Технология xPON. PON технология доступа в интернет от Ростелекома

Начиная с 2000 года информационные технологии претерпели ряд серьезных изменений, ожидаемым следствием которых стало широкое внедрение Ethernet технологий и расширение абонентского канала доступа в мировую паутину. Как результат, началась гонка за скоростями и качеством обслуживания: сначала – медные сети с активными ретрансляторами по пути от провайдера к абоненту, потом – практически полный переход на ВОЛС и технологии семейства FTTX (FTTC, FTTB, FTTH).

На сегодняшний день абсолютно никого не удивишь «оптикой в дом» и скоростями доступа в Интернет порядка 30-100Мбит/с, а низкая стоимость подключения и демократичная ежемесячная абонплата делают проводные интернет-технологии популярными среди всех слоёв населения.

Исторически сложилось так, что Интернет-технологии впервые вышли из городов, и в них до сих пор сосредоточено «остриё» IT-индустрии: коаксиальные ТВ сети с доступом в Интернет (DOCSIS), медно-оптические FTTB сети с IPTV и IP-телефонией в качестве бонуса, CWDM и DWDM магистрали между отдельными районами города и на межгороде, беспроводные мобильные Интернет-технологии – потенциальному городскому абоненту есть из чего выбрать.

Предложений воспользоваться услугами Интернет-Сервис Провайдера в городе стало настолько много, что новый участник ИСП-сообщества просто не может «втиснуться» в уже сформировавшийся «конклав» предоставляющих сетевые услуги. В свою очередь, уже существующие в городах ИСП ведут серьезную борьбу за каждую «пятиэтажку» и за каждого абонента в ней (по крайней мере, на территории некоторых стран СНГ – точно).

Конечно, прошли времена, когда недобросовестные конкуренты вырезали чужой кабель километрами, перебивали магистральное волокно и втыкали иголки в коаксиал – сейчас борьба ведется честными методами (повышение качества обслуживания и скоростей, снижение абонплаты, создание локальных медиапорталов и т.д.). Но, как показывает практика, любой город уже давно поделен на сферы влияния ИСП (коих в каждом городе обычно минимум два), и новых абонентов в устоявшихся территориях добыть совсем непросто, особенно учитывая практически одинаковый набор и предлагаемое качество услуг.

Казалось бы – зачем что-то менять? ИСП существуют и исправно зарабатывают себе на хлеб, регулярно собирая дань со своих абонентов и периодически внедряя «что-нибудь этакое», что позволяет текущее законодательство и что конкуренты тут же повторяют.

Как показала практика на территории Украины, зарабатывать можно не только на хлеб, но и на достаточно толстый слой масла на нем – надо просто взглянуть в сторону родины этого самого масла, а именно – в загородные поселения (деревни, сёла, ПГТ, и даже городской частный сектор!).

В своё время украинские ИСП были приятно удивлены наличию огромного количества потенциальных абонентов в сельской местности и, поскольку свято место пусто не бывает, начали бодро строить классический FTTX в условиях отсутствия цивилизации. Но, как это обычно бывает, первопроходцы не учли наличие в сельской местности достаточного количества «граблей», которые встречались почти на каждом шагу:

отсутствие канализации (для удобной прокладки кабеля);
плохое электропитание (и все вытекающие из этого проблемы с активным оборудованием ИСП);
отсутствие телекоммуникационных построек и невозможность размещения активного оборудования на столбах;
проблемы с грозами (молниеотводов нет, стабилизаторы питания отсутствуют, витая пара висит от ближайшего запитанного ящика под открытым небом)…

И самое главное – слишком малое количество потенциальных абонентов на квадратный километр в сравнении с городом (как следствие – огромные затраты при прокладке многоволоконного кабеля на большие расстояния или головная боль при расчетах с целью экономии этого самого кабеля).

И вроде бы хочется новых абонентов, и вроде абоненты готовы платить невиданные в городе цифры за подключение, и даже оборудование готовы покупать и запитывать за свой счёт – но больно дорого выходит обслуживание FTTX в сельской местности.

Именно в этот сложный период, когда многие ИСП отрицательно мотали готовой и даже слушать не хотели про абонентов в ЧС и сёлах, на рынок вышла тогда еще совсем неизвестная технология PON, которая сейчас стоит вне конкуренции в столь жестких для систем передачи данных условиях.

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:

на стороне провайдера располагается головная станция, которая управляет всей пассивной сетью, включая абонентские устройства, и «наливает» траффик в сеть;
на стороне абонента находятся приёмо-передающие конвертеры, из которых, собственно, и «вытекает» траффик потребителям.

1.2 Виды PON.

В начале 90-х, когда внимание мирового сообщества было приковано к событиям на территории уже бывшего СССР, группой из нескольких европейских телекоммуникационных компаний был создан консорциум для реализации идеи множественного доступа по одному волокну, получивший название FSAN (FullServiceAccessNetwork). Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PON для того, чтобы производители оборудования и операторы могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. Итогом работы FSAN стал ряд стандартов PON:

ITU-TG.983
APON (ATM Passive Optical Network);
BPON (Broadband PON);
ITU-T G.984
GPON (Gigabit PON);
IEEE 802.3ah
EPON/GEPON (Ethernet PON);
IEEE 802.3av
10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON);

APON и BPON морально устарели еще при рождении, GPON не слишком развит из-за высокой (относительно GEPON) стоимости, а также из-за органического нежелания многих работать со скоростями 2.5G, 10GEPON пока находится в стадии разработки/отладки/испытаний.

