Архитектура оптических сетей доступа FTTH (Fiber-to-the-Home)

Гибкий  рост

Использовать  порты на коммутаторе доступа Ethernet FTTH могут только те абоненты, которые оформили подписку у сервис-провайдера. В случае появления новых абонентов можно добавить дополнительные линейные карты Ethernet с высокой степенью модульности. Напротив, при использовании архитектуры на базе PON подключение первого абонента к оптическому дереву требует наличия наиболее дорогостоящего порта OLT, а при добавлении абонентов к тому же дереву PON стоимость подключения каждого абонента только увеличивается за счет приобретения ONT.

Технологическая независимость

Хотя  текущие конфигурации Ethernet FTTH могут  использовать технологию Gigabit Ethernet, она  может стать неактуальной в течение  последующих 30-40 лет. Однако одномодовая  оптоволоконная линия является средой, способной поддерживать любую новую  технологию передачи. Более того, в отдельных случаях для подключения корпоративных абонентов используются оптоволоконные технологии, например SONET/SDH или Fibre Channel. Эти технологии могут быть легко развернуты по тем же оптоволоконным линиям, что и Ethernet FTTH, а во многих случаях с использованием той же Ethernet-платформы агрегирования.

Миграция  полосы пропускания

Поскольку 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, например, что абонент, использующий в настоящее время технологию Fast Ethernet, может в следующем году перейти на Gigabit Ethernet за счет простого переключения оптоволоконной линии абонента на другой порт коммутатора и замены только Ethernet-устройства в помещении абонента. Это изменение никак не повлияет на работу остальных абонентов сетей доступа Ethernet FTTH.

Отделение абонентских линий

Отделение абонентских линий — это свойство, присущее архитектурам Ethernet FTTH. Оно трудно реализуется в архитектуре пассивной оптической сети из-за общего характера передающей среды в дереве PON. Реализация принципа отделения абонентских линий явилась главным критерием выбора технологии FTTH некоторыми новыми компаниями в Европе, поскольку они стремились построить сети, где доступ к инфраструктуре оптоволоконной сети доступа могли бы иметь несколько сервис-провайдеров.

Безопасность

На  сегодняшний день выделенная оптоволоконная линия является самой защищенной средой (на физическом уровне), особенно в сравнении с общими передающими средами. Кроме того, коммутаторы Ethernet, использующиеся в средах сервис-провайдеров, призваны обеспечить разделение физического уровня портов и логического уровня абонентов и имеют множество надежных функций защиты, которые в состоянии предотвратить практически все попытки вторжений.

Оборудование  в помещении клиента

Архитектуры Ethernet FTTH предполагают использование  на территории абонента простых устройств  подключения к сети (customer premise equipment, CPE), обладающих достаточной функциональностью для обеспечения связи с сетью доступа и доставки всего спектра услуг каждому абоненту. Эти устройства Ethernet CPE стоят очень недорого и обычно размещаются в квартирах или домах абонентов.

При использовании архитектуры на базе пассивной оптической сети (PON) устройство CPE (ONT) является неотъемлемой частью архитектуры PON, поскольку оно взаимодействует с другими устройствами при работе с общей передающей средой. Кроме функций простого устройства Ethernet CPE (интегрированный маршрутизатор/ коммутатор, поддержка VoIP, функции управления), устройство архитектуры PON должно также поддерживать следующие функции:

• Протокол управления доступом к среде PON
• Лазеры пакетного режима (burst-mode lasers), призванные обеспечить передачу данных устройством ONT только в определенные отрезки времени, определяемые устройством OLT
• Высокая мощность оптического сигнала (на 20,4 дБ выше, чем оптические интерфейсы Ethernet)
• Сильное шифрование
• Очень высокая скорость

Эти дополнительные функции обусловливают значительно более высокую стоимость устройства ONT для архитектуры PON, чем устройства Ethernet FTTH CPE, используемого в топологии «точка-точка».

Поскольку технология GPON еще не полностью отработана, взаимодействие между устройствами OLT и устройствами ONT сторонних производителей не слишком устойчиво. Это похоже на положение дел с использованием технологии ADSL на ранних стадиях ее внедрения.

В связи с описанными выше проблемами обеспечения безопасности сервис-провайдеры обычно сами приобретают и развертывают устройства ONT для пассивной оптической сети, не позволяя абонентам приобрести в розницу более дешевые устройства, так как это может поставить под угрозу целостность сети доступа.

Если  не требуется развертывание вне помещений, то в качестве устройств Ethernet FTTH CPE могут использоваться недорогие массовые устройства. Более того, это не создает проблем с обеспечением безопасности, поскольку любой нежелательный режим работы можно мгновенно обнаружить и отключить соответствующий порт коммутатора доступа. Сервис-провайдеры могут по желанию сами приобрести и развернуть устройства Ethernet CPE, чтобы обеспечить целостность эксплуатационных характеристик на всех абонентских устройствах в своей сети (например, для централизованного управления).

