Использование GPON для приложений FTTD

В связи с растущими требованиями к пропускной способности современные компании сталкиваются со сложными решениями относительно того, что делать с существующей кабельной системой в здании. По мере увеличения скорости передачи данных до 1 Гбит/с для подключения к рабочему столу часто рекомендуются новые медные кабели категории 6 для улучшения характеристик передачи данных. Однако замена кабелей на новые кабели категории 6 — трудоёмкий и дорогостоящий процесс. И, несомненно, требования к пропускной способности будут продолжать расти и в конечном итоге превысят 1 Гбит/с и достигнут 10 Гбит/с.

Логичной альтернативой является создание оптоволоконной распределительной сети, способной работать на скоростях значительно выше 1 Гбит/с, то есть FTTD (Fiber-To-The-Desktop). Для FTTD необходимо выбрать оптимальные оптические технологии: гигабитные пассивные оптические сети (GPON). В этой статье представлена ​​концепция использования GPON для приложений FTTD, отвечающая потребностям современного бизнеса.

Введение

Сегодняшние корпоративные сети, правительственные учреждения и военные объекты построены с использованием двух, а иногда и трех, отдельных медных архитектур: одна для передачи данных (обычно медная сеть категории 5), вторая для передачи голоса (обычно медная сеть категории 3), и в некоторых случаях третья, где коаксиальный кабель передает видео. Новые технологии, такие как GPON, полностью способны поддерживать все эти услуги в единой архитектуре распределения оптоволокна. Модель развертывания медных кабелей создает среду, которая в современных технологиях является расточительной и неэффективной в обслуживании. GPON позволяет оператору эффективно предоставлять все эти услуги с надлежащим пользовательским опытом. Его возможности QoS и высокой пропускной способности являются механизмами, необходимыми для конвергенции голоса, видео и данных в одной и той же оптоволоконной сети, что позволяет более эффективно обслуживать, прокладывать кабели и обеспечивать общую производительность.

Помимо установки большего количества коммутаторов и маршрутизаторов для удовлетворения постоянно растущей пропускной способности, избыточные сети и требования к оборудованию привели к переполнению аппаратных, сложным коммутационным шкафам и повышению требований к системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Конвергенция всех этих сервисов на единой распределительной платформе GPON обеспечивает необходимую пропускную способность, значительно сокращая потребность в оборудовании, кабелях и электроэнергии.

Технология GPON, уже внедренная многими операторами связи, быстро зарекомендовала себя как мировой стандарт передачи голоса, данных и видео. Среди прочих преимуществ GPON — огромная пропускная способность: 2,5 Гбит/с в нисходящем направлении и 1,25 Гбит/с в восходящем направлении по одному оптоволоконному кабелю.

Технология PON состоит из оптического линейного терминала (OLT) в центре обработки данных и ряда оптических сетевых терминалов (ONT), расположенных на рабочем столе пользователя или рядом с ним. Начиная с OLT, голос и данные преобразуются из электрического формата в оптические сигналы. Затем этот трафик передается по оптоволоконной сети к соответствующему ONT, где он снова разделяется на электрический голос и данные. Эта архитектура использует исключительно пассивные оптические компоненты, такие как оптические разветвители между OLT и ONT, что дополнительно снижает вероятность отказа оборудования.

Базовой технологией по-прежнему остаётся Ethernet, а форматом упаковки является режим инкапсуляции GPON (GEM). GEM эффективно упаковывает IP-пакеты с минимальными накладными расходами при их передаче между OLT и ONT. Каждое волокно может использоваться совместно до 64 ONT, что минимизирует требуемое количество волокна. Несмотря на то, что PON используется несколькими пользователями, надёжные механизмы QoS и управления полосой пропускания гарантируют правильную приоритизацию трафика и предоставление каждому пользователю необходимой полосы пропускания.

Преимущества GPON

GPON предлагает ряд ключевых преимуществ по сравнению с Ethernet и существующими голосовыми сетями.

Надежная безопасность

К оптоволокну изначально сложнее подключиться, чем к медной линии. Мошеннический ONT невозможно подключить к оптоволоконной сети, поскольку система GPON идентифицирует каждый ONT на основе предопределенных серийных номеров и настроек оператора. Критики оптоволокна подчеркивают тот факт, что все пользователи получают один и тот же нисходящий поток данных, что создает потенциал для подслушивания. Однако для противодействия этой угрозе в PON используется усовершенствованная схема 128-битного шифрования. Эта схема включает двусторонний обмен ключами, что делает практически невозможным перехват данных другого пользователя. Кроме того, любое устройство, используемое для подключения к оптоволокну, должно иметь возможность дешифровать порты GPON GEM и контейнеры трафика, что не является типичной функцией стандартных устройств Ethernet. Все эти присущие GPON возможности делают GPON очень безопасной средой для передачи конфиденциальных данных.