В итоге остаются только GEPON и GPON, которые на сегодняшний день соответствуют требованиям большинства провайдеров для подключения удалённых абонентов: скорость передачи «вниз» и «вверх» составляет 1/1 Гбит/с или 2,5/1 Гбит/с (для GEPON и GPON соответственно), при этом, на одном волокне могут находиться до 64 оконечных устройств сети (для GEPON) и до 128 (для GPON). Однако, для не очень требовательного сельского абонента скорости, предоставляемой GEPON даже в периоды пиковой нагрузки сети, вполне достаточно, а цена оборудования (и, как следствие, подключения) ниже если не в разы, то достаточно значительно. Поэтому на данный момент технология GEPON является наиболее перспективной для расширения ИСП в направлении небольших/средних населенных пунктов, находящихся в пригороде и на значительном удалении от городов.

*Конечно, GPON представляет возможности запаса по скорости на каждого абонента, но к тому времени, когда эти скорости будут востребованы, уже достаточно широко будет распространен 10GPON, так что переплачивать за сомнительное резервирование на данный момент не имеет смысла*

1.3 Принцип действия GEPON.

Как уже упоминалось ранее, GEPON – древовидная сеть, построенная на пассивных оптических составляющих на всём протяжении от провайдера к абоненту.

На стороне провайдера устанавливается OLT (англ. Optical Linear Terminal – Оптический Линейный Терминал) – L2 или L3 свитч со всеми вытекающими отсюда функциональными возможностями, имеющий Uplink порты (обычно стандарта Ethernet) и Downlink порты (работающие в рамках стандартов IEEE 802.3ah).

В последнее время все производители GEPON оборудования имеют широкий модельный ряд головных станций (OLT), которые, в основном, отличаются количеством Downlink портов (непосредственно для подключения пассивных деревьев), количеством и скоростью Uplink портов (например, 1Гбит/с или 10Гбит/с) и программно-аппаратным функционалом (L2 или L3).

*например, китайская компания BDCOM имеет 3 линейки головных станций:

Low-level (P33XX) – OLT’ы для небольшого количества абонентов (256) с 4-мя Uplink и 4 Downlink портами;
Mid-level (P36XX) – OLT’ы для среднего количества абонентов (512…1024), имеют 8…16 портов Downlink, столько же Uplink и 2х10Гбит/с дополнительных Uplink;
Tol-level (P69XX, P85XX) – гигантские фабрики по производству GEPON траффика с более чем 16-ю GEPON портов и прочими прелестями;*

Управление OLT производится как через терминальный порт, так и с помощью всеми любимых протоколов типа SNMP, SSH и TELNET.

На стороне клиента устанавливается ONU (англ. Optical Network Unit – Оптическая Сетевая Единица), которую также иногда именуют ONT (англ. Optical Network Terminal – Оптический Сетевой Терминал) – специализированныйVLAN свитч небольшого размера. ONU от того же BDCOM стандартно имеет один оптический гигабитный порт и 4 медных (100Mbps или 1Gbps). Есть модели ONU с комбинированным оптическим портом для телевидения и данных, с портами для телефонии (SIP), с разным количеством медных портов, с Wi-Fi-адаптером, а также комбинации всех вышеперечисленных. Каждая ONU имеет встроенный фильтр MAC-адресов; при получении пакета ONU проверяет принадлежность пакета и, если пакет принадлежит не ей, отбрасывает его. Управление ONU происходит непосредственно с OLT, при этом OLT считает ONU своим собственным «удалённым портом».

Между клиентом и провайдером располагается пассивная оптическая сеть, которая имеет топологию дерева и её производные. Основными компонентами пассивной оптической сети являются оптические волокна и оптические сплиттеры (англ. Splitter — разделитель), работающие в режиме «разветвитель» в направлении провайдер-клиент и в режиме «смеситель» в обратном направлении. Несомненными преимуществами пассивного оборудования являются его независимость от питания и простота в эксплуатации: будучи единожды установленным, пассивное оборудование нуждается лишь в периодической профилактике (часто лишь в виде визуального осмотра).

Рисунок 1 – Принципиальная схема включения PON

Поскольку пассивные оптические сети физически являются соединением со множественным доступом (точка-многоточка), в них необходимо разделять прямые и обратные потоки данных, а также координировать связь между множеством абонентских устройств и головной станцией. Для этого используется сразу две технологии для передачи данных в разделяемой между многими абонентами среде: временное и частотное мультиплексирование .

Временное Мультиплексирование (англ. TDM — TimeDivisionMultiplexing) действует со стороны OLT, который определяет, в какие моменты времени конкретному абонентскому устройству разрешено вещание в общую среду передачи данных. Со стороны ONU действует TDMA (англ. TimeDivisionMultipleAccess – Множественный Доступ С Разделением По Времени), согласно которому абонентское устройство подчиняется OLT.

В то же самое время во всей пассивной оптической сети действует технология WDM (англ. WavelengthDivisionMultiplexing – Мультиплексирование с разделением по длине волны), которая разносит прямой (нисходящий от OLT к ONU) и обратный (восходящий от ONU к OLT) потоки данных на разные длины волн (частоты). При этом нисходящий поток передаётся на длине волны 1490нм, а восходящий – на длине волны 1310нм. Сделано это для того, чтобы избежать коллизий («столкновения» прямого и обратного потоков на одной длине волны), а также оставить место для CATV (аналоговое телевидение), которое также можно пустить по дереву PON до абонента. Передатчики CATV вещают на длине волны 1550нм или 1310нм, но производители GEPON оборудования заняли длину волны 1310nm для UpStream, чтобы максимально удешевить клиентское устройство (лазеры, излучающие на длине волны 1310нм намного дешевле лазеров, излучающих на длине волны 1550нм).

Стоимость лазерных GEPON приёмо-передатчиков достаточно высокая по отношению к их Ethernet-собратьям, и не случайно: они очень мощные. Их мощности хватает на то, чтобы «пробить» более 100 км стандартного оптического волокна по прямой! Однако, PON-деревья в глубину достигают обычно всего лишь 10-15 км, имея предел по глубине в районе 20км. Связано это с тем, что пассивные оптические делители вносят в линию огромное затухание сигнала, обеспечивая при этом ветвление и экономя оптическое волокно.

