Пассивная агрессия оптических сетей

Одной из причин, сдерживающих еще более стремительный рост Internet, являются
низкоскоростные по сравнению с ядром Сети технологии доступа. Конечно, крупные
корпорации могут позволить себе использовать в сетях доступа оптоволоконные технологии.
Однако даже в Северной Америке этот сектор рынка достаточно чувствителен к цене,
поскольку, по имеющимся оценкам, более 98% предприятий насчитывают менее 500 сотрудников.
Малый и средний бизнес, как правило, использует доступ по коммутируемой линии.
Даже при наличии выделенного канала его полоса редко превосходит стандарт Т1/Е1
(1,544/2,048 Mbps). Распространение же технологий xDSL сдерживается дистанционными
ограничениями. В то же время локальные сети таких предприятий работают с пропускной
способностью 10/100 Mbps. Диссонанс очевиден.

Положение дел обещают улучшить пассивные оптические сети (Passive Optical Networks — PON). Хотя принципы PON были заложены еще в начале 80-х, когда анализировалась возможность их применения в кабельном телевидении, только в последнее время они привлекли внимание крупных провайдеров телекоммуникационных услуг. Большинство индустриальных аналитиков сходятся во мнении, что рынок оптоволоконных сетей доступа значительно расширится в 2001 г. и достигнет мультимиллиардной отметки в 2004 г. Сегодня PON рассматриваются как основа сетей доступа будущего.

Сделаем теперь некоторые пояснения. Как уже очевидно из вышеизложенного, пассивные
оптические сети являются некоторой схемой сетей доступа, в которых в качестве
среды передачи используется оптоволокно. Термин "пассивные" описывает
тот факт, что сеть не включает активных электронных устройств, требующих электропитания,
кроме, конечно, передатчика оператора и приемника абонента. В зависимости от того,
как терминируется канал со стороны пользователя, различают следующие схемы PON:

  • оптоволокно к распределительному колодцу (Fiber-To-The-Curb — FTTC);
  • оптоволокно к зданию (Fiber-To-The-Building — FTTB);
  • оптоволокно к дому (Fiber-To-The-Home — FTTH).

Архитектура

В самом общем виде архитектура PON определяется следующими основными компонентами.
Это специальный коммутатор, называемый терминалом оптической линии (Optical Line
Terminal — OLT), оптический сетевой терминал (Optical Network Terminal — ONT),
или, как его именуют в некоторых источниках — Optical Network Unit (ONU), и разветвители
(splitters). Основные функции OLT — формирование нисходящего (от офиса к абонентам)
потока данных и обработка трафика от абонентов.

Сетевые терминалы со стороны заказчиков принимают поток данных от разветвителя
и преобразуют их формат, определяемый интерфейсом пользователя, такой, как 10/100
Ethernet, ATM или Т1. Обычно OLT располагаются в офисе оператора связи, в линейных
сооружениях вне офиса (outside plant) или в так называемой точке присутствия (Point
Of Presence — POP), в то время как ONT устанавливаются вблизи или непосредственно
в офисе абонента. С помощью разветвителей можно реализовать практически все основные
топологические схемы, такие, как кольцо, дерево, звезда и шина. На рис.
1
изображена обобщенная схема PON, на которой приведены практически
все возможные конфигурации. Важным в технологии PON является то, что нет необходимости
протягивать оптоволокно непосредственно к рабочим станциям пользователей. ONT
может быть соединен с офисами с помощью разнообразных сетевых технологий, использующих
в качестве сред передачи витую пару, коаксиальный кабель, а также посредством
беспроводных фиксированных сетей.

