Сетевая технология FTTX, PON

Основными технологиями широкополосного доступа ШПД сегодня являются DSL (использование телефонных медных пар), CATV (сети кабельного телевидения) и Ethernet (волоконно-оптические сети доступа к домам FTTN (Fiber to the Node)).

В настоящее время сети DSL имеют самое широкое распространение, однако доля распространения DSL, начиная с 2007 года, сокращается за счет развития более технологичных и скоростных способов доступа. Вполне вероятно, что DSL еще долгие годы будет одним из основных методов передачи информации, тем более, что возможности новых технологий VDSL с поддержкой скорости 50/100Мбит/с позволяют организовать не только высокоскоростной доступ в Интернет, но и VOIP и IPTV при низкой себестоимости в сравнении с оптической и беспроводными технологиями.

Если емкость медных каналов оказывается практически исчерпанной, приходится ориентироваться на оптическую среду передачи. Предполагается, что к 2010 г каждой квартире потребуются симметричный доступ со скоростью 100 Мбит/с – вдвое больше, чем максимальная скорость VDSL в нисходящем потоке данных. С учетом этих потребностей решение этих проблем в использовании оптических линий FTTN, которые прокладываются до домов клиентов. Передача сигнала по оптическим линиям обеспечивает более высокую скорость по сравнению с медными кабелями. Такие линии позволят обеспечить скорость до 1 Гбит/с на каждого клиента. Кроме того, посредством VDSL на скорости 50 Мбит/с можно работать на участке до 400 м. В настоящее время в странах Европы уже 2 млн абонентов пользуются волоконно-оптическим доступом FTTH (Fiber to the Home). Аналитики предполагают рост таких пользователей к 2010 году более, чем в 2 раза.

Подключение по оптоволоконному кабелю к узлу FTTN (Fiber to the Node) является ступенью по пути подключения квартиры или дома FTTH (Fiber to the Home) или FTTP (Fiber to the Premise). В случае FTTN оптическое волокно подходит к кабельному разветвителю, а обслуживание абонентов осуществляется по медной среде, использует различные варианты XDSL. Поскольку кабельные разветвители располагаются в непосредственной близости от абонентов, можно получить быстрое соединение.

Вполне вероятно, что в скором будущем медный кабель в сети доступа уступит место оптическому волокну. Такое решение выгодно реализовать в виде пассивной оптической сети PON (Passive Optical Network), поскольку в этом случае можно обойтись без электронных или оптических активных компонентов. Сетевые структуры FTTH необходимо реализовать таким же надежными, как и глобальные волоконно-оптические транспортные сети. Архитектура этих решений должна иметь избыточность и иметь кольцевую технологию.

Ключевым элементом инфраструктуры FTTH является мультиплексор со спектральным уплотнением WDM (Wavelength Division Multiplexer), которое передает в волоконный кабель данные, голос и видео. Для распределения сигналов между конечным числом абонентов используются оптические разветвители (сплиттеры). Распределение сигналов, передаваемых с коммутационного узла на кабельный разветвитель осуществляется в волоконно-оптических распределительных концентраторах FDH (Fiber Distribution Hub).

Распределительный кабель, подключенный к выходам концентратора FDH связывается со входами разветвителей, которые ведут к оборудованию, размещенному в подъездах, домах или в квартирах. В настоящее время наиболее оптимальным является решение, предполагающее использование пассивной сети с распределительным доступом и центральными разветвителями.

Пассивные оп­тические сети являются сетями доступа, в которых в качестве среды передачи исполь­зуется оптоволокно. Термин «пас­сивные» описывает тот факт, что сеть не включает активных элек­тронных устройств, требующих электропитания, кроме, конечно, передатчика оператора и прием­ника абонента. В состав таких сетей входят следующие основные компоненты: OLT (Optical Line Terminal), оптический сетевой терминал ONT (Optical Network Terminal), оптическое сетевое устройство ONU (Optical Network Unit) и разветвители SPL (splitters) (рис. 8.3).

Основные функции OLT - фор­мирование нисходящего (от опе­ратора к абонентам) потока данных и обработка трафика от абонентов. OLT также генерирует сообщения с временными метками, которые используются в качестве эталонных для синхронизации ОNT, окна об­наружения для новых ONT и уп­равляет процессом регистрации.

