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Fiber-To-The-Home FTTH 자습서
전 세계 통신 사업자는 주거 및 기업 고객이 계속 증가하는 대칭형 대역폭 집약적 애플리케이션을 활용함에 따라 노후화된 구리 액세스 인프라에 세금이 부과되고 있음을 깨달았습니다. 통신 환경은 통신 사업자가 네트워크 통합을 제공하고 소비자 미디어 장치 상호 작용의 혁명을 가능하게 하는 지점까지 성숙했습니다. 이러한 요구는 액세스 네트워크에서 광섬유의 더 깊은 보급과 FTTH(Fiber To The Home)의 배치 증가로 충족되고 있습니다. 결과적으로 FTTH는 아시아, 유럽 및 북미 지역에서 상당한 규모로 전개되는 가장 빠르게 성장하는 글로벌 광대역 기술입니다.
이 자습서에서는 통신 사업자가 오늘날 FTTH를 배포하는 이유와 배포에 사용되는 아키텍처 및 프로토콜에 대해 자세히 설명합니다. PON(Passive Optical Network) 및 P2P(Point-to-Point) 네트워크는 비동기식 전송 모드 ATM 및 이더넷과 그에 따른 비디오 기능과 같은 여러 지원 프로토콜 및 표준과 함께 정의됩니다. 그런 다음 외부 플랜트에서 사용되는 구성 요소 및 기술에 대해 자세히 설명합니다. 마지막 부분은 FTTH, Building, Curb 및 Node(일반적으로 FTTx로 그룹이라고 함)의 배치를 비교하고 대조하는 것입니다.
통신사가 FTTH를 배포하는 이유는 무엇입니까?
21세기는 우리의 풍경 전반에 걸쳐 무수한 변화를 예고했습니다. 틀림없이 우리의 통신 제공업체의 변혁이 주거 및 기업 모두의 소비자에게 통신 서비스를 제공하는 것을 의미하는 것보다 더 중요한 것은 없을 것입니다. 이러한 현상은 인터넷 프로토콜(IP)과 광섬유라는 두 가지 기술에 의해 뒷받침되고 있습니다. 오늘날 이 기술은 공통 프로토콜(예: IP)을 통해 모든 종류의 서비스, 음성, 비디오 및 데이터를 제공하는 데 사용할 수 있습니다.
통신사는 번들 상품을 통해 단일 고객에게 제공하는 서비스의 수를 극대화하기 위해 빠르게 움직이고 있습니다. VoIP, IPTV 및 광대역과 같은 기술은 우리 사회 전반에 걸쳐 보편화되고 있습니다. 번들 서비스 및 기술이 배포됨에 따라 통신 사업자는 단일 서비스를 효율적으로 제공하도록 설계된 원래 네트워크가 스트레스를 받고 많은 경우 원하는 서비스를 제공할 수 없다는 사실을 깨닫고 있습니다. 그림 1은 예상 가입자 서비스 및 대역폭 수요를 보여줍니다. 오늘날의 네트워크는 20Mbps(최소)를 제공하도록 설계되고 있는 반면, 가정에서 여러 서비스가 사용되고 HDTV가 널리 보급되고 사용자가 더 빠른 인터넷 연결을 요구함에 따라 지금부터 3~5년 후에는 통신 사업자가 40Mbps(최소) 기능을 필요로 할 것입니다. 이로 인해 세기 전환 이후 액세스 네트워크에 대한 최대 투자와 음성 서비스를 위한 서구 세계의 배선이 이루어지고 있습니다.
Figure 1. Forecasted Subscriber Bandwidth Demand
FTTH 아키텍처
액세스 네트워크에 광섬유를 배치하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 실제로 많은 액세스 기술은 단순히 광섬유와 연선 또는 동축 케이블 네트워크의 조합일 때 일반적으로 FTTx라고 합니다. 이러한 기술은 FTTH 네트워크 고유의 기능을 제공하지 않습니다.
