PON(пасивні оптичні мережі) - це сімейство швидко розвиваються, перспективних технологій широкосмугового мультисервісного доступу по оптичному волокну. Суть технології PON випливає з її назви і полягає в тому, що її розподільна мережа будується без використання активних компонентів: розгалуження оптичного сигналу в одноволоконній оптичній лінії зв'язку здійснюється за допомогою пасивних розгалужувачів оптичної потужності спліттерів.

Індекс х" передбачає під собою технології GPON, GePON і так далі.

GePON vs GPON

На сьогоднішній день великого поширення набули 2 технології PON-а та виробники телекомунікаційного обладнання пропонують пристрої під:

GPON(Gigabit PON) – ITU G.984;
GEPON(Gigabit Ethernet PON) – IEE 802.3ah.

Основні відмінності GPON від GEPON полягають у більшій смузі низхідного потоку (DownStream, DS) у GPON: 2.5G проти 1.25G у GEPON. А також структурою кадрів, що відрізняється: у GEPON вона максимально схожа на Ethernet, а у GPON більш складна, і більше нагадує SDH.
Є ще один різновид PON: TurboGEPON. Це нестандартизована технологія (в основі лежить IEEE 802.3ah). Основна відмінність від GEPON – збільшена смуга DS до 2.5G.

У GEPON пакети Ethernet передаються у своєму вихідному форматі через мережу PON. У мережі GPON для передачі даних потрібні два рівні інкапсуляції. По-перше, інформаційні потоки телефонних мереж (TDM, E1/T1) та Ethernet-кадри «упаковуються» у кадри GEM (GTC Encapsulation Method) із змінною довжиною корисного навантаження, які мають GFP-подібний формат (Generic Frame Procedure, ITU-T G.7401). По-друге, осередки ATM та кадри GEM спільно інкапсулюються у кадри GTC, які в результаті передаються через мережу PON. У технології GEM здійснюється фрагментація кадрів, яка відсутня у технології GEPON, що зменшує ефективність використання смуги пропускання.

Нижче наведено порівняльну таблицю основних характеристик двох найпоширеніших стандартів:

Плюси та мінуси двох технологій

Основні питання проектування пасивної оптичної мережі

Використання оптичного волокна на мережі абонентського доступу стало можливим завдяки розвитку технологій пасивних оптичних мереж (PON - Passive Optical Network), в якості яких використовуються в даний час два різновиди:

• GPON - продовження технології BPON, стандарт ITU-T G.984.1-G.984.3.
• GEPON – продовження технології EPON, стандарт IEEE 802.3ah.

Як топологія абонентського доступу за технологією PON, сьогодні ми розглядаємо побудову оптичної мережі з використанням пасивних оптичних розгалужувачів (сплітерів).

Застосування технології PON для побудови мереж абонентського доступу в містах Росії є найбільш прийнятним рішенням з урахуванням густини міських житлових забудов, різновиду та типів будинків, стану інфраструктури технічної експлуатації, лінійно-кабельних споруд (наприклад, кабельної каналізації).

Особливості побудови оптичної мережі абонентського доступу

Принципи проектування та будівництва оптичної мережі абонентського доступу мають схожі риси з побудовою абонентської мережі кабелі з мідними жилами.

Враховуючи недостатній рівень опрацьованості нормативної бази, що регламентує питання побудови абонентської мережі на базі нової технологіїіз застосуванням оптичного кабелю, слід максимально використовувати існуючі напрацювання побудови аналогічної мережі на кабелі з мідними жилами.

Основними особливостями побудови абонентського доступу на оптичному кабелі та при використанні технології PON є:

• необхідність акуратного поводження з волокном під час роботи з ним;
• наявність вимог до спеціальної професійної підготовки фахівців служби експлуатації щодо питань прокладання, укладання, ремонту оптичних кабелів як безпосередньо на лінії зв'язку (у кабельних колодязях, на опорах ВЛЗ), так і на різних розподільчих пристроях;
• необхідність розробки особливого механізму проведення аварійно-відновлювальних та профілактичних робіт, методик вимірювань, ведення паспортизації та технічного обліку;
• використання спеціального підходу до застосування та розміщення розподільчих пристроїв у житлових будинках;
• вимоги до наявності особливих навичок розрахунків ємностей кабелів та параметрів згасань, оптимального розподілу оптичних розгалужувачів та їх розміщення у розподільчих пристроях.

Разом з тим, принципи системного підходу при побудові магістральних та розподільчих ділянок оптичної мережі повинні залишатися незмінними та включати врахування концентрації та перспективи розвитку житлових кварталів, оптимальної прив'язки до АТС, особливостей існуючих трас кабельної каналізації (або ВЛЗ), застосування різних методів резервування мережі.

Схема організації зв'язку

Проектування мережі PON починається з визначення мережевих вузлів, на яких буде розміщено активне обладнання та від яких будуватиметься кабельна мережа до квартир абонентів.

АТСмістить мережевий вузол, район обслуговування якої, переважно, визначається і зоною охоплення мережею PON. Активне шлюзове обладнання PON, в якості якого виступає OLT (OLT—Optical Line Terminal), пов'язує кінцеве обладнання абонентів з Інтернетом з іншими медіаконтентами для організації послуги передачі голосу, даних та відео (послуга Triple Play).

Вхідні порти PON обладнання OLT підключаються до оптичного кросу ODF OLT за допомогою оптичних шнурів (патч-кордів) або кінець мікрокабелів (передтермінованих кабелів).

