При поддержке

Архитектуры APON, EPON и GPON

Развитие технологии PON с середины 90-ых гг. проходит несколько этапов, обозначаемых стандартами APON, EPON и GPON.

Первые шаги в технологии PON (passive optical networks ) были предприняты 1995 году, когда влиятельная группа из семи компаний (British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom Italia) создала консорциум для того, чтобы претворить в жизнь идею множественного доступа по одному волокну. Эта неформальная организация, поддерживаемая ITU-T, получила название FSAN (full service access network).

Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к  оборудованию PONс тем, чтобы производители оборудования и операторы, могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. На сегодня FSAN насчитывает 40 операторов и производителей и работает в тесном сотрудничестве с  такими организациями по стандартизации, как ITU-T, ETSI и ATM форум.

В середине 90-х годов общепринятой была точка зрения, что только протокол ATM способен гарантировать приемлемое качество услуг связи QoS между конечными абонентами. Поэтому FSAN, желая обеспечить транспорт мультисервисных услуг через сеть PON, выбрал за основу технологию ATM. В  результате в октябре 1998 года появился первый стандарт ITU-T G.983.1, базирующийся на транспорте ячеек ATM в дереве PON и получивший название APON (ATM PON).

Далее в течение нескольких лет появляется множество новых поправок и рекомендаций в серии G.983.x (x=1–7), скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, закрепляющая понятие BPON (broadband PON) и добавляющая новые сущности в стандарт PON:

• передача разнообразных приложений (голоса, видео, данные) — это фактически позволило производителям добавлять соответствующие интерфейсы на OLT для подключения к магистральной сети и на ONU для подключения к абонентам;
• расширение спектрального диапазона — открывает возможность для дополнительных услуг на других длинах волн в условиях одного и того же дерева PON, например шировещательное телевидение на третьей длине волны (triple play).

За расширенным таким образом стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).

APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONU и  рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг, табл.

Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефония (FXS).

Из-за шировещательной природы прямого потока в PON и  потенциально существующей возможности несанкционированного доступа к данным со  стороны ONU, которому эти данные не адресованы, в APON предусмотрена возможность передачи данных в прямом потоке с использованием технологии шифрования на базе открытых ключей. Необходимости в шифровании обратного потока нет, поскольку OLT находится на территории оператора.

Основные сведения стандарта PON G.983.1

В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием «Ethernet первую милю» EFM (Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализуя тем сам пожелания многих экспертов по построению архитектуры сети PON, наиболее приближенной к широко распространенным сейчас сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который в итоге создается в декабре 2001 г.

Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и  тесно работают над стандартом. Если EFM больше концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA больше изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы — достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования, и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с  разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.

Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три разновидности решения для сети доступа:

• EFMC (EFM copper) — решение «точка-точка» с использованием витых медных пар. На сегодняшний день работа по этому стандарту практически завершена. Из  двух альтернатив, между которыми развернулась основная борьба — G.SHDSL и  ADSL+ выбор был сделан в пользу G.SHDSL;
• EFMF (EFM fiber) — решение, основанное на соединении «точка-точка» по  волокну. Здесь предстоит стандартизировать различные варианты: «дуплекс по  одному волокну, на одинаковых длинах волн», «дуплекс по одному волокну, на  разных длинах волн», «дуплекс по паре волокон», новые варианты оптических приемо-передатчиков. Подобные решения уже несколько лет предлагаются рядом компаний как «proprietary». Пришло время их стандартизировать;
• EFMP (EFM PON) — решение, основанное на соединении «точка-многоточка» по  волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.

EFMF предлагает для скорости передачи 100 Мбит/с использовать те же самые лазерные диоды что и в стандартах FDDI и Fast Ethernet 100Base-FX, а  для версии 1 Гбит/с — соответственно стандарты Fibre Channel FC-0 и FC-1. Налагается лишь одно ограничение — распространить перечисленные спецификации стандартов на больший диапазон расстояний. Удовлетворить этому требованию можно путем увеличения напряжений, подаваемых на передатчики, что позволит увеличить число фотонов на бит информации и обеспечит лучшее соотношение сигнал/шум на  приемнике.

Обратная сторона медали при таком подходе — безусловное уменьшение среднего времени наработки на отказ оптического передатчика (5–10  лет). Типовым расстоянием в стандартах 100Base-FX и 1000Base-LX является 5 км, в  то время как в EFMF предполагается обеспечить расстояние по меньшей мере 10  км.

Оптические интерфейсы для EPON аналогичны тем, которые используются в традиционных оптических сетях. Как и стандартный Gigabit Ethernet, EPON имеет номинальную битовую скорость в линии 1250 Мбит/с и схему кодирования 8B/10B.

EPON определяется как одноволоконная сеть, использующая волновое мультиплексирование WDM на длинах волн 1490 нм для прямого потока и  1310 нм для обратного потока. Окно 1550 нм резервируется для добавления других услуг (кабельного телевидения или частных каналов). Физический уровень EPON PMD (physical medium dependent) предусматривает два класса интерфейсов: класс 1 для малых расстояний (до 10 км при коэффициенте деления 1:16) и класс 2 для больших расстояний (до 20 км при коэффициенте деления 1:16).

Это позволяет оптимально по стоимости строить сети PON с  большим диапазоном расстояний и коэффициентов деления. Недорогие приемопередающие модули EPON, использующие DFB-лазеры или лазеры Фабри-Перо, а  также высокочувствительные лавинные или PIN фотодиоды, поставляются уже сейчас. Ожидается дальнейшее снижение их стоимости по мере формирования рынка и  совершенствования технологий их изготовления.

Основные характеристики стандарта IEEE 802.3ah

Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в  октябре 2003 года

GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, поддерживает как симметричную битовую скорость в дереве PON для нисходящего и восходящего потоков, так и  ассиметричную и базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров) [11], обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса (в том числе TDM). Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON.

Если в SDH деление полосы происходит статично, то GFP (generic framing protocol), сохраняя структура кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.

Сравнительный анализ трех технологий APON, EPON, GPON

И. Петренко, Р. Убайдуллаев, к.ф-м.н. / Телеком Транспорт