Развитие и перспективы PON

Что такое PON

PON — это типичная пассивная оптоволоконная сеть, что означает, что оптическая распределительная сеть не содержит никаких электронных устройств и источников питания, ODN полностью состоит из пассивных устройств, таких как оптические разветвители, и не требует дорогостоящего активного электронного оборудования. Пассивная оптическая сеть включает в себя оптический линейный терминал (OLT), установленный на центральной станции управления, и несколько соответствующих оптических сетевых устройств (ONU), установленных в помещениях пользователей. В отрасли всегда считалось, что пассивная оптическая сеть (PON) является будущим направлением развития сети доступа. С одной стороны, потому что предоставляемая ею пропускная способность может удовлетворить потребности различных широкополосных услуг сейчас и в будущем, и в целом она рассматривается как решение проблемы широкополосного доступа; с другой стороны, ее расходы как с точки зрения стоимости оборудования, так и эксплуатационных расходов относительно невысоки. Комплексный экономический и технический анализ показывает, что PON является основной технологией для FTTB/FTTH.

Развитие PON

PON (пассивная оптическая сеть) — это технология пассивного оптического доступа «точка-многоточка», которая возникла в 1990-х годах. От развития узкополосной PON до различных технологий широкополосной PON развитие технологии PON прошло несколько этапов.

Технология узкополосной PON — это самая ранняя предложенная технология PON, которая могла предоставлять только узкополосные услуги, такие как POTS или ISDN, со скоростью доступа ниже 2 Мбит/с. Однако из-за несогласованности спецификаций различных производителей и невозможности достичь соглашения в то время до сих пор не существует единого и полного стандарта на технологию узкополосной PON. В эпоху постоянного развития Интернета узкополосная PON уже давно ушла с исторической сцены, а затем в середине 1990-х годов появилась технология APON. APON использовала протокол ATM, который в то время рассматривался как способный предоставлять различные типы связи, в качестве транспортного протокола, а скорость передачи значительно возросла. Позже, с быстрым развитием технологии Ethernet, APON в основном перестала применяться, и появилась концепция широкополосной пассивной оптической сети BPON. BPON является усовершенствованием после стандарта APON и также основана на протоколе ATM, при этом скорость как в восходящем, так и в нисходящем направлении значительно возросла. Первый международный стандарт для систем PON, ITU-T G.983.1, выпущенный в 1998 году, обычно называют стандартом BPON.

С наступлением XXI века, с упадком технологии ATM и стремительным ростом технологии IP Интернета, дорогостоящее развертывание технологии BPON стало несколько устаревшим. В это время отрасль надеялась разработать новую систему PON, чтобы заменить устаревшую технологию BPON. В этом контексте IEEE и ITU-T последовательно инициировали стандартизацию EPON и GPON в 2000 и 2001 годах, а в 2004 году выпустили завершенные стандарты, заложив основу для широкого применения EPON и GPON в современных сетях. Стандарт EPON был разработан рабочей группой IEEE EFM (Ethernet in the First Mile) и утвержден IEEE как стандарт IEEE 802.3ah в сентябре 2004 года. Стандарт GPON стандартизирован Исследовательской группой 15 ITU-T. Стандарты, связанные с GPON, включают шесть стандартов G.984.1-G.984.6, охватывающих архитектуру системы GPON, уровни, связанные с физической средой, уровень конвергенции передачи, протоколы управления ONU и правила использования расширенного диапазона длин волн и увеличения расстояния. По сравнению с системой BPON скорости восходящего и нисходящего потоков EPON и GPON значительно возросли. Пропускная способность восходящего и нисходящего каналов EPON составляет 1,25 Гбит/с, в то время как нисходящая пропускная способность GPON составляет 2,5 Гбит/с, а восходящая — 1,25 Гбит/с.

