Алексей Полунин - ПАССИВНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ – PON – ГИГАБИТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

Над технологией PON, почти за 15 лет ее развития, успели поработать такие авторитетные институты как ITU-T и IEEE, выпустив несколько поколений стандартов. Сегодня производители пропагандируют скорости передачи до 10 Гбит/с, но способна ли эта технология выжить в конкурентной борьбе за благосклонность операторов связи, особенно в кризисных условиях? Ответ на этот вопрос даст время, мы же остановимся на описании гигабитных технологий PON, известных как GEPON и GPON, а так же оборудования созданного на основе данных технологий и представленного на российском рынке.

Гигабиты в пассивных оптических сетях

Гигабитные технология сегодня рассматриваются как вершина развития всего класса пассивных оптических сетей, PON (Passive optical networks). Эта категория телекоммуникационного оборудования появилась в середине 90-х годов, когда ряд операторов связи образовали консорциум FSAN. Главной целью данной организации стало продвижение идеи осуществления множественного абонентского доступа к одному оптическому кабелю. Собственно сама идея появилась как репликация хорошо развитой на то время технологии подключения рабочих мест локальной сети по коаксиальному кабелю. Свою немалую роль сыграла высокая цена оптического кабеля, что так же стало стимулом разрабатывать эту технологию.
За минувшие годы многое изменилось на телекоммуникационном рынке: увеличилась потребность в пропускной способности каналов связи, на сетях стал доминировать протокол IP, стали востребованы новые услуг. Среди изменений стоит еще отметить удельное снижение цены оборудования в расчете на единицу пропускной способности и повсеместное использования оптических кабелей, что, в том числе, связано с уменьшением их стоимости.
Развитие оптических сетей связи вновь подогрело интерес к технологии PON. В данном обзоре мы остановимся только на некоторых гигабитных технологиях пассивных сетей, в частности, EPON или GEPON (Ethernet PON) и GPON (Gigabit PON).
Появление технологии GEPON, позволяющей непосредственно передавать трафик Ethernet по оптике, явилось вполне логичным развитием концепции всеобъемлющего, сквозного использования оборудования Ethernet на сетях операторов связи. Процедуры этой технологии описаны в стандарте IEEE 802.3ah, выпущенном в 2004 году. В данной технологии для передачи трафика используются пакеты Ethernet на скоростях до 1 Гбит/с в обоих направлениях. Топология сети GEPON может быть любой: шина, звезда, комбинация их и даже кольцо для резервирования, что реализуется с применением автоматических оптических переключателей. В числе достоинств данной технологии можно отметить невысокую стоимость решений на ее основе. К настоящему времени инсталлировано около 20 млн. портов GEPON, по большей части в странах Юго-Восточной Азии.
Другой гигабитный стандарт PON, описывающий технологию GPON, был принят ITU-T в 2005 году и получил номер G.984. В его основе лежит использование специализированного протокола, созданного на основе стандартов SDH. При этом для обеспечения эффективного использования канала связи, поддерживается динамическое перераспределение полосы пропускания с сохранением структуры кадра SDH. Стандарт позволяет передавать трафик в симметричном и асимметричном соотношении скоростей, достигая значений до 2,5 Гбит/с. К преимуществам GPON относят наличие встроенных механизмов обеспечения QoS для передачи видео и аудиотрафика. Данная технология наибольшее распространение получила в Северной Америке и Европе.
В этом обзоре мы рассмотрим оборудование обоих стандартов от различных вендоров, предлагающих его на российском рынке.

