Как работает технология PON?

В данной статье будет представлено описание технологии PON, ее основные характеристики и особенности. Вы также сможете ознакомиться со структурой сети, различными ее типами, а также ключевыми преимуществами данной технологии. Кроме того, будут рассмотрены аспекты тестирования.

Что такое Passive optical network?

Технология PON (Passive Optical Network) представляет собой один из наиболее эффективных и современных методов передачи данных по оптическим волокнам. Она стала основой для создания высокоскоростных сетей, которые обеспечивают доступ в интернет, телевидение и телефонию. В данной статье мы рассмотрим, что собой представляет технология PON, ее особенности, структуру, виды и ключевые преимущества, а также особенности тестирования PON сетей. Данная технология способствует решению проблемы, связанной с волоконно-оптическими линиями связи, а именно — задачей последней мили. Пассивная волоконно-оптическая сеть обеспечивает абонентам, как частным, так и корпоративным, максимально быструю передачу сигнала при минимальных затратах.

Суть технологии

Основная идея технологии PON заключается в использовании пассивных оптических компонентов для передачи данных от одного оптического узла к множеству абонентов. В отличие от активных сетей, где используются усилители и другие активные устройства, PON использует только оптические сплиттеры, что значительно снижает затраты на обслуживание и эксплуатацию сети. Пассивные оптические сети позволяют передавать данные на большие расстояния без необходимости в промежуточных усилителях, что делает их идеальными для развертывания в городских и пригородных условиях.

Структура PON сети

Структура PON сети включает в себя несколько ключевых компонентов: оптический узел, оптические сплиттеры и абонентские терминалы. Оптический узел (OLT – Optical Line Terminal) располагается на стороне провайдера и отвечает за управление сетью. Оптические сплиттеры распределяют сигнал от узла к нескольким абонентам, а абонентские терминалы (ONT – Optical Network Terminal) находятся у пользователей и принимают сигнал. Пассивные сплиттеры могут делить сигнал на 1:2, 1:4, 1:8 и даже 1:64, что позволяет эффективно использовать оптические волокна и снижать затраты на прокладку кабелей.

Для создания сети PON используется топология, известная как "точка — многоточка", которая формируется по принципу древовидной структуры. В этой системе применяется специализированное оборудование PON, включающее:

• Центральный узел, представленный оптическим линейным терминалом (OLT), который отвечает за прием и передачу сигналов.
• Удаленные узлы, обозначаемые как ONT или абонентские терминалы.
• Сплиттеры, то есть оптические разветвители. Эти устройства размещаются между промежуточными узлами и отличаются компактными размерами, не требуя специального обслуживания или питания.

Один линейный терминал, выступающий в роли главного узла, способен передавать данные множеству абонентских узлов, количество которых зависит от мощности и пропускной способности OLT. Например, один сегмент волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) может обслуживать до 32 ONT на расстоянии до 20 километров. При необходимости количество абонентских узлов может увеличиться в четыре раза, а радиус действия — в три раза, благодаря подтипам технологий, таким как EPON/BPON и GPON, о которых будет рассказано далее. Один абонентский узел, предназначенный для офисного или жилого здания, может предоставить доступ к сети нескольким сотням пользователей.

Преимущество данной системы заключается в том, что выход из строя одного абонентского терминала не влияет на работу остальных ONT. Это позволяет локализовать проблему и оперативно ее устранить, что в свою очередь способствует экономии бюджета.

Передача данных в пассивной сети осуществляется по одному оптоволокну, при этом скорость распределяется между абонентами в зависимости от их потребностей. Иногда может использоваться пара волокон для создания резервирования.

Стоит отметить, что поток данных от OLT к ONT передается на длине волны 1490 нм, а при необходимости видео - на длине 1550 нм. Этот поток называется downstream. Восходящий поток от абонентов работает на длине волны 1310 нм и обозначается как upstream. Для управления передачей используется протокол TDMA, что обеспечивает множественный доступ с временным разделением.