Развитие  функциональности устройств CPE для  частного сектора соответствует  циклам разработки нового оборудования для потребителей. Чтобы устройство ONT для сети PON также развивало  функциональность, сервис-провайдеру придется развертывать новые устройства ONT теми же темпами. Во избежание трудовых затрат на замену устройств CPE, будет целесообразно разделить устройства Ethernet CPE и PON ONT. Это даст возможность клиенту или сервис-провайдеру легко менять устройство CPE. Хотя такая модель уже существует для сетей Ethernet FTTH, она не обусловлена требованиями технологии. Наоборот, с распространением этой технологии появится большое количество разнообразных устройств CPE (Residential Gateway), и абоненты смогут приобретать и подключать устройства по своему выбору.

Затраты на эксплуатацию

Для компаний, рассматривающих возможность  развертывания сетей FTTH, затраты  на эксплуатацию имеют большое значение наряду с капитальными затратами  на приобретение и развертывание  оптоволоконных линий и оборудования.

Хотя  на сегодняшний день недостаточно данных для прямого сравнения архитектур по этому параметру, очевидно, что  затраты на эксплуатацию сетей Ethernet FTTH в топологии «точка-точка» ниже, чем сетей с архитектурой PON FTTH. Наиболее важные аспекты приведены в таблице 2.

Таблица 2. Проблемы, связанные с расходами на эксплуатацию архитектур

Одним из не обсужденных ранее аспектов является влияние обрывов кабеля вследствие строительных работ. С точки  зрения сети Ethernet, наихудшим вариантом  является обрыв большого кабеля с  несколькими сотнями оптоволоконных линий вблизи точки доступа или АТС. Для восстановления этого кабеля потребуется гораздо больше времени, чем для кабеля, передающего трафик PON, поскольку в нем значительно меньше линий. Такая ситуация, однако, ничем не отличается от используемых в настоящее время медных сетей, которые также построены по топологии «точка-точка». Такие аварийные ситуации возникают очень редко. Кроме того, эту проблему можно уменьшить, распределив трафик по большому числу кабелей меньшего размера, которые могут быть размещены на большей площади. Таким образом, при повреждении одного кабеля пострадает относительно небольшое число абонентов.

Кроме того, необходимо определить соотношение  оптоволоконных кабелей, составляющих передающую часть, и тех кабелей, которые составляют кабельную инфраструктуру на границе к абоненту. В большинстве конфигураций граничная часть распределена по очень большой площади, что обусловливает большую вероятность повреждения кабеля. С точки зрения топологии, в этой части сети доступа нет существенной разницы между архитектурами. Однако поиск и устранение неисправностей в этой зоне представляет большую сложность для архитектуры на базе пассивной оптической сети PON, поскольку измерения с использованием оптического временного рефлектометра в сети PON выполнить значительно труднее из-за оптических разветвителей.

Резюме

Развертываемые  в настоящее время оптоволоконные сети доступа базируются на различных  архитектурах и технологиях. Тщательно  продуманные стандарты для этих технологий и доступность необходимого оборудования обусловливают развертывание сетей сервис-провайдеров без значительного риска. Успешность их деятельности является стимулом к динамичному развитию этой отрасли. Можно предположить, что конкурентное давление со стороны такого типа сетей будет стимулировать крупных операторов связи инвестировать средства в оптоволоконные сети доступа.

В Северной Америке крупные традиционные операторы (в особенности Verizon) внедряют технологии пассивной оптической сети (PON), что обусловлено в основном их существующей инфраструктурой, консолидацией, потенциальным сокращением количества точек присутствия и прогнозируемым большим процентом подписки абонентов на многие сервисы. В Японии наиболее широко распространенной является архитектура EPON. Это обусловлено использованием в этой стране преимущественно воздушных линий, которые имеют ограничения на размер развертываемого кабеля.

В других регионах, особенно в Европе, используются в основном конфигурации на базе Ethernet FTTH по топологии «точка-точка», а также небольшое число более ранних конфигураций Ethernet-сервисов по топологии «кольцо». В настоящее время архитектуры на базе PON получили небольшое распространение в Европе, поскольку большая часть европейских проектов FTTH осуществляется муниципалитетами, коммунальными службами и жилищными кооперативами. Основными факторами большинства конфигураций Ethernet FTTH является гибкость бизнес-модели и способность поддерживать будущие сервисы.

Развертывание оптоволоконных линий связи в  жилых районах — это огромные инвестиции, которые будут приносить отдачу в течение следующих 30-40 лет. Хотя каждая схема развертывания сети FTTH имеет свои достоинства, велик риск того, что экономия в краткосрочной перспективе на затратах в оптоволоконную инфраструктуру при использовании архитектуры FTTH на базе PON может существенно ограничить на будущее использование дорогостоящей оптоволоконной инфраструктуры, если не будут проведены дополнительные инвестиции. В целом речь больше не идет о самом использовании сетей FTTH, а только о том, когда и как быстро они будут развертываться.