PON сети. На пути к XGSPON

За последние годы доля пассивных оптических сетей (PON) в общем кластере, так называемой «последней мили» существенно возросла. Обусловленные отсутствием активного оборудования на промежуточных узлах и высокой масштабируемостью PON сети сохраняют тенденцию к росту. По данным Mordor Intelligence среднегодовой темп роста (GAGR) PON составит 10.27% вплоть до 2029 года. Наиболее быстрорастущим остается Азиатско-Тихоокеанский регион, а самым большим рынком Северная Америка.

На территории РФ тенденция в целом соответствует общемировой. Перед операторами, которые остановили свой выбор на PON, как правило, стоит две задачи. При планировании и строительстве сети это выбор технологии и производителя оборудования. Для тех провайдеров у кого уже есть PON, актуальным является вопрос модернизации или расширения сети для увеличения пропускной способности. Постараемся в данной статье разобрать оба пункта.

Рассмотрим для начала общую схему PON сети.

К основным компонентам относятся

OLT (Optical Line Terminal) — оптический линейный терминал. Основные функции OLT заключаются в кадрировании нисходящего и агрегировании восходящего сигналов. По сути, устройство является «ядром» PON сети.

ONU (Optical Network Unit) / ONT (Optical Network Terminal) — абонентский терминал. Предназначен для подключения абонентов к сети PON. ONU rлассифицируются по технологии, количеству портов и предоставляемым сервисам. Выделяют SFU и HGU типы.

SFP PON одноволоконный трансивер, который устанавливается в OLT. Служит для конвертации сигнала. SFP классифицируются по технологии и оптическому бюджету.

Оптический сплиттер (делитель) пассивное устройство для разветвления сигнала в оптической сети PON. Выделяют делители планарного (PLC) и сварного (FBT) типа.

Наверняка читатель знаком с технологиями GEPON (EPON) и GPON. На большинстве пассивных сетей сегодня стоит данное оборудование. Вкратце напомним о них. В Gigabit Ethernet PON пакеты передаются в неизменном формате с симметричной скоростью 1.25 Гбит/с в обоих направлениях. За счет применения избыточного кодирования 8B/10B реальная скорость снижается на 20% до 1 Гбит/с. Данная технология поддерживает подключение до 64 абонентов и регламентируется стандартом IEEE 802.3ah. В Gigabit PON данные инкапсулируются в GTC кадры для передачи по сети. Скорость ассиметрична и составляет 2.5 Гбит/с в нисходящем и 1.25 Гбит/с в восходящем направлениях. Кодирование NRZ и двойная инкапсуляция позволяют сохранять эффективную полосу пропускания на уровне 95%. GPON подчиняется стандарту G.984 и позволяет подключать до 128 абонентских устройств. В GPON для аутентификации ONU OLT использует его серийный номер (SN), а в EPON MAC адрес ONU. В основе обеих рассмотренных технологий лежит временное мультиплексирование сигнала (TDM).

К числу лидеров рынка в России можно отнести такие компании, как Huawei, Eltex, в меньшей степени ZTE. Для небольших операторов ценовая политика, является без преувеличения ключевым фактором в выборе оборудования. Тут приходится говорить о производителях, которые пока не являются мировыми лидерами, но способны удовлетворить технические потребности провайдера. Речь, как правило, идет о проверенных китайских вендорах CDATA, BDCOM и тп. Компании имеют импортёров на территории РФ и совместно с производителем оказывают клиенту техническую поддержку.

На примере OLT CDATA рассмотрим чуть более подробно GPON. На рисунке представлена схема формирования восходящего потока от ONU к OLT. Схема предоставления сервисов идентична OLT Huawei, синтаксис во многом схож.

GEM (GPON Encapsulation Method) - наименьшая единица представления информации в GPON. Все потоки услуг инкапсулируются в GEM фреймы и передаются по сети GPON. Каждый порт GEM может переносить один или несколько типов/потоков услуг.

T-CONT (Transmission container) - носитель услуг в восходящем направлении в системе GPON. Все GEM порты сопоставляются с T-CONT. T-CONT является основным блоком управления восходящим потоком услуг в системе GPON. T-CONT может переносить один или несколько GEM портов.

SERVICE-PORT - сервисный порт используется OLT для сопоставления различных типов трафика с различными SVLAN в соответствии с портами PON, ONU, портами GEM и CVLAN для дальнейшей передачи в восходящую сеть.

