Пассивные оптические сети PON: EPON, GPON и XG-PON

Пассивные оптические сети (PON) – это высокоэффективные технологии для построения широкополосного доступа, использующие оптическое волокно и пассивные разветвители для подключения абонентов. В этой статье сосредоточимся на современных и актуальных стандартах PON, таких как EPON, GPON и XG-PON.

Принципы работы PON

   PON использует одно оптическое волокно для передачи данных от провайдера (OLT) к абонентам (ONT/ONU) через оптические делители. Нисходящий поток данных передается на длине волны 1490 нм, восходящий – на 1310 нм. Также можно передавать телевизионный сигнал (CATV) на длине волны 1550 нм. Для разделения сигналов используется мультиплексирование по времени (TDM), что позволяет многим абонентам делить одну и ту же полосу пропускания на временные интервалы.

Стандарты PON

Тип	Наименование	Стандарт	Полоса пропускания downstream	Полоса пропускания upstream	Емкость ветви	Максимальная длина передачи
GPON	Gigabit PON	ITU-T G.984	2,488 Гбит/с	1,244 Гбит/с	64-128 абонентов	20 км
EPON (GEPON)	Ethernet PON	IEEE 802.3ah	1,25 Гбит/с	1,25 Гбит/с	32-64 абонентов	60 км
10GEPON (XG-PON)	10 Gigabit EPON	IEEE 802.3av	10 Гбит/с	1-10 Гбит/с	128-256 абонентов	20-100 км

1. EPON (Ethernet Passive Optical Network)

EPON основан на стандарте IEEE 802.3ah и является одной из первых массовых технологий PON. EPON использует протокол Ethernet для передачи данных, что упрощает интеграцию с уже существующими сетями Ethernet.

• Полоса пропускания (downstream/upstream): 1,244 Гбит/с симметрично. 
• Дальность передачи: до 20 км.
• Емкость абонентского подключения: до 32 абонентов.

EPON часто используется в городских и корпоративных сетях благодаря простоте и высокой эффективности, а также поддержке IP-трафика.

2. GPON (Gigabit Passive Optical Network)

GPON – это более продвинутая технология, стандартизированная ITU-T G.984, и отличается от EPON большей скоростью и возможностью передачи мультисервисных данных, включая голос, видео и IP-трафик.

• Полоса пропускания (downstream): 2,488 Гбит/с. 
• Полоса пропускания (upstream): 1,244 Гбит/с. 
• Дальность передачи: до 60 км. 
• Емкость абонентского подключения: до 128 абонентов.

GPON является стандартом для большинства современных провайдеров, обеспечивая возможность передачи различных типов трафика с высокой скоростью и низкой задержкой. В сетях GPON также поддерживается передача широковещательного сигнала CATV на длине волны 1550 нм.

3. XG-PON (10 Gigabit Passive Optical Network)

XG-PON (иногда называемая 10GEPON) – это следующий шаг в эволюции PON технологий, стандартизированный ITU-T G.987. Она обеспечивает передачу данных на скорости до 10 Гбит/с, что делает её идеальным решением для сетей с высокой нагрузкой, таких как корпоративные клиенты и густонаселённые районы.

• Полоса пропускания (downstream): 9,95 Гбит/с. 
• Полоса пропускания (upstream): 2,488 Гбит/с. 
• Дальность передачи: до 100 км. 
• Емкость абонентского подключения: до 256 абонентов

. XG-PON используется для предоставления высокоскоростного интернета и услуг, таких как IPTV, видеоконференции и корпоративные решения, где требуется высокая пропускная способность и стабильность соединения.

Компоненты PON-сети

1. OLT (Optical Line Terminal) – оборудование оператора, координирующее передачу данных между абонентами и сетью провайдера. OLT отвечает за преобразование сигналов Ethernet в сигналы PON и управление временным мультиплексированием. 
2. Оптические делители (сплиттеры) – пассивные устройства, которые распределяют один оптический сигнал на несколько абонентов без использования активного оборудования.
3. ONT/ONU (Optical Network Terminal/Optical Network Unit) – абонентское оборудование, преобразующее оптические сигналы в электрические (Ethernet). ONT устанавливается у клиента, позволяя подключать устройства через витую пару или Wi-Fi.

Топология построения PON сети определяет, как соединяются оптические волокна, сплиттеры и оборудование между оператором и абонентами. Существуют несколько основных топологий для построения сетей PON:

1. Дерево (Tree)

В данной топологии сеть имеет одну магистраль (основной кабель), которая разветвляется на множество ответвлений с использованием пассивных оптических разветвителей (сплиттеров).
Пример:

• Магистральный кабель идет от оптического линейного терминала (OLT) провайдера к сплиттеру, где разделяется на несколько линий к абонентам (ONT). 
• Подключение может охватить до 128 абонентов от одного порта OLT при помощи одного сплиттера.

2. Звезда (Star)

В топологии "Звезда" от центра сети (узла с OLT) идет несколько магистральных волокон к точкам распределения (сплиттерам), от которых дальше идёт разводка к абонентам.
Пример:

• В точке присутствия оператора устанавливаются сплиттеры, к которым подключаются несколько отдельных волокон, идущих к каждому абоненту. 

3. Шина (Bus)

В этой топологии используется единое волокно, от которого через FBT (Fusion Biconical Taper) сплиттеры (часто неравномерные) делается ответвление для абонентов. Большая часть сигнала передаётся по основному кабелю, и часть сигнала забирается на ответвления.
Пример:

• Волокно идет через ряд сплиттеров, которые подключают отдельные участки абонентов. Каждое ответвление обслуживает конкретную зону или группу домов.

4. Кольцо (Ring)

Топология кольца предполагает использование волокна, которое замыкается на самом себе, обеспечивая резервирование при отказе одного из участков.
Пример:

• Волокно идет вокруг зоны обслуживания (например, микрорайона), и если происходит обрыв на одном участке, трафик продолжает поступать по другому пути кольца.

5. Комбинированная топология

На практике часто используются гибридные решения, которые сочетают разные топологии (например, "Дерево" и "Шина"). Такие сети обеспечивают большую гибкость в масштабировании и обслуживании.
Пример:

• Магистральное волокно разветвляется по типу дерева, но внутри отдельных зон используется схема "Шина" для покрытия большего количества абонентов.

Преимущества EPON, GPON и XG-PON

• Скорость передачи: Благодаря высоким скоростям передачи, эти стандарты могут поддерживать сотни абонентов с минимальной задержкой. 
• Масштабируемость: Возможность подключения до 256 абонентов к одному порту OLT, что упрощает масштабирование сети. 
• Низкая стоимость обслуживания: Пассивная инфраструктура не требует постоянного питания и технического обслуживания, что снижает операционные затраты.

Заключение

Технологии PON продолжают развиваться, предоставляя провайдерам надежные и масштабируемые решения для предоставления широкополосного доступа. EPON, GPON и XG-PON остаются актуальными и востребованными стандартами, позволяющими передавать большие объёмы данных с высокой скоростью и эффективностью.