Оптичний кроспризначений для розподілу кабелів за напрямами, перекросування (комутації) та з'єднання зі станційним. оптичним кабелемчерез сплайс-пластини (касети та бокси для зварних з'єднань). Як правило, оптичний крос розташовується в тому ж приміщенні АТС (ЛАЦ, крос), де розміщується стійка з OLT.

На ділянці мережі PON від АТС до оптичної розподільної шафи (ГРШ), що знаходиться в зоні обслуговування АТС, проводиться магістральний розподіл волокон. У розподільчій мережі PON від ОРШ до кінцевих пристроїв абонентів (ONT, ONU) зв'язок здійснюється через пасивні оптичні розгалужувачі (сплиттери PLC), які встановлюються в оптичних розподільчих коробках (ГРК) або в оптичних розподільчих шафах (ЗРШ).

На мережі може бути використана як однорівня (однокаскадна) схема включення розгалужувачів без послідовного включення спліттерів один за одним, так і багатокаскадна схема з послідовним розміщенням розгалужувачів.Кількість рівнів каскадування залежить, в основному, від сумарного загасання розгалужувачів, коефіцієнта розгалуження PON інтерфейсів обладнання OLT і вимог до смуги пропускання для кожного абонента.Чим менше рівнів каскадування розгалужувачів, тим простіше мережа абонентського доступу і, відповідно, більше можливостей швидкого усунення несправностей, підвищення якості зв'язку за рахунок унеможливлення перехідних спотворень при передачі сигналів через кілька розгалужувачів.З іншого боку, каскадування дозволяє більш гнучко та оптимально розташувати розподільні пристрої та кабелі, тобто. оптимально збудувати розподільну мережу.

Абонентський вузол ONT(ONT (ONU) - Optical Network Terminal (Unit)) містить вхідний оптичний інтерфейс PON і може мати різні вихідні інтерфейси: FXS, FXO, 10/100/1000 Base-T, E1, BRI, RF.

Наявність зазначених інтерфейсів абонентських терміналів, технологія та ресурси смуги пропускання дозволяють використовувати мережу PON та для підключення різних відомчих мереж та корпоративних клієнтів.

Вихідні дані для проектування мережі PON

Перед початком виробництва проектних робітвід оператора зв'язку (Замовника) мають бути отримані такі дані щодо принципових рішень щодо побудови пасивної частини мережі PON:

• дані щодо районів або адресний список житлових будинків для проникнення технологією PON, погодження з власниками будинків;
• дані щодо відсотка охоплення абонентів технологією PON у житлових будинках (для існуючих будинків та будинків нового будівництва відсоток охоплення може бути різним), необхідність офісів, відомчих підприємств, розташованих у житлових або окремих будинках;
• дані (якщо є), що стосуються потреби широкосмугового доступу (наприклад, заявки на ADSL лінію);
• вибір технології PON (GPON, GEPON) та виробника активного обладнання OLT.
• дані щодо енергетичного бюджету (загасання) інтерфейсів PON активного обладнання OLT;
• обрана схема включення розгалужувачів (однорівнева або каскадна), загальний коефіцієнт розгалуження розгалужувачів, вибір конкретних типів розгалужувачів та місця їх встановлення;
• вибрані типи оптичних конекторів: LC, SC та інші (бажано LC/APC, SC/APC);
• рішення щодо максимальної ємності магістрального та розподільчого оптичних кабелів;
• список виробників - постачальників пасивних пристроїв та компонентів, у тому числі оптичного кросу високої щільності для встановлення на АТС;
• вибрані постачальники кабельної продукції та оптичних муфт та їх типу.

Питання встановлення та підключення активного обладнання

Можливість роботи мережі на новій оптичній технології з урахуванням потужності існуючого обладнання мережі передачі даних, мережевої топології та наявності медіаконтентів, необхідності модернізації структури чи дообладнання розглядаються, як правило, окремим проектом.

Для ув'язування активного обладнання з пасивною частиною мережі важливо визначитися з місцем встановлення OLT на АТС.

Вибір місця встановлення на АТС обладнання OLT проводиться виходячи з рішень мінімальної відстані від оптичного кросу, оптимального підключення до інтерфейсів мережі передачі даних та системи електроживлення та заземлення, зручності обслуговування персоналом.

Запитання проектування магістральної мережі PON

Магістральна мережа абонентського доступу є основним елементом усієї пасивної мережі. Правильний вибірсистеми побудови мережі та її топології, визначення умов та принципів організації доступу дозволять оптимізувати витрати на розвиток мережі надалі.

Питання проектування магістральної мережі PON пов'язані з такими основними положеннями:

• топологія побудови магістральної мережі;
• максимальна місткість магістральних кабелів. Тип кабелю;
• способи резервування магістральної мережі;
• спосіб прокладання магістрального кабелю будівлі АТС;
• вибір та монтаж оптичних муфт;
• вибір та монтаж оптичної розподільної шафи ОРШ. Комплектація ОРШ.

Запитання проектування розподільчої мережі PON

У розподільчу мережу PON входять:

• ділянку мережі від ЗРШ до кабельного введення в житловий будинок – схеми розташування розподільчих ділянок мережі PON;
• каблювання та розміщення розподільчих пристроїв безпосередньо в житловому будинку – схеми кабельних вводів мережі PON.

