[an error occurred while processing this directive]

 
При поддержке
Тарио

Ускоряем интернет: возможности пассивных сетей

Вытеснение коммутируемого доступа в интернет технологией ADSL идет по всему миру быстрыми темпами. Между тем, на рынке существуют и иные, более совершенные решения, одним из которых являются пассивные оптические сети (Passive Optical Networks, PON). В зависимости от масштабов PON-проектов меняются подходы к их реализации.

В силу роста скорости передачи данных оптическое волокно становится лучшей средой не только для построения магистральных сетей, но и небольших сетей доступа. Один сегмент PON может охватывать до 32 абонентских узлов в радиусе до 20 км. Каждый из них рассчитан на обычный жилой дом и может обслуживать сотни абонентов. Если использование xDSL способно обеспечить скорость до 1 Мбит/с, то c помощью PON можно добиться скорости передачи до десятков мегабит в секунду.

Топология пассивных оптических сетей PON

Развитие сети интернет, в том числе появление новых услуг связи, способствует росту передаваемых по сети потоков данных и заставляет операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных сетей. При выборе решения сегодня им необходимо учитывать разнообразие потребностей абонентов, потенциал дальнейшего развития сети и ее экономичность.

Строительство сетей доступа в настоящее время идет главным образом по четырем направлениям:

  • сети на основе существующих медных телефонных пар, и технология xDSL;
  • гибридные волоконно-коаксиальные сети;
  • беспроводные сети;
  • волоконно-оптические сети.

Использование постоянно совершенствующейся технологии xDSL — это самый простой и недорогой способ увеличения пропускной способности существующей кабельной системы на основе медных витых пар. При необходимости обеспечить скорость до 1 Мбит/с, такой путь для операторов является наиболее экономичным и оправданным. Однако, скорость передачи до десятков мегабит в  секунду на существующих кабельных системах, с учетом больших расстояний (до нескольких км) и низкого качества меди, представляется непростым и более дорогим решением.

Другое традиционное решение — гибридные волоконно-коаксиальные сети HFC (hybrid fiber-coaxial). Подключение множества кабельных модемов на один коаксиальный сегмент приводит к снижению средних затрат на построение инфраструктур сети в расчете на одного абонента и делает привлекательным такие решения. В целом же здесь сохраняется конструктивное ограничение по полосе пропускания.

Беспроводные сети доступа могут быть эффективны там, где возникают технические трудности для использования кабельных инфраструктур. Беспроводная связь по своей природе не имеет альтернативы для мобильных служб. В  последние годы наряду с традиционными решениями на основе радио- и оптического Ethernet доступа, все более массовой становится технология WiFi, позволяющая обеспечить общую полосу до 10 Мбит/с и в ближайшей перспективе до 50 Мбит/с.

Следует отметить, что для всех трех перечисленных направлений дальнейшее увеличение пропускной способности сети связано с большими трудностями, которые отсутствуют при использовании такой среды передачи, как волокно. Таким образом, единственным путем, позволяющем изначально заложить способность сети работать с новыми приложениями, требующими все большей скорости передачи — это прокладка оптического кабеля (ОК) от центрального офиса до дома или до корпоративного клиента.

Это весьма радикальный подход, еще 5 лет назад считавшийся крайне дорогим. Однако в настоящее время благодаря значительному снижению цен на  оптические компоненты его актуальность возрастает. Сегодня прокладывать ОК для организации сети доступа стало выгодно и при обновлении старых и при строительстве новых сетей доступа (последних миль). При этом имеется множество вариантов выбора волоконно-оптической технологии доступа. Наряду со ставшими традиционными решениями на основе оптических модемов, оптического Ethernet, технологии Micro SDH появились новые решения с использованием архитектуры сетей PON.

Три фундаментальные топологии оптических сетей доступа

Источник: Телеком Транспорт, 2004

Здесь можно выделить четыре топологии оптических сетей доступа: точка-точка, кольцо, дерево с активными узлами, дерево с пассивными оптическими элементами.

Точка-точка (P2P), рис. -а

Наиболее простая архитектура. Основной минус связан с низкой эффективностью кабельных систем. Необходимо вести отдельный ВОК из центрального офиса в каждое здание или каждому корпоративному абоненту. Данный подход может быть реализуем в том случае, когда абонентский узел (здание, офис, предприятие), к которому прокладывается выделенная кабельная линия, может использовать эти линии рентабельно.

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до каждого абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для абонентов в лице крупных корпоративных клиентов.

Кольцо, рис. -б

Кольцевая топология на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях. Однако в сетях доступа не все обстоит так же хорошо. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее знать где когда и сколько абонентских узлов будет установлено. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратиться в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений. Подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную. Так называемые «сжатые» кольца (collapsed rings) значительно снижают надежность сети. А фактически главное преимущество кольцевой топологии сводится к минимуму.