Оборудование GEPON

Корейский производитель Corecess поставляет на российский рынок решение GEPON в рамках своей универсальной платформы доступа S5, в которой наряду с PON поддерживается доступ по ADSL, VDSL, SHDSL и GE. Центральное ядро (OLT, Optical Line Terminal) этой платформы представлено в трех вариантах исполнения, модель S506 с 4 линейными слотами в которые могут устанавливаться модули GEPON, S511 с 8 слотами и S518 с 16 слотами. Каждый модуль обслуживает 4 линии GEPON. Это оборудование поддерживает горячую замену модулей и обладает надежностью для работы на сетях операторов связи. По своим функциональным возможностям платформа S5 обеспечивает предоставление современных услуг, таких как VoIP и IPTV. Для небольших сетей компания рекомендует использовать модель S102, которая имеет фиксированную конфигурацию, включающую по 2 порта GEPON и GE.
Абонентские устройства (ONU, Optical Network Unit) представлены двумя сериями – СС380Х и СС394Х. Первая включает достаточно простые устройства, обладающие небольшим набором функций. Однако в их число входит поддержка VLAN и услуг triple play. С помощью этих моделей можно подключать абонента на расстоянии 10 или 20 км, предоставляя ему один или несколько портов Ethernet. Вторая серия представляет собой оконечные устройства, выполненные в виде домашних маршрутизаторов 3 уровня. Они поддерживают протоколы NAT, PPPoE, DHCP, WEB управление и ряд других возможностей. Модели этой серии различаются дальностью подключения по оптике и предлагают различные варианты выходных интерфейсов. Это порты 10/100Base-TX, Wi-Fi, поддержка VoIP, аналоговые телефонные порты FXS, а так же подключение к сетям кабельного телевидения.
Так же в качестве оконечных устройств сети GEPON могут выступать коммутатор R1-SW, имеющий 24 порта 10/100Base-TX, и IP DSLAM R1-AD, выпускаемый с 24 или 48 портами ADSL2+.

Компания D-Link в своем широком спектре оборудования так же предлагает решения для построения сети GEPON. В это семейство входит модульный коммутатор DPN-3012-E, который имеет 4 совмещенных портов 1000 Base-T/SFP и три слота для установки модулей с портами GEPON. Всего коммутатор может обеспечить подключение до 384 оконечных устройств. Эта модель обладает достаточно развитыми возможностями в части сетевой безопасности, управления трафиком, включая многоадресные потоки, и обеспечения качества сервиса.
Для установки на стороне абонента D-Link поставляет пять моделей устройств, отличающихся комбинациями портов и поддерживаемой дальностью связи. Модели DPN-301 и DPN-301L являются достаточно простыми устройствами, в которых установлено по одному порту 10/100/1000Base-TХ. Из дополнительных возможностей стоит отметить только поддержку удаленного обновления программного обеспечения. Между собой эти модели отличаются максимально возможным расстоянием до коммутатора GEPON, 10 и 20 км соответственно. Другая пара моделей, DPN-304 и DPN-304L, так же различаются по дальности связи, но в отличие от младшей серии, в них установлено 4 порта 10/100Base-TХ и заметно расширены функциональные возможности. В частности, поддерживается работа с многоадресными потоками, механизмы обеспечения QoS и удаленное управление со стороны центрального узла. Модель DPN-304T может работать на расстоянии до 10 км и отличается поддержкой кабельного телевидения.

Китайская компания GW Technology не только является одним из ведущих производителей чипсетов GEPON, но также предлагает собственное решение на основе этой технологии. В качестве центрального оборудования сети, OLT, компания предлагает модель EP3002, которая способна подключать до 16 абонентских устройств ONU. Поддерживается функция управления пропускного способностью на основе динамического перераспределения полосы пропускания. Для подключения к базовым сетям может быть использовано до 6 портов 10/100Base-T, 1 порт GE и до 32 портов Е1.
Абонентские устройства представлены четырьмя моделями, младшая из которых EP1101 имеет один порт 10/100Base-T и выпускается в двух модификациях для работы на расстоянии 10 и 20 км от OLT. В модель ЕР1102 так же имеет две модификации и в ней устанавливается два порта 10/100Base-T и четыре порта Е1. Устройство ЕР1302 обладает аналогичными характеристиками, но имеет другую конфигурацию портов – 2 интерфейса 10/100Base-T, 2 порта Е1 и интерфейс V.35. Абонентское оборудование GT861 ориентировано на передачу по сети GEPON голосового телефонного трафика. Эта модель имеет модульную конструкцию и может поддерживать 2 порта 10/100Base-T, а так же до 32 портов FXS. Доступны модификации для расстояний 10 и 20 км. Все абонентские устройства поддерживают централизованное управление через OLT.