Питання проектування розподільчої мережі стосуються таких положень:

• розміщення оптичних розподільчих коробок (ОРК) по під'їздах та поверхах;
• розміщення ГРК у під'їздах будинків;
• розміщення та включення розгалужувачів;
• прокладання кабелю в житлових будинках та способи його захисту;
• вибір розподільчого кабелю;
• способи резервування розподільчої мережі

Абонентська проводка — ділянка кабельної мережі від ОРК до оптичних розеток у квартирі абонента, як правило, не входить до складу робочих креслень проекту і здійснюється силами оператора зв'язку в міру підключення абонентів. Але в проекті повинен розглядатися спосіб підключення абонентів (патч-корди, пігтейли або оптичні шнури, захист на сходовій клітці, монтаж в ОРК та в оптичній розетці) та розміщення абонентського терміналу ONT у квартирі.

Розрахунки загасання оптичної мережі PON

Розрахунки згасання виконуються для оптичної лінії від підключення волокна на активному устаткуванні (на передавачі) до віддаленого абонента (на приймачі). У пасивній мережі PON джерелами втрат є:

• повне згасання в оптичному волокні: залежить від його довжини та коефіцієнта загасання волокна на певній довжині хвилі.
• повні втрати у зростках (зварні сполуки): залежить від втрат у кожному зростку та його загальної кількості.
• повні втрати у з'єднувачах (роз'ємні з'єднання): залежать від втрат у кожному з'єднувачі та їх загальної кількості.
• втрати у розгалужувачах волокон: залежать від коефіцієнта розгалуження.
• штрафні втрати (втрати на вигини кабелів під час прокладання).

Сума всіх втрат, що виникають на ділянці оптичної мережі, є енергетичним бюджетом згасання. Крім того, при розрахунках слід враховувати і експлуатаційний запас (додаткові зростки та волоконні вставки під час проведення ремонтних робіт).

Вироби та компоненти пасивної оптичної мережі

До основних виробів та компонентів пасивної оптичної мережі належать:

• оптичні кабелі магістральної, розподільної мережі та абонентської проводки;
• оптичний крос високої густини для установки на АТС (ODF OLT);
• оптичні розподільні шафи (ГРШ);
• оптичні розподільчі коробки (ГРК);
• оптичні абонентські розетки (РА);
• оптичні розгалужувачі (сплітери);
• мультиплексори WDM та атенюатори;
• різні патч-панелі та аксесуари.

Висновок

Перспективи подальшого розвитку мережі багато в чому визначаються грамотним підходом при стратегічному плануваннівпровадження мережі PON.

Масштабний розвиток мережі обумовлений ступенем ефективності роботи дослідних зон побудови мережі PON.

Сьогодні фахівці ТОВ «Фоксес-ком», накопичуючи позитивний досвід у галузі розробки проектів із побудови мереж PON, відкриті для спільної роботи з операторами зв'язку з метою визначення оптимальних рішень та побудови сучасних та якісних мереж, здатних задовольняти будь-які потреби користувачів у перспективі.

Нормативні документи

ТКП 206 - 2009 (02140) Правила технічної експлуатації лінійно-кабельних споруд абонентських ліній місцевих телефонних мереж
ТКП 212 - 2010 (02140) Правила проведення вимірювань магістральних, внутрішньозонових та місцевих волоконно-оптичних ліній передачі

Вимірювання пасивних оптичних мереж у процесі будівництва

На етапі побудови PON необхідно проводити наступні виміриня:

Вхідний контроль;
- Будівельно-монтажні.

Вхідний контроль параметрів компонентів мережі проводиться перед початкомбрухт будівництва. Проводиться перевірка відповідності параметрів волоконно-оптичного кабелю (ВОК), шнурів, оптичних розгалужувачів.та інших пристроїв заявленим значенням.

Будівельно-монтажні вимірювання включають:

Двонаправлений вимір ORL (Optical Return Loss) - згасання відображення в оптичному волокні;
- двоспрямований вимір оптичних втрат між двома кінцевимиточками;
- Двонаправлене зняття характеристик лінії.

На змонтованій PON, ORL має бути понад 32 дБ.Однак, на етапі будівництва рекомендується приймати загальний рівень ORL длязмонтованої мережі PON не менше 40 дБ, що дозволить уникнути деградації сигнала у майбутньому. Для тестування інфраструктури PON потрібно забезпечити точки підвиключення відповідних вимірювальних приладів. Ці точки повинні бути обрудовані роз'ємними з'єднаннями.

Точки можливого підключення вимірювальних приладів показані намалюнку

В оптичній розподільній коробці (ГРК) підключення вимірювальних приладів можливе тільки в случаю використання в них роз'ємних з'єднань.Тестування лінії «точка-точка» має виконуватися на кожному побудованому сегменті PON. Зокрема, після прокладання магістрального ВОК допідключення активного обладнання та спліттерів повинно проводитися тестуванняня всіх ОВ між виходами оптичного кросу високої щільності (ODF - Optical Distribution Frame) на АТС та їх закінченнями в змонтованій оптичній розподільній шафі (ВРШ). Вимірювання згасання необхідно проводити в обох напрямках на трьохдовжинах хвиль: 1310, 1490 та 1550 нм.Визначення втрат і зворотних відображень на портах спліттераводиться після його встановлення в ВРШ. Тестування «точка-точка» має бути виповно між кожним вихідним портом спліттера та OLT. У разі встановленняповерхових ОРК тестування має бути проведене між кожним абонентськимзакінченням в ОРК та OLT.При будівництві рекомендується проводити двонаправлене зняттяхарактеристик лінії, тобто рефлектограму змонтованої PON із спліттером від станції до абонента.Рефлектограма має відображати такі параметри: оптичні втрати лінії на трьох довжинах хвиль ORL.Усі виміряні параметри PON повинні відповідати розрахунковому значенню.

