Pasywna sieć optyczna (PON): architektura, współczynniki podziału i ścieżka aktualizacji z GPON-do-XGS-PON

Pasywna sieć optyczna (PON) łączy jeden terminal linii optycznej (OLT) na stacji czołowej z dziesiątkami abonentów za pośrednictwem niezasilanych rozgałęźników i wspólnego światłowodu. Pomiędzy OLT i ONT w każdym obiekcie nie znajduje się żaden sprzęt elektroniczny. Pomiędzy OLT i ONT - są jedynie szyby, złącza, złącza i rozdzielacze pasywne. Ta jedna decyzja projektowa ogranicza liczbę rolek pojazdów ciężarowych, eliminuje zasilanie szafy i zapewnia operatorom instalację, która wytrzyma wiele generacji technologii dostępu. GPON obsługuje prędkość pobierania 2,488 Gb/s i wysyłania 1,244 Gb/s; XGS-PON przesyła symetrycznie 9,953 Gb/s do tej samej instalacji zewnętrznej, jeśli pozwala na to budżet optyczny.

 

Dlaczego PON stał się domyślną architekturą FTTH

W połowie-2000 roku operatorzy testujący światłowód-do-domu- stanęli przed prostym problemem: podłączenie dedykowanego światłowodu do każdego abonenta było drogie, a umieszczenie aktywnych przełączników w szafkach ulicznych zwiększało liczbę awarii i zwiększało rachunki za energię. PON rozwiązał oba problemy na raz. Jedno włókno zasilające opuszcza centralę, uderza w pasywny rozdzielacz w zamknięciu lub cokole i rozszerza do 32 lub 64 kropli – bez baterii, bez wentylatorów, bez zdalnego zarządzania elektroniką obiektową.

Model ten okazał się trwały. Według danych dotyczących wdrożenia Fibre Broadband Association, dziesiątki milionów abonentów FTTH w Ameryce Północnej korzysta obecnie z jakiejś formy PON. Pionowe mieszkania MDU, parki biznesowe, obiekty hotelarskie, kampusy uniwersyteckie i projekty-inteligentnych budynków – wszystkie wykorzystują odmiany tej samej pasywnej-architektury dzielonej. Pytaniem, które obecnie zadaje większość planistów sieci, nie jest to, czy PON działa -, ale to, która generacja PON pasuje do struktury ruchu i jak daleko może rozciągać się istniejąca optyczna sieć dystrybucyjna (ODN).

 

 

Jak porusza się ruch downstream i upstream we współdzielonym włóknie

W dalszej części OLT nadaje do każdego ONT w oddziale. Każdy ONT czyta port GEM lub nagłówki XGEM, akceptuje własne ramki i odrzuca resztę. Szyfrowanie AES-128 zapewnia prywatność ruchu abonenckiego, mimo że sygnał optyczny fizycznie dociera do każdego urządzenia w drzewie.

Pod prąd jest trudniej. Wiele ONT współdzieli jedną ścieżkę światłowodową z powrotem do OLT, więc nie wszystkie mogą transmitować jednocześnie. OLT obsługuje silnik dynamicznej alokacji przepustowości (DBA), który przydziela szczeliny czasowe -, zasadniczo informując każde urządzenie ONT, kiedy i na jak długo ma uruchomić swój laser. Zasięg kompensuje różnice odległości, dzięki czemu impulsy docierają bez nakładania się. Ta dyscyplina planowania sprawia, że ​​współdzielone włókno nadrzędne działa na dużą skalę, a nie prowadzi do kolizji.

Z naszego doświadczenia w uruchamianiu oddziałów PON w budynkach-o mieszanym przeznaczeniu wynika, że ​​problemy pojawiają się najpierw w harmonogramie początkowym. Oddział obsługujący lekkie przeglądanie w budynkach mieszkalnych w niczym nie przypomina oddziału obsługującego kopie zapasowe w chmurze, kamery monitorujące IP i najemcę coworkingowego prowadzącego jednocześnie rozmowy wideo. Prawidłowe ustawienie parametrów DBA i umów dotyczących ruchu ma większe znaczenie, niż sugeruje większość arkuszy specyfikacji.

