Fiber to the Home (FTTH) - це технологія прокладання оптоволоконних кабелів безпосередньо від центральної точки до окремих будівель, що дає змогу відмовитися від повільних DSL-з'єднань і використовувати більш сучасний підхід. Існує три найпоширеніші варіанти розгортання такої мережі: Пасивна оптична мережа (PON), Активна оптична мережа (AON) і з'єднання «точка-точка» (PTP). Перш ніж обрати, необхідно зрозуміти різницю між ними. У цій статті ми розглянемо відмінності між цими трьома технологіями і наведемо конкретні приклади їх використання.
Пасивна оптична мережа (PON)
PON - це мережа «точка-багатоточка», в якій використовуються пасивні оптичні розгалужувачі, що дають змогу одному магістральному оптичному волокну обслуговувати кілька кінцевих точок. Вони є найбільш поширеним типом мереж FTTH і використовуються багатьма постачальниками послуг. Крім того, їхнє створення пов'язане з відносно низькими витратами, що робить PON більш привабливим варіантом порівняно з AON для багатьох компаній. Максимальна відстань від відправника до пристрою, що приймає, становить близько 20 кілометрів.
Ілюстрація прикладу PON.
Компоненти PON
Основні компоненти PON включають оптичні лінії, оптичні розгалужувачі та абонентські термінали, які забезпечують високошвидкісну передачу даних на великі відстані. Розповімо докладніше про ключові компоненти PON:
-
OLT (термінал оптичної лінії) - це центральний вузол PON, який відповідає за управління мережею. Його основна функція - передавати дані на ONU і отримувати від них відповідь.
-
ONU (Optical Network Unit) - кінцева точка клієнта. Відповідає за перетворення оптичного сигналу в електричний, який може бути використаний пристроями клієнта, виступаючи як шлюз.
-
Оптичний спліттер - це пасивний пристрій, що розділяє вхідний світловий промінь на безліч вихідних променів. Таким чином, перетворення в електричні сигнали не потрібне. Існують певні коефіцієнти поділу, такі як 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32 і 1:64. Перше число вказує на кількість вхідних променів, а друге - на кількість вихідних.
Наприклад, спліттер 1:32 може розділити один вхідний промінь на 32 вихідних. Таким чином, можливі швидкості передачі даних також розділяються в тому ж співвідношенні. При використанні спліттера 1:32 швидкість передачі даних ділиться на 32. Це означає, що для кожного клієнта вона становить 1/32 від вихідної швидкості.
Технологія пасивної оптичної мережі
Клієнти підключаються до OLT (Optical Line Terminal) через ONU (Optical Network Unit), як описано вище.
-
Перша частина з'єднання, від OLT до спліттера, називається фідером. Вона складається з оптоволоконних ниток, які з'єднують OLT зі сплітером.
-
Друга частина, що йде від спліттера до ONU і тим самим позначає кінець з'єднання, називається розподільчою мережею, що складається з оптоволоконних ниток, які з'єднують спліттер з ONU. Завдяки принципу роботи спліттера всі клієнти, під'єднані до одного фідера, мають однакову пропускну здатність і навіть отримують однакові дані. Призма всередині ONT у поєднанні з криптографією фільтрує всю нерелевантну інформацію. Це суттєва відмінність від AON, де кожен клієнт має свою власну виділену оптоволоконну лінію від спліттера і далі.
Проте, в області PON вже ведуться розробки, спрямовані на забезпечення схожого з AON досвіду за рахунок перенесення фільтра з ONT в сам спліттер. Проте, цей підхід не дуже добре документований і, безумовно, не набув широкого поширення.
Активна оптична мережа (AON)
Активна оптична мережа (AON) - це тип мережі «точка-точка», в якій кожен клієнт має свою власну виділену оптоволоконну лінію. Це суттєва відмінність від PON, де пропускна здатність ділиться між усіма клієнтами, під'єднаними до однієї базової нитки, яка йде в спліттер. Крім того, в AON використовуються активні мережеві компоненти для управління і маршрутизації, але про це докладніше пізніше. AON менш поширені, ніж PON, і зазвичай використовуються компаніями, яким потрібна висока швидкість передачі даних і низька затримка. Відстань між відправником і одержувачем також більша, досягає 70 кілометрів для фідера і близько 20 кілометрів для розподільної мережі.