Прийомо-здатні вимірювання

Прийомо-здатні вимірювання оптичних параметрів пасивної оптичної мережі проводяться в наступному обсязі:

Вимір оптичної потужності на виході передавальних пристроїв;
- Вимірювання згасання в оптичному лінійному тракті.

Вимір оптичної потужності на вихідних портах оптичних передавачів і на вхідних портах оптичних приймачів OLT і ONT проводять безпосередньо в момент пусконалагоджувальних робіт на цьому устаткуванні.Вимір оптичної потужності передавачів ODF після WDM мультиплексора проводиться на довжині хвилі 1490 нм (випромінювач OLT) і на 1550 нм (передавач телевізійних сигналів). При невідповідності отриманих значень проектним даним проводять вимірювання безпосередньо на виході обох передавачів, а також виході оптичного підсилювача. Також вимірюють потужності на вході оптичних приймачів OLT та ONT.

Потужність на виході WDM мультиплексорі вимірюють приладом, що має вбудовані фільтри для роздільного вимірювання кожної довжини хвилі, тому що звичайний вимірювач потужності покаже деяку сумарну величину, що не характеризує різні передавачі. Фотодетектор має досить хорошу широкосмуговість і детектує всю оптичну потужність, що падає, в діапазоні довжин хвиль 1200÷1650 нм. Проте, чутливість фотодетектора різних довжинах хвиль нерівномірна.

Також проводять виміри загального згасання для всіх гілок PON. При отриманні значення втрат вище за розрахунковий, проводять вимірювання величини втрат сигналу в окремих точках мережі.За відсутності каліброваного джерела випромінювання у вигляді окремого приладу для вимірювання загасання в різних точках PON можна використовувати передавач OLT (1490 нм) або оптичний передавач телевізійного сигналу (1550 нм). Вважаючи їхнє випромінювання практично безперервним, спочатку вимірюють рівень потужності на виході передавача, а потім - у заданій точці мережі. Різниця цих рівнів (в дБ) і покаже загасання вимірюваної ділянки мережі.

Взаємодія операторів електрозв'язкупри наданні послуг PON

Можливі точки взаємодії операторів електрозв'язку при спільномувикористання PON наведено на малюнку

Точка приєднання 1 - надання оператором А оператору Б можливостінадання абоненту послуг з передачі голосу, даних, IP-телебачення в каналінадання даних оператора А;
Точка приєднання 2 - надання оператором А оператору Б можливостінадання абоненту послуг з трансляції телевізійних програму цифровому каналіпередачі даних оператора А;
Точка приєднання 3 - виділення оператором А оператору Б окремих ВВ в магістральний кабель оператора А;
Точка приєднання 4 - надання оператором А оператору Б розподілительної та абонентської дільниць оператора А, або виділення оператором А (власнекому або власником розподільчої ділянки) оператору Б окремих ОВ у розподілілительному кабелі.

Оператор А є основною експлуатуючою організацією PON,оператор Б – орендуючим оператором.

Проблеми при побудові PON та методи їх вирішення.

Розрахунок оптичного бюджету потужності та бюджету втрат.

Для того, щоб грамотно побудувати дерево PON, необхідно враховувати, в першу чергу, оптичні втрати, які завдаються пасивним обладнанням. Теоретично PON може покрити територію радіусом 20км. Майже - все залежить від бюджету втрат на конкретній галузі дерева. Для розрахунків необхідно керуватися найгіршими показниками згасань, чутливості та потужності випромінювання передавачів.

Стандартно при розрахунках використовують таблиці загасань для спліттерів, приймають 0.05дБм загасання на зварюванні, 0.36дБм/км загасання в волокні на довжині хвилі 1310нм (для 1550нм загасання в волокні дорівнює 0.22дБм/км. Бм, згасання на перегині варіюється від 0.15 дБм до 7 дБм і більше (цю позицію необхідно вимірювати приладом на місці).

Далі, необхідно подумки «пройти» вже готовий проект, виділяючи і підсумовуючи місця, де є елементи, що приносять згасання в лінію. До отриманого значення додати згасання на волокні протягом усього від найдальшого абонента до OLT. Таким чином, можна підрахувати бюджет втрат у PON.

Наступний крок - розрахунок оптичного бюджету потужності, але можна прийняти рівним 30дБм (виробник гарантує оптичний бюджет потужності, рівний30дБм). Все, що понад 30дБм – необхідно тестувати.

Якщо бюджет втрат нижче бюджету потужності - дерево буде працездатним, інакше можливі проблеми.

Окремо слід зазначити, що при розрахунку PON, в якому використовується CATV та зварні дільники, слід враховувати, щотелевізійний сигналмає потужність від 7дБм(Сформований дешевими малопотужними моделями)до 24дБм(Дорогі передавачі або EDFA підсилювачі), а нателевізійний приймач(окремий або у складі ONU) цей сигнал повинен прийти змінімальною потужністю -12дБм. Тому, використовуючи зварні дільники, слід бути обережним і щоразу перед новим підключенням перераховувати дерево PON для того, щоб переконатися, у кожного абонента сигнал однаковий і не виходить за межі чутливості телевізійного приймача.

Слабкий сигнал у клієнта.

Якщо при установці ONU (або її повторному включенні/перезавантаженні з боку клієнта) вона не змогла зареєструватися в мережі - велика ймовірність того, що пошкоджений хвилевод на напрямку клієнта і сигнал загасає вище за розрахунковий (і вже точно вище за оптичний бюджет PON). Пошкодження може бути пов'язане як з неякісним зварюванням або випадковим перегином волокна на вузлі поділу, так і зі зловмисниками.

