Pon модем. Экономный оптоволоконный интернет - GEPON. Основные факты о технологии

GEPON (Gigabit Ethernet PON) - набирающая популярность технология передачи данных по оптоволоконной сети. Ее суть - в древовидной топологии точка-многоточка, когда для построения сети используется только один оптоволоконный канал для десятков и сотен абонентов.

Дерево сети строится таким образом, чтобы ветка для абонента отделялась от основной магистрали как можно ближе к его расположению. Для разделения используется пассивный распределитель - сплиттер . Это в корне отличается от обычной топологии оптоволоконной сети, которая преимущественно имеет архитектуру точка-точка, и каждое разветвление линии требует установки активного сетевого оборудования.

Структура GEPON

Для построения оптической пассивной сети помимо оптоволокна используются:

OLT (Optical Line Terminal) -оптические линейные терминалы, обеспечивающие коммуникацию сети PON и внешних сетей;
Модули SFP OLT для подключения PON, с увеличенной мощностью и кодировкой сигнала;
ONU (Optical Network Unit) - конечный сетевой блок (модем) у абонента.
Сплиттеры - пассивные разветвители в узлах сети.

Древовидная структура GEPON предполагает различные варианты построения, от простейших - 1 OLT, 1 модуль SFP OLT, 64 ONU и необходимое количество сплиттеров для разветвления до "многоствольных", когда могут быть задействованы все порты OLT, а также несколько OLT или же многопортовые модели.

Схема архитектуры сети GEPON:

На картинке также наглядно показан способ передачи данных. От центрального узла уходят все пакеты, в конечном пункте каждый ONU "забирает" только свой, обозначенный идентификатором.

На обратном пути пакеты от абонентов собираются в один канал. В сетях PON применяется протокол TDMA , когда пакеты от разных точек передаются в разный момент времени.

Кроме того, разделяется входящий и исходящий трафик, а также трафик ТВ .

Схема сложной структуры GEPON:

При проектировании сложных схем пассивной оптоволоконной сети важно помнить, что один канал нельзя делить более чем на 64 абонентских устройства, и следует учитывать оптический бюджет системы.

Оптический бюджет системы - разница между мощностью передачи OLT и чувствительностью приема ONU.

Максимальное расстояние , на которое можно протянуть пассивную оптическую сеть, с учетом потерь на канале - 20 км .

Максимальное количество абонентских устройств , подключаемых к одному "дереву" PON -64 . Однако конечное число абонентов может быть больше, если после ONU подключать коммутатор. Здесь ограничения накладываются только таблицей MAC-адресов OLT и ONU, и, естественно, пропускной способностью канала.

Минимальная скорость на 1 абонента - 16 Мб/сек (1024 Мб/сек на 64 ONU).

Оборудование для сети GEPON

Оптические линейные терминалы - OLT

Эти устройства представляют собой свитчи второго уровня, оснащенные портами Uplink - для соединения с внешними источниками данных (интернет, ТВ, телефония) и Downlink - для сети PON.

OLT-терминалы выпускаются с обозначениями:

AC - для питания коммутатора используется стандартная электросеть на 220 В;
DC - терминалу нужен источник постоянного тока 36-72В;
2-AC 2-DC - наличие 2-х источников питания, основного и мгновенно включающегося резервного.

Абонентские терминалы (модемы) - ONU

Устройства на стороне абонента, оптические терминалы, оснащенные одним PON-портом, и одним или несколькими, в зависимости от модели, портами для подключения клиентского оборудования. Существуют модели с выходом кабельного ТВ.

Сплиттеры

Недорогие компактные простые устройства, не требующие электропитания, термошкафов, управления и настройки. Их главная задача - разделение трафика на пути от провайдера к абоненту, и смешение трафика - на обратном. Бывают сварные (с возможностью неравномерного распределения трафика) и планарные (равноплечие). Разветвление - от 1*2 до 1*128.

Недостатки технологии

Затухание сигнала на каждом узле ветвления. В итоге в сети на 64 ONU общее затухание может превысить 20 ДБ.
Необходимость максимальной пропускной способности всех устройств. Хотя каждый конкретный абонент получает от 16 Мбит/сек, каждая точка сети (ONU) вынуждена поддерживать максимальную пропускную способность GEPON - 1 Гбит/сек.
Недостаточно высокий уровень безопасности данных. Технология определенно не подойдет для финансовых и подобных организаций.
Сложность модернизации. Для того, чтобы увеличить пропускную способность сети, может потребоваться заменить весь кабель на магистрали.
Помехи в работе всей PON при одном неисправном устройстве ONU, передающем непрерывный световой сигнал в обратную сторону. Можно предусмотреть WathDog для контроля случайных поломок, но гораздо сложнее предотвратить действия злоумышленников.
Сложность обнаружения неисправностей. Сплиттеры, ввиду своей чрезвычайной простоты, неспособны помочь в определении сбойного участка сети.