 

 

Podstawowe komponenty PON w skrócie

Każde wdrożenie PON opiera się na czterech elementach składowych. OLT znajduje się na stacji czołowej, - uwierzytelnia ONT, zarządza przyznaniami przepustowości, stosuje zasady QoS i agreguje ruch w kierunku rdzenia. ODN jest samą instalacją pasywną: światłowód zasilający z OLT, światłowód dystrybucyjny za rozdzielaczem i kable przyłączeniowe do poszczególnych obiektów. Rozgałęźniki dzielą moc optyczną -. Rozgałęźnik 1:32 wprowadza około 17 dB straty, podczas gdy rozdzielacz 1:64 dodaje około 20 dB. ONT (lub ONU w scenariuszach MDU) kończy ścieżkę optyczną i przekazuje abonentowi wideo Ethernet, POTS lub RF. Każdy element kształtuje koszty długoterminowe-, ale dominuje ODN, ponieważ wymiana światłowodu podziemnego lub napowietrznego powoduje znacznie większe zakłócenia niż wymiana karty liniowej.

Czytelnicy budujący szerszy obraz miejsca, w którym ODN mieści się w różnych topologiach włókien, mogą zacząć od tegoModele wdrażania FTTxi zakreśl tutaj, aby wyświetlić warstwę projektową specyficzną dla PON-.

 

GPON kontra XGS-PON: wybór właściwej generacji

GPON i XGS-PON są przeznaczone do różnych realiów ruchu. Poniższa tabela przedstawia kluczowe różnice wpływające na decyzje dotyczące wyboru.

	GPON (G.984.x)	XGS-PON (G.9807.1)
W dół/w górę	2,488 Gb/s / 1,244 Gb/s	9,953 Gb/s / 9,953 Gb/s (symetrycznie)
Długość fali poniżej	1490 nm	1577 nm
Długość fali w górę	1310 nm	1270 nm
Typowa klasa optyki	Klasa B+ (budżet 28 dB)	N1/N2 (budżet 29–31 dB)
Najlepsze dopasowanie	Szerokopasmowy internet w budynkach mieszkalnych,-duża baza abonentów ze strumieniowym przesyłaniem danych i umiarkowanym zapotrzebowaniem na przesyłanie danych	Symetryczne warstwy gigabitowe, biznesowe umowy SLA, mobilna łączność typu backhaul, przesyłanie-ciężkich zastosowań mieszanych
Ekosystem dostawców	Bardzo dojrzały; szeroka interoperacyjność pomiędzy dostawcami OLT i ONT	Szybko dojrzewające; Koszty ONT znacznie spadły od 2022 r. w związku z dużą wielkością produkcji i wejściem na rynek wielu dostawców chipsetów ONU (Grupa Dell'Oro / Fierce Network, październik 2022 r; Zhone/Fibre Connect 2023)
Współistnienie	Może współdzielić ODN z XGS-PON poprzez multiplekser długości fali	Może współdzielić ODN z GPON poprzez multiplekser długości fali

Gdzie pasuje EPON? EPON (IEEE 802.3ah) pozostaje silny na rynkach, gdzie panuje już standaryzacja-natywnego ramkowania Ethernet-, szczególnie w Azji Wschodniej i środowiskach operatorów-kablowych zgodnych ze standardami IEEE. XG-PON (G.987.x) był odskocznią, zmniejszając prędkość o 9,953 Gb/s, ale zwiększając ją jedynie o 2,488 Gb/s, i jest w dużej mierze zastępowany przez XGS-PON w nowych wdrożeniach.

Praktyczny wniosek: jeśli Twoja baza abonentów nadal skłania się ku korzystaniu z transmisji strumieniowej przy niewielkim przesyłaniu danych, GPON może dobrze służyć przez lata. Jeśli wdrażasz najemców biznesowych, sprzedajesz symetryczne warstwy gigabitowe lub planujesz mobilną transmisję typu backhas w tej samej sieci ODN, docelowym rozwiązaniem będzie XGS-PON.

