Технология 10G-PON — новый виток развития

По мере того, как развитие волоконно-оптических сетей GPON набирает обороты, растет и спрос на потоковое видео в Интернете. Поставщики услуг проявляют крайнюю заинтересованность в проведении испытаний 10G-PON. Международные организации по стандартизации, такие как МСЭ, FSAN, IEEE, приняли собственные стандарты PON. В период с 2003 по 2009 год Международный союз электросвязи (МСЭ) опубликовал стандарты GPON (МСЭ-Т G.984.3), а с учетом постоянно растущего спроса на скорость сети — в 2010 году был добавлен стандарт XG-PON (ITU-T G.987). Существующие сети GPON могут быть модернизированы для работы с XG-PON на одном физическом уровне, но следует отметить, что максимальную дальность передачи сигнала в конечном итоге определяет величина дисперсии передаваемого.

В целях дальнейшего развития сети GPON МСЭ G.984.6 было одобрено использование оптических усилителей (RE), установленных между терминалом оптической линии (OLT) и оптическим распределительным устройством (ODN). Участок между OLT и RE называется оптической соединительной линией (OTL), которая позволяет расширить общую физическую установку между OLT и оптическим сетевым блоком (ONU) до 60 км.

Что же такое PON?

Пассивная оптическая сеть (PON) представляет собой сегмент сети связи между двумя активными элементами: базовой станцией (OLT) и абонентским устройством (ONU/ONT). PON использует оптическое мультиплексирование с разделением каналов по длине волны (WDM), поэтому одно волокно может использоваться как для передачи, так и приема данных.

OLT ведет широковещательную передачу данных, то есть передает одни и те же данные всем ONU/ONT, которые выбирают из этого потока «свои» данные путем фильтрации с использованием ONU-ID (Alloc ID). Сигналы восходящего потока (от ONU/ONT) передаются на длине волны 1310 нм. Формат мультиплексирования сигналов от разных ONU/ONT, мультиплексирование с временным разделением (TDM), используется для управления и предоставления временных интервалов, в которых каждый ONU/ONT передает информацию в сторону OLT.

OLT определяет расстояние и временную задержку для каждого ONU/ONT. При этом общая доступная пропускная способность делится между всеми ONU, и поэтому каждый пользователь получает «свою» часть канала передачи данных. Передача восходящего потока через операцию пакетного режима распределяется по принципу «по потребности» OLT для каждого ONU/ONT, который должен отправлять данные. Поскольку метод TDM объединяет несколько устройств ONU/ONT в один канал передачи данных, фактическая скорость передачи данных по восходящему потоку всегда меньше максимально доступной полосы пропускания из-за совместного использования.

Типичное разделение одного волокна (порт PON) составляет 1:32 или 1:64. Поэтому порт PON может обслуживать до 32 или 64 конечных абонентов. Максимальное количество абонентских терминалов (ONT) может составлять 2 048, что соответствует 32 портам в OLT с использованием разделения 1:64 для каждого порта. В редких случаях используется коэффициент разделения 1:128 для каждого порта. Для применения технологии в более широкой географической области (при рассредоточенном расположении конечных абонентов), сеть PON может быть развернута с помощью каскадного разделения, например, 1:4 с последующим разделением 1:16.

GPON

Для передачи данных от OLT к ONU используется длина волны 1490 нм и скорость передачи 2,488 Гбит/с (нисходящий поток). Восходящая передача осуществляется на длине волны 1310 нм на скорости 1,244 Гбит/с. Для предоставления услуг IPTV используется канал передачи данных. Для уменьшения загруженности этого канала провайдеры передают видеоконтент с помощью КТВ-оборудования на длине волны 1550 нм. В качестве видеоконтента могут быть десятки телевизионных каналов, в том числе в HD-качестве. Существуют три основные классификации для GPON: класс A, B или C (Табл. 1)

Таблица 1. Классификация для GPON

10G-PON

Технология 10G-PON, известна так же, как XG-PON G.987, может стать логическим продолжением развития следующего поколения сетей FTTH. На сегодняшний день уже существуют стандарты XG-PON или XGS-PON (G.987.2 и IEEE 802.3 для физического уровня), а в качестве промежуточного шага на пути к многоволновому NG-PON2 (G.989.3).