Преимущества GEPON

Экономный расход оптического кабеля . Фактически, технология GEPON позволяет сократить протяженность кабельной инфраструктуры почти втрое.
Отсутствие активного оборудования на узлах сети, что существенно снижает расходы на ее проведение и обслуживание.
Высокая поддерживаемая скорость - до 1 Гбит/сек.
Эффективное распределение нагрузки в канале . Теоретически скорость для каждого абонента будет составлять пропускную способность канала/ количество абонентов. Фактически же, если какие-то абоненты в данный момент используют не всю свою полосу трафика или не подключены вовсе - скорость у остальных увеличивается.

Как видим, GEPON имеет и свои плюсы, и свои минусы. Однако растущая популярность показывает, что многие находят все-таки больше плюсов.

В одном из следующих наших выпусков - ответы на частые вопросы относительно пассивной оптоволоконной сети.

Информационные структуры в последний десяток лет шагнули очень далеко вперёд – сегодня уже никого не удивишь безлимитным широкополосным интернетом на скоростях 10Mbps и более. Современное сетестроение достаточно быстро вышло за пределы городов – активно развивается магистральное сетестроение. И если с магистралями всё более-менее понятно (проложили - продаём), то в городах сейчас наблюдается иная ситуация: идёт жёсткая борьба за потребителей провайдерских услуг. Города полностью поделены на сектора, которые целиком контролирует конкретный провайдер. В таких условиях процесс расширения клиентской базы серьёзно затрудняется тем фактом, что, выражаясь простым языком, клиенты закончились. Можно конкурировать только путём повышения качества обслуживания (в том числе и использование технологии FTTx, а конкретно – FTTB и FTTH), но и тут конкуренция уже невозможна – любой, даже самый маленький провайдер, в состоянии проложить волокно до подъезда. В итоге все столкнулись с такой проблемой: «Подключать некого, расширяться некуда».

Но на самом деле ситуация не так плоха, как кажется, ведь человек – животное очень своеобразное и живёт везде, в том числе и за городом. Сёла, посёлки, деревни – клиентов предостаточно, и все хотят (в сравнении с мобильными или спутниковыми аналогами) быстрый, качественный и относительно дешёвый интернет (а также телевидение и телефон, и, желательно, в одной коробке). Проблемами подключения таких клиентов является удалённость их от основных коммутационных узлов и, как следствие, дороговизна подключения и серьёзные проблемы с поддержкой сетевой инфраструктуры удалённого района в рабочем состоянии.

Многими провайдерами была предпринята попытка применить уже устоявшуюся модель FTTH (Fiber To The Home) «городского типа» для обеспечения пользователей своими услугами – кидаем многоволоконный кабель, ставим активное оборудование – всё работает. Только дорого, неудобно и боязно – промежуточное оборудование стоит где попало, омываемое дождями, ветрами, съедаемое насекомыми и засиженное птицами. Кроме того, активное сетевое оборудование подвержено влиянию двух факторов, которые не подвержены никакой статистике и логике: грозы и любители попользоваться кусачками. И всё бы удобно решалось строительством служебных помещений, но дорого, проблемно (со стороны бюрократии) и не всегда возможно. И тут на сцену сетестроения вышла альтернативная технология PON, дремавшая до поры до времени на полках.

PON (англ. Passive Optical Network – 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, мало волокон, отсутствие промежуточного активного оборудования, нулевое (ну, почти нулевое) влияние погодных условий, удобная WDM система передачи данных от «фабрики по производству интернета» к клиенту и обратно по одному волокну. Активное оборудование в этой сети имеется только на стороне провайдера (в чистой, сухой и прохладной серверной стойке) и на стороне абонента (на чердаке, в прихожей, на старом-добром столбе и проч.). Идеально как для удалённых малонаселенных пунктов, так и для городского частного сектора.

1.2 Виды PON.

Ещё во времена, когда все силы лучших умов наших соотечественников были направлены на «распил» Сверхдержавы, группой из нескольких европейских телекоммуникационных компаний был создан консорциум для реализации идеи множественного доступа по одному волокну, получивший название FSAN (Full Service Access Network). 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 - T G .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. Есть еще EPON, который уже тоже никому не интересен (100Mbps сейчас хватит разве что для десятка пользователей, а оборудование по цене не сильно отличается от старшего собрата GEPON). В итоге остаётся только GEPON, который на сегодняшний день соответствует требованиям большинства провайдеров для подключения удалённых абонентов (скорость передачи «туда» и «обратно» составляет 1Gbps, при этом, на одном волокне могут находиться до 64 оконечных устройств сети).

1.3 Принцип действия GEPON.

