Файл: Учебное пособие СанктПетербург 2014.pdf

167 ких системах достигает 20 км. Для прямого потока используется длина волны
1490 нм, 1550 нм резервируется для видео приложений. Обратный поток пе- редается на 1310 нм. Во избежание конфликтов между сигналами обратного потока применяется специальный протокол управления множеством узлов
(Multi-Point Control Protocol, MPCP). В GEPON также поддерживается опера- ция bridging – обмена информацией между пользователями [33, 45].
Технология GPON которая наследует линейку APON – BPON, но с бо- лее высокой скоростью передачи – 1244 Мбит/с, 2488 Мбит/с (в асимметрич- ном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме) считается наиболее удачной для больших операторов, строящих большие разветвленные сети с системами резервирования. За основу GPON был принят базовый протокол
SDH (а точнее SDH на протоколе GFP) со всеми вытекающими преимущест- вами и недостатками. В GPON возможно подключение до 32 (или 64) або- нентов на расстоянии до 20 км (с возможностью расширения до 60 км).
GPON поддерживает трафик ATM, IP, речь и видео (инкапсулированные в кадры GEM — GPON Encapsulated Method), а также модули SDH. Сеть рабо- тает в синхронном режиме с постоянной длительностью кадра. Линейный код NRZ со скремблированием обеспечивают высокую эффективность поло- сы пропускания. Единственным серьезным недостатком GPON является вы- сокая стоимость оборудования [33, 45].
Технология WDM PON является следующим эффективным шагом по увеличению скорости передачи построенных систем PON за счет применения систем оптического уплотнения WDM. В рекомендации ITU-T G.983.2 опи- сана возможность передачи сигналов на выделенных для каждого абонента длинах волн. В сети передается общий поток, а каждый абонентский терми- нал имеет оптический фильтр для выделения своей длины волны. Технически возможно обеспечить производительность системы со скоростями около
4-10 Гбит/с по каждому каналу. После такой реконструкции провайдеры по- лучат возможность настраивать пропускную способность в соответствии с требованиями клиента и успешно добавлять или удалять устройства ONU без вмешательства в общую систему, т. е. в будущем внедрение систем WDM
PON принесет реальные преимущества операторам при незначительных за- тратах [33].
Отдельные разновидности PON имеют свои преимущества и недостатки, но в целом BPON, основанный на платформе АТМ, уже не обеспечивает вы- сокую скорость передачи и практически не имеет перспектив.
Технология GPON является более удачной для сетей большой протя- женности и емкости. Базовая платформа SDH обеспечивает хорошую защиту информации в сети, широкую полосу пропускания и другие преимущества.
Однако более сложное и дорогостоящее оборудование хорошо окупается при высокой степени загрузки [33].
Основные характеристики разновидностей стандартов PON приведены в таблице8.1.

168
Таблица 8.1. Сравнительная таблица по характеристикам
стандартов PON
Характеристики
APON (BPON)
EPON
(GEPON)
GPON
Институты стандартизации / альянсы
ITU-T SG15
/ FSAN
IEEE /
EFMA
ITU-T SG15 / FSAN
Дата принятия стандарта октябрь 1998 июль 2004 октябрь 2003
Стандарт
ITU-T G.981.x
IEEE
802.3ah
ITU-T G.984.x
Скорость передачи, прямой/обратный поток,
Мбит/с
155/155 622/155 622/622 1000/1000 1244/155, 622, 1244 2488/622, 1244, 2488
Базовый протокол
ATM
Ethernet
SDH (GFP)
Линейный код
NRZ
8B/10B
NRZ
Максимальный радиус сети, км
20 20 (>30¹)
20
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно
32 16 64 (128²)
Приложения любые
IP, данные любые
Коррекция ошибок FEC предусмотрена нет необходима
Длины волн прямого/обратного потоков, нм
1550/1310
(1480/1310)
1550/1310
(1310/13103)
1550/1310
(1480/1310)
Динамическое распределение полосы есть поддержка
4
есть
IP-фрагментация есть нет есть
Защита данных шифрование открытыми ключами нет шифрование открытыми ключами
Резервирование есть нет есть
Оценка поддержки голосовых приложений и QoS высокая низкая высокая
Динамический диапазон, дБ:
– класс А
5-20 5-20
– класс В
10-25 10-25
– класс С
15-30 15-30
Интерфейс РХ-10 (10 км)
5-20
Интерфейс РХ-20 (20 км)
10-24
Примечания:
1
обсуждается в проекте;
2
стандарт допускает наращивание сети до 128 ONT;
3
допускается передача в прямом и обратном направлении на одной и той же длине волны;
4
осуществляется на более высоких уровнях.
В GEPON, в отличие от GPON, отсутствуют специфические функции поддержки TDM, синхронизации и защитных переключений, что делает эту технологию самой экономичной из всего семейства. Особенно это касается небольших операторов, ориентированных на IP-трафик, а впоследствии и
IPTV. К тому же предполагается дальнейшее развитее этого ряда – 10GEPON