Щоб вирішити цю проблему, потрібно, насамперед, перевірити стан всіх ONU на абонентському дільнику, якого підключена і проблемна ONU. ONU дозволяє проводити моніторинг рівня сигналу на своєму приймачі, а також потужність свого передавача, надсилаючи ці дані на OLTза запитом. Якщо проблема є у всіх абонентів - рухатися у бік батьківського вузла дерева, розширюючи радіус пошуку та перевіряючи, на якому рівні вкладення існує проблема.

Як тільки буде знайдено дільник, у якого є якийсь проблемний вихід, а решта – робітники, вважайте, що проблему вирішено. Із ймовірністю 95% ця проблема знаходиться на гілці, що пов'язує два вузли: батьківський напівробочий та дочірній неробочий. Цю лінію досить просто «просвітити» рефлектометром, якщо PON побудована на конекторах, і зовсім непросто зробити це, якщо дерево «зварене» (ріжемо кабель, наварюємо конектор, світимо рефлектометром, а потім все робимо).

Перед усіма вищевикладеними «присіданнями» необхідно перевірити ONU на осудність лазерного приймача-передавача (чи мало що?).

Неконтрольоване випромінювання у дереві на довжині хвилі 1310нм.

Трапляються ситуації, коли ONU вийшла з ладу (буває вкрай рідко) і безперервно випромінює пасивну мережу на довжині хвилі 1310нм, або несумлінний користувач включив в дерево замість своєї ONU медіаконвертер, що випромінює на тій же довжині хвилі (1310нм). У цих випадках (як у випадку апаратного збою, так і у разі шкідництва) ефект один: випромінювання постійно присутнє у висхідному потоці дерева, не даючи можливості іншим ONU передавати дані до OLT. Як результат – дерево не функціонує.

Є два варіанти вирішення проблеми.Перший- обходити ногами кожен будинок, сподіваючись знайти несправність або дивом виявити зловмисника. Цей варіант доведеться втілювати в життя, якщоPON побудована методом зварюваннявсього, що хоч віддалено схоже на волокно. Якщо клієнтів хоча б 20, то проблему можна вирішувати тижнями.

Другийваріант, який використовують ті, хто збудувавPON з використанням конекторів- локалізація випромінювання шляхом послідовного відключення гілок деревавід «кореня» до «листя».Послідовність дій така:

На кореневому дільнику відключати (і для вірності перевіряти на наявність випромінювання) хвости, що йдуть вниз по дереву;

Повторювати до тих пір, поки проблема не локалізується до останнього (далекого/нижнього в ієрархії) дільника - далі все зрозуміло. Відключаємо послідовно клієнтські з'єднання даному дільнику, доки знайдемо джерело випромінювання.

Умисне пошкодження кабелю.

Іноді трапляється, що кабель ріжуть конкуренти – найпопулярніший у всі часи метод боротьби за клієнтів. Але найчастіше (особливо у віддалених районах) кабель ріжуть місцеві жителі з метою наживи.

Для запобігання зазіхань на кабельне майно необхідно перед тим, як завести кабель у населений пункт, пояснити місцевим шукачем скарбів, що «У цьому чорному кабелі дорогоцінних та інших рідкісноземельних металів немає, а вміст його непридатний навіть на підв'язку помідорів». По можливості, продемонструвати населенню шматок кабелю та його вміст. Від осмисленого шкідництва це навряд чи вбереже, але відіб'є у певної кількості власників бокорізів інтерес.

Флуд.

Флуд – проблема будь-якої міської мережі. Найчастіше флудять пристрої з підгорілими портами, рідше - комп'ютери, заражені вірусами. Також навмисно флудити можуть користувачі, які висловлюють певний соціальний протест (дипломатично назвемо це саме так), або які мають з непрацездатності мережі певні вигоди. Основна проблема флуду - неможливість віддалено дістатися до обладнання, що флудить, або логічно локалізувати джерело.

Підгорілі порти – проблема, в основному, міського типу, і до PON має лише часткове відношення. Як відомо, чим довшим мідний провідник, тим більше на нього наводяться електромагнітні поля. Дерево PON побудоване на оптичному волокні і, як наслідок, не піддається впливу наведень від грози. Проблема може виникнути лише в тому випадку, якщо до однієї ONU міддю підключено кілька користувачів, які територіально віддалені один від одного.

З флудерами та вірусами теж все зрозуміло: перші користуються демократичними свободами, другі нехтують усіма законами робототехніки. Методи боротьби і з тими, і з іншими відомі, але спочатку потрібно локалізувати шкідливу діяльність.

У PON все просто. Як писалося вище, PON - система з централізованим управлінням. Всі потоки, що походять від клієнтів, приходять тільки на OLT. Тільки OLT може дозволити ONU передавати дані, і тільки OLT може заборонити будь-які контакти ONU із зовнішнім світом. Відсутність активного обладнання в дереві PON значно полегшує боротьбу з флудом - не створюється прецедентів із нескінченним пересиланням пакетів з неправильними контрольними сумами між двома сусідніми вузлами комутації, відсутнє переповнення буферів там же.

OLT завжди підключений до вищестоящого пристрою (наприклад, L3 роутер), тому доступ до нього є завжди. Вищий пристрій не схильний до впливу флуда від клієнтів у дереві PON, оскільки OLT виділяє певний квант часу кожної ONU і дозволяє/забороняє їй мовлення, а отже, ONU не може безконтрольно «завалювати» порт OLT і вищестоящий пристрій пакетами. Аналогічна ситуація відбувається з нескінченно «гуляючим» трафіком по мережі: його просто не буде, тому що кожна ONU має доступ до своїх сусідів-клієнтів тільки через OLT.