Как уже писалось выше, GEPON – полноценная 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 свитч со всеми вытекающими отсюда функциональными возможностями, имеющий Uplink порты (для подключения себя любимого к L3 роутеру) и Downlink порты (для клиентских нужд). OLT от орденоносного китайского производителя BDCOM, например, имеет 2 оптических гигабитных Uplink порта, 2 «комбо» гигабитных Uplink порта (2 оптических + 2 медных), и 4 гигабитных Downlink PON порта. 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) – полноценный VLAN 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 «подпортом» своего порта, имеющим свои порты, то есть соблюдается следующая иерархия: Порт OLT -> № ONU -> порт ONU.

Между клиентом и провайдером располагается пассивная оптическая сеть, которая имеет топологию дерева и её производные. Основными компонентами пассивной оптической сети является оптическое волокно и сплиттеры (англ. Splitter - разделитель), работающие в режиме «разветвитель» в направлении провайдер->клиент и в режиме «смеситель» в обратном направлении. Несомненным преимуществом пассивного оборудования является его независимость от питания и простота в эксплуатации (не надо ничего настраивать): «Один раз поставил – всю жизнь пользуюсь».

Рисунок 1 – Принципиальная схема включения PON

Пассивная оптическая сеть является разделяемой между многими абонентами средой , поэтому со стороны OLT действует TDM (англ. Time Division Multiplexing – Временное Мультиплексирование), а со стороны ONU – TDMA (англ. Time Division Multiple Access – Множественный Доступ С Разделением По Времени). При этом нисходящий поток (им мы будем называть поток от OLT к ONU) передаётся на длине волны 1490нм, а восходящий (поток от ONU к OLT) – на длине волны 1310нм. Сделано это для того, чтобы оставить место для CATV (аналоговое телевидение), которое также можно пустить по дереву PON до абонента. Передатчики CATV вещают на длине волны 1550nm или 1310nm, но производители GEPON оборудования заняли длину волны 1310nm для UpStream, чтобы максимально удешевить клиентское устройство (лазеры, излучающие на длине волны 1310nm намного дешевле лазеров, излучающих на длине волны 1550nm).

Стоимость лазерных GEPON приёмо-передатчиков достаточно высокая по отношению к их Ethernet-собратьям, и не случайно: они очень мощные. Оптический бюджет GEPON-системы (разность между мощностью излучателя и предельной чувствительностью приёмника) около 30дБ (для ONU этот показатель находится в диапазоне 25-30дБ, для OLT – 32-37дБ)! Этого бюджета хватит на то, чтобы «пробить» более 100 км стандартного оптического волокна! Однако, PON-деревья в глубину достигают обычно 10-15 км, имея предел по глубине в районе 20км. Связано это с тем, что делители вносят в линию огромное затухание (от 3-х до 22-х дБ), обеспечивая ветвление и экономя 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 ZYXEL не будет работать с ONU от HUAWEI, или OLT от HUAWEI не будет раскрывать весь свой потенциал при работе с ONU от BDCOM).

Следует отдельно рассмотреть технологию обмена данными между ONU и OLT:

любая ONU вещает только в момент времени, отведённый для нее OLT;
для любой ONU в сети OLT определяет временной промежуток, в течение которого ONU может вещать;
вновь подключённая ONU взаимодействует с OLT по протоколу MPCP (англ. Multi-Point Control Protocol – 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

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 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 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.

В классическом FTTH для подключения, например, 256 абонентов в частном секторе необходимо 256 оптических волокон. 256 волокон – это много очень толстых и дорогих кабелей, а также целый мешок проблем, связанных с их прокладкой, коммутацией и прочей невыносимой рутиной.

Для того, чтобы по этим волокнам «ходил» траффик, нужно N свитчей: N-1 свитчей доступа (к ним будут подсоединяться абоненты) и один для агрегации траффика со свитчей доступа. Для решения текущей задачи, например, известных всем D-Link DES 3200-28F нужно 11 штук (это на доступ), D-Link DGS 3120-24SC нужен один (это на агрегацию). Добавьте ко всему этому SFP модули, медиаконвертеры, а также проблемы с питанием всех этих устройств (а вы как думали?!), размещением (да-да, под крышей, в тепле и сухости!) и администрированием – и головная боль уже не проходит.

А теперь представьте всё это не в городских условиях (где любой чердак – это почти серверная, а любой подвал – тихая гавань для вывода оптики), а в суровых условиях частного сектора (без вездесущих силовых линий, без развитой канализационной инфраструктуры, без свободных помещений под размещение активного оборудования)! А если посчитать, сколько волокна лежит мёртвым грузом (вывели одно волокно из 8-миволоконного кабеля, отправили его до абонента, а дальше это волокно используется не чаще, чем происходят солнечные затмения) – становится грустно и руки опускаются.