169
(по аналогии с 10 Gb Ethernet). Поэтому из-за наилучшего соотношения це- на/качество при среднем размере сети, в нашей стране вариант GEPON полу- чил наибольшее распространение [33].
Технология PON имеет ряд неоспоримых преимуществ [33, 45]:
 невысокая стоимость построения сети;
 экономия оптико-волоконного кабеля на участке;
 низкие расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание сети;
 возможность постепенного наращивания сети;
 перспективность создания распределительной инфраструктуры, обеспечивающей в будущем развитие любых мультимедийных ус- луг с практически неограниченной полосой пропускания;
 высокая надежность за счет использования пассивного оборудова- ния.
Отметим типовые проблемные вопросы, с которыми сталкиваются про- вайдеры, при развертывании пассивной оптической сети PON [44].
Общая полоса пропускания. Полоса пропускания в дереве оптоволо- конных линий сети PON используется как можно большим числом абонен- тов. Хотя технология GPON обеспечивает общую пропускную способность нисходящего потока, равную 2,5 Гбит/с, она не может соответствовать росту будущих требований абонентов в долгосрочной перспективе, поскольку по- требности в пропускной способности растут экспоненциально.
Особенно, если некоторую часть полосы пропускания необходимо ре- зервировать для потоковых услуг (например, IPTV).
Шифрование. Поскольку PON – это технология с общей средой переда- чи, то необходимо шифрование всех потоков данных. В технологии GPON проводится шифрование AES с 256-разрядными ключами только нисходяще- го потока. Однако использование стандарта AES снижает производитель- ность сети, так как при шифровании необходима передача существенного объема служебной информации вместе с каждым пакетом.
Высокая рабочая скорость оконечных устройств. В связи с использо- ванием в пассивных оптических сетях PON общей передающей среды, каж- дое оконечное устройство (ONT или OLT) вынуждено работать на единой максимальной скорости передачи данных. Даже если абоненту необходима скорость 25 Мбит/с, каждая конечная точка оптической сети (ONT) в дереве
PON должна работать на скорости стандарта (2,5 Гбит/с для GPON). Работа электронных и оптических устройств со скоростью, в 100 раз превышающей необходимую скорость передачи данных, повышает цену компонентов.
Необходимость большей мощности оптического сигнала. При каж- дом разветвлении в соотношении 1:2 энергетический потенциал линии связи падает на 3,4 дБ. Следовательно, при разветвлении в соотношении 1:64 энер- гетический потенциал линии связи уменьшается на 20,4 дБ (эквивалентно от- ношению мощностей 110). В этом случае, все оптические передатчики долж- ны обеспечивать в 110 раз большую мощность оптического сигнала по срав- нению с архитектурой FTTH «точка-точка» при передаче на то же расстоя- ние.

170
Доступ к абонентским линиям. Отделение абонентских линий (Local
Loop Unbundling (LLU) – это метод, применяемый в сетях операторов теле- фонии для обеспечения доступа альтернативным операторам к абонентским медным линиям связи. Сети PON пока не удовлетворяют требованиям LLU, поскольку имеется только одна оптоволоконная линия для подключения группы абонентов, которая, следовательно, не может быть разделена на фи- зическом уровне, а только на логическом уровне. Эта особенность пассивной оптической сети на базе PON предполагает массовую продажу услуг основ- ного оператора без предоставления прямого абонентского доступа посредст- вом отделения абонентских линий (LLU).
Неоптимальное использование ресурса сети. Обычно при развертыва- нии сети FTTH выполняется одновременное подключение оптоволоконных линий связи для всех потенциальных абонентов в данном районе. Абоненты могут подписаться на сервис FTTH только после развертывания всех оптово- локонных линий. При развертывании услуг для частных абонентов провай- деры редко достигают 100% подписки. Обычно этот показатель близок к 30%, что означает, что часть структуры PON простаивает, а сеть в целом используется не оптимально.
Сложность обслуживания, поиска и устранения неисправностей.
Пассивные оптические разветвители не могут передавать информацию о не- исправностях в центр управления сетью. Поэтому сложно обнаружить неис- правность оптоволоконной линии между разветвителем и точкой терминации оптической сети (ONT) абонента.
Рис. 8.7. Пример использования технологии PON для разворачивания телекоммуникационной сети в коттеджном поселке
Это значительно усложняет поиск и устранение неисправностей в сетях
PON и повышает затраты на их эксплуатацию.Так же при повреждении точ-