Центральный узел сети — OLT — может быть оборудован интерфейсами, такими как ATM, гигабитный LAN и SDH (STM-1), что позволяет подключаться к магистральным линиям.

Что касается ONT, то они могут иметь следующие типы портов:

• LAN стандарта 10/100Base-TX,
• ATM — E3, DS3, STM-1c,
• FXS — от 2 до 16 интерфейсов для аналоговых устройств,
• E1.

Также абонентские терминалы могут быть оснащены цифровыми портами для передачи видео.

Виды PON сетей

Существует несколько видов PON сетей, среди которых наиболее распространены GPON (Gigabit Passive Optical Network), EPON (Ethernet Passive Optical Network) и XG-PON (10 Gigabit-capable Passive Optical Network). GPON обеспечивает скорость передачи данных до 2,5 Гбит/с на downstream и 1,25 Гбит/с на upstream, что делает его идеальным для обеспечения высокоскоростного доступа в интернет. EPON, в свою очередь, использует Ethernet-протокол и подходит для интеграции с существующими сетями Ethernet. XG-PON предлагает еще более высокие скорости, достигая 10 Гбит/с, что делает его подходящим для будущих потребностей в пропускной способности.

В таблице представлены различные пассивные оптические сети, которые различаются по своим техническим характеристикам.

Как упоминалось ранее, в сетях BPON и EPON возможно подключение до 32 абонентских устройств к одному линейному терминалу, в то время как для GPON это количество может достигать 64, а иногда и вдвое больше. При этом для первых двух типов сетей затухание сигнала составляет 26 дБ, а максимальная длина передачи данных не превышает 20 километров. В отличие от них, технология GPON предлагает большую дальность передачи — до 60 километров, при этом затухание в такой сети составляет 22 дБ.

Сравнение технологий APON, BPON, EPON (GEPON), GPON

Главные достоинства технологии PON:

Преимущества технологии PON очевидны. Во-первых, это высокая скорость передачи данных, что особенно важно в условиях растущего спроса на интернет-услуги. Во-вторых, PON обеспечивает большую пропускную способность, позволяя одновременно обслуживать множество пользователей. В-третьих, низкие эксплуатационные расходы благодаря использованию пассивных компонентов делают PON экономически выгодным решением для провайдеров. Наконец, простота развертывания и обслуживания сетей PON позволяет быстро и эффективно подключать новых абонентов. Сокращение затрат на оборудование и оптоволокно. Необходим лишь один основной терминал на сегменте, который охватывает расстояние от 20 до 60 километров. При этом одно волокно может передавать данные максимум на 128 абонентских узлов, в зависимости от используемой технологии.

• Скорость передачи данных достигает 2,488 Гбит/сек.
• Обеспечивается высокая степень надежности и удобство в эксплуатации: промежуточные узлы сети состоят только из сплиттеров, которые не требуют обслуживания.
• Технология демонстрирует хорошую масштабируемость — благодаря своей топологии и архитектуре возможно экономичное подключение новых пользователей. Также существует возможность резервирования как отдельных абонентов, так и всей группы одновременно.
• Данные передаются в формате АТМ-ячеек, что позволяет предоставлять пользователям необходимый уровень сервиса.
• Поддерживаются различные режимы работы: симметричный и несимметричный.

Как тестировать PON сеть

Тестирование PON сетей включает в себя несколько аспектов. Во-первых, необходимо проверять уровень сигнала на выходе из оптического узла и на входе в абонентский терминал. Используются оптические тестеры, которые позволяют измерять уровень оптической мощности и проверять качество передачи данных. Во-вторых, важно проводить тестирование на наличие потерь в оптических волокнах, что может быть вызвано неправильной прокладкой или повреждением кабелей. Наконец, тестирование производительности сети, включая скорость передачи данных и задержки, также играет ключевую роль в обеспечении надежности и качества предоставляемых услуг.Тестирование сети проводится для определения фактических показателей затухания на линии, соединяющей главный терминал с абонентским устройством. Если затухание превышает ожидаемые значения, необходимо провести дополнительные испытания для локализации места неисправности.