Компания ZyXEL, работающая активно на рынке оборудования доступа, предлагает семейство коммутаторов и модемов, работающих по стандарту GEPON. Оборудования ZyXEL обладает возможностью подключения до 64 оконечных модемов к одному порту GEPON на расстоянии до 20 км. Компания предлагает три модели коммутаторов, отличающихся числом портов GEPON и Gigabit Ethernet (GE).
Коммутатор серии OLT-1308 имеет 8 портов GEPON и позволяет до 512 абонентов, для подключения к опорной сети эта модель оснащена встроенным управляемым Ethernet коммутатором с 4 совмещенными портами GE (1000 Base-T/SFP). Другая модель OLT-1308H имеет аналогичные характеристики, но для подключения к внешним сетям требует внешний коммутатор GE. Для этого в его составе присутствуют 8 портов 1000 Base-T.
Старшая модель линейки коммутаторов OLT-2300 выполнена в виде шасси, в которое можно установить до 16 линейных модулей. Каждый модуль оснащен одним портом GEPON и одним совмещенным портом 1000 Base-T/SFP для агрегации трафика. Эта модель коммутаторов поддерживает горячую замену модулей и имеет резервирование по электропитанию, что обеспечивает надежность операторского класса.
На размещения на стороне абонентов предназначены модели двух серий ONU-631HA и ONU-634, которые имеют модификации для работы на удалении от коммутатора до 10 и 20 км. Первая модель, помимо порта GEPON, оснащена Ethernet-портом 1000Base-T. Другая модель имеет встроенный коммутатор с 4 портами 10/100Base-TX. Модемы ZyXEL поддерживают удаленное управление и мониторинг линий GEPON, привязку сервисов к физическим портам, фильтрацию многоадресных потоков, различные механизмы защиты данных, включая шифрование при передаче по оптике.

Из российских производителей оборудования в обзоре представлена новосибирская фирма "Русская Телефонная Компания", которая предлагает собственную разработку, выполненную по стандарту GEPON. Это мультисервисная система широкополосного абонентского доступа, получившая название "Транспорт GEPON". Она предназначена для операторов связи, создающих свои сети доступа по принципу "волокно в дом" (FTTB), и предоставляющих услуги доступа в internet, обычной телефонной связи и IP-телефонии, IPTV, а так же кабельного телевидения.
Система состоит из центрального оборудования, головного оптического терминала, и абонентских модулей. Головной терминал способен обслуживать до 1280 удаленных модулей на удалении до 20 км. В состав терминала могут входить до 5 линейных модулей, в каждом из которых 4 порта GEPON. Так же центральное оборудование системы поддерживает несколько модификаций Ethernet-модулей, отличающихся числом и типами портов. Для передачи TDM-трафика используется модуль, позволяющий подключать до 24 потоков Е1, и модуль обеспечивающий конвертацию протоколов телефонной сигнализации.
Абонентские модули системы "Транспорт GEPON" представлены четырьмя моделями. В их число входит модуль, поддерживающий один абонентский интерфейс 10/100-Base-TX. Он имеет всепогодное исполнение и способен работать в широком диапазоне температур. Для установки внутри помещения предлагается модель с портом 10/100/1000-Base-TX. Так же модуль с 4 портами 10/100-Base-TX, 2 портами VoIP и возможностью подключения приемника кабельного телевидения. Этот модуль оснащен встроенным коммутатором, а для доступа к сетям VoIP требует наличия внешнего softswich. Для обслуживания абонентов подъезда многоквартирного дома предназначен модуль, имеющий по 16 портов 10/100-Base-TX и FXS.