FTTH는 단순히 액세스 네트워크에 광섬유를 100% 배치한 것입니다. 일반적으로 두 가지 특정 구성으로 배포됩니다. 첫 번째 광섬유는 액세스 네트워크의 각 사용자 전용입니다. 이를 P2P 네트워크라고 합니다. 두 번째는 일반적으로 16-32명의 정해진 수의 사용자 간에 하나의 파이버가 공유(전원 분배기를 통해)되며 PON이라고 합니다. 재무, 대역폭 및 구성 요소 고려 사항을 기반으로 P2P 및 PON 네트워크 배포에는 장단점이 있습니다.
P2P 네트워크는 사용자당 하나의 파이버와 레이저를 사용하는 것이 특징입니다. 설계하기에 가장 간단한 FTTH 네트워크입니다. P2P 네트워크는 AOEN(All Optical Ethernet Networks)이라고도 합니다. 그림 2는 P2P 아키텍처를 배포하는 방법에 대한 몇 가지 예를 보여줍니다. 다시, 전용 광섬유는 가입자에서 종단되고 원격 통신 사업자의 경우 CO(중앙국) 또는 현장의 원격 장치 또는 CATV 운영자의 경우 헤드엔드(HE)에서 활성 장치가 종료됩니다. 현장의 원격 장치 또는 스위치는 항상 활성 장치이며 네트워크 전체에서 사용해야 합니다. P2P 네트워크의 특성에는 현장의 활성 전자 장치, 본질적인 단순성, 광섬유가 풍부하고 가입자를 위한 광섬유 또는 대역폭 공유가 필요하지 않습니다.
P2P/에이오엔
Figure 2. P2P/AOEN
PON은 현장에서 한 번 이상 광섬유를 "분할"하여 여러 사용자 간에 광섬유를 공유하는 것이 특징입니다. PON의 광섬유는 일반적으로 16-32명의 사용자와 공유됩니다. 따라서 CO/HE에서 발생하는 광섬유의 대역폭은 사용자 그룹 간에 공유됩니다. 네트워크 분할은 광 분배기에 의해 수행됩니다. 이러한 스플리터는 광섬유를 2~32회 분할할 수 있으며, 그 특성상 네트워크에 본질적으로 높은 손실을 초래합니다. 따라서 네트워크의 전력 예산 고려 사항으로 인해 사용이 제한됩니다. PON은 스플리터를 사용하지 않는 P2P 네트워크보다 광 범위가 적습니다. 일반적으로 PON은 인구의 98%를 커버할 원래 송신기에서 20km 떨어진 가입자에게 도달할 수 있습니다. PON은 현장에서 전자 장치를 사용하지 않는 것이 특징이며 일련의 성숙한 표준에 의해 지원되며 미국에서 가장 널리 배포된 FTTH 아키텍처입니다. 그림 3은 PON의 여러 구성을 보여줍니다.
Figure 3. PON
중앙 집중식 분할은 모든 PON 분배기에 대한 "중앙" 위치를 제공합니다. 일반적으로 패시브 필드 정격 캐비닛에 위치합니다(예를 들어 그림 4 참조). CO/HE에서 포트 효율성을 최대화하고 파이버 플랜트의 공유 용량을 최대화하기 위해 1×32 스플리터를 사용하려는 통신 사업자는 중앙 분할 구성에 끌리게 됩니다. 그 결과 현장에서 CO/HE와 광 스플리터 및 파이버에 사용되는 송신기의 수가 최소화됩니다. 중앙 집중식 분할 아키텍처는 또한 PON에 대한 더 나은 전체 손실 측정을 제공하여 네트워크 안정성을 높입니다. 단일 1×32 스플리터는 1×2, 1×4, 1×8 및 1×16 캐스케이드 스플리터 또는 1×16, 1×8, 1×4 및 1×2 스플리터의 조합보다 손실이 적습니다. 회로망. 이를 통해 광학 도달 범위가 향상되고 광학 구성 요소의 감소는 장애 지점 감소를 통한 네트워크의 안정성 증가에 정비례합니다. 또한 중앙 집중식 분할은 초기에 네트워크에서 분할기의 자본 지출을 최소화하는 것으로 나타났으며, 중저율에서 분할기 출력 포트 효율성이 더 높기 때문에 "성장에 따라 지불" 접근 방식을 용이하게 합니다. 중앙 집중식 분할은 또한 노동력 절감으로 직접 변환되는 네트워크 문제 해결 및 결함 위치의 단순화를 제공합니다.