Стоит отметить, что стандарт GEPON несколько отличается от привычного всем Ethernet структурой кадра, поэтому «не-GEPON» устройства в сети PON работать не будут. Мало того, стандарт IEEE 802.3ah был принят относительно недавно, и почти никто из производителей не соответствует ему на 100% (да многие и не особо хотят). В силу этого, отсутствует полная кросс-платформенная совместимость оборудования (например, OLT от D-Link не будет работать с ONU от ZTE, или OLT от HUAWEI не будет раскрывать весь свой потенциал при работе с ONU от BDCOM).

*На самом деле, совместимость разных производителей возможна, но не на 100%; траффик между OLT и ONU , возможно, будет «ходить», однако, полное управление OLT ’ом «неродных» ONU никто не гарантирует.*

Следует отдельно рассмотреть технологию обмена данными между ONU и OLT:

любая ONU вещает только в момент времени, отведённый для нее OLT (TDMA);
для любой ONU в сети OLT определяет временной промежуток, в течение которого ONU может вещать (TDM);
вновь подключённая ONU взаимодействует с OLT по протоколу MPCP (англ. Multi-PointControlProtocol – Протокол Управления Многоточечным Обменом);
любая ONU не может связываться с другими ONU без участия в связи OLT`а. Все пакеты для любого адресата централизованно обрабатывает одно устройство в сети – OLT.

Рисунок 2 – Распределение временных промежутков между ONU

Для поддержки присвоения временных доменов с помощью OLT, группой IEEE 802.3ah был разработан протокол MPCP . Этот протокол базируется на двух сообщениях Ethernet: GATE и REPORT . Сообщение GATE посылается от OLT к ONU и используется для присвоения временного домена. Сообщение REPORT используется ONU для информирования OLT о своем состоянии (заполненность буфера и т.д.), чтобы помочь ему принять правильное решение о выделении временного домена. Как GATE, так и REPORT-сообщения являются кадрами управления MAC (тип 88-08).

Существует два режима работы MPCP : автодетектирование (инициализация) и нормальный режим . Режим автодетектирования используется для детектирования вновь подключенных ONU и определения RTT (англ. Round Trip Time – время от момента посылки запроса до момента получения ответа) и MAC-адреса этого ONU. Нормальный режим используется для присвоения временных доменов всем инициализируемым ONU.

Стандартные Ethernet кадры в PON немного модифицируются под специфику работы в разделяемой по принципу TDM среде, однако, OLT модифицирует выходящие пакеты так, что на выходе из PON получается стандартный Ethernet поток. В обратном направлении ситуация аналогичная. Структура стандартного Ethernet кадра (IEEE 802.3), PON кадра (IEEE P802.3ah) и управляющего кадра IEEE P802.3ah представлена ниже (Рисунок 3):

Рисунок 3 – Сравнение полей кадров IEEE 802.3 и IEEE P802.3ah

Преамбула стандартного кадра Ethernet (Рисунок 3а), модифицируется добавлением нескольких служебных полей (Рисунок 3б):

SOP (англ. Start Of Packet) – 1 байт, указывает на начало кадра;
Резервное поле, 4 байта;
LLID (англ. Logical Link Identificator) – 2 байта, указывает индивидуальный идентификатор узла EPON. Остается открытым вопрос: сколько идентификаторов может иметь абонентский узел ONU – один или несколько? LLID требуется для эмуляции соединений точка-точка и точка-мультиточка в сети EPON. Первый бит поля указывает режим передачи кадра (unicast или multicast). Остальные 15 бит содержат индивидуальный адрес узла EPON;
CRC (англ. Сircle Redundancy Check) – 1 байт, контрольная сумма по преамбуле (стандарт P802.3ah).

При выходе кадра из сети GEPON преамбула кадра преобразуется к стандартному виду – тег ликвидируется. Например, в прямом потоке OLT модифицирует преамбулу каждого входящего в PON кадра 802.3, в частности, в преамбулу добавляется специальный тег LLID. Этот тег извлекается соответствующим подуровнем на ONU, где происходит восстановление преамбулы. Узел ONU в нормальном режиме работы, т.е. когда уже зарегистрирован, обрабатывает только те кадры, в преамбуле которых идентификатор LLID совпадает с собственным LLID. Остальные поля кадра EPON совпадают с полями стандартного кадра Ethernet:

DA (англ. Destination Address) – 6 байт, указывает MAC-адрес станции назначения. Это может быть единственный физический адрес (unicast), групповой адрес (multicast) или широковещательный адрес (broadcast);
SA (англ. Source Address) – 6 байт, указывает MAC-адрес станции отправителя;
L/T (англ. Length/Type) – 2 байта, содержит информацию о длине или типе кадра;
Поле данных, переменной длины;
PAD (наполнитель) – поле используется для дополнения кадра до минимального размера;
FCS (англ. Frame Check Sequence) – 4 байта, контрольная сумма кадра, вычисленная с использованием циклического избыточного кода;
OpCode (англ. Optional Code) – 2 байта, уточняет тип управляющего кадра. Существуют две категории управляющих кадров, отличающиеся значением этого поля: сообщения GATE, генерируемого OLT, и сообщения REPORT, генерируемого ONU;
TS (Time Stamp) – 4 байта, содержит временную метку отправителя;
message – 40 байтов, собственно в этом поле содержится служебная информация, необходимая для работы протокола MPCP.

Более подробную информацию о логической работе PON можно получить на http://book.itep.ru .

OLT и ONU обеспечивают инкапсулирование данных в модифицированные Ethernet кадры стандарта IEEE P802.3ah, при этом используется канальное кодирование 8B/10B (8 пользовательских бит преобразуются в 10 канальных).