Сетевые терминалы со стороны заказчиков принимают поток дан­ных от разветвителя и преобразуют их формат, определяемый интер­фейсом пользователя, такой как 10/100 Ethernet, ATM или Т1, по­лучают сообщения с эталонными метками времени и передают дан­ные в разрешенном временном слоте (если применяется множес­твенный доступ с разделением по времени TDMA).

Обычно OLT располагаются в офисе оператора связи, в линей­ных сооружениях вне офиса (outside plant) или в точке присутс­твия POP (Point-of-Presence), ONT. как правило, вы­деляются индивидуальным поль­зователям, a ONU устанавлива­ются в цокольных этажах, иногда даже в распределительных колод­цах, и разделяются между несколь­кими клиентами. С помощью разветвителей можно реализовать практически все основные топо­логические схемы: «кольцо», «де­рево», «звезда» и «шина». Подчеркнем еще раз - важ­ным в технологии PON является то, что нет необходимости протя­гивать оптоволокно непосредс­твенно к рабочим станциям поль­зователей. ONU может быть соединен с офисами с помощью разнообразных сетевых техноло­гий, применяющих в качестве сред передачи витую пару, коаксиальный кабель (рис. 8.3).

Рисунок 8.3

Перейдем теперь к некоторым архитектурным особенностям пассивных оптических сетей. Их определяют две доминирующие технологии, с помощью которых осуществляется двунаправленный широкополосный доступ. Первая опирается на распространенный механизм мультиплексирования разделением по времени (Time Division Multiplexing - TDM). В этом случае к каждому абоненту поступает весь

трафик, а выделение нужного пакета выполняется терминалом ONT на основе адресной информации в заголовке. Если при передаче нисходящего потока от ОLT к ОNT никаких проблем не возникает, то при формировании восходящего потока необходимо применять какой-либо механизм синхронизации пакетов поскольку оптические расстояния от ONT разных абонентов до ОLT неодинаковы. Формирование вос­ходящего потока выпол­няется с помощью протокола мно­жественного доступа с разделением по времени (Time Division Multiple Access - TDMA). Хотя широкове­щательный характер, присущий TDM-архитектуре, позволяет ис­пользовать относительно простые устройства, тем не менее, она об­ладает рядом недостатков. В час­тности, поскольку приемники внутри ОNT должны обрабатывать суммарный трафик, то они требуют достаточно высокого быстродействия.

Второй технологией, на которой также базируется архитектура PON. является мультиплексирование с разделением длин волн WDM (Wa­velength Division Multiplexing). Пассивные оптические терминалы демультиплексируют суммарный световой поток, до­ставляя каждому ONT предназна­ченный только ему трафик на волне выделенной длины. При­емное оборудование на обоих кон­цах оптического канала в этом слу­чае проще. так как не содержит электроники, необходимой для TDM. Конечно, эта технология также не лишена определенных недостатков. Например, добавле­ние абонентского узла требует дополнительного лазерного источ­ника с длиной волны излучаемого света, отличной от других.

При разработке технология PON ставилась задача найти способы создания наиболее дешевых и скоростных сетей до­ступа с полным набором служб, которыемогли бы быть естествен­ным продолжением высокоско­ростных технологий передачи дан­ных, в частности IP-трафика, ви­део, 10/100 Ethernet.

В этих сетях наиболее подходящей транспорт­ной технологией является ATM, обеспечивающая наряду с высокой скоростью передачи данных объ­единенный трафик (голос, данные и видео) и необходимое качество сервиса (QoS). Что касается пропускной спо­собности, то существует два вари­анта. Первый предусматривает симметричный трафик со скоро­стью передачи данных 155 Мбит/с в обоих направлениях, тогда как вто­рой, асимметричный, устанавли­вает скорость 622 Мбит/с в нисхо­дящем потоке и 155 Мбит/с в восхо­дящем. Последний вариант еще известен под названием Broadband PON (BPON). Для нисходящего трафика используются длины волн 1490 нм и 1550 нм, а для восходя­щего - 1310 нм, а также применя­ется метод доступак среде TDMА.

