Пассивная оптическая ЛВС (POL) и перспективы её применения

ПредисловиеВ настоящее время большинство корпоративных сетей используют традиционные локальные сети на медных проводах, у которых проявляется всё больше недостатков. С быстрым развитием облачных вычислений, больших данных и видео 4K всё больше предприятий постепенно мигрируют в облачные центры обработки данных. Вследствие этого меняется трафик и архитектура: основной объём трафика переместился с локальной коммутации на облачную. С другой стороны, взрывной рост видео, Интернета вещей и интернета предъявляет всё более высокие требования к высокой пропускной способности и низкой задержке. В эпоху цифровой трансформации предприятиям крайне необходима сеть, способная обеспечить подключение всех «вещей», и сеть POL является наилучшим выбором.

I. Введение в POL

1.1 Обзор POL

POL — это корпоративная локальная сеть на базе технологии PON, предоставляющая пользователям интегрированные услуги передачи данных, голоса, видео и другие сервисы по оптическим волокнам. Это не новая технология, а применение давно зарекомендовавшей себя в сетях интернет-провайдеров технологии PON к корпоративным сетям. POL способна принести большую ценность клиентам, не изменяя при этом существующее планирование бизнеса и привычный способ подключения к сети, и может обеспечить все функции традиционной локальной сети.

1.2 Топология POL

POL предоставляет сеть передачи данных второго уровня (Layer 2), использует технологию PON для обеспечения гигабитного доступа пользователю и объединяет по одному оптическому волокну несколько сервисов, таких как видео, данные, беспроводная связь и голос.

Топология POL:

1.3 Сравнение POL и традиционной локальной сети

В сети POL агрегационный коммутатор традиционной локальной сети заменяется на OLT, медный кабель — на оптическое волокно, а коммутатор доступа — на пассивный оптический сплиттер. ONU выполняет функции второго/третьего уровня и предоставляет услуги передачи данных, голоса и видео по проводному или беспроводному подключению.
Нисходящий поток сети PON использует широковещательный режим: оптический сигнал отправляется OLT и через оптический сплиттер разделяется на несколько оптических сигналов с одинаковой информацией для каждого ONU. ONU избирательно принимает собственные пакеты согласно меткам в сообщении и отбрасывает пакеты с несовпадающими метками.

Восходящий поток сети PON: OLT единообразно распределяет временные слоты каждому ONU. ONU строго передаёт сигналы в соответствии с этим окном временного слота. ONU отключает оптический порт, когда временной слот ему не принадлежит. Механизм планирования восходящего временного окна сильно зависит от технологии измерения расстояния PON.
Понимание принципов технологии PON поможет нам более квалифицированно применять эту технологию при проектировании сетей. Особого внимания требуют пассивный характер оптической распределительной сети (не требуется электропитание) и планирование распределённой структуры, обусловленное отличием от традиционных коммутаторов. Чтобы обеспечить двунаправленную передачу пакетов по одножильному волокну, в PON используется технология разделения по длине волны для одновременной двусторонней передачи сигналов. Восходящие и нисходящие сигналы передаются на разных длинах волн, но по одному волокну. Направление от OLT к ONU/ONT является нисходящим, а обратное — восходящим. Нисходящее направление использует длину волны 1490 нм, восходящее — 1310 нм.
Сравнение линейной структуры:

Сравнение выбора оборудования:

II. Анализ преимуществ POL

Из сравнения POL и традиционной локальной сети в предыдущем разделе мы можем увидеть проблемы традиционных сетей и уникальные преимущества POL.

Проблемы традиционных локальных сетей:

Большое количество коммутаторов занимает пространство компьютерного зала, высокое энергопотребление и сложность теплоотвода.

Сложное соединение агрегационных маршрутизаторов, занимает пространство трубопроводов, затрудняя прокладку и обслуживание.

Коммутаторы распределены по объекту, управление усложнено, требуется большая бригада обслуживания.
Ограничение дальности передачи.

Добавление нового сетевого оборудования усложнено.

Сложность модернизации и расширения сети.

По дальности передачи, плавной модернизации сети, высокой надёжности, гибкости построения, простоте развёртывания и упрощённой эксплуатации и обслуживанию традиционные системы структурированной кабельной системы полностью уступают POL. POL объединяет передачу в рамках традиционной структурированной кабельной системы с волокном до рабочего места, до пользовательского блока и до общественных зон и превращает исходную трехуровневую сеть в плоскую архитектуру Layer 2. Предприятия могут объединить различные системы, такие как передача данных, голоса, видеонаблюдение и беспроводной доступ, в единую оптоволоконную сеть, что даёт неоспоримые преимущества перед традиционной структурированной кабельной системой.

Анализ преимуществ POL:

Передовая архитектураСеть POL использует одномодовое волокно с практически неограниченным потенциалом пропускной способности и возможностью плавного наращивания по требованию.

Безопасность и надёжностьПолностью оптоволоконная передача, защита от перехвата и электромагнитных помех; устройства PON обладают мощной защитой от DoS-атак, снижая количество сетевых атак.

Конвергентная передачаРешение POL объединяет передачу данных, голоса, видео и других сервисов в одной сети.