Окончательный алгоритм работы сети PON после настройки выглядит следующим образом:

ONU «слушает линию»;
OLT получает пакет стандарта IEEE 802.3 от вышестоящего устройства и модифицирует его под стандарт IEEE P802.3ah;
OLT отсылает пакет конкретному адресату (ONU);
Все ONU получают пакет, но только адресат оставляет его себе – остальные пакет отбрасывают;
ONU модифицирует пакет стандарта IEEE P802.3ah под стандарт IEEE 802.3 и отдаёт его клиентскому ПК;
ONU получает пакеты с клиентского ПК, модифицирует их из стандарта IEEE 802.3 под стандарт IEEE P802.3ah и буферизирует;
OLT разрешает передачу данных конкретной ONU;
ONU вещает определённое количество времени, а затем замолкает и снова «слушает» линию;
OLT получает от ONU пакет стандарта IEEE P802.3ah, модифицирует его под стандарт IEEE 802.3, после чего передаёт его вышестоящему устройству.

Алгоритм работы сети PON по преобразованию пакетов из одного стандарта в другой можно представить следующим образом (Рисунок 4):

Рисунок 4 – Алгоритм работы PON по преобразованию пакетов

1.4 Сравнение PON с классической FTTH схемой подключения абонентов.

Для классического FTTH характерно большое количество используемых волокон (по одному на каждого оптического потребителя, будь то конечный абонент или многоэтажка), что, в свою очередь, приводит к неэффективному использованию кабеля по принципу: чем более ёмкий кабель, тем более он неэффективно используется.

Например, четырехволоконный кабель, идущий к группе близко расположенных многоэтажек по канализационной шахте (по волокну на каждую), необходимо завести в подвал одной из них и разделать, ответвив одно волокно на оптического потребителя. Оставшиеся три волокна, несущих информационный сигнал, необходимо пустить по канализации до следующего дома. При этом кабель, проложенный от первой точки ответвления до второй, всё также четырехволоконный, просто одно волокно остаётся неиспользуемым. И так далее…

Конечно, можно постепенно снижать волоконность кабеля, прокладывая в более «узких участках менее ёмкие кабели, но, как показывает практика, это не очень удобно: держать несколько километровых бухт разной волоконности накладно уже при основной работе с 8-миволоконным кабелем, не говоря уже о более ёмких.

Опять же, недостатком FTTH даже в городе является большое количество промежуточных между провайдером и абонентами активных устройств доступа и агрегации – они потребляют электроэнергию, требуют регулярного обслуживания, чувствительны к перепадам напряжения, сильно зависят от температуры окружающей среды, влажности… Если все эти недостатки спроецировать на сельскую местность, где чердаки и подвалы, а также централизованная канализация и сеть питания доступны далеко не всегда, а также принять в расчет стандартные проблемы типа «свитч заглючил и не отвечает – надо перезагружать руками» — становится абсолютно неинтересно развивать ЧС и тянуть кабель в село.

Для решения вышеизложенных проблем идеально подходит технология GEPON, которая уже добрую пятилетку радует интернет-пользователей самых удаленных населенных пунктов на карте Украины.

При использовании GEPON на 64 абонента используется всего один оптический волновод, а четырехволоконного кабеля хватит, соответственно, на 256 абонентов. При этом абоненты могут находиться на достаточном удалении друг от друга и от ближайшего магистрального кабеля. Неиспользуемого волокна в кабеле при построении сети по технологии PON практически нет, а для эффективного развертывания пассивной оптической сети вполне достаточно основного (магистрального) кабеля на 4 или 8 волокон и абонентских «fiberdropcable», которые представляют собой защищенные патчкорды разной длины.

Однако, самым желанным плюсом пассивной оптической сети является отсутствие потребности в питании промежуточных между абонентом и провайдером узлов. Это сразу снимает ряд вопросов от энергопоставляющих компаний, пожарников и других проблемных инстанций. Этот же плюс можно эффективно использовать в сельской местности: промежуточные узлы, не привязанные к питанию, можно размещать где угодно, при этом значительная часть средств, идущая на поддержание бесперебойного питания, будет сэкономлена, также, как и средства, закладываемые на профилактику и ремонт любого активного оборудования в сети.

Немаловажным является и тот факт, что настройка всего активного оборудования GEPON, входящего в конкретную пассивную сеть, производится с одного устройства – головной станции (OLT). Это значительно упрощает работу системного администратора, позволяя наиболее эффективно находить и устранять неисправности, а также производить регулярное обслуживание сети.

Кроме того, в уже построенную пассивную сеть легко и просто запустить аналоговое TV (Рисунок 5):

Рисунок 5 – Применение PON в качестве среды для использования CATV

Итак, положительные стороны PON в сравнении с FTTH:

Минимальное использование активного оборудования;
Минимизация кабельной инфраструктуры;
Низкая стоимость обслуживания;
Возможность интеграции с кабельным телевидением;
Хорошая масштабируемость;
Высокая плотность абонентских портов.

В тоже время, при рассмотрении технологии GEPON, нужно учесть и ее особенности, особенно в сравнении с линиями «точка-точка»:

разделяемая между абонентами полоса пропускания (общая среда может не подойти клиенту с точки зрения безопасности);
пассивные элементы (делители) затрудняют диагностику оптической линии;
возможно влияние неисправности оборудования одного абонента на работу остальных (при выходе из строя ONU есть крайне низкая вероятность того, что передатчик «обезумевшей» ONU будет постоянно излучать, мешая остальным);
меньшая выгода в случае реализации на этапе строительства.

Или Gigabit PON стала внедряться относительно недавно. Разберемся, что стало предпосылками появления технологии GPON, какие у неё перспективы, а также сравним её с конкурирующими технологиями - PON и GEPON.