Реальное количество поддержи­ваемых технологией разветвителей и протяженность канала зависят от используемых лазеров и потерь в оптоволокне. В стандарте ITU-G.983. например, оговариваются расстояние до 20 км и 32-канальный разветвитель.

Для решения проблем полосы пропускания и ограничений про­токола был разработан Gigabit PON (GPON)- спецификация ITU G.984. Она предоставляет 32 поль­зователям разделяемую полосу пропускания 2.5 Гбит/с. GPON пред­полагает те же длины волн для нисходящего и восходящего потоков, что и BPON. Базовый вариант GPON поддерживает максималь­ное расстояние 20 км и 32-портовый разветвитель или 10 км при 64-портовом разветвителе. Стан­дарт может быть реализован для различных платформ: ATM, Ethernet и TDM.

Альтернативой сетям BPON является Ethernet PON (EPON). определяемый стандартом IEEE 803.2ah. EPON использует только две длины волн: 1490 нм для нисходя­щего потока и 1310 нм для восхо­дящего и исключительно прото­кол IP. Технология предоставляет разделяемую полосу пропускания 1,25 Гбит/с в режиме доставки IP-пакетов.

Современный офис немыслим без компьютера. Неуклонно увеличивается и число домашних пользователей. Все это приводит к серьезному повышению спроса на услуги передачи данных: доступ в Интернет, выделенные каналы, виртуальные сети и т.п. Наиболее перспективной интернет-технологией, можно сказать, технологией завтрашнего дня являются волоконно-оптические сети, контуры развития которых вырисовываются уже сегодня. Речь идет о технологии FTTx, развитие которой уже находится на повестке дня, являющейся общим названием для двух видов доступа - Fiber To The Home (FTTH - волоконно-оптический кабель в дом) и Fiber To The Building (FTTB) (оптоволоконный кабель в здание; подразумевается многоквартирный дом или офис).

Семейство технологии FTTx

В семейство FTTx на сегодняшний день входят несколько различных подвидов:

FTTN (Fiber to the Node) - оптика до сетевого узла (обычно это городская или районная станция или узел связи);
FTTC (Fiber to the Curb) - оптическое волокно до микрорайона, квартала или группы домов (это вид технологии доступа используется для строительства подстанций связи - так называемых выносов);
FTTB (Fiber to the Building) - волокно до здания (начиная с середины 2000-х по этой технологии подключают все многоэтажные и многоквартирные дома);
FTTH (Fiber to the Home) - оптоволокно до жилища (самая свежая и прогрессивная из архитектур, котоая только-только набирает обороты. Волокно заводится прямо в квартиру или частный дом).
Простыми словами, этим подвиды отличаются по сути тем, насколько близко к пользователю канала связи подходит оптическое волокно провайдера.

Самая популярная технология - FTTB

Современная технология доступа в Интернет - FTTB - расшифровывается как "Fiber to the Building", то есть в переводе на русский: «оптический кабель до дома, строения». Понятие ФТТБ описывает общий подход к организации кабельной инфраструктуры на сети доступа. Согласно ей, от центрального узла оператора связи до определённого объекта (как правило, многоквартирный дом или офисное здание) идёт оптический кабель. Он включается в многопортовый коммутатор. Ну а дальше уже идёт разводка до абонента с использованием обычной медной витой пары. На момент написания статьи, технология доступа FTTBв разы быстрее и надёжнее по сравнению с современными технологиями и широкополосного доступа, в том числе и 3G/4G/LTE. так же нельзя не отметить возможность модернизации построенной сети для поддержки скорость доступа до 1Gb/s и 10 GB/s за счёт замены коммутаторов и конечного оборудования. При этом, как правило, построенную оптическую инфраструктуру и домовую распределительную сеть менять нет необходимости. Благодаря развитию технологии FTTB появилась возможность значительно расширить спектр предоставляемых абоненту услуг, в том числе:

Доступ в Интернет (со скоростью до 100 Мбит/с);
- IPTV (просмотр не менее 100 каналов MPEG2, MPEG4), HD, VoD);
- VoIP (для ряда пользователей)

FTTB предполагает как кольцевую модель распределения коммутаторов, так и модель "звезда", когда коммутаторы подключаются лучами к агрегаторам, что позволяет построить высокопроизводительную сеть, которая к тому же будет масштабируемой, гибкой, безопасной и выгодной по затратам.