Оборудование GPON

Концерн Alcatel-Lucent предлагает операторам связи платформу оптического доступа Alcatel-Lucent 7342 ISAM FTTU, ориентированную на передачу трафика triple play и основанную на технологии GPON. Так же с ее помощью обеспечивается трансляция сигналов кабельного телевидения. В состав платформы входит центральное устройство 7342 OLT, которое выполняет функции агрегации трафика. Это устройство представляет собой шасси с 14 слотами для линейных модулей GPON и 2 слотами для сетевых плат агрегации. Всего это устройство может поддерживать до 56 портов GPON и 3584 абонентских устройств. Каждая плата сетевых окончаний содержит коммутатор Ethernet с пропускной способностью 48 Гбит/с, 4 порта GE и один порт 10 GE.
Абонентские устройства включают в себя несколько серий, ориентированных на различные применения. Терминалы I-Series предназначены для размещения внутри помещений и позиционируются как квартирные устройства доступа. Эти терминалы поддерживают передачу трафика к абоненту на скоростях до 2,5 Гбит/с и в обратном направлении до 1,2 Гбит/с. Каждая из четырех моделей этой серии имеет собственный набор пользовательских интерфейсов, среди которых могут быть порты GE, коаксиальный интерфейс для кабельного телевидения, порты 10/100-Base-TX и FXS. Модели O-Series разработаны для установки вне помещений, имеют антивандальное исполнение и ориентированы на подключение частных абонентов и небольших офисов. В серии представлено четыре модели, имеющие различную комбинацию интерфейсов кабельного телевидения, порты 10/100-Base-TX и FXS.
Абонентские терминалы LP-MDUONT используются для подключения большого числа абонентов, например жителей многоквартирного дома. Предлагается несколько вариантов этого терминала, отличающихся числом и типом пользовательских портов. Каждая модель имеет 24 порта FXS, а так же или 12 портов 10/100-Base-TX или 12 портов VDSL. Две модели дополнительно имеют коаксиальный интерфейс для подключения локальной распределительной сети кабельного телевидения. Терминалы B-Series предназначены для подключения малых и средних компаний и могут размещаться внутри помещений и снаружи. Каждая модель оборудована 8 портами FXS, одним или двумя портами GE. Так же доступны интерфейсы кабельного телевидения и порты Е1.

Компания Huawei Technologies предлагает терабитную оптическую платформу для построения новых сетей интегрированного доступа MA5680T. Это оборудование OLT имеет 16 слотов для установки модулей GPON с 4 портами каждый. Пропускная способность каждого слота составляет 10 Гбит/с, что позволяет полностью реализовать потенциальную скорость этого стандарта PON. Всего данное OLT может поддерживать до 4096 абонентских устройств GPON на расстоянии до 20 км. Для подключения к базовым сетям используются интерфейсы GE и 10GE.
Платформа MA5680T обладает расширенной функциональностью для обслуживания различных видов трафика. Поддерживаются возможности для гибкого управления многоадресной передачей, которые ориентированы для предоставления услуг triple play. Дополнительно абонент может подключаться к аналоговому или цифровому кабельному телевидению. Всего это оборудование способно управлять до 1000 видеоканалов по технологиям IPTV и CATV. Для голосовой связи используется VoIP и два варианта преобразования – с помощью встроенного или внешнего медиашлюза. Для обработки сигнализации применяется внешний softswitch. Данная платформа так же поддерживает передачу потоков Е1. Впрочем, учитывая, что GPON берет свое начало в технологии SDH, эту возможность можно считать врожденной.
В качестве абонентских устройств может применяться широкий спектр оборудования. Для реализации концепции "оптика до здания" предлагаются две модели DSLAM – MA5603T и MA5606T, отличающиеся числом портов ADSL2+ и VDSL2. Подключение пользователей по Ethernet поддерживается моделями MA5626G и MA5620G. Они обе имеют по 24 порта 10/100-Base-TX, при этом старшая дополнительно поддерживает еще 24 порта FXS. Возможно каскадирование этих устройств через дополнительный порт GE.
Для непосредственного подключения абонентов к сети GPON предлагается ряд моделей класса ONU отличающихся набором пользовательских интерфейсов. Устройство HG810 можно рассматривать как простейший вариант, имеющий только один порт 10/100-Base-TX. Модель HG850 вполне подходит для домашнего применения или небольших офисов, так как помимо четырех портов 10/100-Base-TX включает два порта FXS. Так же офисным вариантом можно считать модель OT925, имеющую 4 порта 10/100-Base-TX, порт GE и 4 порта Е1/Т1. Так же компания заявляет о выпуске устройства HG863, имеющего 4 порта GE. Наибольшими возможностями обладает модель HG866, которая имеет встроенный маршрутизатор, 4 порта GE, 2 порта FXS, коаксиальный интерфейс для кабельного телевидения, а так же порты USB и модуль Wi-Fi.