В 2014 году будет отмечаться 45-летие первого компьютерного сеанса связи, проведенного в США на расстоянии около 640 км. Это событие считается началом зарождения Интернета. Правда, предшествующая Всемирной паутине сеть ARPANET в то время была доступна очень узкому кругу людей и организаций. Подключение же к ней «посторонним» счастливчикам, обладающим компьютерами, стало возможно только в 1991 году. И лишь появление в 1993 году веб-браузера NCSA Mosaic обеспечило предпосылку взрывного роста мировой интернет-аудитории. Так что история «массового Интернета» на текущий 2013 год насчитывает всего 20 лет.

В первое десятилетие развития глобальной сети среди пользователей, обращавших внимание на такой показатель как «пропускная способность канала связи (скорость передачи данных в битах)» или связанную с ним характеристику «полоса пропускания», были «считанные единицы» людей, знакомых с теоретическими основами радиотехники. А сегодня о «скоростях в Интернете» рассуждают все. И все хотят иметь в распоряжении «высокоскоростной Интернет».

Почему именно высокоскоростной? И где тот предел, с которого можно считать доступ в Интернет «высокоскоростным»?

У массового пользователя скорость Интернета ассоциируется, прежде всего, с интервалами времени загрузки «тяжелых» видео-, музыкальных и графических файлов, количество которых в Сети растет в геометрической прогрессии, да и сами они «укрупняются». Корпоративным потребителям онлайн-услуг (а с недавнего времени еще и «облачных») нужна высокая скорость реакции на запросы в используемых системах управления бизнесом.

Значит, высокоскоростной Интернет - это насущная необходимость, а не прихоть (как для «юзеров», так и для компаний). «Граница» же, с которой начинается высокоскоростной Интернет, на сегодняшний день, по мнению специалистов, проходит на уровне 10 Мб/c.

«Оптика» вытесняет «медь»

Всемирная компьютерная сеть начала развиваться на базе существующих телефонных линий с использованием технологий xDSL. Самая «продвинутая» разновидность этого «медного» семейства — модемная технология ADSL2+ обеспечивает скорость входящего потока 24 Мб/с (исходящего — 1,2 Мб/с). В настоящее время она является безусловным лидером по количеству подключений во всех странах мира. Однако «медные» линии связи, проложенные десятки лет назад, устаревают как физически, так и морально и постепенно заменяются оптическими сетями FTTx, использование которых позволяет на два порядка повысить скорость обмена информацией в Интернете. А в недалекой перспективе - еще больше.

В последнее пятилетие процесс замены медных кабельных трасс на оптические нарастает и, по расчетам аналитиков, еще через пять лет соотношение «оптика/медь» в телекоммуникациях кардинально изменится в пользу «оптики».

Архитектура FTTx (Fiber to the x) представляет собой отрезок оптоволоконной линии связи, подключенный с одной стороны к приемопередающей станции OLT (Optical Line Terminal - оптический линейный терминал), установленной у оператора, а с другой - к приемопередающим модулям абонентов - ONT (Optical Network Terminal) или ONU (Optical Network Unit) .

ONT - терминал индивидуального пользования (его также называют оптическим модемом), устанавливаемое в квартире. ONU - предназначено для установки в распределительном шкафу многоквартирного дома и имеет несколько портов для подключения компьютеров, телевизоров, телефонов, находящихся в соседних квартирах.

ONT и ONU преобразуют оптические сигналы, поступившие от OLT, в электрические (направляемые, например, в компьютеры, телевизоры, телефоны), а также выполняют обратное преобразование электрических сигналов, поступивших от терминалов пользователей, в оптические, которые отправляются в OLT.

Если в отрезок оптической линии внедрить сплиттеры (пассивные разделители сигнала, поступающего от OLT) и к их выходам подключить ONT, то такой переход от одноволоконной структуры FTTx к древовидной приведет к образованию пассивной оптической сети - PON (Passive Optical Network).

Работа PON состоит в организации множественного доступа через одно оптоволокно посредством временного мультиплексирования (Time Division Multiplexing Access - TDMA) и частотного разделения трактов приема и передачи (Wavelength-Division Multiplexing - WDM). Мультиплексоры WDM, работающие в составе OLT и ONT, разделяют прямой (входящий) и обратные (исходящие) сигналы, транслируемые на разных длинах волн (прямой - 1,49 мкм, обратный - 1,31 мкм). К этим потокам может быть добавлен сигнал кабельного телевидения, передаваемый на длине волны 1,55 мкм.

Первые ростки технологий PON появились около 15 лет назад, и за прошедшее время Международным союзом электросвязи (МЭС) выпущено пять стандартов передачи данных по оптоволокну. Активное оборудование, выпущенное в соответствии с требованиями этих стандартов, обеспечивает скорости от 155 Мб/с до 2488 Мб/с. Об особенностях этих стандартов будет рассказано ниже, а пока что подчеркнем, что общими для всех разновидностей технологий PON достоинствами являются возможности простого наращивания абонентской базы, ее обслуживания и модернизации, а также низкие (по сравнению с «медными» технологиями) эксплуатационные затраты.

GPON: движущая сила стандарта

Первый стандарт семейства PON - APON (ATM PON) был утвержден МЭС в конце 1998 года и уже в следующем году американские и японские операторы связи приступили к строительству пассивных оптических линий. Передача данных по этому стандарту осуществляется на базе протокола ATM, описывающего способ коммутации и мультиплексирования, основанный на передаче данных в виде ячеек фиксированного размера (ячеек ATM). Скорость передачи данных - 155 Мб/с.

Внесение в APON новых технологий, в частности, динамического назначения полосы в зависимости от приложений, поддержки протоколов SDH, FE, GE, SDI PAL, El, E/FE и телефонии, обеспечило дополнительную функциональность в областях трансляции речи, разнообразного видеоконтента и телевещания (первое появление в PON третьей длины волны). Что и обусловило утверждение «дочернего» стандарта APON - BPON (Broadband PON). При этом скорость передачи данных повысилась до 622 Мб/с.