Что дает абонентам технология FTTx?

Надежная и качественная связь .
На работу канала, организованного по технологии доступа FTTx не влияют погодные условия, сторонние ЭМ-помехи, нет обрывов и не падает скорость. Если на кабеле нет повреждений, то на конце Вы всегда получите именно ту скорость,что заявлена в тарифе.
Высокая скорость доступа в Интернет . Использование особенностей технологии доступа FTTx позволяет простым абонентам пользоваться скоростями до 100 Мбит/с., а в некоторых случаях и до 1 Гбит/с, а так же даёт возмоджность в разы увеличить объем передаваемой информации. Скорость подключения в данном случае ограничивается только тарифным планом и скоростью локальной сети внутри помещения или здания.
Симметричный канал . Если Вы пользовались когда-нибудь ADSL-доступом, то знаете, что скорость исходящего канала намного ниже скорости входящего. Иногда это может быть очень критичный момент, особенно при работе файлообменных сетей при передаче файлов больщого размера. Симметричный канал FTTx предполагает одинаковую высокую скорость для исходящего и входящего каналов. Такая особенность позволяет простым пользователям размещать у себя дома игровые и веб-сервера.

Подключение нескольких услуг связи сразу по одному кабелю . Это так называемый "Tripple Play", то есть Вы можете при желании подключить на одну линию разом 3 услуги: интернет, телефонию и интерактивное цифровое телевидения. При этом, правда, подключение специального устройства доступа - роутера - считается обязательным условием. Маршрутизатор должен поддерживать технологию разделения VLAN по портам (Пример: Zyxel Keenetic, D-link DIR-300, Sagemcom 2804, 3804).

В чём преимущество технологии FTTx перед технологией xDSL

Оптический кабель выгодно отличается тем, что позволяет подключать всего по одному кабелю сразу интернет, телефон и кабельное телевидение: пропускная способность оптического кабеля свободно справляется с такой нагрузкой.

В наших обзорах мы уже успели рассмотреть десятки и сотни тарифов для доступа в интернет. Мы объяли почти все российские регионы и крупные города. Поговорили о технологиях доступа, но не раскрыли эту тему на все 100%. В этом обзоре мы исправляем ситуацию, рассказывая о FTTx. Технология FTTx Ростелеком – это скоростное подключение к интернету посредством оптического волокна. Давайте посмотрим, как она работает и какие возможности сулит абонентам.

Устаревшие технологии

Долгое время Ростелеком продвигал технологию ADSL. После тормозного Dial-Up с занятой голосовой линией, ADSL был глотком свежего воздуха. Технология позволяла и до сих пор позволяет получать скорость до 24 Мбит/сек. Но это лишь на скачивания – отдача у ADSL слабая и не превышает 0,3 Мбит. Хотя при использовании некоторых стандартов достигаются показатели до 3,5 Мбит/сек. На практике этого почти не видно.

ADSL требует самой простой телефонной линии с сопротивлением не более 900 Ом. То есть длина проводников играет решающую роль. Линия должна быть хорошей, с сопротивлением между жилами не менее 100 МОм. Также существуют требования к ёмкости всего телефонного шлейфа. Столь идеальные линии существуют, но их мало. Поэтому максимальная скорость будет только у тех, кто проживает в непосредственной близости от телефонной станции. Расстояние в 5-6 км для телефонной линии с ADSL считается предельным, скорость доступа падает до 2-3 Мбит/сек.

Что изменилось с приходом оптики

Технология FTTB и технология FTTx – это почти одно и то же. Латинская буква B расшифровывается как Building (здание). Полная расшифровка аббревиатуры FTTB – Fiber-To-The-Building. То есть оптический кабель до здания. В случае с FTTx – оптический кабель до точки X. Где X – это может быть здание, подъезд, локальный узел связи.

Оптический кабель – идеальное средство связи. Потери в нём минимальные, скорость составляет до нескольких Гбит/сек. Сегодня существуют технологии, позволяющие провести оптоволокно в каждый дом. Но результатом становится высокая стоимость подключения. Ситуацию исправила технология от Ростелекома GPON – пассивная оптика в каждую квартиру. Она способна обеспечить скорость до 1 Гбит/сек для каждого абонента.

