По долгу службы мне приходится так или иначе отслеживать новости волоконно-оптической тематики. И в очередной раз задавшись поиском интересной новости я понял, что в русскоязычном сегменте интернета практически нет информации о новых технологиях. Поэтому в своей статье я хотел бы рассказать о молодой технологии TWDM PON и как следствие о грядущей плотной интеграция пассивных сетей с WDM-составляющей и перестраиваемыми оптическими компонентами.
Технология PON на сегодняшний день является самой перспективной для предоставления услуг связи физическим лицам, юридическим лицам — в данном случае речь может идти о малом и среднем бизнесе, а также в рамках организации последней мили для операторов сотовой связи. В связи с широким спектром применения пассивных оптических сетей при создании Next-gen PON основной упор был сделан на более высокую пропускную способность сети передачи.
Существуют два основных направления развития PON — EPON-сети и GPON-сети.
Последней ступенью эволюции GPON-сетей является технология TWDM PON — Time Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Networking, пассивные оптические сети с временным и частотным (спектральным) мультиплексированием.
Технология TWDM-PON использует для организации дуплексных каналов связи четыре пары длин волн в различных спектральных диапазонах. Для формирования потоков upstream используются длины волн (?1 — ?4), для downstream (?5 – ?8).
В системах TWDM PON для передачи потоков может быть использовано три частотных диапазона: 1270-1280/1570-1580 нм — XG-PON-диапазон, 1535-1540/1553-1558 нм — С-band-диапазон, 1535-1540/1570-1580нм — С+L-band-диапазон.
Передача сигналов TWDM PON в диапазонах С-band и С+L-band позволяет использовать оптические усилители EDFA для увеличения оптического бюджета трассы.
Кроме большего количества длин волн, используемых для формирования потоков up/downstream, TWDM PON предполагает использование перестраиваемых оптических передатчиков (tunable Tx) и селективных оптических приемников (selective Rx) в станционном и оконечном оборудовании (OLT и ONU/ONT).
Использование перестраиваемых компонентов позволяет масштабировать, перестраивать сеть TWDM PON на аппаратном уровне без необходимости физически перестраивать сеть передачи.
TWDM PON позволяет, кроме гибкой настройки волн, производить тонкую настройку скорости передачи в рамках одного канала. Поддерживаются как симметричные по скорости передачи каналы связи 10G/10G и 2.5G/2.5G, так и несимметричные 10G/2.5G.
В сетях TWDM PON используют диапазоны длин волн — XG-PON диапазон, С-band диапазон и С+L-band диапазон.
1. XG-PON-диапазон. Частотный план полностью повторяет рабочие диапазоны XG-PON: 1270-1280 нм для upstream и 1570-1580 нм для downstream. Использование данного частотного плана позволяет организовывать передачу в рамках одной сети: TWDM PON, GPON, CATV.
В данной частотной сетке невозможно использование оптических усилителей EDFA, в связи с этим максимальный оптический бюджет системы составляет 33 дБ.
Использование XG-PON-диапазона оправдано при необходимости встраивать новые каналы передачи в существующую систему GPON+CATV без необходимости увеличивать оптический бюджет трассы.
2. С-band-диапазон. В данном случае частотный план представляет собой стандартный С-band-диапазон: 1535-1540 нм для upstream и 1553-1558 нм для downstream. Использование такого частотного плана позволяет организовывать передачу в рамках одной сети: TWDM PON, GPON, XG-PON.
За счет использования длин волн из С-band-диапазона появляется возможность использовать стандартные оптические усилители EDFA для DWDM-сетей с рабочим диапазоном 1529-1561 нм. Использование EDFA позволяет увеличить максимальный оптический бюджет системы до значения в 38 дБ. Оптические усилители устанавливаются на стороне головной станции, что позволяет не менять существующей архитектуры сети и не вводить в пассивную сеть дополнительные энергозависимые элементы.
Минусом использования данного частотного плана является его несовместимость с существующей сетью CATV.
3. С+L-band-диапазон. Данный частотный план предполагает использование Red-диапазона или С-minus Band 1535-1540 нм для upstream и L-minus Band 1570-1580 нм для downstream. Использование этого частотного плана позволяет организовывать передачу в рамках одной сети: TWDM PON, GPON, CATV.