При использовании GEPON для этой же задачи необходимо всего 4 волокна, один OLT c SFP модулями (8 штук, из них 4 на Ethernet UpLink, 4 на PON DownLink), 256 ONU (по одной каждому клиенту, питаются они прямо от клиентской розетки и все счастливы), а также набор сплиттеров и PON-боксы (или муфты) для работы с кабелем и размещением в них этих самых сплиттеров, а иногда и самих ONU. Работа администратора будет сводиться только к управлению OLT’ом (ONU логически являются «продолжением» GEPON-портов OLT). Питание – только на стороне абонента и в серверной. Всё проще, не правда ли?

Кроме того, следует учитывать тот факт, что на уже построенной схеме PON легко и просто запустить аналоговое TV (Рисунок 5):

Рисунок 5 – Применение PON в качестве среды для использования CATV

Итак, положительные стороны PON:

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 сплиттеры затрудняют диагностику оптической линии, возможно влияние неисправности оборудования одного абонента на работу остальных, меньшая выгода в случае реализации на этапе строительства.

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 P 802.3 ah ) и управляющего кадра IEEE P 802.3 ah представлена ниже (Рисунок 3):

Постоянное развитие технологий позволяет подключать в квартиры интернет на все более высоких скоростях. Одним из способов такого подключения является технология Gpon, которая предлагается и компанией Ростелеком.

Gpon – общее описание работы

Пассивные оптические технологии (Pon) появились не очень давно, но уверенно вытесняют традиционные способы организации доступа в интернет, работающих по медным кабелям. Оптический кабель имеет огромные преимущества перед медным кабелем:

Префикс «G» предполагает, что подключение осуществляется на гигабитной скорости. Пассивной данная технология называется потому, что между узлом провайдера и конечным потребителем нет никакого активного сетевого оборудования, и оптика прокладывается непосредственно в квартиру клиента.

Никакого оборудования и не требуется, ведь длина оптического кабеля без дополнительного усиления сигнала до 20 км, а в ближайшее время ведутся разработки по увеличению магистрали до 60 км.

Подключение может осуществляться в синхронном и асинхронном режимах. Обычно провайдеры отдают предпочтение асинхронному режиму. Максимальная скорость ограничивается 2,5 Гб/с на прием, и 1,25 Гб/с на передачу информации.

Принцип подключения к Ростелеком

Для того, чтобы подключиться будущему абоненту необходимо обратиться в ближайший офис Ростелеком и оставить заявку. Подключить можно одну или несколько услуг на выбор:

Интернет;
Городская (стационарная) телефония;
IP телевидение.

Любое подключение к провайдеру по проводам требует дополнительных затрат.

Те клиенты, которые ранее уже были подключены к Ростелекому по технологии ADSL, знают это на собственном опыте, новым абонентам об этом будет сказано при подаче заявки.

Основными трудностями является монтаж кабеля, который в силу специфических качеств не желательно сильно изгибать, поэтому обычно все оборудование устанавливается в прихожей. К оборудованию относят специальный ONT маршрутизатор, предназначенный для работы в оптоволоконных сетях, который можно арендовать непосредственно у провайдера или же купить самостоятельно. Желательно, чтобы в прихожей была смонтирована электрическая розетка. Подключение конечных устройств производится по обычной витой паре Ethernet, или через WiFi.

Схема сети Gpon предоставленная провайдером Ростелеком.

После того, как будут согласованы с клиентом технические вопросы, приобретен роутер, заключается договор на обслуживание. Производится монтаж и прокладка кабеля, и настройка маршрутизатора.

Настройка оборудования для подключения

Если маршрутизатор приобретается или арендуется у Ростелеком, то первоначальная настройка его производится при монтаже непосредственно работниками Ростелеком. В тех случаях, когда абонент занимается покупкой роутера сам или у него уже есть оборудование, то варианты конфигурации могут различаться в зависимости от модели и производителя сетевого оборудования, а также от его возможностей. В интернете можно найти достаточно информации с пошаговыми инструкциями, по которым можно провести настройку самостоятельно.

Ростелеком предлагает своим клиентам несколько моделей ONT устройств, одно из которых G PON ONT RFT620. Это довольно удачная и универсальная модель, которая позволяет подключить к LAN до 4-х устройств, и неограниченное количество по беспроводной технологии, есть возможность просмотра потокового телевидения, и подключения до 2-х стационарных телефонов.

Все настройки осуществляются через веб конфигуратор. Для этого нужно набрать в браузере адрес «192.168.1.254 », и ввести имя и пароль пользователя: user/user. Никаких настроек интернета вбивать не нужно, это уже сделано провайдером. Необходимо просто настроить домашнюю сеть под свои нужды:

включить беспроводной модуль WiFi;
изменить настройки безопасности;
установить статические или динамические IP адреса и пр.

Услуги и пакеты

Компания Ростелеком предлагает своим клиентам множество различных вариантов и пакетов услуг, самыми популярными из которых являются следующие:

домашний интернет по оптоволоконной линии с выбором скорости подключения;
интерактивное телевидение с более, чем 160-ю каналами;
домашний стационарный телефон, с возможностью выбора тарифа на звонки;
мобильная телефония;
аренда ONT маршрутизатора по низкой цене.