Процес моніторингу мережі (для логічного виявлення джерела флуду) може бути організований за допомогою дзеркалювання оптичного порту (на якому «висить» ціле дерево) у мідний та підключення мідного порту до деякого ПК, на якому встановлено спеціалізований софт (наприклад, TCPDUMP).

Крім того, для захисту мережі від вірусної активності, в якій є безконтрольне розмноження MAC-адрес, в OLT присутній функціонал, що забороняє мати конкретно взятої (або всім) ONU більш ніж N активних MAC-адрес одночасно.

Застосування вимірювального обладнання PON.

Для вимірювання оптичних показників PON найкраще використовувати найпростіший оптичний вимірювач потужності (наприклад, MT1113C). Його функціональних можливостей цілком вистачає на те, щоб виміряти рівень вхідного в дерево (або його гілка) сигналу з одного боку та рівень вихідного сигналу з іншого. Згасання на конкретно взятому проміжку порахувати може лише фахівець високої кваліфікації (рівень освіченості людини, здатного обчислити А-Б, може бути неймовірно високий - врахуйте це!), але з цим нічого вдіяти не можна: якщо вже залізли в Hi-Tech технології, будьте добрі, надайте роботу з технологіями професіоналам!

Застосування стандартного рефлектометра PON обмежено прольотами між дільниками (знаходження розривів у гілки або перевірка якості зварок). Все дерево стандартний рефлектометр "просвітити" не зможе - після першого дільника показання перетворяться на "кашу". Слід також враховувати той факт, що при вимірі прольоту «знизу-вгору» по топології дерева, у волокні не повинно бути випромінювання, а отже, необхідно або вимкнути модуль OLT (тим самим «покласти» все дерево), або відключити конкретну гілку дерева ( невдоволення окремих клієнтів очевидно). При вимірі гілки дерева від вузла до вузла «зверху-вниз» (від кореня до гілок) проблеми з небажаним випромінюванням у волокні не повинно бути - ONU «мовчать» доти, поки OLT не дозволить їм мовлення.

Варто відзначити, що на ринку існують рефлектометри, які вміють просвічувати PON, але їх може не опинитися в потрібний момент під рукою.

Нещодавно на ринку вимірювального обладнання з'явився прилад, що має гучну назву «прохідний вимірювач потужності». Даний прилад "врізається" в дерево PON і показує потужність випромінювання через нього. Деякими продавцями цей прилад позиціонується як панацея від усіх проблем у пасивному дереві.

По суті, єдине, що вигідно відрізняє «прохідний вимірювач» від «просто вимірювача» - це можливість виміряти рівень вихідного сигналу ONU. А якщо кабель розрізаний, то OLT не дозволить їй вести мовлення ніколи.

Чи потрібні виміряні показники потужності передавача ONU? Теоретично – так, хто ж не хоче знати про свою власність усю піднаготну?! Практично без цих знань цілком можна обійтися: якщо ONU не реєструється в дереві, де вже є ONU, що справно працюють, то варіантів всього два.

Варіант №1 найпростіший: поганий лінк від абонента до абонента. Перевіряється згасання на проблемній ділянці та порівнюється з показниками «шостого почуття». Якщо воно (почуття) підказує, що з лінком є ​​проблеми – їх треба усунути.

Якщо ж із волокном все гаразд - тоді варіант №2: ONU неробоча. Так-так, бракована! Так, навіть китайські ONU (еталон якості у всьому світі) іноді бувають із дефектом. У цьому випадку знання чи незнання того, наскільки погано випромінює передавач ONU, ніяк не вплине на рішення про повернення неробочого зразка постачальнику з метою заміни його на робітника.

Існує ще один метод виміру оптичних сигналів у дереві PON. Він базується на тому факті, що кожна ONU вміє видавати інформацію на OLT про потужність свого передавача та рівень сигналу на своєму приймачі. OLT, у свою чергу, може видавати таку ж інформацію про свої оптичні порти. За допомогою цього функціоналу можна проводити моніторинг вже працездатного дерева.

Технологія GEPON

У даному матеріалі йтиметься про технологію та обладнання для організації пасивних оптичних мереж - Passive Optical Network, PON. Основними відмінностями PON від класичних оптичних каналів зв'язку є використання агрегації трафіку пасивного устаткування - оптичних спліттерів - і висока щільність портів.

Не секрет, що вимоги споживачів до швидкості доставки інформації з Інтернету зростають за експонентом. Сьогодні в великих містах 10 Мбіт/с є цілком простою справою. Причини цього процесу залишаються незмінними вже давно – передача голосу та відео, мультимедіа, телебачення (останнім часом також і у версії високого дозволу). Тільки ось бітрейти постійно зростають.

Значну частину витрат будь-якого провайдерського проекту несе кабельна інфраструктура. Причому тут враховується не лише вартість кабелю, а й його прокладки, яка у разі роботи в існуючій інфраструктурі може бути дуже великою. І звичайно хочеться, щоб вкладення працювали довго, не вимагали частих оновлень і мали хороший запас за потрібними параметрами. З цієї точки зору оптичні канали зв'язку сьогодні є найбільш продуктивним і «дальнобійним» способом забезпечення мережного з'єднання пристроїв. При цьому класична архітектура передбачає топологію «крапка-крапка», коли кожна лінія має свої виділені порти з кожного боку, а при необхідності створення «відгалужень» потрібне встановлення активного обладнання у вузлі. Так що найбільш вдало вона може використовуватися для одиночних ліній великої довжини.