중앙 집중식 분할
Figure 4. Centralized Split
분산/캐스케이드 분할 구성은 스플리터를 네트워크 깊숙이 밀어 넣습니다(예는 그림 5 참조). 스플리터가 중앙 집중화되지 않았기 때문에 스플리터가 일반적으로 수정된 인클로저 또는 CO/HE의 뒷면에 통합되기 때문에 필드 캐비닛에 대한 요구 사항이 줄어들거나 제거됩니다. 32명의 사용자가 CO/HE 송신기를 공유하는 것은 여전히 광 경로를 따라 여러 스플리터를 분배하는 방식으로 이루어집니다. 예를 들어, 네트워크의 다른 위치에서 1×4 다음에 1×8이 있으면 32명의 사용자 간에 대역폭 공유가 발생합니다. 스플리터의 깊은 포지셔닝은 통신사가 네트워크에서 새로운 가입자를 기다리거나 테이크율이 낮기 때문에 스플리터 자산의 "좌초"를 초래할 수 있습니다. 테스트 장비가 광학 루프를 따라 스플리터 배열을 통해 보기가 어렵기 때문에 분산/캐스케이드 분할 구성에서는 네트워크 테스트 및 오류 위치 찾기가 더 어려울 수 있습니다. 광학 구성요소 증가로 인해 네트워크 안정성이 영향을 받을 수 있습니다.
Figure 5. Distributed Split
FTTH 프로토콜 및 표준
FTTH 네트워크에서 활용되는 전송 표준은 ATM 및 이더넷 기술을 기반으로 합니다. 이동통신사는 다양한 서비스를 지원하는 두 가지 기술에 매우 익숙합니다. 오늘날 대부분의 P2P 네트워크는 이더넷 기술을 활용하고 IEEE 803.2ah 표준에 따라 관리됩니다. P2P 네트워크는 단순히 대도시 및 기업 공간에서 사용되는 레거시 이더넷의 확장이며 액세스 네트워크로 확장됩니다. 대역폭 속도는 CO/HE 및 가정의 송신기 유형으로만 제한됩니다. 시에서 소유하고 공유하는 대부분의 FTTH 네트워크와 일본의 초기 FTTH 배포는 P2P 네트워크를 활용했습니다.
PON은 캐리어에 다양한 기술 및 프로토콜 선택을 제공합니다. FSAN(Full-Service Access Network) 이니셔티브는 PON 개발을 감독합니다. 20개 이상의 글로벌 통신사로 구성된 FSAN은 통합 서비스 제공을 위한 공통 기술 플랫폼에 합의하기 위해 주요 공급업체와 협력합니다. 표준 조직이 아닌 FSAN은 ITU(International Telecommunications Union)에 채택 권장 사항을 제출합니다. 다음은 PON 프로토콜과 각각의 기능에 대한 완전한 분석을 제공하는 표입니다.
| PON Protocols | BPON | EPON | GPON |
| Standard | ITU-T G.983 | IEEE803.2ah | ITU-T G.984 |
| Bandwidth |
Downstream up to 622Mbps
Upstream 155Mbps
|
Up to Symmetric 1.25Gbps |
Downstream up to 2.5Gbps
Upstream up to 2.5Gbps
|
| Downstream Wavelength | 1490nm and 1550nm | 1550nm | 1490nm and 1550nm |
| Upstream Wavelength | 1310nm | 1310nm | 1310nm |
| Transmission Mode | ATM | Ethernet | ATM, Ethernet, TDM |
이전 PON 배포에서는 BPON(광대역 PON)으로 발전한 ATM PON(APON)을 사용했습니다. BPON은 ITU G.983의 적용을 받습니다. A/BPON 프로토콜은 2개의 다운스트림 파장과 1개의 업스트림 파장을 갖는 것이 특징입니다. 1550nm 및 1490nm 파장은 일반적으로 음성 및 데이터 서비스용 IP 채널인 1490nm 채널과 함께 다운스트림 트래픽에 사용됩니다. 1550nm 채널은 RF 또는 IP 비디오 오버레이에 사용됩니다. 622Mbps의 공유 전자 장치를 제공하면 가입자당 20-30Mbps를 동적으로 제공할 수 있습니다. FSAN에서 권장하는 TDMA(Time Division Multiple Access)는 모든 다운/업스트림 트래픽에 사용됩니다.