Архитектура сети XG-PON состоит из одного пассивного сегмента оптического распределения (ODS) или группы пассивных ODS, связанных между собой с помощью RE. Оптическая конфигурация для XG-PON обеспечивает совместное использование передач GPON и 10G-PON с использованием фильтров WDM и дополнительных полосовых фильтров (Рисунок 1).

Рисунок 1. Интеграция длин волн для 10G-PON с восходящими и нисходящими каналами передачи данных

NG-PON2

NG-PON2, разработанная МСЭ в 2015 году, определяет новую архитектуру PON, способную поддерживать общую пропускную способность сети 40 Гбит/с с использованием четырех симметричных восходящих/нисходящих длин волн, доступных каждому абоненту. Стандарт NG-PON2 уникален в использовании активных перестраиваемых фильтров и перестраиваемого лазера, установленных в каждом ONU.

XGS-PON является подвидом стандарта NG-PON2 для сетей TWDM-PON. В пределах NG-PON2 определены восьмиканальные длины волн. В таблице 2 рассмотрены некоторые из аспектов сетей PON.

Таблица 2. Аспекты сетей PON

Тестирование PON

Для строительства сетей GPON были необходимы такие инструменты как рефлектометры, источники света и традиционный широкополосный измеритель оптической мощности. Но инфраструктура 10G-PON более сложная, чем GPON и поэтому данный перечень измерительных приборов будет недостаточным по следующим причинам:

1. Восходящий трафик «пульсирующего характера» не может быть проверен, если ONU не разрешен нисходящим потоком OLT
2. Широкополосные измерители оптической мощности (InGaAS) не являются «проходными» измерителями, то есть не могут быть установлены в «разрыв» линии и не содержат фильтров для выделения конкретных длин волн. В связи, с чем при проведении измерений на сети WDM измеряться будет вся оптическая мощность (все длины волн передаваемые в волокне) независимо от выставленных инженером настроек длины волны

Рисунок 2. Сравнение широкополосного оптического измерителя мощности (OPM) и измерителя GPON и XG-PON

На рисунке 2 видно, что широкополосные OPM важны при построении сети PON, но в процессе эксплуатации данный метод измерения не применим. Измеритель оптической мощности для GPON сетей - это «проходной» измеритель, который имеет встроенные WDM-фильтры и специальные приемники для каждой длины волны передачи. Используя данный тип измерителя, технический специалист может проверить все уровни передачи (1310/1490 нм, а также 1550 нм). Для сетей GPON с наложением RF возможно использование широкополосного OPM, если необходимо проверить сигнал ТВ-приставки, прежде чем он будет объединен с сиганлом от ONU.

Для тестирования 10G-PON в измерителе нужны дополнительные оптические приемники. Во избежание перекрестных помех, кроме WDM-фильтров, необходимо использовать полосовые фильтры (чтобы обеспечить необходимую изоляцию для передачи сигнала на длине волны 1550 и 1577 нм).

Инструменты тестирования PON классифицируются как инструменты физического уровня. Для диагностики неисправностей между OLT и ONU/ONT рекомендуется использовать следующие тестовые инструменты:

Инструменты физического уроня

• Оптический рефлектометр во временной области (OTDR) с фильтрами 1625 нм или 1650 нм для диагностики неисправностей без нарушения обслуживания (в режиме работы сети/ без остановки эксплуатации)
• Оптический измеритель оптической мощности (широкополосный или для измерения PON сигналов) и источник света для измерения оптического бюджета линии и мощности передачи источников OLT / ONT
• Оптический измеритель обратных потерь (ORL) для тестирования отраженных сигналов в сети

Рисунок 3. Инструменты физического уровня

Инструменты высокого уровня

• Измеритель поляризационно-модовой дисперсии (PMD) для проверки дисперсии в рамках системы передачи
• PON анализатор для устранения аварийных ситуаций и мониторинга сообщений PLOAM и OMCI между OLT и ONU
• Многоканальный анализатор оптических сигналов для проверки сосуществования сигналов нисходящего потока GPON и XG-PON и определения потенциальных проблем перекрестных помех

Рисунок 4. Инструменты высокого уровня

В таблице 3 представлены инструменты, рекомендованные для построения и эксплуатации GPON и 10G-PON.

Таблица 3. Инструменты, рекомендованные для построения и эксплуатации GPON и 10G-PON

При переводе сети на 10GPON следует учесть тот факт, что со временем результаты проведенного тестирования сети GPON станут неактуальны, поэтому при составлении бюджета на обновление XG-PON необходимо предусмотреть расходы на новые инструменты.