 

Współistnienie długości fali: prawdziwa dźwignia modernizacji

To, co sprawia, że ​​migracja PON jest opłacalna ekonomicznie, to planowanie długości fal. GPON transmituje w dół przy 1490 nm i odbiera w górę przy 1310 nm. XGS-PON wykorzystuje 1577 nm w dół i 1270 nm w górę. Pasma te nie nakładają się na siebie, co oznacza, że ​​prawidłowo zaprojektowana sieć ODN może jednocześnie przenosić ruch GPON i XGS-PON przy użyciu multipleksera długości fali (WM) po stronie OLT.

Ten model współistnienia jest wart prawdziwych pieniędzy. Trasy zasilające, obudowy spawów, rozgałęźniki i kable odgałęźne - instalacji pasywnej zazwyczaj stanowią największą część całkowitych kosztów budowy FTTH, często znacznie ponad połowę, według szacunków branżowych takich organów jak FTTH Council Europe. Ponowne wykorzystanie tej instalacji podczas wymiany serwerów kasetowych OLT i ONT zgodnie z harmonogramem-abonenta powoduje, że modernizacja wózka widłowego staje się migracją etapową.

Widzieliśmy, że operatorzy na Środkowym Zachodzie prowadzili mieszane oddziały GPON/XGS-PON przez 18+ miesięcy w okresach przejściowych, w pierwszej kolejności modernizując abonentów biznesowych i migrując użytkowników indywidualnych w miarę spadku kosztów ONT. To podejście działa, -, ale tylko wtedy, gdy oryginalny ODN został zbudowany z czystymi złączami, udokumentowanymi lokalizacjami rozdzielaczy i wystarczającym marginesem optycznym, aby pochłonąć dodatkową stratę wtrąceniową WM (zwykle 0,5–1,0 dB).

Aby dokładniej przyjrzeć się, jak zachowują się okna o różnych długościach fal w światłowodzie jednomodowym,to porównanie transmisji 850 nm, 1310 nm i 1550 nmwypełnia fizykę optyczną leżącą u podstaw planowania współistnienia.

 

Współczynnik podziału, budżet optyczny i miejsca, w których projekty się psują

Współczynnik podziału to miejsce, w którym zderzają się ekonomia dostępu i inżynieria optyczna. Wyższe podziały zmniejszają-koszt infrastruktury na abonenta-, ale zużywają też większy budżet optyczny i zwiększają presję na współdzieloną-przepustowość. Właściwy współczynnik zależy od odległości, liczby złączy i profilu ruchu.

 

Przewodnik wyboru współczynnika podziału

1:16 - środowiska o niskiej gęstości lub-wysokiej marży.Wprowadza około 14 dB tłumienia rozdzielacza. Powszechne w przypadku wdrożeń-na obszarach wiejskich o dużym zasięgu, gdzie odległości zasilania pochłaniają większość budżetu na urządzenia optyczne, lub w-biznesowych oddziałach PON, które potrzebują maksymalnej przestrzeni na przyszłe aktualizacje usług.

1:32 - domyślny główny nurt.Około 17 dB straty w rozdzielaczu. Równoważy gęstość abonentów w porównaniu z budżetem optycznym dla większości podmiejskich i miejskich konstrukcji FTTH. Współpracuje wygodnie z optyką GPON klasy B+ na typowych dystansach metra (całkowita trasa poniżej 15 km) i pozostawia miejsce na współistnienie XGS-PON.

1:64 --zoptymalizowana pod względem kosztów, wysoka gęstość.Około 20 dB straty w rozdzielaczu. Tnie koszt infrastruktury na-abonenta prawie o połowę w porównaniu z czasem 1:32, ale wymaga ścisłej dyscypliny w zakresie połączeń, małych odległości i dokładnej weryfikacji-budżetu strat. Najlepiej nadaje się do pionów MDU, sieci kampusowych lub gęstych budynków miejskich, gdzie przebiegi światłowodów są krótkie, a liczba złączy niewielka.