С быстрым ростом объемов IP-трафика и постоянным увеличением числа пользователей появились также 10GEPON и XG-PON, поддерживающие более высокий коэффициент разделения и большую пропускную способность. Начиная с 2005 года, IEEE и ITU последовательно проводили исследования по стандартизации систем PON следующего поколения. IEEE в 2006 году создал проект и приступил к разработке стандарта IEEE 802.3av для систем EPON со скоростью 10 Гбит/с. В этом стандарте 10G EPON подразделяется на два типа. Первый — асимметричный вариант, то есть скорость нисходящего потока составляет 10 Гбит/с, но скорость восходящего потока такая же, как у EPON, и остается 1 Гбит/с. Второй — симметричный вариант, при котором скорости как в восходящем, так и в нисходящем направлениях равны 10 Гбит/с. Являясь первой зрелой технологией PON следующего поколения, технология 10GEPON соответствует тенденциям развития сети. Она обладает преимуществами большой полосы пропускания, большого оптического разделения, совместимости с EPON, единого управления сетью и плавного обновления. ITU начал исследование стандарта GPON следующего поколения в 2008 году и утвердил его в 2010 году. В настоящее время он называется стандартом XG-PON. Стандарты XG-PON серии ITU-T G.987 выпускаются один за другим. Скорость на физическом уровне, предусмотренная XG-PON в настоящее время, является асимметричной, то есть скорость нисходящего потока составляет 10 Гбит/с, а восходящего — 2,5 Гбит/с. В 2015 году симметричное решение XGPON, отмененное в 2013 году, было вновь запущено под новым названием XGSPON. В отличие от XGPON, скорости восходящего и нисходящего потоков XGSPON равны 10 Гбит/с, и ITU официально принял международный стандарт G.9807 XGSPON в 2017 году. В последние годы стремительно развиваются интернет-приложения, такие как видео и игры, и пользователи предъявляют высокий спрос на широкополосный доступ, что еще больше стимулирует зрелость производственной цепочки 10GPON. В некоторых городах Китая уже началось коммерческое развертывание 10G PON.

После утверждения стандарта XGPON организация FSAN начала исследование NG-PON2. Его ключевые требования включают в основном 40G нисходящего потока и 40G/10G восходящего потока, достижение дальности передачи 20 км и коэффициента разделения 1:64. В то время основными альтернативными техническими решениями для NG-PON2 были высокоскоростной TDMA-PON, TWDM PON, OFDM-PON и WDM-PON. После анализа и сравнения в апреле 2012 года FSAN решила принять технологию TWDM PON в качестве реализации NG-PON2 и приступила к разработке серии стандартов G.989.x, которая была завершена в 2015 году. IEEE начала исследование NG-EPON в 2013 году и приступила к разработке стандарта 100G-EPON в июле 2015 года, получившего название IEEE802.3ca, с планами выпуска в течение этого года.

Будущее PON

Нетрудно представить, что в будущем нам понадобится технология PON с большей пропускной способностью, большим количеством пользователей и более высокой эффективностью. 25G/50G/100GPON уже включены в повестку дня организаций по стандартизации. В феврале 2018 года отрасль оптических сетей доступа Китая успешно продвинула создание стандарта 50G TDM-PON, что ознаменовало ключевой шаг, предпринятый ITU-T в области исследований стандартов PON следующего поколения. Хотя IEEE не принял предложение о создании проекта одноволнового 50G PON, это по крайней мере прояснило будущий путь технологической эволюции PON. Что касается будущей технологии 100G PON, производители телекоммуникационного оборудования Китая активно исследуют технологию 100G PON, чтобы совместно продвигать разработку стандартов и зрелость производственной цепочки. Применение 100G PON — лишь вопрос времени.

С развитием времени и постоянным прогрессом науки и техники технологии 200G/5OOG/1000G и даже более высокие PON будут медленно реализовываться. Однако, помимо изучения технологий PON следующего поколения, отрасль также уделяет пристальное внимание очень важному вопросу. А именно конвергенции двух технических школ ITU-T и IEEE. Длительное сосуществование EPON и GPON на самом деле очень неблагоприятно для отрасли. С одной стороны, это создает трудности при принятии технических решений операторами и при выборе оборудования; с другой стороны, это увеличивает стоимость производственной цепочки, и предприятиям цепочки приходится инвестировать в две линии. Особенно для огромного рынка оптических сетей доступа, такого как Китай, влияние дифференциации технических направлений PON еще больше и приводит к большей трате ресурсов. В последние годы под активным давлением отечественной и зарубежной промышленности ITU-T и IEEE также предприняли некоторые позитивные «шаги», включая выпуск совместных заявлений, формирование рабочих групп и создание механизмов обмена письмами. Но на данный момент потребуется длительное время, чтобы действительно достичь окончательной интеграции.