Компоненти AON
Основні компоненти AON дають змогу керувати маршрутизацією і посиленням сигналу, що робить цей тип мережі гнучким і високоефективним:
-
Підсилювачі. Для посилення сигналу в аналоговому або цифровому вигляді АОНам потрібні підсилювачі. Підсилювачі - це електронні пристрої, що використовуються для збільшення сили або амплітуди оптичних сигналів, які проходять по волокну. Вони відіграють найважливішу роль у забезпеченні цілісності та якості сигналів на великих відстанях. Підсилювачі зазвичай встановлюються в стратегічно важливих місцях уздовж волоконно-оптичної мережі, щоб компенсувати втрати енергії та загасання сигналу, які відбуваються в міру проходження сигналу по волокну. Це особливо необхідно через великі відстані, які доводиться долати сигналу при використанні AON.
-
Транспондери - це пристрої, які використовуються для перетворення оптичних сигналів в електричні і навпаки, що важливо для процесів маршрутизації, необхідних в АОНах. Вони відіграють важливу роль у забезпеченні зв'язку між оптичними та електронними компонентами в мережі. Під час передавання даних транспондер отримує електричний сигнал, перетворює його на оптичний для передавання оптичним волокном, а потім на приймальному кінці перетворює оптичний сигнал назад на електричний для обробки електронним обладнанням.
-
Модулятори - це ключові компоненти, які використовуються для маніпулювання характеристиками оптичних сигналів у різних цілях. Вони в основному функціонують шляхом модуляції інтенсивності, фази або поляризації оптичного сигналу у відповідь на електричний вхід.
Технологія активних оптичних мереж
Базова структура практично ідентична PON. OLT знову є центральною точкою і відповідає за управління цією мережею, в той час як ONU знову кінцева точка в будівлі (або, в більш загальному випадку, в місці призначення), яка перетворює оптичний сигнал в електричний для подальшого використання пристроями клієнта, і навпаки.
Основна відмінність відбувається під час передачі даних, тобто на етапі спліттера. В AON зазвичай наявний пасивний спліттер PON замінюється активним компонентом, таким як комутатор або маршрутизатор.
Якщо говорити більш детально, то класичний комутатор або маршрутизатор працює з електричними сигналами, а не зі світловими променями. Отже, вхідні промені повинні бути перетворені після прибуття. Після цього пакет може бути перевірений і перетворений назад перед відправкою до місця призначення. Це дає змогу збільшити пропускну здатність «спліттерного» компонента завдяки використанню спеціальних протоколів або модуляцій на стороні OLT, зверненої до клієнта, які видаляються перед надсиланням даних клієнту.
На відміну від PON, один OLT може обслуговувати близько 500 окремих ONT і, відповідно, будівель.
Мережі "точка-точка" (PTP)
Обидва раніше згадані типи мереж припускають наявність «фідерного» з'єднання, проміжного активного або пасивного пристрою і кінцевої оптоволоконної нитки до місця призначення. PTP, однак, описує пряме з'єднання від аванпоста провайдера до клієнта без будь-яких перешкод на шляху. У цьому випадку йдеться саме про спліттер.
Ілюстрація мережі PTP.
Компоненти PTP
Перерахування тут зайве, оскільки використовуються OLT і ONU, і жодних спеціальних активних пристроїв не задіяно (сюди, очевидно, не входить магістральна структура провайдера, яка, найімовірніше, має загальну інфраструктуру).
Технологія мережі "точка-точка"
OLT направляє світловий промінь безпосередньо на ONU, який потім перетворює його на електричний сигнал. Це суттєва відмінність від PON, де сигнал розділяється на кілька променів і потім відправляється на ONU. Клієнт підключається виділеним оптоволоконним каналом і не повинен ділити смугу пропускання з іншими сторонами. Такий підхід є фактично єдиним, що гарантує повний поділ даних між клієнтами, що зумовлює його популярність у регіонах із суворими нормами конфіденційності даних.
