Развертывание технологии 10G PON стало отраслевым консенсусом.

Активно продвигая программы «broadband China» и «speed up and down payment», широкополосная сеть играет всё более заметную роль как базовая платформа для экономического и социального развития. Приложения для интернет-видео стремительно набирают популярность, также растёт объём высокоскоростных услуг, таких как 4K/8K HD, облачные сервисы для дома и видео. В условиях жёсткой рыночной конкуренции операторы повсеместно предоставляют доступ на скоростях в сотни мегабит (100M, 200M, 500M), а в некоторых развитых регионах в качестве ориентира запускают гигабитные услуги.

В настоящее время в Китае широко развёрнуты технологии 1G-EPON и GPON. Стимулирующая политика, конкурентное давление и растущий спрос подталкивают сети широкополосного доступа к переходу на мегабитные и гигабитные скорости. Для удовлетворения потребностей пользователей необходимо обновлять технологии доступа на основе нового поколения PON со скоростью 10G, к которым относятся 10G EPON, XG-PON и XGS-PON.

Технология 10G-EPON достигла зрелости

Стандарт 10G-EPON — IEEE802.3av (позднее включён в IEEE802.3), который предусматривает симметричный 10G/10G и асимметричный 10G/1G режимы. В настоящее время технология и оборудование 10G-EPON хорошо отработаны; China Telecom успешно реализовала 10G-EPON на уровне чипов и систем ещё в 2011 году. Устройства 10G-EPON массово внедрены в сценариях FTTB и начали применяться в FTTH. Из-за разницы в стоимости симметричных и асимметричных оптических модулей, чтобы сократить номенклатуру плат, на стороне OLT развёртываются в основном симметричные порты 10G-EPON. Порты 10G-EPON на OLT совместимы с тремя типами ONU: симметричными 10G/10G, асимметричными 10G/1G ONU 10G-EPON и ONU 1G/1G EPON, что позволяет гибко выбирать ONU в соответствии с потребностями пользователей.

В последнее время China Telecom уделяет особое внимание сужению диапазона восходящих длин волн 10G/1G EPON. Согласно стандарту IEEE802.3, восходящий диапазон 10G/1G EPON составляет 1260–1360 нм. Такое определение необходимо для совместимости с восходящим диапазоном 1G-EPON, однако главный недостаток заключается в том, что он занимает ценные ресурсы O-диапазона шириной 100 нм. China Telecom предложила сузить диапазон до 1260–1280 нм (как показано на рисунке 1), что соответствует восходящему диапазону 10G/10G EPON. Пока ONU 10G/1G EPON не развёрнуты в масштабах FTTH, такое сужение восходящего диапазона позволит сохранить ресурсы O-диапазона для будущих технологий PON, что крайне важно для обеспечения устойчивого развития PON-сетей.

Рисунок 1. Сужение диапазона восходящих длин волн

Развитие технологии XG-PON и схема сосуществования

Стандарт XG-PON определён серией рекомендаций ITU-T G.987 и представляет собой асимметричный режим со скоростью нисходящего потока 10 Гбит/с и восходящего 2,5 Гбит/с. В настоящее время технология и оборудование XG-PON хорошо отработаны. China Telecom, в частности, успешно провела лабораторные испытания XG-PON в 2016 году после почти двух лет тестирования, после чего были выполнены полевые испытания. В ближайшее время XG-PON будет развёртываться в сценариях FTTH.

Развёртывание XG-PON должно учитывать необходимость сосуществования с GPON. Из-за различий в стандартах GPON и XG-PON и разных восходящих диапазонов длин волн эти технологии сосуществуют по-разному. Существует два основных варианта сосуществования: первый — с использованием фильтра WDM1r (как показано на рисунке 2), описанного в стандартах ITU-T; второй — сосуществование через двухрежимный порт GPON/XG-PON (оптический модуль), что является инновационным решением, предложенным China Telecom (рисунок 3). Основная цель предложенного China Telecom решения — избежать дополнительных вносимых потерь около 1,5 дБ, характерных для схемы с WDM1r, которые приводят к ужесточению бюджета мощности или его нехватке; кроме того, такое решение проще в реализации. В целом, эти два подхода различаются по таким параметрам, как наличие дополнительных потерь в ODN, сложность модернизации, сложность разработки оборудования и возможность использования существующих ресурсов (сравнение приведено в таблице 1), и у каждого есть свои сценарии применения. В настоящее время оба способа сосуществования, особенно двухрежимный PON GPON/XG-PON, проверены лабораторными и полевыми испытаниями.

Рисунок 2. Сосуществование GPON и XG-PON с использованием WDM1r

Рисунок 3. Сосуществование GPON и XG-PON через двухрежимный PON (оптический модуль)

Таблица 1. Сравнение способов сосуществования GPON и XG-PON

Двухрежимный PON обычно реализует два уровня бюджета мощности: первый объединяет GPON Class B+ и XG-PON Class N1, второй — GPON Class C+ и XG-PON Class N2a. Из-за различий стандартов GPON и XG-PON бюджеты мощности немного отличаются (GPON Class B+ — 28 дБ, XG-PON Class N1 — 29 дБ; GPON Class C+ — 32 дБ, XG-PON Class N2a — 31 дБ), поэтому при интеграции необходимо выработать единое значение бюджета. Учитывая, что двухрежимный PON должен быть совместим с уже развёрнутыми ONU GPON, целесообразно ориентироваться на бюджет GPON (см. рисунок 4). China Telecom предложила для двухрежимного PON два уровня — Class D1 (28 дБ) и Class D2 (32 дБ) — и, внеся небольшие коррективы относительно стандарта ITU-T, сформировала конкретные показатели параметров оптического интерфейса. Следует отметить, что эти показатели относятся только к стороне OLT, параметры оптического интерфейса ONU остаются неизменными.

