[Из песочницы] Следующий шаг PON-сетей
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 (λ1 — λ4), для downstream (λ5 — λ8).
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 λ1±5 нм. В то время, как системы TWDM PON задействуют четыре пары длин волн с достаточно узким спектром λ1±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.