Все эти услуги можно выбирать отдельно или комбинировать в пакеты. От выбора будет зависеть и месячная абонентская плата. Компания проводит постоянные акции и скидки, информацию о которых можно найти на их портале. Так же для каждого региона отдельно цена на услуги отличается.

Плюсы и минусы подключения по технологии Gpon

Подключение по GPON, как и любым другим способом имеет свои положительные и отрицательные стороны. К положительным можно отнести следующие:

Кабель протягивается непосредственно между АТС провайдера и в квартиру пользователя, т.е. отсутствуют промежуточные узлы, что значительно повышает скорость передачи информации и стабильность сигнала.
Сигнал в оптоволоконном кабеле передается не электрическими, а световыми импульсами. Это означает, что вообще нет никакой опасности получить травму от удара током.
Возможность подключить сразу несколько услуг, через одно ONT устройство.

Есть, конечно, и недостатки в таком способе подключения:

Оптический провод сильно боится резких перегибов, а это говорит о том, что сложно будет подвести его по квартире в дальние комнаты. Так же на кабель не рекомендуется ставить мебель и другие тяжелые объекты.
Хотя в кабеле и нет ничего ценного для продажи, магистральные линии и разводка в подъездах постоянно подвергаются угрозам со стороны вандалов.
По кабелю не передается электричество, поэтому и со стороны животных к нему присутствует повышенный интерес. Желательно прятать его в короба.

Технология GEPON

В данном материале пойдет речь о технологии и оборудовании для организации пассивных оптических сетей - Passive Optical Network, PON. Основными отличиями PON от классических оптических каналов связи являются использование для агрегации трафика пассивного оборудования - оптических сплиттеров - и высокая плотность портов.

Не секрет, что требования потребителей к скорости доставки информации из Интернет растут по экспоненте. Сегодня в крупных городах 10 Мбит/с являются совершенно обычным делом. Причины этого процесса остаются неизменными уже давно - передача голоса и видео, мультимедиа, телевидение (в последнее время также и в версии высокого разрешения). Только вот битрейты постоянно возрастают.

Существенную часть затрат любого провайдерского проекта несет кабельная инфраструктура. Причем здесь учитывается не только стоимость кабеля, но и его прокладки, которая в случае работы в уже существующей инфраструктуре может быть очень велика. И конечно хочется чтобы вложения работали долго, не требовали частых обновлений и имели хороший запас по нужным параметрам. С этой точки зрения оптические каналы связи сегодня это наиболее производительный и «дальнобойный» способ обеспечения сетевого соединения устройств. При этом классическая архитектура предполагает топологию «точка-точка», когда каждая линия имеет свои выделенные порты с каждой стороны, а при необходимости создания «ответвлений» требуется установка активного оборудования в узле. Так что наиболее удачно она может использоваться для одиночных линий большой протяженности.

Однако в некоторых ситуациях более удобной может оказаться древовидная топология, которая интересна с точки зрения масштабируемости и сниженной общей длины прокладываемых кабелей. Как раз для подобных проектов и подходит PON. В России сети этого типа появилась уже достаточно давно, более пяти лет назад.

А рост числа подключенных пользователей и старт первых российских проектов класса волокно в каждый дом (Fiber To The Home, FTTH), основанных на PON, показывает, что технология прижилась и у нас.

Структура сети PON

Сеть PON состоит из нескольких элементов - коммутатора на узле связи, линий связи с пассивными сплиттерами в узлах сети и модемов на стороне абонентов. К каждому модему поступают все пакеты от коммутатора, а во время передачи используется временное мультиплексирование кадров.

Передача данных в прямом канале

Передача данных в обрантом канале

Компания ZyXEL предлагает сегодня оборудование стандарта EPON (IEEE 802.3ah), называемого также GEPON.

В настоящий момент оборудование участвует в нескольких проектах, а также в тестированиях у провайдеров по всей России. Именно о нем и пойдет дальше речь. Отметим что другие стандарты рассматриваемого типа сетей отличаются скоростными и другими техническими характеристиками.

Коммутатор позволяет по одному волокну (одному порту) подключить до 32 или даже 64 абонентов. Общая скорость передачи данных (которая делится между абонентами) составляет 1,25 Гбит/с. Дальнейшее развитие EPON уже в ближайшие годы предлагает также переход на скорости 10/1 Гигабит/с и 10/10 Гигабит/с. В следующем году ожидается принятие рабочей версии стандарта 10G EPON, а уже в 2010 году могут стартовать первые пилотные проекты.

C задержкой в два-три года планируется переход на 10-гигабитные скорости и технологии GPON.