Рисунок 4. Схема уровней бюджета мощности для двухрежимного порта PON

Развитие технологии XGS-PON и стратегия развёртывания

XGS-PON — новейшая симметричная PON-технология ITU-T со скоростью 10 Гбит/с, стандарт которой G.9807.1 был опубликован в июне 2016 года. Существуют два основных сценария развёртывания XGS-PON. Первый (рисунок 5) предполагает непосредственное использование XGS-PON на стороне OLT, при этом возможны варианты сосуществования GPON и XGS-PON с помощью WDM1r или поддержка сосуществования GPON/XG-PON/XGS-PON. Поскольку OLT XGS-PON совместим с ONU XG-PON и XGS-PON (при использовании Basic wavelength set OLT поддерживает прием со скоростью 10G и 2.5G), дополнительное оборудование XG-PON на стороне OLT не требуется. Второй сценарий (рисунок 6) делает ставку на XG-PON на OLT для удовлетворения потребностей основного жилого сектора; XGS-PON развёртывается по мере необходимости в специальных случаях с высокими требованиями к восходящей полосе (например, корпоративные клиенты), без обеспечения сосуществования с GPON.

С учётом различного состояния сетей и разных сроков внедрения разные операторы могут выбирать разные стратегии развёртывания XGS-PON. Поскольку стандарт XGS-PON утверждён ITU-T относительно недавно, зрелость оборудования и совместимость ещё не полностью проверены; кроме того, разница в стоимости портов XGS-PON и XG-PON на OLT пока заметна, а спрос со стороны бытовых абонентов остаётся преимущественно асимметричным. Поэтому на ближайшем этапе целесообразно развёртывать XGS-PON по второму сценарию.

(a) Сосуществование GPON и XGS-PON с WDM1r

(b) Режим PON с поддержкой сосуществования GPON/XG-PON/XGS-PON
Рисунок 5. Модель развёртывания XGS-PON I

GPON и XG-PON сосуществуют с использованием WDM1r

GPON и XG-PON сосуществуют через двухрежимный PON GPON/XG-PON

Рисунок 6. Модель развёртывания XGS-PON II

Интеграция PON становится важной тенденцией будущего

Что касается дальнейшей эволюции технологий PON, ITU-T разработал NG-PON2 (серия G.989), а целевая группа IEEE 802.3ca работает над 100G-EPON (с тремя скоростями: 25G, 50G, 100G), однако «слияние PON» (PON fusion) заслуживает особого внимания. Долгое время стандарты PON в ITU-T и IEEE развивались независимо, образуя две крупные системы, хотя решаемые ими задачи во многом совпадают. Это приводило к значительным издержкам при разработке оборудования и усложняло развёртывание сетей. Слияние PON способно принести ощутимую выгоду всем звеньям отраслевой цепочки — операторам, производителям оборудования, микросхем и компонентов. С ноября 2016 года эта тема обсуждается на форуме Broadband Forum как принцип и направление, находя всё более широкое признание. Однако реализация слияния PON — процесс долгий и сложный. В настоящее время сложилось общее мнение, что менять области исследований и механизмы работы существующих организаций по стандартизации непросто; интеграция PON должна осуществляться прежде всего инициативой членов этих организаций.

Для продвижения интеграции PON необходимо вести работу как по нетехническим, так и по техническим направлениям. Нетехнические факторы имеют большее значение, потому что в нынешних двух системах стандартов PON присутствуют и нетехнические препятствия. Следует искать эффективные механизмы координации между разными организациями по стандартизации, постепенно выстраивать консенсус, снимать опасения, связанные со слиянием PON, и добиваться того, чтобы новые стандарты способствовали интеграции. В техническом плане необходимо постепенно сближать сроки внедрения, скорости, бюджеты мощности и схемы сосуществования для следующего поколения PON между ITU-T и IEEE; одновременно нужно проанализировать ключевые вопросы, такие как использование одной или нескольких длин волн, скорость на каждой длине волны, фиксированные или перестраиваемые длины волн, чтобы выбрать наиболее подходящее техническое направление для объединённого PON.

Поскольку Китай стал крупнейшим рынком PON в мире, китайские операторы и производители должны играть более активную роль в продвижении интеграции PON. На состоявшемся в середине июля 2017 года заседании IEEE 802.3ca совместное предложение, выдвинутое при поддержке китайских операторов и вендоров, нацеленное на слияние PON в рамках 25G, 50G и 100G EPON, получило широкую поддержку; временные рамки разработки стандартов были скорректированы с учётом интеграции PON, началось обсуждение способов реализации 50G и 100G EPON, и слияние PON сделало уверенный шаг вперёд.