Однак у деяких ситуаціях більш зручною може виявитися деревоподібна топологія, яка цікава з точки зору масштабованості та зниженої загальної довжини кабелів, що прокладаються. Саме для таких проектів і підходить PON. У Росії мережа цього типу з'явилася вже досить давно, понад п'ять років тому.

А зростання кількості підключених користувачів та старт перших російських проектівкласу волокно у кожний будинок (Fiber To The Home, FTTH), заснованих на PON, показує, що технологія прижилася й у нас.

Структура мережі PON

Мережа PON складається з кількох елементів - комутатора на вузлі зв'язку, ліній зв'язку з пасивними спліттерами у вузлах мережі та модемів на стороні абонентів. До кожного модему надходять усі пакети від комутатора, а під час передачі використовується тимчасове мультиплексування кадрів.

Передача даних у прямому каналі

Передача даних у вибраному каналі

Компанія ZyXEL пропонує сьогодні обладнання стандарту EPON (IEEE 802.3ah), який також називають GEPON.

На даний момент обладнання бере участь у кількох проектах, а також тестування у провайдерів по всій Росії. Саме про нього й йтиметься далі мова. Зазначимо, що інші стандарти типу мереж відрізняються швидкісними та іншими технічними характеристиками.

Комутатор дозволяє по одному волокну (одному порту) підключити до 32 або 64 абонентів. Загальна швидкість передачі (що ділиться між абонентами) становить 1,25 Гбіт/с. Подальший розвиток EPON вже найближчими роками пропонує також перехід на швидкості 10/1 Гігабіт/с та 10/10 Гігабіт/с. Наступного року очікується ухвалення робочої версії стандарту 10G EPON, а вже у 2010 році можуть стартувати перші пілотні проекти.

З затримкою у два-три роки планується перехід на 10-гігабітні швидкості та технології GPON.

Для прийому та передачі використовуються лазери з різною довжиною хвилі - 1490 нм для передачі та 1310 для прийому. При необхідності можливе додавання до каналу та аналогових кабельних. телевізійних каналів(100 та більше), які модулюються лазером на 1550 нм. Залежно від конкретної схеми мережі та використаного обладнання, загальна довжина каналу може становити до 20 км.

Мультисервісна мережа на базі технології GEPON

Кабель прокладається від порту комутатора як дерева. Спліттери, що встановлюються у вузлах, надзвичайно невибагливі – не вимагають електроживлення, налаштування та управління, термошаф, недорогі та дуже компактні. Це дозволяє розміщувати їх, наприклад, у телефонних розподільчих шафах, що вже є.

Спліттер

Найпростіші кінцеві пристрої є конвертерами оптика-кабель з вбудованим фільтром MAC-адрес. У разі використання телебачення в модем встановлюється ще один приймач, а на телевізор виводиться звичайний високочастинний кабель.

Для захисту інформації можливе використання шифрування (AES128) всіх пакетів, що передаються. Технологія не допускає прямого спілкування окремих абонентів, що знаходяться на одному порту комутатора - дані від одного абонента можуть потрапити до іншого лише через GEPON-комутатор, який ретранслює потоки даних висхідного потоку на довжині хвилі 1310 нм в низхідний потік на довжині 1490 нм. Додатковим плюсом з точки зору безпеки є використання на лінії виключно пасивного обладнання, що ускладнює перехоплення.

З позитивних сторін PON слід зазначити:

• мінімальне використання активного обладнання;
• мінімізація кабельної інфраструктури;
• низька вартість обслуговування;
• можливість інтеграції із кабельним телебаченням;
• гарна масштабованість;
• висока густина абонентських портів.

У той же час при розгляді технології потрібно врахувати і її особливості, особливо в порівнянні з лініями «точка-точка»: смуга пропускання, що розділяється між абонентами, загальне середовище може не підійти клієнту з точки зору безпеки, пасивні спліттери ускладнюють діагностику оптичної лінії, можливий вплив несправності обладнання одного абонента працювати інших, менша вигода у разі реалізації етапі будівництва.

Устаткування

Лінійка продуктів GEPON у ZyXEL складається з трьох комутаторів та трьох модемів. Молодша модель комутатора - має вісім портів GEPON і вісім відповідних ним Gigabit Ethernet (зверніть увагу, що саме гігабітних, пристрої з меншою швидкістю до них підключити не можна). До кожного оптичного порту можна підключити до 32 модемів в результаті отримавши 256 абонентів на пристрій. Всі конектори розташовані на лицьовій стороні пристрою - 8xPON, 8xGigabit, консольний, 10/100BaseT позамережевого керування та живлення. Тут є і кнопка скидання пристрою. Усі порти мають набір індикаторів визначення поточного статусу. Є вбудований гігабітний L2+ комутатор (неблокована комутація з пропускною здатністю 24 Гбіт/с, швидкість комутації кадрів 17,8 млн. пак/с) і чотири суміщені порти 1000Base-T/SFP. Такий варіант можна використовувати для резервування каналу - при одночасному підключенні двох роз'ємів (SC та RJ45) працює оптика, а у разі аварії в оптичному каналі відбувається автоматичне перемикання на мідь. Живлення та консольний порт цієї модифікації знаходяться на задній панелі. Дані моделі виконані в стандартному 1U корпусі і рекомендуються для використання в мережах, що швидко ростуть. Найпродуктивнішою моделлю є модульний. У його 4,5U корпусі передбачено місце встановлення до шістнадцяти OLC-2301. Кожен такий лінійний модуль має порт GEPON та суміщений порт 1000Base-T/SFP. У шасі також встановлюється керуючий модуль та блок живлення з подвійним резервуванням. Лінійні модулі допускають гарячу заміну, що позитивно позначається на зручності обслуговування мережі та надійності надання послуг. Максимально OLT-2300 може підтримувати 512 абонентів. Усі оптичні модулі комутаторів розраховані на дальність роботи 20 км.

