Fiber to the Home (FTTH) - это прокладка оптоволоконных кабелей непосредственно от центральной точки к отдельным зданиям, что позволяет отказаться от медленных DSL-соединений и использовать более современный подход. Существует три распространенных варианта развертывания: Пассивная оптическая сеть (PON), Активная оптическая сеть (AON) и соединения «точка-точка» (PTP). Прежде чем выбрать, необходимо понять разницу между ними. В этой статье мы рассмотрим различия между этими тремя технологиями и приведем конкретные примеры их использования.
Пассивная оптическая сеть (PON)
PON - это сеть «точка-многоточка», в которой используются пассивные оптические разветвители, позволяющие одному магистральному оптическому волокну обслуживать несколько конечных точек. Они являются наиболее распространенным типом сетей FTTH и используются многими поставщиками услуг. Кроме того, их создание связано с относительно низкими затратами, что делает PON более привлекательным вариантом по сравнению с AON для многих компаний. Максимальное расстояние от отправителя до принимающего устройства составляет около 20 километров.
Простая иллюстрация примера PON.
Компоненты PON
Основные компоненты PON включают оптические линии, оптические разветвители и абонентские терминалы, которые обеспечивают высокоскоростную передачу данных на большие расстояния. Расскажем подробнее про ключевые компоненты PON:
-
OLT (терминал оптической линии) - это центральный узел PON, отвечающий за управление сетью. Его основная функция - передавать данные на ONU и получать от них ответ.
-
ONU (Optical Network Unit) - конечная точка клиента. Отвечает за преобразование оптического сигнала в электрический, который может быть использован устройствами клиента, выступая в качестве шлюза.
-
Оптический сплиттер - это пассивное устройство, разделяющее входящий световой луч на множество исходящих лучей. Таким образом, преобразование в электрические сигналы не требуется. Существуют определенные коэффициенты разделения, такие как 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32 и 1:64. Первое число указывает на количество входящих лучей, а второе - на количество исходящих.
Например, сплиттер 1:32 может разделить один входящий луч на 32 исходящих. Таким образом, возможные скорости передачи данных также разделяются в том же соотношении. При использовании сплиттера 1:32 скорость передачи данных делится на 32. Это означает, что для каждого клиента она составляет 1/32 от исходной скорости.
Технология пассивной оптической сети
Клиенты подключаются к OLT (Optical Line Terminal) через ONU (Optical Network Unit), как описано выше.
-
Первая часть соединения, от OLT до сплиттера, называется фидером. Она состоит из оптоволоконных нитей, которые соединяют OLT со сплиттером.
-
Вторая часть, идущая от сплиттера к ONU и тем самым обозначающая конец соединения, называется распределительной сетью, состоящей из оптоволоконных нитей, соединяющих сплиттер с ONU. Благодаря принципу работы сплиттера все клиенты, подключенные к одному фидеру, имеют одинаковую пропускную способность и даже получают одинаковые данные. Призма внутри ONT в сочетании с криптографией фильтрует всю нерелевантную информацию. Это существенное отличие от AON, где каждый клиент имеет свою собственную выделенную оптоволоконную линию от сплиттера и далее.
Тем не менее, в области PON уже ведутся разработки, направленные на обеспечение схожего с AON опыта за счет переноса фильтра из ONT в сам сплиттер. Тем не менее, этот подход не очень хорошо документирован и, безусловно, не получил широкого распространения.
Активная оптическая сеть (AON)
Активная оптическая сеть (AON) - это тип сети «точка-точка», в которой каждый клиент имеет свою собственную выделенную оптоволоконную линию. Это существенное отличие от PON, где пропускная способность делится между всеми клиентами, подключенными к одной базовой нити, идущей в сплиттер. Кроме того, в AON используются активные сетевые компоненты для управления и маршрутизации, но об этом подробнее позже. AON менее распространены, чем PON, и обычно используются компаниями, которым требуется высокая скорость передачи данных и низкая задержка. Расстояние между отправителем и получателем также больше, достигает 70 километров для фидера и около 20 километров для распределительной сети.
Простая иллюстрация AON
Компоненты AON
Основные компоненты AON позволяют управлять маршрутизацией и усилением сигнала, что делает этот тип сети гибким и высокоэффективным:
- Усилители. Для усиления сигнала в аналоговом или цифровом виде АОНам требуются усилители. Усилители - это электронные устройства, используемые для увеличения силы или амплитуды оптических сигналов, проходящих по волокну. Они играют важнейшую роль в обеспечении целостности и качества сигналов на больших расстояниях. Усилители обычно устанавливаются в стратегически важных местах вдоль волоконно-оптической сети, чтобы компенсировать потери энергии и затухание сигнала, которые происходят по мере прохождения сигнала по волокну. Это особенно необходимо из-за больших расстояний, которые приходится преодолевать сигналу при использовании AON.
- Транспондеры - это устройства, используемые для преобразования оптических сигналов в электрические и наоборот, что важно для процессов маршрутизации, необходимых в АОНах. Они играют важную роль в обеспечении связи между оптическими и электронными компонентами в сети. При передаче данных транспондер получает электрический сигнал, преобразует его в оптический для передачи по оптическому волокну, а затем на приемном конце преобразует оптический сигнал обратно в электрический для обработки электронным оборудованием.
- Модуляторы - это ключевые компоненты, используемые для манипулирования характеристиками оптических сигналов в различных целях. Они в основном функционируют путем модуляции интенсивности, фазы или поляризации оптического сигнала в ответ на электрический вход.
