrakcyjna i wszechstronna, jednak przy braku wystarczającej bazy klientów jest nieopłacalna, dlatego stosowana jest jedynie w budynki mieszkalne duże miasta.

Jeśli użytkownik mieszka w sektorze prywatnym, z dala od komunikacji optycznej, dostawcy nie opłaca się przyciągać do niego infrastruktury.

Oczywiście tylko wtedy, gdy nie zgadzasz się ze wszystkimi mieszkańcami podmiejskiej wioski i nie łączysz się Szybki internet zbiorowo.

GEPON (Gigabit Ethernet PON)- technologia transmisji danych w sieci światłowodowej zyskuje na popularności. Jego istotą jest drzewiasta topologia punkt-wielopunkt, kiedy tylko jeden kanał światłowodowy jest wykorzystywany do budowy sieci dla dziesiątek i setek abonentów.

Drzewo sieci jest zbudowane w taki sposób, aby gałąź dla abonenta była jak najbliżej jego lokalizacji oddzielona od głównego pnia. Służy do separacji rozdzielacz pasywny - rozgałęźnik. Różni się to zasadniczo od zwykłej topologii sieci światłowodowej, w której przeważa architektura punkt-punkt, a każde rozgałęzienie linii wymaga instalacji aktywnego sprzętu sieciowego.

Struktura GEPON

Aby zbudować optykę sieć pasywna oprócz światłowodów stosowane są:

• OLT(Optical Line Terminal) – terminale linii optycznych, które zapewniają komunikację pomiędzy siecią PON a sieciami zewnętrznymi;
• Moduły SFP OLT do połączenia PON, o zwiększonej mocy i kodowaniu sygnału;
• ONU(Optical Network Unit) - końcowa jednostka sieciowa (modem) u abonenta.
• Rozgałęźniki- rozgałęźniki pasywne w węzłach sieci.

Sugeruje to struktura drzewa GEPON różne opcje budowa, od najprostszej - 1 moduł OLT, 1 moduł SFP OLT, 64 ONU i wymagana ilość rozgałęźniki do rozgałęziania do „multi-trunk”, gdzie można wykorzystać wszystkie porty OLT, a także kilka OLT lub modele wieloportowe.

Schemat architektury sieci GEPON:

Obraz wyraźnie pokazuje również, w jaki sposób dane są przesyłane. Wszystkie pakiety opuszczają węzeł centralny, w punkcie końcowym każdy ONU „odbiera” tylko swój własny, oznaczony identyfikatorem.

W drodze powrotnej pakiety od abonentów są gromadzone w jednym kanale. sieci PON protokół TDMA gdy pakiety z różnych punktów są przesyłane w różnym czasie.

Ponadto ruch przychodzący i wychodzący oraz ruch telewizyjny są rozdzielone.

Schemat złożona struktura GEPON:

Projektując złożone schematy pasywnej sieci optycznej należy pamiętać, że jeden kanał nie może być podzielony na więcej niż 64 jednostki abonenckie i należy wziąć pod uwagę budżet optyczny systemu.

Budżet optyczny systemy - różnica między mocą nadawania OLT a czułością odbioru ONU.

Maksymalna odległość, do którego można rozciągnąć pasywną sieć optyczną, uwzględniając straty na kanale - 20 km.

Maksymalna liczba urządzeń abonenckich podłączony do jednego „drzewa” PON - 64 . Jednak ostateczna liczba abonentów może być większa, jeśli przełącznik jest podłączony za ONU. Tutaj ograniczenia narzuca tylko tabela adresów MAC OLT i ONU oraz oczywiście przepustowość kanału.

Minimalna prędkość na 1 abonenta- 16 Mb/s (1024 Mb/s dla 64 jednostek ONU).

Sprzęt dla sieci GEPON

Zaciski linii optycznych - OLT

Urządzenia te to przełączniki drugiego poziomu wyposażone w porty Uplink - do podłączenia do zewnętrznych źródeł danych (Internet, TV, telefonia) oraz Downlink - do sieci PON.

Terminale OLT są wydawane z oznaczeniami:

• AC - przełącznik zasilany jest ze standardowego zasilacza 220 V;
• DC - terminal wymaga źródła prądu stałego 36-72V;
• 2-AC 2-DC - obecność 2 zasilaczy, głównego i natychmiastowej kopii zapasowej.

Terminale abonenckie (modemy) - ONU

Urządzenia po stronie abonenckiej, terminale optyczne wyposażone w jeden port PON oraz jeden lub więcej, w zależności od modelu, portów do podłączenia urządzeń klienckich. Istnieją modele z wyjściem telewizji kablowej.

Rozgałęźniki

Niedrogie kompaktowe proste urządzenia, które nie wymagają zasilania, ogrzewania szafek, sterowania i ustawień. Ich główne zadanie- separacja ruchu na drodze od dostawcy do abonenta i mieszanie ruchu - na odwrocie. Występują spawane (z możliwością nierównomiernego rozłożenia ruchu) oraz płaskie (równoboczne). Rozgałęzienie - od 1*2 do 1*128.

Wady technologii

• Tłumienie sygnału w każdym węźle odgałęzienia. W rezultacie w sieci z 64 jednostkami ONU całkowite tłumienie może przekroczyć 20 dB.
• Potrzeba maksymalnej przepustowości wszystkich urządzeń. Mimo, że każdy konkretny abonent odbiera z 16 Mbps, to każdy punkt sieci (ONU) jest zmuszony do obsługi maksymalnej przepustowości GEPON - 1 Gbit/s.
• Niewystarczający poziom bezpieczeństwa danych. Technologia zdecydowanie nie jest odpowiednia dla organizacji finansowych i im podobnych.
• Trudność modernizacji. W celu zwiększenia przepustowości sieci konieczna może być wymiana całego kabla w szkielecie.
• Zakłócenie pracy całego PON-u z jednym uszkodzonym ONU wysyłającym ciągły sygnał świetlny w przeciwnym kierunku. Możliwe jest zapewnienie WathDog do kontroli przypadkowych awarii, ale znacznie trudniej jest zapobiegać działaniom intruzów.
• Trudność w znalezieniu usterek. Rozgałęźniki ze względu na swoją niezwykłą prostotę nie są w stanie pomóc w ustaleniu uszkodzonego odcinka sieci.

Korzyści z GEPON

• Ekonomiczne zużycie kabla optycznego. W rzeczywistości technologia GEPON może zmniejszyć długość infrastruktury kablowej prawie trzykrotnie.
• Brak aktywnego sprzętu w węzłach sieci, co znacznie obniża koszty jego wdrożenia i utrzymania.
• Wysoka stała prędkość- do 1 Gb/s.
• Efektywne rozłożenie obciążenia w kanale. Teoretycznie prędkość dla każdego abonenta będzie równa przepustowości kanału/liczbie abonentów. W rzeczywistości, jeśli niektórzy abonenci w ten moment nie wykorzystują całego pasma ruchu lub nie są w ogóle połączeni - prędkość pozostałych wzrasta.

Jak widać, GEPON ma zarówno zalety, jak i wady. Jednak rosnąca popularność pokazuje, że wielu wciąż znajduje więcej zalet.

W jednym z kolejnych numerów - odpowiedzi do Często zadawane pytania względem pasywnej sieci światłowodowej.