Для приема и передачи используются лазеры с разной длиной волны - 1490 нм для передачи и 1310 для приема. При необходимости возможно добавление в канал и аналоговых кабельных телевизионных каналов (100 и более), которые модулируются лазером на 1550 нм. В зависимости от конкретной схемы сети и использованного оборудования, общая протяженность канала может составлять до 20 км.

Мультисервисная сеть на базе технологии GEPON

Кабель прокладывается от порта коммутатора в виде дерева. Сплиттеры, устанавливаемые в узлах, чрезвычайно неприхотливы - не требуют электропитания, настройки и управления, термошкафов, недороги и очень компактны. Это позволяет размещать их, например, в уже имеющихся телефонных распределительных шкафах.

Сплиттер

Простейшие оконечные устройства представляют собой конвертеры оптика-кабель со встроенным фильтром MAC-адресов. В случае использования телевидения, в модем устанавливается еще один приемник, а на телевизор выводится обычный высокочастный кабель.

Для защиты информации возможно использование шифрования (AES128) всех передаваемых пакетов. Технология не допускает прямого общения отдельных абонентов, находящихся на одном порту коммутатора - данные от одного абонента могут попасть к другому только через GEPON-коммутатор, который ретранслирует потоки данных восходящего потока на длине волны 1310 нм в нисходящий поток на длине 1490 нм. Дополнительным плюсом с точки зрения безопасности является использование на линии исключительно пассивного оборудования, затрудняющего перехват.

Из положительных сторон PON нужно отметить:

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 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 сплиттеры затрудняют диагностику оптической линии, возможно влияние неисправности оборудования одного абонента на работу остальных, меньшая выгода в случае реализации на этапе строительства.

Оборудование

Линейка продуктов GEPON у ZyXEL состоит из трех коммутаторов и трех модемов. Младшая модель коммутатора - - имеет восемь портов GEPON и восемь соответствующих им Gigabit Ethernet (обратите внимание, что именно гигабитных, устройства с меньшей скоростью к ним подключить нельзя). К каждому оптическому порту можно подключить до 32-х модемов в итоге получив 256 абонентов на устройство. Все коннекторы расположены на лицевой стороне устройства - 8xPON, 8xGigabit, консольный, 10/100BaseT внесетевого управления и питание. Здесь же есть и кнопка сброса устройства. Все порты имеют набор индикаторов для определения текущего статуса. У есть встроенный гигабитный L2+ коммутатор (неблокируемая коммутация с пропускной способностью 24 Гбит/с, скорость коммутации кадров 17,8 млн. пак/с) и четыре совмещенных порта 1000Base-T/SFP. Такой вариант можно использовать для резервирования канала - при одновременном подключении двух разъемов (SC и RJ45) работает оптика, а в случае аварии в оптическом канале происходит автоматическое переключение на медь. Питание и консольный порт у этой модификации находятся на задней панели. Данные модели выполнены в стандартном 1U корпусе и рекомендуются для использования в быстрорастущих сетях. Самой производительной моделью является модульный . В его 4,5U корпусе предусмотрено место для установки до шестнадцати OLC-2301. Каждый такой линейный модуль имеет порт GEPON и совмещенный порт 1000Base-T/SFP. В шасси также устанавливается управляющий модуль и блок питания с двойным резервированием. Линейный модули допускают горячую замену, что положительно сказывается на удобстве обслуживания сети и надежности предоставления услуг. Максимально OLT-2300 может поддерживать 512 абонентов. Все оптические модули коммутаторов рассчитаны на дальность работы 20 км.

OLT-1308

Последние обновления прошивок моделей OLT-1308/OLT-1308H позволяют работать на одном канале не 32, а 64 абонентам, что существенно снижает стоимость одного подключения. Для OLC-2301 такой возможности пока нет.

Шасси OLT-2300

Все GEPON-коммутаторы поддерживают протоколы STP/RSTP и механизмы приоритезации трафика и организации виртуальных сетей (включая Port Based и 802.1Q). Эффективность многоадресных рассылок обеспечивается поддержкой IGMP v.2, IGMP proxy, IGMP snooping и MVR. Для управления предусмотрены порты RS-232 и 10/100Base-TX. Настраивать коммутаторы можно через Web-интерфейс (поддерживается SSL, предусмотрена установка до пяти аккаунтов, примеры скриншотов - , , ), telnet, SSH, FTP или консольный порт. Номера портов всех сервисов можно изменить. Возможно ограничение доступа по IP-адресам. Web-интерфейс имеет встроенную систему помощи.

Устройство автоматически находят все подключенные абонентские модемы и позволяет назначить им специфические профили. Они включают в себя настройки скорости, фильтрации, VLAN, приоритетов и другие параметры. Допускается использование протокола аутентификации 802.1x.