A/BPON 네트워크에 대한 대안은 IEEE 803.2ah에서 관리하는 이더넷 PON(EPON)입니다. EPON은 두 개의 파장만 사용하고 IP를 독점적으로 사용합니다. 1550nm 파장은 다운스트림 트래픽에 사용되고 1310nm는 업스트림 트래픽에 사용됩니다. 공유 대역폭에서 1.25Gbps가 가능한 EPON은 "최선의" 조건에서 100Mbps를 제공하지만 일반적으로 30-40Mbps의 대역폭을 제공합니다. 기가비트 이더넷 PON(GEPON)은 공유 대역폭을 2.5Gbps로 늘릴 수 있습니다.
BPON은 대역폭 및 프로토콜 제한을 해결하기 위해 Gigabit PON(GPON)으로 발전했습니다. 32명의 사용자가 최대 2.5Gbps의 공유 대역폭을 사용할 수 있는 GPON은 BPON과 동일한 파장 계획을 사용합니다. ITU 표준 G.984에 따라 관리되며 ATM, 이더넷 및 TDM 플랫폼에서 프로토콜 유연성을 제공합니다.
FTTH 외부 플랜트 구성 요소
FTTH 네트워크를 구축하는 데 다양한 외부 플랜트 구성 요소가 사용됩니다. 최초의 FTTH 네트워크는 메트로 및 장거리 네트워크 설계에서 차용했으며 이러한 네트워크의 단순한 확장이 되었습니다. 곧 FTTH가 유비쿼터스 전문 제품이 되려면 설치 방법론이 도입되어야 한다는 것이 업계에 분명해졌습니다. 액세스 네트워크의 높은 비용을 해결하고 배포 속도를 해결하며 네트워크 안정성을 개선하려면 혁신이 필요합니다.
모든 FTTH 네트워크는 본질적으로 가입자에게 광섬유를 전달하도록 설계되었습니다. 그들의 디자인은 액세스 환경의 고유한 특성에 크게 의존합니다. 따라서 제품 및 설계 유연성이 중요합니다. 핵심 FTTH 네트워크에는 OLT(Optical Line Terminal), 광 케이블 및 ONT(Optical Network Terminal)가 포함되어 있습니다. 액세스 네트워크의 고유한 특성을 해결하기 위해 다양한 기타 특수 구성 요소가 추가됩니다.
OLT는 일반적으로 CO/HE에 있지만 현장의 원격 터미널에도 있을 수 있습니다. OLT에는 P2P 네트워크의 각 사용자 전용 또는 PON의 여러 사용자 간에 공유되는 레이저 송신기가 있습니다. OLT는 또한 PSTN(Public Switched Telephone Network)의 음성, 라우터의 데이터 및 여러 형식을 통한 비디오의 집합 지점입니다.
광섬유는 신호를 사용자에게 전달하며 피더 케이블(CO/HE에서 종료됨), 분배 케이블(액세스 네트워크를 가로질러 펼쳐져 피더 케이블 "피드"에 연결됨) 및 사용되는 드롭 케이블의 세 부분으로 나뉩니다. 사용자를 FTTH 네트워크에 물리적으로 연결합니다. 매체로서 광섬유의 대역폭은 OLT의 송신기에 의해서만 제한되므로 막대한 대역폭 용량으로 인해 액세스 네트워크의 미래를 보장합니다.
ONT는 OLT로부터 신호를 수신하여 사용자의 전화, 컴퓨터, TV 또는 기타 여러 장치가 수신할 수 있는 사용 가능한 전자 신호로 변환합니다. ONT는 음성 대화가 가능하고 웹 페이지를 요청하고 TV 채널을 변경할 수 있도록 IP 트래픽을 다시 OLT로 전달하는 역할을 합니다. 일반적으로 ONT는 라이프 라인 서비스의 제한된 시간(일반적으로 대기 시간 8시간)을 제공하는 배터리 백업 장치에 연결됩니다.