Технология активных оптических сетей
Базовая структура практически идентична PON. OLT снова является центральной точкой и отвечает за управление этой сетью, в то время как ONU снова конечная точка в здании (или, в более общем случае, в месте назначения), которая преобразует оптический сигнал в электрический для дальнейшего использования устройствами клиента, и наоборот.
Основное различие происходит во время передачи данных, то есть на этапе сплиттера. В AON обычно существующий пассивный сплиттер PON заменяется активным компонентом, таким как коммутатор или маршрутизатор.
Если говорить более подробно, то классический коммутатор или маршрутизатор работает с электрическими сигналами, а не со световыми лучами. Следовательно, входящие лучи должны быть преобразованы по прибытии. После этого пакет может быть проверен и преобразован обратно перед отправкой к месту назначения. Это позволяет увеличить пропускную способность «сплиттерного» компонента за счет использования специальных протоколов или модуляций на стороне OLT, обращенной к клиенту, которые удаляются перед отправкой данных клиенту.
В отличие от PON, один OLT может обслуживать около 500 отдельных ONT и, соответственно, зданий.
Сети "точка-точка" (PTP)
Оба ранее упомянутых типа сетей предполагают наличие «фидерного» соединения, промежуточного активного или пассивного устройства и конечной оптоволоконной нити к месту назначения. PTP, однако, описывает прямое соединение от аванпоста провайдера до клиента без каких-либо помех на пути. В данном случае речь идет именно о сплиттере.
Иллюстрация сети PTP.
Компоненты PTP
Перечисление здесь излишне, так как используются OLT и ONU и никаких специальных активных устройств не задействовано (сюда, очевидно, не входит магистральная структура провайдера, которая, скорее всего, имеет общую инфраструктуру).
Технология cети "точка-точка"
OLT направляет световой луч непосредственно на ONU, который затем преобразует его в электрический сигнал. Это существенное отличие от PON, где сигнал разделяется на несколько лучей и затем отправляется на ONU. Клиент подключается по выделенному оптоволоконному каналу и не должен делить полосу пропускания с другими сторонами. Такой подход является фактически единственным, гарантирующим полное разделение данных между клиентами, что обуславливает его популярность в регионах со строгими нормами конфиденциальности данных.
Сравнение технологий: различия и выбор
Напоследок мы рассмотрим наиболее важные различия между этими тремя технологиями. Давайте рассмотрим различия в срезе нескольких ключевых параметров: затратность, покрытие, разделение сигнала, пропускная способность и безопасность:
- Затраты. Самые большие текущие расходы в сети - это затраты на питание оборудования и его обслуживание. PON, как правило, дешевле в эксплуатации по сравнению с AON, поскольку требует меньше активных компонентов, меньшего обслуживания и при этом работает с общей инфраструктурой. Стоимость PTP сопоставима со стоимостью AON из-за избыточной кабельной инфраструктуры, которая все же необходима, несмотря на отсутствие активных компонентов.
- Покрытие. AON - лучший вариант для покрытия больших расстояний, так как он может достигать 70 километров для фидера и 20 километров для распределительной сети. PON ограничивается примерно 20 километрами для фидера и распределительной сети, что эквивалентно и значениям для PTP. Кроме того, если речь идет о конкретном приложении или услуге, необходимо учитывать и ряд других факторов, кроме покрытия.
Например, если будут развернуты радиочастотные и видеоуслуги, то PON обычно является единственным жизнеспособным решением. Однако если все услуги основаны на интернет-протоколах, то может подойти PON или AON. Если речь идет о больших расстояниях, а обеспечение питания и охлаждения активных компонентов в полевых условиях может вызвать проблемы, то лучшим выбором может стать PON. Если же целевым клиентом является коммерческий заказчик или проект включает в себя несколько жилых домов, то более подходящей может оказаться сеть AON.
- Разделение сигнала. PON - единственная технология, которая оптически разделяет сигнал на несколько лучей, а затем направляет к устройствам ONU. В AON используется общий подход к маршрутизации с помощью коммутаторов и маршрутизаторов, что является существенным отличием. PTP вообще не предполагает никакого разделения, поскольку сигнал отправляется непосредственно на ONU.
- Поведение пропускной способности при высокой нагрузке. AON и PTP - лучшие варианты, когда речь идет о пропускной способности при высокой нагрузке, поскольку они оба предоставляют выделенные оптоволоконные линии каждому клиенту. PON ограничен общей инфраструктурой, что может привести к снижению пропускной способности при высокой нагрузке, если инфраструктура не поддерживает высокую рабочую нагрузку. Однако стоит отметить, что этот эффект не обязательно должен иметь место, поскольку инфраструктура может быть специально разработана для работы с высокими нагрузками.
- Безопасность. AON обеспечивает лучшую безопасность, чем PON, так как обеспечивает сквозное шифрование и аутентификацию, в то время как PON обеспечивает шифрование только в направлении нисходящего потока. PTP же занимает лидирующую позицию по данному параметру.
Выбирая между типами сетей, важно учитывать, какие услуги будут предоставляться по сети, общую топологию, а также то, кто является основным потребителем. Многие операторы в различных ситуациях применяют сочетание нескольких сетей. Однако, поскольку потребность в совместимости и масштабируемости сетей продолжает расти, в сетевых архитектурах намечается тенденция к тому, чтобы любое волокно можно было использовать попеременно в в разных видах сетей для удовлетворения будущих потребностей.
Спасибо за прочтение этой статьи, надеюсь, она помогла понять различия между технологиями оптоволоконных сетей. Безусловно, существует еще множество аспектов, которые необходимо изучить, например, протоколы или модуляцию луча. Тем не менее, эта статья должна охватить основы популярных методов развертывания.
Искренне Ваш, Небилович Сергей, директор магазина сетевого оборудования EServer.