Использование данного частотного плана позволяет рассчитывать на оптический бюджет до 38 дБ и одновременную передачу сигналов PON и CATV. Однако система TWDM PON на С+L-band-диапазоне имеет свои особенности, главной из которых является необходимость использования L-band-усилителей для downstream. В настоящий момент EDFA L-band диапазона мало востребованы, так как С-band полностью удовлетворяет потребности телекоммуникационного рынка.
Если сравнить существующие системы GPON с технологией TWDM PON, такие как GPON и XG PON1, то можно выделить как минимум три отличительные особенности, по которым технология TWDM является более перспективной:
Общая пропускная способность системы. Для систем GPON пропускная способность составляет 10 Гбит/с downstream и 2,5 Гбит/с upstream, в то время как пропускная способность TWDM PON это четыре независимых потока по 10 Гбит/с, что и определяет общую пропускную способность системы — 40 Гбит/с.
Частотный диапазон. Системы GPON для формирования канала связи используют две длины волны. Следует отметить, что используются достаточно широкополосные сигналы ?1±5 нм. В то время, как системы TWDM PON задействуют четыре пары длин волн с достаточно узким спектром ?1±1,6 нм. Также следует отметить, что в дальнейшем количество задействованных длин волн планируется увеличить до восьми.
Оптический бюджет. В связи с невозможностью использования оптических усилителей для систем GPON оптический бюджет ограничен <30~33 дБ в отличие от систем TWDM PON, для которых оптический бюджет достигает 38 дБ.
Исходя из вышеперечисленных отличительных особенностей TWDM PON, можно предположить два основных сценария использования подобных систем на практике:
Первым сценарием является “pay-as-you-grow”. Данный сценарий предусматривает постепенное внедрение технологии TWDM PON в рамках расширения существующей сети или на этапе развертывания новой.
Количество задействованных пар длин волн (дуплексных каналов связи) напрямую зависит от числа абонентов сети, при увеличении последних оператор может вводить новые каналы ПД в эксплуатацию без глобальной стройки ВОЛС. У оператора отпадает необходимость изначально «закладываться на будущее», появляется возможность планомерно инвестировать в развитие сети, что заметно снижает финансовые риски, а также минимизирует ошибки в стратегии развития сети.
Вторым сценарием использования систем TWDM PON является “local-loop-unbundling” (LLU). Данный сценарий предполагает совместное использование одной PON-сети несколькими операторами или намеренную фрагментацию сети одного провайдера. В сценарии LLU для каждого провайдера/оптической подсети используется определенная пара длин волн, подобный сценарий позволит снизить финансовые затраты группе операторов при постройке сети PON или увеличить отказоустойчивость сети одного оператора.
Перспективы развития технологии TWDM PON весьма впечатляющие, так как использование оптических усилителей, перестраиваемых оптических компонентов, позволяет операторам максимально гибко разворачивать и развивать пассивные оптические сети. Соответственно операторы сами могут выбрать сценарий развития сети, который наилучшим образом соответствует их бизнес модели. TWDM PON может сосуществовать с другими PON-технологиями, это также оставляет простор для роста операторов и добавления длин волн постепенно, по мере необходимости. В результате оператор может построить сеть, запустить GPON, и затем выделять длины волн для компаний–провайдеров или оставить для собственных потребностей.
Комментарии (31)
vangelfeld
09.10.2016 08:02+1ни слова не сказано о задержках :((
С учетом развития облачных сервисов и интернета вещей, снижение задержек становятся более важным параметром чем возможность достижения скорости 40 гбит.mapnik
09.10.2016 12:25+1Как правило, задержки канального уровня несравнимы с задержками вышележащих, особенно прикладного. Поэтому, будь они тут равны, например, стандартному циклу TDM в 125 мкс или превышать его в десять раз, на времени ответа S3 это скажется крайне мало.
vangelfeld
10.10.2016 00:13а можете подробнее рассказать где возникают большинство задержек и как с этим бороться?
mapnik
10.10.2016 09:09+1Наверное, в каждой отрасли своя специфика.
Там, где я знаю лучше (интернет в его WWW-проявлении), основные задержки возникают от уровня TCP и выше: 3-way handshake требует определённого времени; SSL handshake требует определённого времени; собственно обработка сервером запроса требует определённого времени, грубо говоря, на осмысление запроса, позиционирование головок винчестера, чтение нужных данных, формирование из них приемлемого по форме ответа.