Следующим «звеном в цепочке» APON - BPON стал стандарт GPON (Gigabit- capable Passive Optical Network) , реализация которого обеспечивает работу сети как в симметричном, так и в асимметричном режимах. Чаще используется второй режим, при котором скорость передачи данных в прямом потоке достигает 2,488 Гб/с, а в обратном - 1,244 Гб/с (обычно эти числа округляют и говорят о 2,5 Гб/с и 1,25 Гб/с).

Обычно к оптическому модему (ONT) сети стандарта GPON домашний ПК подключается либо по витой паре, либо по беспроводной связи (Wi-Fi). В ONT также есть порты для подключения телевизора и VoIP-телефона.

Базовым протоколом в технологии GPON стал GFP (Generic Framing Protocol), хотя используются также рекомендации TDMA, SDH, Ethernet, ATM.

Параллельно с совершенствованием PON-технологий в мире происходило развитие оптических сетей Ethernet и достижения этой коммуникационной «ветви» в области высокоскоростной передачи данных были использованы в стандарте EPON (Ethernet PON), который был разработан на базе протокола MPCP (Multi-Point Control Protocol), осуществляющего управление множеством узлов. А его улучшенная версия - GEPON (Gigabit EPON) по своим характеристикам и возможностям сегодня уступает только безусловному лидеру PON-технологий - GPON.

Что «бросается в глаза» в приведенном мини-обзоре технологий, используемых в пассивных оптических сетях? - То, что различия в их функциональности обусловлены главным образом тем, какие протоколы передачи данных положены в основу стандартов.

GPON и GEPON: простая арифметика

Если известны числовые показатели (или даже описания), выражающие какие-либо характеристики объектов, которые нужно сравнить, то такое сравнение произвести довольно просто, размещая соответствующие числа в строку или в столбик. И сразу же будет видно, «кто кого лучше». Проведем такое сравнение GPON и GEPON.

Итак, скорость передачи в прямом потоке у GPON - 2,5 Гб/с, а у GEPON - 1,25 Гб/с.

Максимальное число абонентских узлов на одно волокно у GPON - 64, а у GEPON - 16, что обуславливает более низкую стоимость порта на одного абонента в оптическом терминале оператора, произведенном по стандарту GPON, и значительно меньшее потребление электроэнергии станционным оборудованием, чем при использовании операторского оборудования стандарта GEPON.

Загруженность полосы пропускания по технологии GPON - не менее 93%, а по GEPON - не более 60%. Это различие обусловлено тем, что в активном оборудовании GPON, используется технология фрагментации кадров GEM (GTC Encapsulation Method), повышающая эффективность использования полосы пропускания. В технологии же GEPON такого инструмента нет.

Вот и вся «простая арифметика», объясняющая популярность GPON.

GPON: кабели внутридомовой разводки

Сеть GPON состоит из магистральных и распределительных линий связи. Протяженность магистральных трасс GPON в настоящее время достигает 20 км (в ближайшие годы разработчики технологии GPON обещают увеличить максимальную длину магистрального оптоволокна до 60 км). Магистральные участки прокладываются (подробнее о прокладке оптоволоконного кабеля ) с использованием традиционных методов воздушной или подземной прокладки оптических кабелей с защитной оболочкой, которая обеспечивает долговечность эксплуатации кабельной линии в условиях повышенной влажности и перепада температур.

Для распределительной инфраструктуры GPON, создаваемой, например, в пределах многоквартирного дома, применяются дроп- и райзер-кабели. Особенностью «этажных» дроп-кабелей, предназначенных для ответвления оптической линии от подвесного распределительного кабеля, является предоставляемая их конструкцией возможность «гибкой» трассировки с малыми радиусами изгиба.

Райзер-кабели, применяемые для вертикальной межэтажной разводки, содержат 6-12 оптических волокон, которые легко укладываются в кассетах, а для их сварки требуется существенно меньшее время, чем при сварке оптических волокон других видов кабелей.

GPON: скорость эволюции нарастает

Преимущества стандарта GPON по сравнению с другими разновидностями технологий PON были неоспоримы уже с момента его утверждения в 2003 году. Однако к 2010 году в России пользователей ШПД на основе GPON «набралось», по данным компании J’son & Partners Consulting, всего 80 тысяч. Основным барьером к большему росту, как это почти всегда случается с продуктом, появившимся на рынке, была высокая цена активного оптического оборудования. В последние несколько лет цены на станционные приемопередатчики и абонентские оптические модемы заметно снизились, благодаря чему к началу 2017 года (по прогнозам аналитиков той же компании) количество российских пользователей GPON приблизится к 6 млн, то есть за семилетку увеличится почти в 75 раз!

	О технологии GPON GPON – это широкополосные сети мультисервисного доступа, где по одному кабелю предоставляются услуги интернета, телефонии и телевидения с гарантированным качеством обслуживания. GPON это ваш персональный оптоволоконный канал с возможностью пропускной способности до 1 Гб/сек.
GPON - настоящая революция в сфере телекоммуникаций! Технология активно развивается во всем мире, а число абонентов, в том числе и в России, растет стремительными темпами. Оптоволоконный кабель прокладывается в квартиру, что гарантирует высочайшее качество услуг и стабильность скоростей.
	Компания МТС объединилась с компанией МГТС, чтобы жители Москвы смогли по достоинству оценить самые передовые технологии в области связи. МТС – единственная телекоммуникационная компания, которая предлагает своим абонентам услуги домашнего Интернета и Цифрового ТВ с подключением на сетях GPON от МГТС.
Оборудование Модем ONT, необходимый для подключения, устанавливается в квартире пользователя, что позволяет подключать дополнительные услуги удаленно. Модем уже имеет встроенный Wi-Fi. Подключение ONT и само оборудование совершенно бесплатно для пользователей.