OLT-1308

Останні оновлення прошивок моделей OLT-1308/OLT-1308H дозволяють працювати на одному каналі не 32, а 64 абонентам, що суттєво знижує вартість одного підключення. Для OLC-2301 такої можливості поки що немає.

Шасі OLT-2300

Всі GEPON-комутатори підтримують протоколи STP/RSTP та механізми пріоритезації трафіку та організації віртуальних мереж (включаючи Port Based та 802.1Q). Ефективність багатоадресних розсилок забезпечується підтримкою IGMP v.2, IGMP proxy, IGMP snooping та MVR. Для управління передбачені порти RS-232 та 10/100Base-TX. Налаштувати комутатори можна через Web-інтерфейс (підтримується SSL, передбачена установка до п'яти облікових записів, приклади скріншотів - , , ), telnet, SSH, FTP або консольний порт. Номери портів усіх сервісів можна змінити. Можливе обмеження доступу за IP-адресами. Web-інтерфейс має вбудовану систему допомоги.

Пристрій автоматично знаходять усі підключені абонентські модеми та дозволяє призначити їм специфічні профілі. Вони включають налаштування швидкості, фільтрації, VLAN, пріоритетів та інші параметри. Допускається використання протоколу автентифікації 802.1x.

Комутатори також дозволяють стежити за фізичним станом – перевіряються температури, швидкість обертання вентиляторів, напруга. Для великих мереж буде корисною підтримка комутаторами проколола SNMP та сумісність із EMS системою управління NetAtlas. Крім того, можливе об'єднання пристрою в кластери для загального керування.

На даний момент моделей із вбудованими інжекторами КТВ у ZyXEL немає. Втім, для мікшування сигналу ТБ до оптичного каналу можна використовувати зовнішні сплітери та медіаконвертери коаксіал/оптика.

ONU-631HA

Першою моделлю абонентського GEPON-модему є . Він працює в режимі мосту, простий в обслуговуванні та управляється виключно з боку провайдера за спеціальним протоколом. Для користувача він пропонує стандартний порт Gigabit Ethernet. Передбачено дві модифікації модемів – з індексами -11 та -12. Перша працює на відстанях до 10 км, а друга – до 20 км. Корпус виконаний із темного пластику, на передній панелі є кілька індикаторів (живлення, PON, LAN, швидкість LAN, дуплекс). На задній стороні розташовані два мережеві порти (оптичний та мідний) та вхід блоку живлення (12 В 1,5 А). Ця модель позиціонується для підключення корпоративних абонентів та виносів операторської мережі.

ONU-634HA

Друга модель цікавіша для підключення домашніх користувачів - має вбудований централізовано керований 4-портовий комутатор з прив'язкою VLAN 802.1Q до портів Fast Ethernet. Як і 631-й, вона повністю налаштовується з боку провайдера, що скорочує витрати на обслуговування. Також зараз існують семпли ONU-634FA - чотири мережеві порти та вихід кабельного телебачення, що дозволяє безпосередньо підключити до GEPON-модему звичайний телевізор.

ONU-634FA

Для побудови мережі також будуть потрібні спліттери (приблизна вартість - від 400 руб за 1×2 до 4000 руб за 1×8, існують і моделі 1×32), оптичний одномодовий кабель (вартість зрівнялася з ціною кабелю UTP: ціни на кабель відволоконний починаються з 7-8 рублів за метр) та конектори (від 100140 рублів за одне з'єднання).

Тестування описаного обладнання у складі комутатора OLT-1308 та модемів ONU-631A проводилося на тестовому майданчику компанії ZyXEL із використанням тестового пакету Ixia Chariot. Результати при одночасної роботі одного, двох та трьох клієнтів наводяться у таблиці (пакети максимального розміру, Мбіт/с). Модеми підключалися до одного з портів комутатора через один спліттер. Видно, що у разі максимального навантаження швидкості рівномірно розподіляються по всіх клієнтах. Зазначимо і високу ефективністьпередачі даних, включаючи режим роботи кількох клінетів – сумарна швидкість практично збігається з максимально можливою.

Загалом можна відзначити, що технологія не складна в налаштуванні та експлуатації та працює відповідно до специфікацій. Швидкості відповідають знайомим з мідних гігабітних мереж.

Висновки

Технологія GEPON може успішно застосовуватися для організації оптичних каналів зв'язку до абонента і особливо ефективна у разі наявності обмежень на прокладання кабелів та встановлення активного обладнання на лінії. Ефективність даного рішення залежить від багатьох факторів і однозначно сказати, що це найкращий варіант, звичайно, не можна, все визначається конкретними вимогами замовника. Проте зроблені оцінки дозволяють зробити висновок, що вже сьогодні в деяких випадках собівартість підключення по оптиці домашніх абонентів може не перевищувати 500 доларів.

Щодо описаного обладнання, то компанія ZyXEL пропонує сьогодні повну лінійку GEPON-пристроїв, що дозволяє створювати оптичні мережі будь-якого масштабу з усіма необхідними системами керування та технологіями підвищення надійності.