논의한 바와 같이 P2P 네트워크는 단순함이 특징입니다. P2P 네트워크는 현장의 구성 요소 수를 최소화하고 위에서 설명한 모든 항목과 현장에 배치된 여러 케이블을 연결하는 데 사용되는 인클로저를 갖추고 있습니다. PON 네트워크는 현장의 광섬유와 OLT의 송신기를 보다 효율적으로 활용합니다. 따라서 그들의 디자인은 P2P에 비해 더 복잡합니다.
OLT, 광 케이블 및 ONT 외에도 PON에는 초기 FTTH 배포의 비용, 배포 및 안정성 문제를 해결하는 데 사용되는 많은 특수 구성 요소가 포함되어 있습니다(그림 6 참조). 이들 중 가장 중요한 것은 광 분배기입니다. 선택한 분할 아키텍처에 따라 광 분배기는 1×32, 1×16, 1×8, 1×4, 1×2 등의 형태를 취할 수 있으며 액세스 네트워크의 거의 모든 곳에 위치할 수 있습니다. 논의한 바와 같이 많은 통신 사업자는 고유한 효율성으로 인해 중앙 집중식 분할 아키텍처를 선택합니다. 광 스플리터 집합체는 일반적으로 LCP(Local Convergence Point)라고 하는 캐비닛에 있습니다. 이것은 피더 케이블이 끝나고 분배 케이블이 시작되는 곳입니다(여기에서 각 고객은 전용 광섬유를 가집니다). 그런 다음 분배 케이블은 액세스 네트워크의 이웃과 건물로 뱀처럼 들어갑니다. 분배 케이블이 사용자 근처에 있으면 NAP(네트워크 액세스 포인트)를 사용하여 케이블에 있는 소수의 광섬유에 액세스합니다. 이 지점에서 가입자의 ONT에 연결하기 위해 드롭 케이블(일반적으로 1-4개의 광섬유 포함)이 사용됩니다.
Figure 6. Typical PON Components
드롭 케이블 및 NAP의 최근 표준화된 혁신은 환경적으로 강화된 커넥터를 사용하는 것입니다. 레거시 네트워크는 모든 액세스 구성 요소의 모든 광섬유를 기계식 또는 융합 방식의 광학 스플라이스로 연결했습니다. 일반적으로 네트워크에 광 손실이 거의 발생하지 않지만 스플라이스는 하나의 스플라이스를 달성하는 데 걸리는 시간과 기술자 기술 수준 및 장비 배치 요구 사항으로 인해 배치된 네트워크에 높은 비용을 초래했습니다. 커넥터는 이러한 비용을 제거하여 배포 속도를 크게 향상시키는 동시에 액세스 네트워크 고유의 짧은 루프 길이로 인해 네트워크에 손실을 거의 발생시키지 않습니다. FTTH 네트워크 커넥터는 Telcordia GR-3120에서 관리하는 표준화된 기술입니다.
FTTH와 FTTx의 배치 비교
오늘날 업계에서는 "FTTx"로 액세스 네트워크에 대한 파이버의 "일반적인" 침투를 지정했습니다. 이것은 FTTx가 여러 다른 아키텍처와 프로토콜을 다루기 때문에 약간의 혼란을 야기했습니다. 실제로 오늘날의 DSL(Digital Subscriber Loop) 및 HFC(Hybrid Fiber Coax) 네트워크 중 일부는 PON과 마찬가지로 액세스에 광섬유를 사용하기 때문에 FTTx 네트워크로 적합합니다. 따라서 깊은 광섬유 침투 네트워크를 언급할 때 실제 아키텍처를 참조하는 것이 가장 좋습니다. 가장 일반적인 아키텍처는 FTTHome(FTTH), FTTBuilding(FTTB), FTTCurb(FTTC) 및 FTNode(FTTN)입니다. 이들 각각은 그림 7과 같이 서로 다른 물리적 아키텍처를 가지고 있습니다.