Коммутаторы также позволяют следить за физическим состоянием - проверяются температуры, скорости вращения вентиляторов, напряжения. Для больших сетей будет полезной поддержка коммутаторами проколола SNMP и совместимость с EMS системой управления NetAtlas. Кроме того, возможно объединение устройство в кластеры для общего управления.

В настоящий момент моделей со встроенными инжекторами КТВ у ZyXEL нет. Впрочем, для микширования сигнала ТВ в оптический канал можно использовать внешние сплиттеры и медиаконвертеры коаксиал/оптика.

ONU-631HA

Первой моделью абонентского GEPON-модема является . Он работает в режиме моста, прост в обслуживании и управляется исключительно со стороны провайдера по специальному протоколу. Для пользователя он предлагает стандартный порт Gigabit Ethernet. Предусмотрено две модификации модемов - с индексами -11 и -12. Первая работает на расстояниях до 10 км, а вторая - до 20 км. Корпус выполнен из темного пластика, на передней панели есть несколько индикаторов (питание, PON, LAN, скорость LAN, дуплекс). На задней стороне расположены два сетевых порта (оптический и медный) и вход блока питания (12 В 1,5 А). Данная модель позиционируется для подключения корпоративных абонентов и выносов операторской сети.

ONU-634HA

Вторая модель более интересна для подключения домашних пользователей - имеет встроенный централизованно управляемый 4-портовый коммутатор с привязкой VLAN 802.1Q к портам Fast Ethernet. Как и 631-й она полностью настраивается со стороны провайдера, что сокращает затраты на обслуживание. Также сейчас существуют семплы ONU-634FA - четыре сетевых порта и выход кабельного телевидения, позволяющий напрямую подключить к GEPON-модему обычный телевизор.

ONU-634FA

Рекомендованные цены на оборудование GEPON
Модель	Стоимость ($)	Стоимость на абонента ($)
ONU-631HA-11/12	372/454	372/454
ONU-634HA-11/12	388/502	388/502
OLT-1308	23 939	47
OLT-1308H	23 283	46
OLT-2300M/OLC-2301HA-12	1 317/2 670	90 (на 512 абонентов)

Для построения сети также потребуются сплиттеры (примерная стоимость - от 400 руб за 1×2 до 4000 руб за 1×8, существуют и модели 1×32), оптический одномодовый кабель (стоимость сравнялась с ценой кабеля UTP: цены на одволоконный кабель начинаются с 7-8 рублей за метр) и коннекторы (от 100&ndsah;140 рублей за одно соединение).

Тестирование описанного оборудования в составе коммутатора OLT-1308 и модемов ONU-631A проводилось на тестовой площадке компании ZyXEL с использованием тестового пакета Ixia Chariot. Результаты при одновременной работе одного, двух и трех клиентов приводятся в таблице (пакеты максимального размера, Мбит/с). Модемы подключались к одному из портов коммутатора через один сплиттер. Видно, что в случае максимальной нагрузки, скорости равномерно распределяются по всем клиентам. Отметим и высокую эффективность передачи данных, включая режим работы нескольких клинетов - суммарная скорость практически совпадает с максимально возможной.

В целом можно отметить, что технология не сложна в настройке и эксплуатации и работает согласно спецификациям. Скорости соответствуют знакомым по медным гигабитным сетям.

Выводы

Технология GEPON может успешно применяться для организации оптических каналов каналов связи до абонента и особенно эффективна в случае наличия ограничений на прокладку кабелей и установку активного оборудования на линии. Эффективность данного решения зависит от многих факторов и однозначно сказать, что это лучший вариант конечно нельзя, все определяется конкретными требованиями заказчика. Тем не менее, произведенные оценки позволяют сделать вывод, что уже сегодня в некоторых случаях себестоимость подключения по оптике домашних абонентов может не превышать 500 долларов.

Что касается описанного оборудования, то компания ZyXEL предлагает сегодня полную линейку GEPON-устройств, позволяющую создавать оптические сети любого масштаба со всеми необходимыми системами управления и технологиями повышения надежности.

За последние годы скорость доступа в интернет значительно увеличилась, что было обусловлено требованиями новых услуг и ресурсоемких приложений, способных корректно работать только с подключением PON от Ростелекома. По этой причине и были введены оптоволоконные технологии, которые могут поддерживать текущую потребность в пропускной способности.

PON технология от Ростелекома

Благодаря высокой скорости передачи данных, отзывчивость сетей с технологией PON от Ростелекома имеет наибольшее значение в сравнении с другими типами подключений и станет отличным решением для подсоединения к интернету крупных компаний.

На данный момент рыночные требования скорости быстро приблизились к отметке в 100 Мбит/с, а по прогнозам достигнут и 1 Гбит/с для массового потребителя. Только оптические кабели обладают способностью поддерживать эти высокие показатели на больших расстояниях, которые обязательно присутствуют между провайдером и пользователем.