171 ки терминации оптической сети (ONT) она может передавать в дерево опто- волоконных линий постоянный световой сигнал, что приводит к нарушению связи для всех абонентов этой сети, причем найти поврежденное устройство очень трудно.
Вместе с тем указанные проблемные вопросы не являются критичными и по мнению многих аналитиков, рынок систем PON будет поступательно развиваться в течение ближайших трех-четырех лет, после чего начнется массовое внедрение систем в жилищном секторе.
Пример использования технологии PON для разворачивания телекомму- никационной сети в коттеджном поселке приведен на рис. 8.7.
8.3 Технология Ethernet FTTH
В решении Ethernet FTTH для коммутации линий подразумевается ис- пользование коммутаторов с оптическими портами или оптическими транси- верами.
В основе первых европейских проектов сетей Ethernet FTTH лежала архитектура, при которой коммутаторы, расположенные на цокольных этажах многоквартирных домов, были объединены в кольцо по технологии
Gigabit
Ethernet.
Кольцевая структура обеспечивала прекрасную устойчивость к различного рода повреждениям кабеля и была весьма рентабельной, но к ее недостаткам можно было отнести разделение полосы пропускания внутри каждого кольца доступа (1 Гбит/с), что давало в перспективе сравнительно небольшую пропускную способность, а также вызывало трудности масштабирования архитектуры [44].
Затем широкое распространение получила архитектура Ethernet типа
«звезда» (рис. 8.8). Такая архитектура предполагает наличие выделенных оп- товолоконных линий (обычно одномодовых, одноволоконных линий с пере- дачей данных Ethernet по технологии 100BX или 1000BX) от каждого око- нечного устройства к точке присутствия (point of presence, POP), где проис- ходит их подключение к коммутатору. К портам коммутатора подключаются устройства конечных пользователей. Такой подход обеспечивает высокий уровень надежности за счет возможности резервирования оптических кана- лов, и обеспечивает преемственность с существующей «медной» инфра- структурой [33, 44].
Рассмотрим преимущества решений Ethernet FTTH перед архитектурой на базе PON в соответствии с [44].

Практически неограниченная дискретная полоса пропускания. Оп- товолоконная линия может обеспечить практически неограниченную полосу пропускания, что позволяет достичь максимальной гибкости в наращивании предоставляемых сервисов в будущем, когда потребность в пропускной спо- собности возрастет. Архитектура Ethernet FTTH позволяет провайдеру гаран- тировать каждому абоненту необходимую пропускную способность и созда-

172 вать в сети индивидуальные профили полосы пропускания для каждого кли- ента.
Рис. 8.8. Архитектура сети Ethernet FTTH типа «звезда»
Большой радиус действия. В типовых конфигурациях сетей доступа
Ethernet FTTH применяются недорогие одноволоконные линии, использую- щие технологию 100BX или 1000BX, с заданным максимальным радиусом действия 10 км. Для работы на больших расстояниях имеются оптические модули, позволяющие увеличить мощность оптического сигнала, а также оп- товолоконные пары с оптическими модулями, которые можно подключить к порту любого Ethernet- оборудования.
Гибкое масштабирование сети. В случае появления новых абонентов можно добавить дополнительные карты Ethernet с высокой степенью мо- дульности. Напротив, при использовании архитектуры на базе PON подклю- чение первого абонента к оптическому дереву требует наличия наиболее до- рогостоящего порта OLT, а при добавлении абонентов к тому же дереву PON стоимость подключения каждого абонента только увеличивается за счет при- обретения ONT.
Гибкое масштабирование скорости обслуживания абонентов. По- скольку одномодовые оптоволоконные линии не зависят от используемой технологии и скорости передачи данных, можно легко увеличить скорость для одного абонента, не влияя на работу других. Это означает, что абонент,

173 использующий технологию Fast Ethernet, может перейти на Gigabit Ethernet за счет переключения оптоволоконной линии абонента на другой порт ком- мутатора и замены только Ethernet-устройства абонента.
Безопасность обеспечивается за счет того, чтовыделенная оптоволо- конная линия является защищенной средой на физическом уровне. Кроме то- го, коммутаторы Ethernet, использующиеся у провайдеров, призваны обеспе- чить разделение физического уровня портов и логического уровня абонентов и имеют функции защиты, которые в состоянии предотвратить попытки вторжений.
К недостаткам Ethernet FTTH можно отнести узкую полосу пропуска- ния [43].
Материал раздела 8 подготовлен на основе работы [6] и за счет обоб- щения работ [28, 32, 33, 43, 44, 45, 46].