Дерево с активными узлами, рис. -в

Дерево с активными узлами — это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Оно хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Стандарт IEEE 802.3 Ethernet давно перестали ограничивать нишей корпоративных сетей. Строящиеся по этому принципу сети могут иметь достаточно сложную и разветвленную древовидную архитектуру. Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

Дерево с пассивным оптическим элементами PON-P2MP, рис. -г

Частным случаем, когда в качестве пассивного оптического элемента выступает оптический разветвитель, является сеть PON, использующая топологию «точка-многоточка» P2MP (point-to-multipoint). К одному порту центрального узла может быть подключен целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом оптические разветвители, устанавливаемые в промежуточных узлах дерева, полностью пассивны и  не требуют питания и специализированного обслуживания.

В топологии P2MP за счет оптимизации размещения разветвителей можно достичь значительной экономии оптических волокон и снижения стоимости кабельной инфраструктуры. Абонентские узлы не влияют на работоспособность сети в  целом. Подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных.

Преимущества архитектуры PON сводятся, во-первых, к отсутствию промежуточных активных узлов и экономии волокон. Во-вторых, экономятся оптические приемопередатчики в центральном узле. В-третьих, нужно отметить легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не  сказывается на работе остальных).

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, затрат на  прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети. К недостаткам можно отнести возросшую сложность технологии PON и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

Определение основных терминов

Центральный узел OLT (optical line terminal) — устройство, устанавливаемое в центральном офисе. Принимает данные со  стороны магистральных сетей через интерфейсы SNI (service node interfaces) и формирует нисходящий поток к абонентским узлам (прямой поток) по дереву PON.

Абонентский узел ONU (optical network unit) — используется также термин ONT (optical network terminal), имеет с одной стороны абонентские интерфейсы, а с другой — интерфейс для подключения к  дереву PON. Передача ведется на длине волны 1310 нм, а прием — на длине волны 1550 нм. ONU принимает данные от OLT, конвертирует их и передает абонентам через абонентские интерфейсы UNI (user network interface).

Оптический разветвитель — пассивный оптический многополюсник, распределяющий поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. В  общем случае у разветвителя может быть M входных и N выходных портов. В  сетях PON наиболее часто используют разветвители 1xN с одним входным портом. Разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну. По рабочей полосе пропускания разветвители делятся на  стандартные однооконные (l раб ± 10 нм), широкополосные однооконные (l раб ± 40 нм) и двухоконные (1310 ± 40 нм и 1550 ± 40 нм). Для сетей PON используются только двухоконные разветвители. В указанных рабочих окнах характеристики разветвителя должны быть стабильными.

Принцип действия PON

Основная идея архитектуры PON — использование всего одного приемо-передающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONU и приема информации от них. Число абонентских узлов, подключенных к одному приемо-передающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONU — прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (нисходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и  ONU встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Основные элементы архитектуры PON и принцип действия

Источник: Телеком Транспорт, 2004

Прямой поток

Прямой поток на уровне оптических сигналов, является широковещательным. Каждый ONU, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, мы имеем дело с  распределенным демультиплексором.

Обратный поток

Все абонентские узлы ONU 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 ONU, для каждого из них устанавливается свое индивидуальные расписания по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONU от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

И. Петренко, Р. Убайдуллаев, к.ф-м.н.

Дмитрий Кузин: 2005 год будет годом «новой волны» интернет-технологий и сервисов

Дмитрий КузинНа вопросы CNews отвечает Дмитрий Кузин, глава представительства компании Radware.

CNews: Как бы вы охарактеризовали состояние российского рынка телекоммуникационного оборудования сегодня?

Дмитрий Кузин: В настоящий момент происходит насыщение традиционного рынка оборудования. Уже не достаточно просто обеспечить связь — нужно предоставлять дополнительные услуги, оптимизировать существующую инфраструктуру. Можно сказать, что рынок телекоммуникационного оборудования уже сформировался и теперь надо как-то двигаться дальше. А дальше — это развитие сервисов и решение вопросов их доступности.

CNews: С какими, по вашему мнению, сложностями может столкнуться корпоративный пользователь современного оборудования связи?

Дмитрий Кузин: Сегодня основная задача большинства информационных систем (ИС) — обеспечение доступа пользователей к сервисам. Это может быть доступ сотрудников к информационным системам компании или доступ клиентов к web-сервисам компании (например, к системам электронных продаж). А дальше возникают вопросы из разряда: «Что лучше: 10 мегабит или 5 по 2 мегабита?», «Что лучше: иметь подключение к одному провайдеру услуг или нескольким?», «Как уменьшить влияние атак на доступность сервисов?» и так далее.

Полный текст интервью

Вернуться на главную страницу обзора

Версия для печати

Опубликовано в 2005 г.

Техноблог | Форумы | ТВ | Архив
Toolbar | КПК-версия | Подписка на новости  | RSS