Экономия пространстваРешение POL является сверхконвергентным. На территории предприятия достаточно выделить одно центральное машинное помещение, много этажных аппаратных не требуется.

Широкая зона охватаЗона покрытия составляет 20 км, что отвечает требованиям покрытия сверхвысоких зданий и очень крупных территорий.

Экологичность и энергосбережениеРешение POL использует пассивные оптические сплиттеры вместо оборудования агрегации традиционной сети, при этом в аппаратной не требуется кондиционирование, что повышает энергоэффективность.

Удобство обслуживанияТехнология PON использует централизованное управление, что позволяет избежать недостатков децентрализованного управления традиционных схем и снизить сложность эксплуатации и обслуживания.

Преимущество в стоимостиИсходя из предыдущего опыта, на примере 1000 точек подключения выбор метода FTTD (Fiber To The Desktop) в POL обеспечит экономию 15% по сравнению с традиционными сетями на коммутаторах, а выбор FTTO (Fiber To The Office) — экономию более 58% по сравнению с сетями на коммутаторах.

III. Перспективы развития POL

В настоящее время POL находится на ранних стадиях развития, текущий уровень внедрения невысок, но в ближайшие пять лет ожидаются значительные изменения. Степень выбора решений POL корпоративными пользователями пока недостаточна, однако производители и общественные группы активно продвигают эту технологию, а потребности Интернета вещей станут важной движущей силой для внедрения POL.

Когда говорят о сценариях применения POL, большинство людей может вспомнить корпоративные офисы, университетские кампусы и гостиницы. Нельзя отрицать, что эти места являются наиболее массовыми, но исходя из уникальных преимуществ POL можно видеть, что POL помогает снизить энергопотребление и эксплуатационные расходы. Интернет вещей является ключом к тому, чтобы предприятия по-настоящему стали применять технологию POL. В решениях Интернета вещей множество оконечных устройств, рассредоточенных по разным местам, нуждаются в подключении к сети. Традиционные локальные сети не могут удовлетворить такой спрос, а POL может стать мостом для устранения этого разрыва. Поэтому POL найдёт более широкое применение в городской инфраструктуре, на производстве, в обрабатывающей промышленности, солнечной и ветровой энергетике и умной энергетике. Причина в том, что кабельные линии на таких промышленных объектах обычно имеют протяжённость в несколько миль, тогда как POL может обеспечить передачу на большое расстояние, а узлы могут развёртываться вдоль линии с помощью многоволоконных кабелей и оптических сплиттеров. Взять, например, производство: здесь используются датчики, такие как расходомеры, фильтры или температурные сенсоры, которым необходимо подключение к интернету, а традиционным локальным сетям сложно удовлетворить их потребности в построении сети. Требуется способность стабильно работать в условиях эксплуатации этих датчиков, не создавая электромагнитных помех и излучений. POL — это именно такая технология. Она обладает большой дальностью передачи, возможностью создания сети через оптический сплиттер, не создаёт электромагнитных помех и излучений и может использоваться для подключения большинства устройств. Она крайне востребована в производственной и обрабатывающей отраслях, в сценариях с большой площадью и широкой зоной покрытия.

POL — удивительная технология, потому что она основана на передаче по оптоволокну, имеет простую структуру сети, удобна в управлении и обладает определёнными преимуществами в стоимости строительства и эксплуатации. По мере развития предприятий пользователи предъявляют более высокие требования к пропускной способности, и использование оптоволокна будет становиться всё более распространённым, расширяясь от кампусных и магистральных сетей в область доступа. ИТ-пользователи пытаются принять её, и хорошая технология докажет свою ценность со временем. Но следует признать, что продвижение POL всё ещё сталкивается с огромным сопротивлением. Предприятия, вложившие значительные средства в традиционные локальные сети, могут не переходить на POL, по крайней мере, не сразу. Для небольших организаций решения POL могут быть не лучшей идеей. По сравнению с сетями на основе витой пары пользователь может не использовать всю пропускную способность, которую способна предоставить POL, и решение может оказаться очень дорогим. Поэтому в будущем обе технологии, вероятно, будут сосуществовать, и POL станет использоваться для восполнения функций, которые не может реализовать традиционная локальная сеть. Кроме того, тем, кто знаком с традиционными сетевыми технологиями, требуется время, чтобы постепенно изучить, адаптироваться, освоить и применять технологию POL.

Резюме:

С интеллектуализацией городов, внедрением облачных вычислений и больших данных, а также распространением Интернета вещей всё больше корпоративных приложений в будущем станут облачными. Для корпоративных сетей цифровая трансформация неизбежна, и для этого нужна простая сеть. POL обладает характеристиками «одна сеть для множества сервисов», экономичностью, простотой, гибкостью, безопасностью и надёжностью, эффективно поддерживая цифровизацию предприятия. Поэтому она становится лучшим выбором для цифровой трансформации в образовании, гостиничном бизнесе, электроэнергетике, транспорте, умной безопасности, промышленности и других отраслях. По мере постепенного роста признания со стороны клиентов экосистема также растёт. Я уверен, что POL продолжит быстро развиваться в будущем.