Вернёмся к Ростелеком FTTB (она же FTTx). Схема постройки сети в этом случае такова:

• Скоростной оптический кабель доходит до установленного в подвале или на чердаке (верхнем этаже) домового узла связи.
• По подъезду прокладывается витая пара – есть возможность завести его в каждую квартиру.
• Витая пара подключается напрямую к абонентскому оборудованию – это компьютер или роутер.

Если порты на домовом узле связи гигабитные, каждый абонент сможет получить скорость до 1 Гбит/сек. На практике цифры в разы меньше, тарифы Ростелекома не дают выше 200-250 Мбит/сек. Конечные значения зависят от региона подключения.

Есть информация, что для некоторых абонентов Ростелеком может предложить индивидуальные тарифы со скоростью до 1 Гбит/сек – этот момент нужно уточнять в офисах.

На самом деле, тех же 100 Мбит/сек на FTTx хватает за глаза. Фильмы скачиваются за 15-20 минут – за это время можно подогреть чай или заказать пиццу. Более мелкие файлы скачиваются за секунды. При этом технология не требует никакого модема. Специалисты Ростелекома подключат кабель к сетевой карте вашего ПК, и готово – у вас дома есть широкополосный интернет. Если интернет нужен на нескольких устройствах, используйте маршрутизатор (роутер).

Настраиваем соединение

Настройка роутера Ростелеком FTTx заключается в создании PPPoE-соединения. Абоненту выдаётся карточка с логином и паролем – эти данные потребуются для авторизации. Далее заходим в настройки роутера, создаём PPPoE-подключение, даём ему произвольное имя, вписываем логин и пароль. Перезагружаем маршрутизатор, наблюдаем за индикатором интернета – он должен загореться и мигать. Теперь подключаем к роутеру домашние устройства и наслаждаемся доступом в сеть.

Технология FTTx подразумевает подключение к домовой сети передачи данных (CGL) посредством витой пары. Это такой медный кабель на восемь жил. Вы можете проложить его за плинтусами или под потолком. Мы рекомендуем сразу же приобрести хотя бы самый простой роутер. Подходящая модель – TP-LINK TL-WR840N. Его стоимость составляет от 900 рублей. Прибор подключается к СПД Ростелекома по FTTx и организует беспроводную точку доступа в радиусе 10-15 метров – как раз в пределах квартиры на 2-3 комнаты.

В частном секторе оптика Ростелекома может заходить прямо в дом, без всяких домовых узлов связи. Это называется не FTTx, а FTTB. Скорости здесь примерно такие же. Вместо узла связи ставится медиаконвертер, а к нему подключается роутер.

Технология подключения Интернета FTTB в настоящее время наиболее распространенная в мире. В начале 2000-х годов она сделала переворот в сфере предоставления провайдерских услуг и остается наиболее востребованной за счет своей простоты и надежности. Но у такого подключения есть ограничения и недостатки, которые также надо учитывать при подключении к сети.

Что значит FTTB?

Предоставление провайдером Интернета по технологии FTTB подразумевает всегда подключение многоквартирного дома. На английском языке аббревиатура расшифровывается как “Fiber to the building” - дословно “Оптическое волокно в дом”. Это одна из вариаций использования технологии FTTx, где “Х” может означать как крупный распределительный узел целого района, так и отдельное конечное устройство, например, домашний компьютер.

Если при заключении договора с провайдером, упоминается FTTB, это значит, что к дому проводится оптоволоконный кабель. Затем он подключается к распределительному узлу в подвале или на крыше здания, а уже к квартирам прокладываются медные витые пары, которые подключаются напрямую к компьютеру или к маршрутизатору, позволяющему распределить доступ к Интернету сразу на несколько устройств.

Внимание! Внешне подключение будет выглядеть как обычное проведение кабеля из подъезда в квартиру без установки модема. Только шнур и все.

Что дает использование FTTx?

Эта технология используется всеми провайдерами, предоставляющими услуги в многоквартирных домах: “Билайн”, “Ростелеком”, “МТС”, “Зеленая Точка” и другие. Главным отличительным признаком, что будет использоваться FTTB всегда служат красивые предложения:

• скорость до 100 Мбит/сек, позволяющая скачивать фильмы за считанные минуты и участвовать в онлайн-конференциях и играть по сети;
• безлимитный Интернет, без ограничений на объем трафика;
• возможность подключения цифрового телевидения и IP-телефонии через 1 кабель.

