Рисунок 6 – Топология «Дерево с активными узлами»

При использовании топологии «дерево с активными узлами» (рисунок 6) каждый абонент подключается к коммутатору, который в свою очередь соединяется волокном с узлом доступа. Коммутатор является активным оборудованием, то есть требующим электропитания. При отсутствии электропитания абоненты, подключенные к коммутатору, потеряют доступ к сети. Однако это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet и является относительно дешевым.

2.3.4 Топология «Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON» (P2MP)    

Рисунок 7 – Топология «P2MP»

Топология «дерево с пассивным оптическим разветвлением» (рисунок 7) со связями точка-многоточка (P2MP, point-to-multipoint) использует магистральное волокно, которое разделяется между всеми абонентами с помощью пассивного разветвителя (сплиттера). Каждый пользователь подключается к разветвителю отельным волокном. К одному порту узла доступа можно подключить целый сегмент древовидной архитектуры, который охватывает десятки абонентов. На промежуточных узлах устанавливаются полностью пассивные разветвители, не требующие электропитания и обслуживания. К преимуществам архитектуры PON можно отнести отсутствие необходимости электропитания на промежуточных узлах, высокая масштабируемость сети, экономия волокон и оптических передатчиков в центральном узле. Масштабируемость сети позволяет подключать новых абонентов так много, как это позволяет оптический бюджет мощности.

Технология PON

PON (англ. PassiveOpticalNetwork – пассивная оптическая сеть) – это быстроразвивающаяся, наиболее перспективная технология широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну, использующая волновое разделение трактов приема/передачи и позволяющая реализовать одноволоконную древовидную топологию «точка-многоточка» без использования активных сетевых элементов в узлах разветвления.

Другими словами, PON – это полностью пассивная сеть, построенная на оптическом волокне и не имеющая ничего, кроме «стекла», на пути следования Интернета от провайдера к абоненту. Всё активное оборудование вынесено в относительную безопасность жилых (и не очень) построек, а именно:

1. на стороне провайдера располагается головная станция, которая управляет всей пассивной сетью, включая абонентские устройства, и «наливает» траффик в сеть;

2. на стороне абонента находятся приёмо-передающие конвертеры, из которых, собственно, и «вытекает» траффик потребителям.

Для передачи прямого и обратного канала используется одно оптическое волокно, полоса пропускания которого динамически распределяется между абонентами, или два волокна в случае резервирования. Нисходящий поток (downstream) от центрального узла к абонентам идет на длине волны 1490 нм и 1550 нм для видео. Восходящие потоки (upstream) от абонентов идут на длине волны 1310 нм с использованием протокола множественного доступа с временным разделением (TDMA). В некоторых случаях используется дополнительная длина волны нисходящего потока (downstream), что позволяет предоставлять традиционные аналоговые и цифровые телевизионные услуги пользователям без применения телевизионных приставок с поддержкой IP.

Прямой поток

 Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным. Каждый абонетский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из общего потока предназначенную только ему часть информации (рисунок 4). Фактически мы имеем дело с распределенным демультиплексором.

    Обратный поток

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Для того чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от центрального узла OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Рисунок 8 - Основные элементы PON и принцип действия

В семействе сетей PON существует несколько разновидностей (таблица 2), отличающихся, в первую очередь, базовым протоколом передачи.

Таблица 2 – разновидности PON

APON / BPON

Первой в середине 90-х годов была разработана технология APON, которая базировалась на передаче информации в ячейках структуры ATM со служебными данными. В этом случае обеспечивалась скорость передачи прямого и обратного потоков по 155 Мбит/с (симметричный режим) или 622 Мбит/с в прямом потоке и 155 Мбит/с в обратном (асимметричный режим). Во избежание наложения данных, поступающих от разных абонентов, OLT направляло на каждый ONU служебные сообщения с разрешением на отправку данных. В настоящее время APON в своем первоначальном виде практически не используется.
Дальнейшее совершенствование этой технологии привело к созданию нового стандарта – BPON . Здесь скорость прямого и обратного потоков доведена до 622 Мбит/с в симметричном режиме или 1244 Мбит/с и 622 Мбит/с в асимметричном режиме. Предусмотрена возможность передачи трех основных типов информации (голос, видео, данные), причем для потока видеоинформации выделена длина волны 1550 нм. BPON позволяет организовывать динамическое распределение полосы между отдельными абонентами. После разработки более высокоскоростной технологии GPON, применение BPON практически утратило смысл чисто экономически.

Таблица 3 – Характеристики APON/BPON

EPON ( GEPON )

Успешное использование технологии Ethernet в локальных сетях и построение на их основе оптических сетей доступа предопределил разработку в 2000 г. нового стандарта - EPON. Такие сети, в основном, рассчитаны на передачу данных со скоростью прямого и обратного потоков 1 Гбит/с на основе IP-протокола для 16 (или 32) абонентов. Исходя из скорости передачи, в статьях и литературных источниках часто фигурирует название GEPON (Gigabit Ethernet PON), которое также относится к стандарту IEEE 802.3ah. Дальность передачи в таких системах достигает 20 км. Для прямого потока используется длина волны 1490 нм, 1550 нм резервируется для видео приложений. Обратный поток передается на 1310 нм. Во избежание конфликтов между сигналами обратного потока применяется специальный протокол управления множеством узлов (Multi-Point Control Protocol, MPCP). В GEPON поддерживается операция обмена информацией между пользователями (bridging).

Таблица 4 – Характеристики EPON(GEPON)

GPON

Для больших операторов, строящих большие разветвленные сети с системами резервирования, наиболее удачной считается технология GPON, которая наследует линейку APON – BPON, но с более высокой скоростью передачи – 1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с (в асимметричном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме). За основу был принят базовый протокол SDH (а точнее на протоколе GFP) со всеми вытекающими преимуществами и недостатками. Возможно подключение до 32 (или 64) абонентов на расстоянии до 20 км (с возможностью расширения до 60 км). GPON поддерживает как трафик ATM, так и IP, речь и видео (инкапсулированные в кадры GEM — GPON Encapsulated Method), а также SDH. Сеть работает в синхронном режиме с постоянной длительностью кадра. Линейный код NRZ со скремблированием обеспечивают высокую эффективность полосы пропускания. Единственным серьезным недостатком GPON является высокая стоимость оборудования.

Таблица 5 – Характеристики GPON

Вывод

Абонентам коттеджного поселка «Ламбери» необходимо предоставить услуги абонентского доступа высочайшего уровня. Что бы быть уверенным что это условие будет соблюдено, были рассмотрены различные технологии «последней мили». На сегодняшний день GPON – самая прогрессивная и перспективная технология доступа в интернет, способная обеспечить стремительно растущие потребности в скорости обмена информацией. GPON не только полностью отвечает современным требованиям, но и обладает ресурсами и потенциалом для обеспечения развития технологий связи в будущем.

Для сравнения при использовании технологии GEPON скорость передачи в прямом потоке - 1,25, а у GPON – 2,5 Гб/с.

Так как технология GPON сможет предоставить наиболее качественные услуги, она будет взята за основу для проектирования сети абонентского доступа в коттеджном поселке «Ламбери».