Вступ до технології PON

Комп'ютерні мережі

1. Огляд технології PON

Протягом останнього десятиліття інформаційні технології здійснили величезний стрибок. Сьогодні нікого не здивуєш безлімітним інтернетом зі швидкістю 10 Mbps і вище. Розбудова мереж швидко вийшла за межі міст, активно розвиваються магістралі.

Однак у містах ситуація напружена: ринок поділено, триває жорстка боротьба за споживача. Оскільки «вільних» клієнтів майже не залишилося, провайдери конкурують якістю обслуговування (FTTB, FTTH). Проте навіть тут можливості для зростання обмежені.

Водночас існує величезний неохоплений ринок — приватний сектор, села та селища. Мешканці цих територій потребують швидкого інтернету, телебачення та телефонії не менше, ніж містяни. Головні перешкоди — віддаленість від комутаційних вузлів, висока вартість підключення та складнощі з обслуговуванням інфраструктури.

Спроби застосувати класичну «міську» модель FTTH (Fiber To The Home) у таких умовах виявилися неефективними. Активне обладнання на проміжних вузлах страждає від погодних умов, гроз, вандалізму та перебоїв із живленням. Будівництво захищених приміщень — це дорого і бюрократично складно.

Рішенням стала технологія PON.

PON (Passive Optical Network) — це технологія широкосмугового мультисервісного доступу, що використовує оптоволокно. Її ключова особливість — деревоподібна архітектура «точка-багатоточка» (P2MP) без використання активного обладнання на вузлах розгалуження.

Головні переваги:

  • Мінімум волокон (передача та прийом здійснюються по одному волокну завдяки WDM).
  • Відсутність проміжного активного обладнання (немає потреби в живленні та обслуговуванні на стовпах).
  • Стійкість до погодних умов.
  • Активні пристрої розміщуються лише у провайдера (в серверній) та у абонента.

2. Різновиди PON

Технологія зародилася завдяки консорціуму FSAN (Full Service Access Network), який розробив єдині стандарти для сумісності обладнання. Результатом роботи стали такі стандарти:

  • ITU-T G.983: APON (ATM PON), BPON (Broadband PON) — морально застаріли.
  • ITU-T G.984: GPON (Gigabit PON) — популярний, але обладнання дорожче.
  • IEEE 802.3ah: EPON/GEPON (Ethernet PON) — найбільш поширений варіант.
  • IEEE 802.3av: 10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON) — на етапі впровадження.

Наразі стандартом де-факто для більшості провайдерів є GEPON. Він забезпечує швидкість до 1 Gbps (симетрично) та дозволяє підключати до 64 абонентів на одну гілку, що є оптимальним балансом ціни та продуктивності.

3. Принцип дії GEPON

Мережа GEPON складається з трьох основних елементів: OLT, пасивної оптичної мережі та ONU.

1. OLT (Optical Line Terminal) Це активне обладнання на стороні провайдера. По суті, це L2-комутатор із розширеними функціями.

  • Має Uplink-порти (для підключення до зовнішньої мережі) та Downlink PON-порти (для клієнтів).
  • Керується через консоль, SNMP, SSH або Telnet.
  • Контролює всю мережу та керує абонентськими пристроями.

2. ONU (Optical Network Unit) / ONT Абонентський термінал, який встановлюється у клієнта.

  • Зазвичай має 1 оптичний порт і кілька мідних (Ethernet).
  • Може містити RF-вихід (для ТБ), порти для телефонії (SIP) або Wi-Fi модуль.
  • Логічно OLT сприймає ONU як свій віддалений порт.

3. Пасивна оптична мережа Середовище передачі даних між OLT та ONU. Складається з оптоволокна та сплітерів (оптичних розгалужувачів). Сплітери не потребують живлення і просто ділять світловий потік.

Як це працює: Мережа PON є середовищем зі спільним доступом.

  • Downstream (від OLT до ONU): Передача даних відбувається на довжині хвилі 1490 nm. Використовується метод широкого мовлення (broadcast): всі ONU отримують усі пакети, але кожна відбирає лише ті, що адресовані їй (фільтрація за LLID/MAC).
  • Upstream (від ONU до OLT): Передача на хвилі 1310 nm. Щоб уникнути колізій (оскільки середовище спільне), використовується протокол TDMA (Time Division Multiple Access). Кожна ONU передає дані лише у свій виділений проміжок часу (тайм-слот), який визначає OLT.

Оптичний бюджет та відстань: Система GEPON має високий оптичний бюджет (≈30 dB), що теоретично дозволяє передавати сигнал на 100 км. Однак через значне затухання, яке вносять сплітери (від 3 до 22 dB), реальна глибина дерева PON становить 10–20 км.

Протокол MPCP та кадри Для керування передачею використовується протокол MPCP (Multi-Point Control Protocol). Він базується на двох типах повідомлень: GATE (дозвіл на передачу) та REPORT (запит на передачу). OLT та ONU автоматично конвертують кадри: користувач отримує звичайний Ethernet, а в мережі «гуляє» модифікований кадр IEEE 802.3ah.

4. Порівняння PON із класичним FTTH

Уявімо завдання: підключити 256 абонентів у приватному секторі.

Варіант 1: Класичний FTTH (Point-to-Point)

  • Потрібно прокласти 256 окремих волокон (величезні пучки кабелів).
  • Необхідно близько 11 комутаторів доступу та 1 комутатор агрегації.
  • Усе це обладнання потребує розміщення (гермобокси), живлення, заземлення та захисту від вологи/злодіїв.
  • Результат: Дорого в будівництві та кошмарно в обслуговуванні.

Варіант 2: GEPON

  • Потрібно всього 4 волокна від серверної (одне волокно на 64 абоненти).
  • Обладнання: 1 OLT у серверній та пасивні сплітери на стовпах (у муфтах).
  • Ніякого проміжного живлення.
  • Результат: Швидке розгортання, проста експлуатація.

Підсумкові переваги PON:

  1. Економія: Мінімум активного обладнання та кабелю.
  2. Надійність: Пасивні компоненти не «виснуть» і не горять від грози.
  3. Масштабованість: Легке підключення нових абонентів.
  4. Мультисервісність: Інтернет, ТБ і телефон через одне волокно.

Недоліки:

  • Спільна смуга пропускання (швидкість ділиться між активними абонентами гілки).
  • Складніша діагностика фізичних пошкоджень лінії через розгалужену структуру.
  • Несправність однієї «флудячої» ONU може (рідко) вплинути на роботу сусідів по гілці.
Попередня стаття