Снижение операционных расходов

В большинстве корпоративных сред используются две различные распределительные сети: одна для передачи голоса, а другая — данных и видео. На крупных предприятиях это приводит к перегруженным коммутационным шкафам и стойкам оборудования с последовательно подключенными коммутаторами. Кроме того, масса медных кабелей ухудшает циркуляцию воздуха и повышает требования к системе охлаждения. С помощью GPON сеть передачи голоса и данных можно легко объединить в единую оптоволоконную инфраструктуру для всех услуг. Технология GPON обеспечивает значительную экономию за счет масштабирования. Одно шасси GPON может поддерживать до 4608 пользователей при разветвлении оптоволокна 1×64. Типичные развертывания используют разветвление 1×32 с 2304 пользователями на шасси.

В большинстве случаев Ethernet-коммутаторы устанавливаются в аппаратном шкафу в каскадном исполнении. Это создаёт концентрированную точку значительного рассеивания тепла, требующую наличия системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) внутри шкафа. В системах GPON пассивный разветвитель без питания размещается в шкафу и устраняет проблемы с ОВКВ.

Кроме того, общие требования к энергопотреблению для оптического Ethernet-решения, эквивалентного решению GPON, будут значительно выше. Типичный 388-портовый оптический Ethernet-коммутатор с оптическими портами Gigabit Ethernet будет иметь минимальную мощность питания 1400 Вт или 3,6 Вт на порт. Типичный 12-портовый оптический Ethernet-коммутатор ещё менее эффективен, потребляя около 4,58 Вт на порт. Типичная система GPON OLT, обслуживающая 2304 пользователя, будет потреблять около 0,6 Вт на пользователя, что примерно в 6–7,6 раза меньше.

Более высокая пропускная способность

В большинстве случаев Ethernet ограничен пропускной способностью 1000 Мбит/с, распределяемой между многими пользователями. В лучшем случае подключаются 24 пользователя, обеспечивая в среднем 41,7 Мбит/с на пользователя. Чаще всего коммутаторы объединяются в каскад, что значительно снижает фактическую пропускную способность на пользователя для таких приложений, как электронная почта, доступ к графике/видео или базам данных. В GPON полная скорость нисходящей линии связи 2,5 Мбит/с для 32 пользователей обеспечивает в среднем 78 Мбит/с на пользователя, что на 90% увеличивает доступную постоянную пропускную способность. При необходимости ONT может обеспечить до 1000 Мбит/с.

В последние годы оптоволокно заняло лидирующие позиции в области связи как безопасная, экономичная и масштабируемая альтернатива медным кабелям для корпоративных и государственных приложений. В частности, GPON широко применяется в Северной Америке как ведущая технология оптоволоконных сетей. Обычно она применяется в сетях FTTH (Fiber-To-The-Home), но также может использоваться в крупных корпоративных сетях в сетях FTTD. FTTD, в свою очередь, позволяет объединить сети передачи голоса, данных и видео в одну и обладает потенциалом обеспечить практически неограниченную пропускную способность, избегая ограничений безопасности и операционных расходов, характерных для медных кабелей.

Развертывания GPON в приложениях FTTD

В условиях кампуса типичный подход заключается в размещении полки OLT в главном здании и прокладке оптоволокна к отдельным зданиям-сателлитам. В этом случае волокна доходят до оптических разветвителей, расположенных внутри зданий. В свою очередь, волокна разветвляются на оптических разветвителях, достигая отдельных ONT или пользователей. Для передачи голоса, данных и видео обратно в ядро ​​сети OLT предлагает несколько восходящих каналов связи со скоростью 1 Гбит/с или 10 Гбит/с, обеспечивая пропускную способность, масштабируемую по мере роста потребностей в трафике. В условиях кампуса GPON особенно эффективен, поскольку устраняет необходимость в активном энергоемком оборудовании в шкафах или подвалах многих зданий.

Для больших зданий можно использовать несколько иной подход. В этом случае полка OLT располагается в подвале, а оптоволоконные кабели прокладываются по шахте лифта или стояку. Оптические разветвители расположены на каждом этаже, где оптоволоконные кабели разветвляются для отдельных пользователей. Каналы восходящей связи OLT подключаются непосредственно к граничным маршрутизаторам в подвале.

В любом случае система GPON может позволить каждой PON легко поддерживать до 64 ONT.

Краткое содержание

Технология FTTD предлагает широкий спектр возможностей экономии средств и энергии по сравнению с медными и оптическими сетями Ethernet. Использование GPON для FTTD позволяет объединить сети передачи голоса, данных и видео в единую сеть, преодолевая ограничения безопасности и проблемы развития, характерные для медных сетей. Таким образом, в крупных учреждениях и кампусах архитектура FTTD с использованием GPON является привлекательной сетевой альтернативой.