Резюмируя вышеизложенное, можно утверждать, что GPON является функционально более интересным решением с возможностью гибкой настройки сервисов. К преимуществам EPON относят стоимость и «простоту» конфигурации для сетевого инженера.

Однако, мир PON не ограничивается двумя рассмотренными технологиями. Еще в 2009 году был описан асимметричной стандарт 10G GPON (XGPON). В 2016 году опубликована его симметричная версия (XGSPON). Уже сегодня известно несколько стандартов построения пассивных сетей, вплоть до 50G PON. На рисунке ниже представлено несколько поколений технологии PON.

Нас интересуют, прежде всего, две технологии XGPON и XGSPON, XG(S)PON сети. Почему именно они? Тут все прозаично. Появились полноценные коммерческие решения, которые можно самостоятельно протестировать и предоставить клиенту весь спектр необходимого оборудования (от OLT до пассивных компонентов).

В технологии XG(S)PON формат инкапсуляции в целом идентичен GPON, заголовок XGEM фрейма шире, чем у GEM и включает в себя Key Index (ключ шифрования). При этом задействованы другие длины волн. Этот факт дает возможность поэтапной модернизации сети без замены абонентских GPON устройств. Для этих целей был разработан SFP+ XG(S)PON&GPON Combo модуль. Лазер DFB 1490нм является источником сигнала для GPON устройств, а лазер EML 1577нм формирует собственный сигнал для XGPON и XGSPON терминалов. На спектре, полученном в нашей лабе, это хорошо видно (рис.1.7).  Соответственно, модуль имеет и 2 фотоприемника APD TIA. Использование данного модуля позволяет размещать на одном PON порту OLT абонентские устройства сразу трех типов.

У оператора, имеющего комбинированные PON и CATV сети, может возникнуть вопрос, как быть с XG(S)PON сигналом на длине волны 1577нм. Опытным путем установлено, что классический CATV усилитель с PON портами не подходит для этих целей. WDM фильтр в усилителе обрезает длину волны 1577нм (рис.1.9). Для сосуществования CATV с XG(S)PON существуют специальные FWDM фильтры. Полоса пропускания (PASS) такого фильтра 1543-1562нм, а полоса отраженного сигнала (REF) 1260-1530&1575-1620нм. Также уже доступны усилители для XG(S)PON&GPON&CATV сетей c встроенным фильтром. Помимо этого для интеграции XG(S)PON с другими технологиями существуют кастомизированные WDM3PON фильтры с функционалом вариативного мультиплексирования GPON&XGSPON&NGPON2&CATV&OTDR сигналов.

Заключение. Операторам связи, столкнувшимся с недостатком пропускной способности GPON сетей, на сегодняшний день доступны решения от ведущих производителей отрасли. Huawei, ZTE, Eltex предлагают своим клиентам поэтапный переход на новый высокоскоростной формат без необходимости замены всех абонентских устройств. В тоже самое время на рынке присутствуют вендоры, хорошо зарекомендовавшие себя ранее. Их отличает демократичный подход к формированию стоимости и лояльность к интеграции с сторонним оборудованием (отсутствие требований к моновендорности).  Вне зависимости от конкретного выбора наблюдается позитивная тенденция, при которой несколько производителей создают здоровую конкуренция на рынке XG(S)PON. С технической точки зрения высокоскоростной 10G PON успешно внедряется в пассивные сети и имеет существенный потенциал для дальнейшего роста.

В представленном материале технология XG(S)PON была рассмотрена на оборудовании CDATA. Расширяемая платформа FD1700S укомплектована XGSPON картой FD8081T, в качестве абонентских терминалов XGSPON выступают FD624TS3-X и FD511T-X. К основным преимуществам данного решения относятся

·         Конкурентная стоимость оборудования.

·         Масштабируемость сети. Доступны GPON карты на 4 / 8 / 16 портов, XGSPON карта на 8 портов.

·         Поддержка сторонних SFP/SFP+ Combo PON модулей.

·         Поддержка сторонних GPON, XGPON и XGSPON абонентских терминалов.

·         Собственный модельный ряд абонентских SFU и HGU терминалов.

·         Бесплатная обновленная единая система управления CMS.

·         Бесплатная русскоязычная поддержка от Базис Телеком.

·         Бесплатный тест оборудования от Базис Телеком.