Уже сейчас для поставщиков услуг предоставляется полоса пропускания FTTH (Fiber to the Home), подводимая к дому. Новая архитектура будет служить основой сетей доступа, которые будут справляться с задачами потребителей в течение многих последующих лет.

Развертывание сетей доступа FTTH – занятие не из дешевых и для него в большинстве случаев необходимо выполнение трудоемких строительных работ по прокладыванию кабелей к домам потребителей. Даже несмотря на то что стоимость оптоволокна в последние годы снизилась, затраты на само подключение по-прежнему не стали значительно меньше.

Интересно! В поисках оптимального экономичного решения FTTH сети развивались в течение многих лет. На ранних этапах использовалось парное оптическое волокно – передача/прием. Оно было дорогостоящим и требовало сложной установки.

Развитие технологии разделения сигналов по длине волны (WDM), использующей одно волокно для входящего и исходящего трафика, значительно улучшило ситуацию.

В конце концов, первые из сетей FTTH перешли к новому стандарту, где одиночное волокно соединяется с пассивным оптическим разделителем, распространяющим сигнал к нескольким абонентам.

Этот стандарт и стал PON технологией, используемой сейчас Ростелекомом. Он может поддерживать расщепление сигнала в соотношении 1:64 из одного волокна. Помимо этого, PON технологии телекоммуникационного оператора Ростелеком также включают дополнительные сигналы, которые обеспечивают аналоговые и цифровые телевизионные услуги для пользователей без необходимости их использования именно через IP-приставки.

Плюсы интернета по технологии PON от Ростелекома

Очевидным преимуществом PON интернета от Ростелекома в целом является то, что одно общее оптическое волокно может поддерживать множество пользователей посредством недорогих пассивных оптических разделителей, которые позволят не потерять отзывчивость сети при количестве пользователей до 64.

Это делает новую технологию привлекательной не только для потребителей, но и для поставщиков услуг, желающих заменить медные сети в густонаселенных городских районах.

Преимущества и особенности PON сетей включают в себя:

отсутствие необходимости в активном оборудовании в сети доступа, что предотвращает электромагнитные помехи;
уменьшение оборудования и волокна в центральном офисе.

PON оборудование от Ростелекома предоставляет большую пропускную способность и поддерживает двойной коэффициент распределения. Это означает что с 64-полосным распределением каждый абонент получает внушительную пропускную способность соединения около 35 Мбит/с. Если поставщик услуг принимает решение реализовать более низкие коэффициенты распределения, например, 16 или 32, абоненты смогут получить еще большую пропускную способность.

Большая скорость передачи данный становится доступна для пользователей за счет повышения эффективности использования пропускной способности стандарта PON. Более того, эта технология предназначена для предоставления мультисервисных услуг (данные, видео и голос), а не только высокоскоростного доступа в интернет.

Интересно! При повышении скорости в PON в линии увеличиваются и коэффициенты разделения, что позволяет получить максимальную гибкость и ценовые преимущества для развертывания услуг провайдером.

Модемы для подключения PON от Ростелекома

GPON была разработана МСЭ-Т как общеотраслевой взаимозаменяемый стандарт. Это означает, что устройства, такие как ONT, могут корректно работать с модемами PON любого производителя, поддерживающего услуги Ростелекома или других операторов.

Этот фактор очень важен для уменьшения стоимости оборудования и позволяет поставщикам услуг предоставлять выгодные условия для своих абонентов. Кроме того, обновленная технология на основе стандартов XGPON повышает производительность сетей до 10 Гбит, сохраняя при этом обратную совместимость с уже развернутыми сетями.

Настройка оборудования

PON оборудование от Ростелекома не требует сложной настройки, так как все основные параметры в большинстве случае уже установлены провайдером. Подключив маршрутизатор, понадобится лишь персонализировать программное обеспечение. Тем не менее в некоторых моделях Wi-Fi роутеров, поддерживающих технологию PON от Ростелекома, понадобится установить настройки беспроводной сети, а также внести параметры подключения. Последние при использовании оптоволокна представляют собой логин и пароль пользователя PPPoE типа. Эту информацию провайдер предоставляет в заключаемом контракте.

Если все настройки в программном обеспечении маршрутизатора от Ростелекома внесены верно, но на оборудовании индикатор PON горит красным, проблема, скорее всего, заключается в проводке провайдера. Для ее решения необходимо обращаться к оператору.

Внимание! Перед тем как совершать звонок в Ростелеком и оставлять заявку на вызов мастера для устранения проблемы рекомендуется проверить все основные параметры подключения на роутере, а также целостность участка кабеля, находящего в вашем помещении.

Текущие и будущие требования к пропускной способности доступа в интернет привели к широкому развертыванию FTTH технологий. Подключения типа PON обеспечивает гибкость и ценовые преимущества. Эти факторы позволяют провайдеру предоставлять качественные услуги по выгодным тарифам для своих абонентов.