Компания Terawave Communications предлагает решение GPON, которое поддерживает мультисервисные услуги и относится к категории операторского класса. Это решение позволяет подключать к порту GPON до 128 абонентских устройств на расстоянии до 5 км, 64 терминала до 10 км или 32 ONU при удалении до 20 км.
Центральный узел решения TW-800G имеет высоту всего 1U, но при этом обладает неплохим набором интерфейсов и функциональных возможностей. Это оборудование имеет 4 порта GPON для подключения абонентов, 2 совмещенных порта 1000 Base-T/SFP, 2 интерфейса STM-1 и, в перспективе, 2 порта 10 GE.
Линейка абонентского оборудования Teraweve включает три серии устройств, ориентированных на разные группы пользователей. Модели TW-124G позволяют подключать к сети GPON частных абонентов или небольшие офисы. В эту серию входят устройства с фиксированной конфигурацией, отличающиеся набором интерфейсов. Каждая модель имеет по 2 порта 10/100-Base-TX и FXS, дополнительно могут быть установлены порт ADSL2+ и коаксиальный интерфейс кабельного телевидения. Устройства серии TW-148G служат для установки в офисах и предприятиях. Самая простая модель имеет только 8 портов 10/100-Base-TX, в других моделях могут быть так же 16 портов FXS, а так же по четыре порта 10/100-Base-TX и Е1. Для установки в многоквартирных домах или офисных центрах предназначаются оборудование серии TW-500. Эта серия включает три модели, различающиеся встроенными портами, в числе которых 24 порта 10/100-Base-TX, 24 порта 100Base-BX и 24 порта VDSL2. Каждая модель имеет слот для карт GE или GPON. При установке GE устройство выполняет функции коммутатора, где гигабитный интерфейс является uplink-линией. В TW-500 могут устанавливаться карта GPON с одним или двумя портами.

Выбор между решениями на основе GPON или GEPON для построения операторской сети доступа, наверное, зависит от других факторов, нежели технические характеристики и функциональные возможности оборудования. Несмотря на то, что GPON способен обеспечит большую полосу пропускания, это не дает особых преимуществ с позиций качества услуг получаемых абонентам. На стороне технологии GEPON бесшовная интеграция по Ethernet с абонентскими терминалами и базовыми сетями.
К несомненным плюсам технологий GPON и GEPON следует возможность значительного удаления точки подключения абонентов от центрального устройства, а так же гарантированную высокую скорость передачи. Единственным конкурентом этих гигабитных технологий следует считать оптический Gigabit Ethernet, однако его топология требует наличия промежуточных активных устройств в отличие от пассивных сплиттеров сетей PON. Не стоит сбрасывать со счетов и меньшую потребность в оптическом кабеле. Хотя, как уже отмечалось, стоимость этого кабеля заметно снизилась, но всегда останется проблема его прокладки в кабельной канализации.