Как работает GPON

Обеспечение доступа в Интернет по технологии GPON предполагает замену устаревших медных кабелей на более прогрессивные оптоволоконные, обладающие значительно большей пропускной способностью. Сигнал по такому кабелю проходит посредством светового, а не электрического импульса. Световой импульс проходит по стеклянному волокну, обеспечивая более надежный сигнал и высокую скорость при низких энергозатратах.

Технология GPON предусматривает прокладку оптоволоконного кабеля непосредственно в квартиру абонента, а не ко всему зданию, что гарантирует постоянную скорость доступа в Интернет и исключает сбои в работе из-за перегрузки сети. Для подключения к технологии GPON абоненту бесплатно устанавливается модем - ONT (Optical Network Terminal), благодаря которому подключение всех услуг в дальнейшем происходит удаленно и в одном устройстве. Модем имеет встроенный Wi-Fi, по сети которого можно работать без проводов с любого устройства.

Перспективы развития

Сегодня с уверенностью можно сказать, что технология GPON не только идет в ногу со временем, но и во многом опережает его, расширяя границы возможного. Новый стандарт скоростей позволит постоянно пополнять пакет предоставляемых услуг. Видеонаблюдение, телеметрия, охранная сигнализация и другие услуги с помощью технологии GPON становятся доступны для абонентов. Ресурсы технологии позволяют говорить о перспективах разработки и внедрения множества других услуг для лучшего качества жизни.

GPON в России и в мире

GPON стремительно развивается в США, Японии, Корее, ОАЭ и ряде европейских стран как наиболее перспективная технология доступа.

Россия пока отстает по процентным показателям охвата, однако динамика развития соответствует мировым тенденциям. В крупных российских городах, таких как Челябинск, Миасс и другие, количество абонентов исчисляется десятками тысяч, а в Санкт-Петербурге - сотнями тысяч человек.

Подключить

ПАО «Ростелеком» владеет крупнейшей телекоммуникационной сетью в Российской Федерации. За последнее десятилетие произошел большой прогресс в деле увеличения скорости интернета для широкого круга пользователей благодаря внедрению технологии GPON от Ростелеком.

XPON — это комплекс технологий широкополосного разнонаправленного доступа, осуществляемого с использованием оптоволоконных кабелей. Пассивная оптическая сеть (PON — Passive optical network) предполагает распространение не только на уровне магистральных каналов, но и для индивидуального подключения.

Возможности оптоволокна намного шире, чем у старых медных кабельных сетей. И в подтверждение этого можно привести следующие аргументы:

Технологии деления сигналов по длине волны (WDM) позволяет производить скорость передачи цифровых данных и скорость скачивания до 100 Мбит/с и более, что на порядок выше, чем можно получить при ADSL-технологии подключения к интернету.
Технические свойства оптоволоконного кабеля позволяют обеспечить стабильный и качественный сигнал на длинных расстояниях, между провайдером и конечным потребителем.
Пользователю предоставляется полный ресурс оптоволоконного провода, распределить который можно на все домашние устройства, принимающие интернет-сигнал, получив при этом комплекс цифровых услуг: телефонную связь, интернет, телевидение.
Оптоволокно обладает износостойкостью и не так восприимчиво к воздействию внешних факторов: оно не заржавеет, и погодные условия влияния на него не оказывают. Кабель безопасен, получить удар электрическим током от него невозможно.

Буква «G» (Гигабайт), добавляемая к аббревиатуре PON, означает скорость интернет-сигнала, на которую ориентирована технология. Пассивность (Passive) сети заключается в том, что между источником сигнала (провайдером) и конечным пользователем отсутствует какое-либо активная сетевая усиливающая аппаратура. Схема подключения PON такова: ведется оптика до подъезда, от подъезда по квартирам распределяется витая пара до 100 Мбит на порт.

Какое оборудование нужно, чтобы подключить GPON

Для подключения надо оставить заявку на сайте компании или обратиться в центр обслуживания клиентов. Необходимо приобрести терминал GPON (роутер, модем), устройство, которое будет преобразовывать оптоволоконный интерфейс в Ethernet-интерфейс. Компания Ростелеком предоставляет своим пользователям несколько вариантов терминалов, которые можно приобрести на условиях аренды или купить. Клиенту предоставляется возможность выбрать оптический терминал ONT в зависимости от предполагаемого функционала.

Одним из наиболее оптимальных вариантов является GPON ONT RFT620. У этой модели есть ряд преимуществ:

возможность подключения к LAN до 4 устройств;
неограниченное количество подключений по Wi-Fi;
наличие доступа к просмотру потокового телевидения;
возможность подключения до 2 стационарных телефонов.

Нужно предусмотреть место, где будет размещен терминал, и источник электроэнергии для обеспечения питания. При определении места входа кабеля в помещение стоит учитывать, что он очень чувствителен к изгибанию, поэтому не рекомендуется протягивать его в дальние комнаты, следует разместить как можно ближе к входу.

Можно ли подключить GPON самостоятельно

Оптоволоконный кабель провести к пользователю может только провайдер силами своих монтажников. В случае отсутствия сети в разумном удалении от места предполагаемого подключения произвести его самостоятельно не представляется возможным. Клиенту необходимо подать заявку, и как только сеть распространится до его месторасположения, оператор свяжется с ним и предложит свои услуги.

Подключить же ONT-модем, приобретенный клиентом самостоятельно, возможно. Но в этом случае важно, чтобы устройство соответствовало требованиям технологии. Кроме того, если пользователь приобретает или берет в аренду оборудования у оператора Ростелеком, то оплата за подключение и первоначальную настройку не взимается. В ином случае эти услуги придется оплатить.

Подсоединив кабель GPON и компьютер по разъему LAN, необходимо включить оборудование и обратиться к его настройкам. Для этого открывают браузер и в адресной строке указывают адрес IP-терминала. GPON ONT RFT620 от Ростелекома для входа в настройки параметров по умолчанию использует IP адрес 192.168.1.254.