Для измерения затухания используется простой оптический тестер, в то время как для определения точного расположения неисправности требуется оптоволоконный рефлектометр.

Ключевые моменты:

• Рекомендуется выполнять измерения на действующей сети, минимизируя отключения абонентов, за исключением тестируемого участка.
• Тесты проводятся на нерабочей длине волны — 1625 нанометров.
• Диагностика осуществляется с использованием волновых мультиплексоров и фильтров, чтобы предотвратить помехи от измерительных приборов.

Что касается фильтров, их следует устанавливать перед каждым ONT. Чтобы обеспечить возможность тестирования сети без отключения, требуется предварительная установка как мультиплексоров, так и фильтров.

Таким образом, технология PON представляет собой мощный инструмент для создания современных сетей связи. Ее особенности, такие как высокая скорость, низкие затраты на обслуживание и простота развертывания, делают PON идеальным решением для удовлетворения растущих потребностей пользователей в высокоскоростном доступе к интернету и другим услугам.

Как измерить затухание?

Необходим тестер волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), работающий на длине волны 1625 нм. Один из его модулей — передатчик — следует подключить к мультиплексору, установленному на OLT. Приемник устройства нужно подключить перед фильтром. В обоих случаях соединение осуществляется с свободным концом оптического волокна.

Рекомендуется для измерения затухания, чтобы не отключать абонентский терминал, использовать не фильтр, а мультиплексор.

Следует отметить, что на рабочих длинах волн показатели затухания ниже, чем при 1625 нм. Для решения проблемы разницы можно использовать допустимое значение, равное 23 дБ. Если результаты тестера укладываются в этот предел, то все в порядке. В противном случае, если показатель на нерабочей длине волны превышает установленное значение, потребуется провести перерасчет, основываясь на характеристиках, указанных в паспорте оптического кабеля.

Как найти место неисправности в PON?

Для этого используется рефлектометр — OTDR. Как и в предыдущем случае, проверка проводится на ранее упомянутой длине волны 1625 нм, которая не является рабочей. К мультиплексору на линейном терминале подключается измерительный прибор — рефлектометр. Когда его излучение сталкивается с препятствием, местом сварки, повреждением или коннектором, часть света отражается и возвращается к прибору, где регистрируется. Таким образом, свет от OTDR будет двигаться по волокну до тех пор, пока не достигнет его конца или места обрыва.

В результате пользователь получает рефлектограмму сети — график затухания по линии, который зависит от расстояния.

Диагностика сети с помощью рефлектометра осуществляется по следующему алгоритму. После замены оборудования, например, сплиттера, подключения нового абонента или любых других изменений в топологии, создается рефлектограмма. Она служит нормой для сети и используется в дальнейшем как эталон.

Если в сети возникают неполадки, создается новая рефлектограмма. Ее сравнивают с эталонной, что позволяет точно определить место неисправности.

Рекомендация: выявить проблемы с волокном можно еще до возникновения серьезных неисправностей в сети. Это дает возможность своевременно провести анализ, обнаружить возможные причины и осуществить профилактические меры. Для этого рекомендуется регулярно (раз в неделю или две) измерять сеть с помощью рефлектометра и сопоставлять результаты с эталоном.

Какие измерения проводят на этапе построения сетей PON/GPON:

• Потери в кабельной секции измеряются в одном направлении и проводятся до выполнения сварки.
• Оптические возвратные потери и потери между конечными точками требуют двунаправленного измерения.
• Характеристики линии определяются с помощью измерений в обоих направлениях.
• Каждый сегмент линии, включая сплиттеры, требует получения рефлектограммы.

Важно! При вводе сети в эксплуатацию необходимо измерить выходную оптическую мощность линейного терминала, а также оптическую мощность восходящего и нисходящего потоков для каждой ветви сети. Эти измерения должны проводиться каждый раз при добавлении нового абонентского терминала.

Создание PON позволяет сократить затраты, так как не требует размещения значительного количества дорогостоящего активного оборудования. В то же время пассивная оптическая сеть может быть достаточно большой, а также надежной и стабильной.