174
Заключение
Одной из важнейших проблем телекоммуникационных сетей продол- жает оставаться проблема абонентского доступа к сетевым услугам, актуаль- ность которой определяется в первую очередь бурным развитием сети Ин- тернет и широким использованием корпоративных сетей с распределенными ресурсами и задачами на ее основе. Доступ к услугам такой сети требует рез- кого увеличения пропускной способности сетей абонентского доступа. В свою очередь, любая информационная услуга для качественного ее предос- тавления определяет свои требования к каналу передачи информации.
Для привлечения большего числа пользователей национальными опе- раторами активно разворачивается создание сетей доступа к своим магист- ральным сетям. Основным препятствием при этом является наличие огром- ного числа морально и физически устаревших сетей доступа. Поэтому чрез- вычайно актуальной является задача их реализации на основе самых совре- менных высокоскоростных технологий с минимальными затратами при строительстве и монтаже оборудования.
В данном учебном пособии, наряду с рассмотрением основ теории се- тей связи и традиционно используемых технологий передачи данных, значи- тельное внимание уделено принципам реализации высокоэффективных циф- ровых оптических линий связи. Комплексное совместное использование все- го спектра существующего сетевого оборудования и сетевых технологий раз- личных поколений как никогда актуально в условиях реализации концепции построения современных мультисервисных сетей.
Авторы выражают надежду, что данное пособие поможет широкому кругу заинтересованных читателей в освоении теоретических основ теле- коммуникационных сетей и сформирует базис для углубленного изучения современных сетевых технологий передачи данных.

175
Список литературы
1. Цветков К.Ю., Акмолов А.Ф., Ефимов С.Н. Цифровые системы пере- дачи: учебн. пособие. – СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2012. – 92 с.
2. Цветков К.Ю., Акмолов А.Ф., Ефимов С.Н. Системы многоканальной связи специального назначения: учебное пособие. – СПб.: ВКА имени
А.Ф. Можайского, 2012. – 50 с.
3. Радионов А.В., Акмолов А.Ф., Ефимов С.Н. Цифровые системы пере- дачи:учебное пособие. – СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2012. – 81 с.
4. Ефимов С.Н., Акмолов А.Ф., Макаренко С.И. Основы построения ин- фокоммуникационных систем и сетей: учебное пособие. – СПб.: ВКА имени
А.Ф. Можайского, 2012. – 201 с.
5. Системы связи: учебное пособие для студентов (курсантов) вузов /
С. И. Макаренко, В. И. Сапожников, Г. И. Захаренко, В. Е. Федосеев; под общ. ред. С. И. Макаренко. – Воронеж: ВАИУ, 2011. – 285 с.
6. Макаренко С.И. Вычислительные системы, сети и телекоммуника- ции: учебное пособие. – Ставрополь: СФ МГГУ им. М. А. Шолохова, 2008. –
352 с.
7. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, техноло- гии, протоколы: учебник для вузов. – 4-е изд. – СПб.: Питер, 2010. – 944 с.
8. Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуника- ционных систем и сетей: учебник для вузов – М.: Горячая линия-Телеком,
2004. – 510 с.
9. Многоканальные системы передачи: учебник для вузов / Н.Н. Баева,
В.Н. Гордиенко, С.А. Курицын и др.; под ред. Н.Н. Баевой и В.Н. Гордиенко.
– М.: Радио и связь, 1997. – 560 с.
10. Телекоммуникационные системы и сети. В 3 т. Т. 1. Современные технологии: учебное пособие
/
Б.И. Крук,
В.Н. Попантонопуло,
В.П. Шувалов; под ред. профессора В.П. Шувалова. – М.: Горячая линия-
Телеком, 2005. – 647 с.
11. Телекоммуникационные системы и сети. В 3 т. Т. 2. Радиосвязь, ра- диовещание, телевидении: учебное пособие / Г.П. Катунин, Г.В. Мамчев,
В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов; под ред. профессора В.П. Шувалова. –
М.: Горячая линия-Телеком, 2004. – 672 с.
12. Телекоммуникационные системы и сети. В 3 т. Т. 3. Мультисервис- ные сети: учебное пособие / В.В. Величко, Е.А. Субботин, В.П. Шувалов,
А.Ф. Ярославцев; под ред. профессора В.П. Шувалова. – М.: Горячая линия-
Телеком, 2005. – 592 с.
13. Семенов Ю.А. Telecommunication technologies – телекоммуникацион- ные технологии: v. 3.5 [Электронный ресурс]. – М. МФТИ, 2010. – URL: book.itep.ru (дата обращения 20.09.2010).
14. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: пер. с англ. – Изд. 2-е, испр. – М.: Издательский дом «Вильяме»,
2003. – 1104 с.