Figure 7. FTTx Architectures
FTTC는 일반적으로 RT에서 종료되는 가입자로부터 500-1000피트 떨어진 광섬유를 푸시하고 8-12명의 가입자에게 서비스를 제공합니다. FTTN은 RT가 가입자로부터 훨씬 더 멀리 위치한다는 점을 제외하면 아키텍처가 FTTC와 유사합니다. 최대 5000피트까지 3-500명의 가입자에게 서비스를 제공합니다. 둘 다 기존 트위스트 페어 외부 플랜트를 활용하여 고객에 연결합니다. 대역폭은 DSL 기술과 구리 루프 길이라는 두 가지 요소에 의해 결정됩니다. VDSL 및 VDSL2는 더 긴 루프 길이에서 가장 잘 작동하며 주로 FTTN에 사용되는 반면 ADSL2, ADSL2+ 및 ADSL2++는 오늘날의 FTTC 시스템에서 사용되고 있습니다. 구리를 통한 신호는 대역폭 기능에 직접적인 영향을 미치는 장거리에서 크게 저하됩니다. 가장 극단적인 조건(4-5km)에서 일부 고객은 DSL 서비스를 받지 못할 수도 있습니다. 경우에 따라 구리 조건이 보장되는 경우 캐리어는 대역폭 처리량을 높이기 위해 두 트위스트 페어를 모두 사용합니다. 두 아키텍처 모두 실험실에서 20Mbps 이하의 서비스를 제공했습니다. FTTC 네트워크에서 더 짧은 구리 루프 길이로 인해 운영자는 대역폭 관점에서 확장성을 개선했습니다. 향후 FTTC와 FTTN의 대규모 배포가 계획되어 있습니다.
파이버 보급률은 정의된 각 아키텍처의 대역폭 처리량과 직접적으로 연관되므로 운영자를 위한 서비스 기능입니다. 앞에서 설명한 것처럼 각 캐리어의 대역폭 요구 사항은 다르지만 모두 증가하고 있습니다. 캐리어는 배포할 아키텍처를 심의할 때 이를 고려해야 합니다. 파이버 보급률은 예상되는 자본 지출(CapEx) 및 운영 지출(OpEx)에 대한 지표이기도 합니다. Deep Fiber는 기존 이웃에 대해 더 높은 CapEx를 발생시키지만 실제로는 새로운 빌드를 위한 모든 아키텍처와 비용 패리티에 가깝습니다. Deep Fiber는 그에 상응하는 최대 OpEx 절감 효과를 제공합니다. FTTH는 고객 서비스뿐만 아니라 네트워크, 중앙 사무실 및 외부 공장 운영 비용 절감으로 인한 비용 절감을 가능하게 합니다. 네트워크 안정성은 FTTH와 함께 극적으로 증가하여 꾸준한 수익 흐름과 향상된 고객 만족도를 보장합니다.
요약
일반적으로 통신 사업자는 구리의 한계를 극복하기 위해 액세스 네트워크의 더 깊은 곳에 광섬유를 배치하기로 선택하지만 무수히 많은 아키텍처 선택에 직면해 있습니다. 오늘날 많은 사람들이 PON이든 P2P이든, 중앙 집중식 분할 대 분산 방식이든 FTTH의 배포를 조사하고 있으며, 여전히 더 많은 사람들이 FTTH를 사용하여 액세스 네트워크의 상당 부분을 복구하는 중입니다.
FTTH는 가정에 대한 대역폭을 최대화하고 네트워크의 미래를 보장하며 향상된 네트워크 안정성, 향상된 고객 만족도, 확장된 서비스 기능 및 향상된 네트워크 OpEx를 제공하는 매체로서의 고유한 기능으로 인해 선택되고 있습니다. 이 www.fiber-mart.com 자습서는 FTTH 배포에 사용되는 아키텍처 및 프로토콜과 외부 플랜트에서 사용되는 구성 요소 및 필수 기술을 정의했습니다. 오늘날 FTTH를 사용하여 캐리어 대역폭, 배포 및 서비스 문제를 효율적이고 효과적으로 해결하는 방법을 다루는 FTTx 아키텍처 제품군의 배포와 비교 및 대조가 있었습니다.
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