Перейдем теперь к архитектурным особенностям пассивных оптических сетей. Их определяют
две доминирующие технологии, с помощью которых осуществляется двунаправленный
широкополосный доступ. Первая опирается на распространенный механизм мультиплексирования
с разделением по времени (Time Division Multiplexing — TDM). В этом случае к
каждому абоненту поступает весь трафик, а выделение нужного пакета выполняется
терминалом ONT на основе адресной информации в заголовке (рис.
2
). Если при передаче нисходящего потока (от OLT к ONT) никаких проблем
не возникает, то при формировании восходящего потока необходимо применять какой-либо
механизм синхронизации пакетов, поскольку оптические расстояния от ONT разных
абонентов до OLT неодинаковы. Формирование восходящего потока (рис.
3
) выполняется с помощью протокола множественного доступа с разделением
по времени (Time Division Multiple Access — TDMA). Хотя широковещательный характер,
присущий TDM-архитектуре, позволяет использовать относительно простые устройства,
тем не менее она обладает рядом недостатков. В частности, поскольку приемники
внутри ONT должны обрабатывать суммарный трафик, то они требуют достаточно быстрой
электроники.

Второй технологией, на которой также базируется архитектура PON, является мультиплексирование
с разделением по длине волны (Wavelength Division Multiplexing — WDM). Пассивные
оптические терминалы демультиплексируют суммарный световой поток, доставляя каждому
ONT предназначенный только ему трафик на волне выделенной длины (рис.
4
). Приемное оборудование на обоих концах оптического канала в этом
случае проще, так как не содержит электроники, которая необходима для TDM. Конечно,
эта технология также не лишена определенных недостатков. Например, добавление
абонентского узла требует дополнительный лазерный источник с длиной волны излучаемого
света, отличной от других, и увеличения числа каналов в WDM-демультиплексоре,
что является довольно трудоемкой операцией в полевых условиях. Каскадировать демультиплексоры
также намного сложнее, чем разветвители.

Стандарты

Технология PON сравнительно молода. Она вышла из исследовательских лабораторий
благодаря группе Full Service Access Network (FSAN), сформированной в 1995 г.
компанией British Telecommunications PLC. В состав группы вошли такие компании,
как Alcatel, Fujitsu, Lucent, NEC, NTT, Siemens и Nortel Networks. Цель FSAN была
"простой": найти способы создания наиболее дешевых и скоростных сетей
доступа с полным набором служб, которые могли бы быть естественным продолжением
высокоскоростных технологий передачи данных, в частности IP-трафик, видео, 10/100
Ethernet.

Группа пришла к выводу, что наиболее подходящей транспортной технологией является ATM, которая наряду с высокой скоростью передачи данных обеспечивает объединенный трафик (голос, данные и видео) и необходимое качество сервиса (QoS). В 1999 г. были разработаны основы спецификации ATM PON и одобрены Международным телекоммуникационным союзом (ITU) под названиями G.983.1 и G.983.2.

Что касается пропускной способности, то существуют два варианта. Первый предусматривает симметричный трафик со скоростью передачи данных 155 Mbps в обоих направлениях, тогда как второй, асимметричный, устанавливает скорость 622 Mbps в нисходящем потоке и 155 Mbps в восходящем. Реальное количество поддерживаемых технологией разветвителей и длина канала зависят от используемых лазеров и потерь в оптоволокне. В стандарте ITU-G.983, например, оговариваются расстояние до 20 км и 32-канальный разветвитель.

Немного о рынке

Сегодня, по крайней мере, одиннадцать производителей объявили о наличии
у них продуктов PON, в той или иной мере доступных. Среди них — Alcatel, Lucent,
Marconi и Fujitsu. Однако наибольшее внимание к себе привлекли две новые компании
— Quantum Bridge и Terawave. В прессе появляются сообщения как о крупных контрактах,
так и о реализуемых проектах. Но пока к этой технологии, как, впрочем, и к любой
другой, еще недостаточно зрелой, рынок относится настороженно. Еще не ясно, как
она проявит себя в реальных условиях. И один из наиболее актуальных вопросов —
это обеспечение безопасности. Тем не менее в своем отчете консалтинговая компания
CIR (Communications Industry Researchers) предсказывает 20-кратное увеличение
доходов на этом рынке в течение последующих четырех лет и рост на 300%.