Кроме того, физический уровень вносит свои задержки. Скорость света в волокне равна примерно 0.6 «це», поэтому на расстояниях в десятки тысяч километров задержка распространения сигнала становится очевидной. Плюс время на срабатывание активного сетевого оборудования (роутеров, свитчей), правда, с ростом расстояний оно становится всё меньше относительно растущей задержки физического уровня.
Как бороться — мне очевиден путь только в двух направлениях: заменять HDD на SSD и использовать более производительные процессоры на серверах и сетевом оборудовании :)
P.S. Вышеописанное справедливо для непереполненных каналов связи. Если начинают теряться пакеты — там другие задержки и другие методы.
KorDen32
09.10.2016 19:04Если я правильно понимаю, количество абонентов на одном OLT фактически будет равно текущему TDM'овскому максимуму (128, или уже есть 256-512?), помноженному на количество используемых лямбд, т.е на 4 или 8?
Еще из неясного: со стороны OLT все лямбды одного оптического луча будут в рамках одного модуля, или же это будут фактически разные порты OLT с отдельными модулями на каждую пару частот, объединяемые внешним (де)мультиплексором, который заодно и CATV будет инжектить?
NitzWalsh
09.10.2016 22:40+1На данный момент заявленная емкость системы равна 64 (на одну пару длин волн), но думается что это не надолго, так как в противном случае смысла от таких сложностей в построении нет.
На стороне OLT каждый поток генериться отдельным портом и объединяется это все действительно пассивным мультиплексором с возможностью «подмешать» КТВ сигнал. Принципиальная схема представлена на третьем рисунке;)KorDen32
10.10.2016 03:39Тогда, теоретически, могла бы быть совместимость с текущими OLT-коммутаторами — поставить новые OLT SFP-модули и новое оборудование у клиентов, а коммутатор оставить прежним — просто OLT 1-4 скажем отвечали бы уже за лямбды 1-4 в одном волокне, либо вообще на разные OLT-коммутаторы завести.
На третьем ринсунке не очевидно хотя бы из-за наличия схематичного мультиплексора у ONU — там конечно он будет прямо в ONU, поэтому я не исключал вариант просто более подробного представления схемы одного OLT-модуля.
Noeren
10.10.2016 05:07+1Я полагаю, ключевым ещё надолго останется первый сценарий развития. Не закладывать запас по волокну сегодня ещё никто не готов, железо слишком дорого. Проще зачастую заложить кабель, не 64, а, скажем 96 волокон или даже больше. Особенно это касается трасс сравнительно коротких, в городской черте, где сконцентрировано большинство абонентов — тут ведь ещё вступают в игру дополнительные сложности с тысячей и одним согласованием прокладки. К тому же, закладывая запас по волокну, провайдер ничем не рискует — если волокно хотя бы G.652D, то его впоследствии вполне можно будет употребить даже и для WDM систем, хоть и не слишком плотных.
Yastreb1332
10 лет вынужденно пользуюсь АДСЛ (частный сектор и оптику никто из провайдеров не предлагает) и вижу что придется и еще 10 лет также ей пользоваться. и это в городе миллионнике.
NitzWalsh
Странно такое читать, а как же вездесущий Ростелеком с его интернетом в каждый дом? У нас в Петербурге они уже всех
задолбалиутомили со своим PON'ом…Yastreb1332
так у меня РТК, можно сказать монополисты в частном секторе. единственные кто хотя бы АДСЛ подключают. про PON заикаются, но подключать не спешат. на все вопросы отвечают — нет технической возможности.
miron36357
Чего плакаться-то? Если очень хочется, можно самому подключиться, самому протянуть последнюю милю. Вариант с радиомостом тоже возможен.
Yastreb1332
да причем тут плакаться, тут вон уже новые технологии, а у нас еще и старые не применяют )
RicoX
Вопрос рентабельности, на 10 домохозяйств никто не будет ставить дорогое современное железо, у него период окупаемости выйдет огромный, если вообще когда-либо окупится. PON хорош для частного сектора, но нужно от 100 подключенных абонентов на OLT, меньше не имеет смысла.
sas3819
А модем сотовой связи?
Yastreb1332
у меня стабильные 8 мегабит на АДСЛ без каких либо ограничений по трафику за 450р в месяц(правда тарифы поднялись в связи с законом Яровой, но сижу пока на старом тарифе), никакой сотовый оператор ничего подобного и близко не предлагает.
sas3819
да. этого достаточно для комфортной работы.
alexover
Тут скорее проблема, мне кажется, в скорости отдачи. Сейчас у самого 8Мб adsl, для работы хватает до тех пор пока не нужно что-то куда-то залить.