Порівняння технологій: відмінності та вибір
Наостанок ми розглянемо найважливіші відмінності між цими трьома технологіями. Давайте розглянемо відмінності в зрізі кількох ключових параметрів: витратність, покриття, поділ сигналу, пропускна здатність і безпека:
-
Витрати. Найбільші поточні витрати в мережі - це витрати на живлення обладнання та його обслуговування. PON, як правило, дешевше в експлуатації порівняно з AON, оскільки вимагає менше активних компонентів, меншого обслуговування і при цьому працює із загальною інфраструктурою. Вартість PTP можна порівняти з вартістю AON через надлишкову кабельну інфраструктуру, яка все ж таки необхідна, незважаючи на відсутність активних компонентів.
-
Покриття. AON - найкращий варіант для покриття великих відстаней, оскільки він може досягати 70 кілометрів для фідера і 20 кілометрів для розподільчої мережі. PON обмежується приблизно 20 кілометрами для фідера і розподільчої мережі, що еквівалентно і значенням для PTP. Крім того, якщо йдеться про конкретний застосунок або послугу, необхідно враховувати і низку інших чинників, крім покриття.
Наприклад, якщо будуть розгорнуті радіочастотні та відеопослуги, то PON зазвичай є єдиним життєздатним рішенням. Однак якщо всі послуги засновані на інтернет-протоколах, то може підійти PON або AON. Якщо йдеться про великі відстані, а забезпечення живлення та охолодження активних компонентів у польових умовах може викликати проблеми, то найкращим вибором може стати PON. Якщо ж цільовим клієнтом є комерційний замовник або проєкт охоплює кілька житлових будинків, то більш придатною може виявитися мережа AON.
-
Розділення сигналу. PON - єдина технологія, яка оптично розділяє сигнал на кілька променів, а потім направляє до пристроїв ONU. В AON використовується загальний підхід до маршрутизації за допомогою комутаторів і маршрутизаторів, що є суттєвою відмінністю. PTP взагалі не передбачає жодного поділу, оскільки сигнал відправляється безпосередньо на ONU.
-
Поведінка пропускної здатності за високого навантаження. AON і PTP - найкращі варіанти, коли йдеться про пропускну спроможність за високого навантаження, оскільки вони обидва надають виділені оптоволоконні лінії кожному клієнту. PON обмежений загальною інфраструктурою, що може призвести до зниження пропускної спроможності при високому навантаженні, якщо інфраструктура не підтримує високе робоче навантаження. Однак варто зазначити, що цей ефект не обов'язково повинен мати місце, оскільки інфраструктура може бути спеціально розроблена для роботи з високими навантаженнями.
-
Безпека. AON забезпечує кращу безпеку, ніж PON, тому що забезпечує наскрізне шифрування та аутентифікацію, в той час як PON забезпечує шифрування тільки в напрямку низхідного потоку. PTP же займає лідируючу позицію за цим параметром.
Обираючи між типами мереж, важливо враховувати, які послуги надаватимуться мережею, загальну топологію, а також те, хто є основним споживачем. Багато операторів у різних ситуаціях застосовують поєднання кількох мереж. Однак, оскільки потреба в сумісності та масштабованості мереж продовжує зростати, в мережевих архітектурах намічається тенденція до того, щоб будь-яке волокно можна було використовувати по черзі в різних видах мереж для задоволення майбутніх потреб.
Дякую за прочитання цієї статті, сподіваюся, вона допомогла зрозуміти відмінності між технологіями оптоволоконних мереж. Безумовно, існує ще безліч аспектів, які необхідно вивчити, наприклад, протоколи або модуляцію променя. Проте, ця стаття повинна охопити основи популярних методів розгортання.
Щиро Ваш, Небилович Сергій, директор магазину мережевого обладнання EServer.