 

Optyka GPON klasy B+ obsługuje budżet strat wynoszący 28 dB. Po odjęciu typowego tłumienia światłowodu (0,35 dB/km przy 1310 nm na, powiedzmy, 15 km przewodu zasilającego i dystrybucji), strat na złączu (0,3–0,5 dB na sparowaną parę na około 4–6 połączeniach), strat na spawach i strat na wtrąceniu rozdzielacza, pozostały margines może szybko się zmniejszyć. Generalnie zalecamy utrzymanie co najmniej 3 dB marginesu operacyjnego po zliczeniu wszystkich strat, - ponieważ bufor pochłania starzenie się, brudne złącza i przyszłe pasywne dodatki bez konieczności wzywania serwisu.

 

Typowe błędy projektowe, które napotykamy w terenie, wynikają z kilku powtarzających się wzorców: współczynniki podziału przesunięte do 1:64 w obszarach, gdzie jakość złączy i liczba spawów nie pokrywają budżetu; rozgałęźniki umieszczone w miejscach uniemożliwiających wyizolowanie uszkodzeń; plany aktualizacji zawierające odniesienie do „XGS-PON później” bez sprawdzania przez kogokolwiek, czy istniejący budżet strat jest w stanie obsłużyć-szybszą optykę i współistniejący sprzęt; oraz projekty oddziałów dostosowane do transmisji strumieniowej w budynkach mieszkalnych, które później są obciążane biznesowymi umowami SLA i-dużym ruchem IoT. Każdy z nich zaczyna się od skrótu planowania, a kończy na operacyjnym bólu głowy.

 

 

PON kontra aktywny Ethernet: kiedy każde z nich ma sens

Aktywny Ethernet (AE) zapewnia każdemu abonentowi dedykowane włókno lub dedykowaną długość fali w infrastrukturze przełączanej. Model ten sprawdza się w środowiskach wymagających ścisłej izolacji ruchu, deterministycznej przepustowości lub separacji regulacyjnej. -Mamy na myśli wielo-centra danych, kampusy finansowe lub sieci szpitalne z twardymi granicami zgodności.

PON wygrywa dzięki prostocie działania. Brak zasilania midspan, mniej punktów awarii pomiędzy stacją czołową a lokalizacją oraz niższy koszt na abonenta w przypadku odtwarzania gęstości. Prawdziwa decyzja zwykle sprowadza się do trzech pytań operacyjnych: Gdzie powinien znajdować się wywiad? Gdzie powinno być wymagane zasilanie? Gdzie ryzyko konserwacji jest akceptowalne? Kiedy już odpowiesz na te pytania, architektura w większości wybiera się sama.

 

 

Dlaczego popyt na XGS-PON rośnie

Wiele sił rynkowych wypycha XGS-PON ze slajdu planu działania do zamówienia. W ciągu ostatnich dwóch lat ruch przesyłany do domów znacznie wzrósł - dzięki wideokonferencjom, przesyłaniu gier w chmurze i strumieniom bezpieczeństwa w domu -, przy czym kilku operatorów poziomu-1 odnotowało roczny-ponad-roczny wzrost w zakresie upstream w przedziale 25–35%. Małe i średnie-przedsiębiorstwa coraz częściej oczekują jako podstawy symetrycznej usługi gigabitowej. Władze miejskie i wiejskie spółdzielnie energetyczne-budujące od podstaw FTTH od pierwszego dnia wybierają XGS-PON, aby uniknąć cyklu modernizacji w połowie okresu eksploatacji.

Dla planistów śledzących dokąd zmierza warstwa dostępu po 10G PON,to spojrzenie na przyszły kierunek sieci FTTxobejmuje 25G PON, 50G PON i-punkt-spójną optykę wielopunktową bez konieczności przechodzenia bezpośrednio do katalogów produktów.

 

 

Często zadawane pytania