FSA
Тарифы поднялись в связи с тем, что оборудование импортное и закупается за доллары. А закон Яровой — это пока дело будущего.
Clanscenic
Уж лучше ADSL, чем радиомост.
Stryker86
Тоже в городе миллионнике и практически его центре, в частном секторе уже более десятка лет пользуюсь ADSL (скорость ограничивается только возможностями линии связи). Конкурирующий провайдер с год-два назад начал тянуть PON, но если сейчас я получаю 17 Мбит down и 1 Мбит Up за 300 руб\месяц (по акции, регулярная цена 400 руб), то на PON мне предлагают заплатить 7,5 тысяч за подключение и 1500 руб\месяц за 10 Мбит и ТВ (которое мне не нужно). 20, 50 и 100 Мбит — по уже совсем заоблачным ценам… Объясняют, естественно, это тем, что линия и оборудование стОит очень много денег, и они попилили эту стоимость между единоразовым платежом и абоненткой. Но я готов сейчас заплатить 20к за подключение (узнавал у работников провайдера примерную сумму) и потом по 300 рублей за 100 Мбит (как у этого же провайдера на тарифах для многоэтажек), чем в 3 раза меньше сначала, но каждый месяц переплачивать в 5-10 раз…
Yastreb1332
это да, в моем городе РТК за 100 мегабит по оптике просит 650р, за 50 мегабит 550р и так далее.
то есть я плачу за 8 мегабит 450р(сейчас этот же тариф стоит 650р) + 174р за обслуживание линии что в сумме 624р(824р) и при это 100 мегабит они же продают за 650р.
Stepler
Сижу в Донецке, пару километров до линии фронта. У меня оптика в дом заходит. Бывает после бомбёжки порвёт, но оперативно ремонтируют. Оплачиваю примерно 200 рублей за 20 Мегабит.
0xcffaedfe
А у нас в Петербурге, в старый фонд отказываются тащить. Не приоритет.
NitzWalsh
Это весьма объяснимо, в центре мало (по сравнению со спальными районами) абонентов и удобство прокладки кабелей внутри старых зданий очень сомнительное удовольствие. В старом фонде, на сколько я помню с присутствием хоть каких то операторов печально, мало кто хочет заморачиваться.
Inojj
Не скажу за Питер в пределах КАДа, но за пределами его, Ростелеком не особо торопится подключать дома по оптике, как лет 8 назад подключили первые дома, после этого добавили около 10 домов.
Noeren
Ну и немного «с обратной стороны» медали…
Небольшой сибирский городок, немного за 500к населения. Подключён по оптике, все друзья и знакомые по городу подключены по оптике. Скорость тоже отличная, не жалуюсь. По деньгам — около 400 рублей в месяц.
mvalery
В Израиле те же проблемы. Всё страна на ADSL по цене 1700 руб/мес.
FSA
Работал в Ростелекоме в небольшом городе. Тогда ещё обвязывали оптикой многоэтажки. Потом многоэтажки закончились, взялись за двхэтаки. Потом стали задумываться о частном секторе… но тут упал рубль… и частный сектор ушёл в будущее. Сейчас ухеал из своего родного города. Но говорят там появился альтернативщик и тянет оптику по частному сектору. Чем-то даже моих бывших коллег может обрадовать благодаря тому, что закрывает районы где медь ни к чёрту. В этой ситуации остаётся только один вопрос: каналы у Ростелекома «резиновые», а вот у альтернативщика неизвестно.
Кстати, PON — мною предпочитаемая технология, поскольку на пути от станции до квартиры нет ничего активного и грозы не страшны. А когда к тебе в квартиру заходит витуха, ещё неизвестно как организовано бесперебойное питание на ближайшем коммутаторе и, не прилетит ли в твой роутер чего-нибудь в грозу по этому кабелю.
flyme
В городе население 14к. Подключен тоже по адсл. Есть два провайдера, но подключене которых стоит 1200-1500 грн с не критичной разницей в скорости.
zoonim116
Это стандартная цена за подключение для частного сектора или его округи. Так что сумма довольно вменяемая, при том что цена медиаконвертера начинается от 500 грн за самый убогий.