Все эти возможности появились именно благодаря использованию оптического волокна по технологии FTTB в качестве основы для предоставления доступа к сети.

Что было раньше?

Схема подключения по технологии FTTB получила широкое распространение не просто так. Те, кто пользовался Интернетом еще в прошлом тысячелетии помнят, что доступ был ограниченным, а скорость очень низкой. К тому же подсоединялся шнур через телефон, что создавало дополнительные ограничения.

Это все признаки использования ADSL (“асимметричной цифровой абонентской линии”). С технической точки зрения разница заключалась в материалах для шнура, через который и передаются сигналы. Раньше вместо оптического волокна для этой цели использовалась медь. Это хороший материал, но у него есть несколько существенных ограничений:

1. Скорость передачи сигнала. В отличие от современной оптоволоконной схемы ADSL предоставляла только трафик на скорости до 24 Мбит/сек. Но это в идеальных условиях, а фактически - в несколько раз ниже.
2. Асимметричность передачи информации. 24 Мбит/сек - это для скачивания файлов. А загрузка информации в сеть происходила в 8 раз медленнее.
3. Помехи. Непогода, излучение от аппаратуры или линий ЛЭП постоянно приводило к перебоям со связью.
4. Однопоточность. Одновременно пользоваться телефоном и Интернетом было невозможно. О возможности просмотра телепередач никто и не задумывался.

Оптический кабель лишен этих недостатков и, к тому же, дешевле в производстве. Поэтому постепенно он вытеснил своего предшественника.

Какие ограничения у оптоволокна

Учитывая, чем отличаются технологии ADSL и FTTB, неудивительно, что отказ от меди обеспечил больше возможностей для доступа к сети и стал основой развития для фирм-провайдеров.

Но у существующей на данный момент системы также есть несколько недостатков, которые ограничивают ее распространение:

1. Цена. Провести оптоволоконный кабель к дому и установить распределительный узел стоит денег. Поэтому частный сектор и районы удаленные от центра города, а также села остаются без проводного Интернета.
2. Скорость. Оптоволокно способно передавать информацию со скоростью в 1 Гбит/сек, но схема распределения кабелей из витой пары уменьшает ее в 10 раз.
3. Потоки. Интернет, ТВ и телефония - это предел технологии подключения FTTB. Подключить к одному шнуру другие системы уже невозможно и необходимо проводить отдельную линию.

Жителям городов недостатки технологии FTTB редко доставляют неудобства. А все достоинства такого подключения позволяют существующей схеме успешно конкурировать с другими видами связи, в том числе и беспроводной.

Что изменится в будущем

На данный момент крупные провайдеры уже предлагают потребителям новые услуги, которые предоставляются не благодаря FTTB, а по технологии PON (“пассивной оптоволоконной сети”). Принципиальная разница между этими схемами только в отказе от медной витой пары. Это позволяет избавиться от распределительного узла и провести оптоволокно напрямую в отдельный дом или квартиру.

Важно! PON и GPON - одно и то же. Буква “G” только подчеркивает возможность оптоволокна передавать информацию со скоростью в 1 Гбит/сек для привлечения клиентов.

При сравнении подключения по технологии FTTB и GPON разница заключается не только в высокой скорости. Есть и другие важные преимущества пассивной оптоволоконной сети:

1. Наличие модема. Если сейчас для ремонта узла требуется вскрывать щиток, расположенный на лестничной клетке или в подвале, то новая схема позволяет провести все необходимые процедуры не выходя из дома, консультируясь по телефону со службой поддержки.
2. Возможность точечного подключения. PON дает реальную возможность достаточно дешево провести проводной Интернет в частном секторе.
3. Многопоточность. К пассивной оптоволоконной сети можно подключить одновременно гораздо больше систем.

Но все возможности GPON еще не настолько востребованы клиентами, а 100 Мбит/сек вполне достаточно среднестатистическому пользователю. Поэтому в ближайшие годы провайдеры будут продолжать использование технологии FTTB для обслуживания населения.