После введения логина и пароля, которые первоначально имеют одинаковый вид — user, — происходит переход на страницу настроек устройства. Настройки интернета на этой модели уже предопределены провайдером и не нуждаются в изменении. Следующий шаг — настройка домашней сети:

активируют беспроводной модуль Wi-Fi;
корректируют функции безопасности;
устанавливают статические и подключают динамические IP-адреса.

Тарифы GPON от Ростелеком

Компания Ростелеком в рамках GPON технологии подключения к сети интернет предоставляет пользователям услуги: домашний интернет, телевидение, домашний стационарный телефон. Данные сервисы доступны как отдельно, так и в комплексе. Тарифы могут меняться в зависимости от региона. Чтобы узнать о текущих предложениях и акциях, нужно посетить официальный сайт компании и выбрать местоположение (область, город).

В Москве абонентам предоставляется несколько тарифных планов. Так, например, безлимитный интернет (100 Мбит/с), доступ к 136 телеканалам, подключение телефона, как комплекс услуг, будут стоить от 549 руб. в месяц. При этом в пользование дается ТВ-приставка и Wi-Fi-роутер. Также можно отдельно подключить интернет со скоростью до 200 Мбит/с за 499 руб.

Это связано с требованиями новых услуг и "тяжелых" приложений, которые могут полноценно функционировать только с подключением PON от Ростелеком. Именно поэтому было необходимо введение оптоволоконных технологий, которые отвечают требованиям высокоскоростного интернета.

Даная статья состоит из нескольких пунктов:

Что представляет собой PON-технология
Особенности PON-интернета
Оборудование для подключения
Настройка модемов

PON технология от Ростелекома

Самым главным преимуществом данной технологии по сравнению с другими типами подключения является высокая передачи данных и, как следствие, отзывчивость сетей. Поэтому PON-подключение является оптимальным для подсоединения к интернету крупных кокомпаний.

В настоящее время требования к скорости интернета достигают 100 Мбит/с, а в скором будущем приблизятся к 1 Гбит/с. Поддерживать такие высокие показатели способны только оптические кабели. Особенно это касается больших расстояний, которые, конечно же, существуют между провайдером и пользователем.

Для поставщиков услуг уже сейчас предоставляется полоса пропускания FTTH (Fiber to the Home), которая проводится к дому. Такими образом, новые постройки будут служить основой сетей доступа и смогут функционировать на протяжении многих лет. Проведение сетей доступа FTTH далеко не дешевый процесс, который требует не только трудоемких строительных работ, но и значительных финансовых затрат.

Тем не менее, развитие технологии разделения сигналов по длине волны (WDM), использующей одно волокно для входящего и исходящего трафика, в значительной степени улучшило ситуацию. Первые из сетей FTTH уже перешли к более новому стандарту, где одиночное волокно соединяется с пассивным оптическим разделителем, который в свою очередь распространяет сигнал для нескольких абонентов.

Именно этот стандарт и стал называться PON-технологией, которую сейчас активно применяет Ростелеком. Благодаря этой технологи, сеть может поддерживать расщепление сигнала в соотношении 1:64 из одного волокна. Кроме того, PON-технологии Ростелеком позволяют абонентам использовать без применения IP-приставок.

Преимущества интернета по технологии PON от Ростелекома

Наиболее значимым преимуществом PON интернета от Ростелеком является то, что при помощи недорогих оптических разделителей общее оптоволокно обеспечивает сетью множество пользователей. Но следует помнить, что такие разделители поддерживают отзывчивость сети при количестве пользователей до 64. Таким образом, эта технология вызывает интерес не только у абонентов, но и поставщиков услуг, которые желают заменить несколько устаревшие медные сети.

Особеностями PON сетей, которые можно назвать ещё и плюсами, являются:

отсутствие электромагнитных помех, так как нет необходимости использовать активное оборудование непосредственно в сети доступа;
уменьшение волокна и оборудования в центральном офисе.

PON оборудование от Ростелеком обеспечивает большую пропускную способность и поддерживает двойной коэффициент распределения. Это значит, что с 64-полосным распределением каждый пользователь получит довольно большую пропускную способность соединения, около 35 Мбит/с. В случае использования провайдером более низких коэффицентов распределения, к примеру, 16 или 32, абоненты получат еще большую пропускную способность. Благодаря эффективному использованию пропускной способности стандарта PON абонентам предоставляется большая скорость передачи данных. Кроме того, данная технология дает возможность использовать не только высокоскоростной интернет, но и мультисервисные услуги, такие, как видео, голос, данные.

Какие модемы подойдут для подключения PON от Ростелекома

Технология GPON представляет собой общеотраслевой взаимозаменяемый стандарт. Это свидетельствует о том, что модемы PON любого производителя будут корректно работать с такими устройствами, как ONT.

Это, в свою очередь, влияет на снижение стоимости оборудования и дает возможность провайдерам предлагать абонентам наиболее выгодные тарифы на услуги. Также, важно отметить, что обновленная технология на основе XGPON стандартов увеличивает производительность сетей до 10 Гбит, при этом сохраняется обратная совместимость с уже развернутыми сетями.

Как настроить оборудование

Как правило, PON оборудование от Ростелеком не нуждается в тщательной настройке, так как все необходимые параметры уже внесены провайдером. Но в некоторых моделях Wi-Fi роутера с технологией PON необходимо будет настроить конфигурации беспроводной сети и установить параметры подключения. К этим параметрам относятся логин и пароль пользователя PPPoE типа, которые Ростелеком предоставляет абоненту при заключении договора.

Если после корректного внесения всех необходимых параметров, на оборудовании горит красным индикатор PON, то рекомендуем с этой проблемой обратиться в службу технической поддержки клиентов Ростелеком.

Если у вас остались вопросы по данной технологии, то советуем посмотреть данный видеоролик.