Klasyfikacja sieci FTTH

p2p (punkt-punkt)

W sieci P2P abonent podłączany jest do centrali parą włókien z transmisją jednokierunkową lub pojedynczym włóknem z transmisją dwukierunkową. Budujemy zatem pełny tor transmisyjny pozwalający zapewnić nielimitowane pasmo, zależne wyłącznie od urządzeń nadawczo-odbiorczych. Dzięki temu, że do każdego abonenta doprowadzana jest oddzielna wiązka światłowodowa, zapewniamy mu niepodzielne pasmo. Wiąże się z tym spory problem – cena. W przypadku gdy chcemy doprowadzić łącze z odległej centrali do abonenta musimy poprowadzić ogromną ilość kabli światłowodowych, a w centrali musimy dysponować dużą liczbę sprzętu aktywnego zaopatrzonego w ogromną ilość interfejsów.

Zgodnie z podziałem ze schematu na górze, sieci P2P są realizowane w dwóch wariantach:

Bezpośredni tor optyczny

Do każdego abonenta doprowadzone jest jedno włókno (transmisja dwukierunkowa) lub dwa włókna (transmisja jednokierunkowa).

Aktywna gwiazda

Sieć wykorzystująca Ethernet do przenoszenia usług pomię­dzy wszystkimi urządzeniami aktywnymi. Węzłami w aktywnych sieciach optycznych mogą być urządzenia warstwy 2 – przełączniki Ethernetowe, lub urządzenia warstwy 3 – rutery IP. Wybór warstwy, w której pracuje sprzęt w sieci dostępowej, jest zdeterminowany przez wiele czynników takich jak: skalowalność rozwiązania, bezpieczeństwo, koszt, dostępność ze­standaryzowanych interfejsów, wymogi odnośnie nadzoru sieci itp.
Węzeł sieci dostępowej jest podłączony do sieci metropolitalnej, gdzie uzyskuje dostęp do zasobów dostawców usług. Zazwyczaj węzeł sieci dostępowej stanowi ruter IP. Ruch IP jest przekierowywany przez węzły dystrybucyjne i dalej do konkretnych urządzeń abonenckich.

p2mp (punkt-wielopunkt) czyli pon

W przeciwieństwie do aktywnych sieci P2P infrastruktura budowana w architek­turze punkt–wielopunkt jest całkowicie pasywna, stąd bardzo częste określanie jej terminem pasywnej sieci optycznej PON. Oznacza to, że pomiędzy centralą i abonen­tem nie ma żadnego aktywnego składnika toru transmisyjnego. Podział sygnału odby­wa się wyłącznie dzięki pasywnemu, tzn. niezasilanemu energią elektryczną, elemen­towi optycznemu zwanemu splitterem.

Nazwa „punkt–wielopunkt” wskazuje jednoznacznie, że włókno światłowodo­we przychodzące z centrali do punktu dostępowego w osiedlu jest współ­dzielone między wielu użytkowników (zazwyczaj od 16 do 64). Współdzielenie zasobów fizycznych niesie ze sobą ko­nieczność podziału dostępnego pasma transmisyjnego między użytkowników korzystających z takiej sieci.

Podział sieci pasywnych PON (punkt-wielopunkt)

BPON

(ang. Broadband Passive Optical Network) jest jednym z najbardziej dojrzałych systemów PON wykorzysty­wanych obecnie. Bazuje on na zaleceniu ITU-T G.983. Jako protokół transportowy wykorzystywany jest w nim ATM trybie:

• symetrycznym – 155,52 Mb/s oraz 622,089 Mb/s w obu kierunkach,
• asymetrycznym – 1244,16 Mb/s do użytkownika oraz 155,52 Mb/s lub 622,08 Mb/s od użytkownika.

System BPON bazuje na międzypa­smowej transmisji WDM gdzie dla ru­chu do użytkownika wykorzystywana jest długość fali 1490 nm, podczas gdy transmisja od użytkownika odbywa się na długości fali 1310 nm. Długość fali 1550 nm może być wykorzystywana do zapewnienia dodatkowych funkcjonal­ności transmisyjnych.

Systemy BPON gwarantują współczynnik podziału 1:16 lub 1:32. Maksymalny zasięg fizyczny w ich przypadku wynosi 20 km.
Optyczna sieć dystrybucyjna wspiera trzy klasy o następujących budżetach tłumienia:

• Klasa A: min 5 dB, maks. 20 dB
• Klasa B: min 10 dB, maks. 25 dB
• Klasa C: min 15 dB, maks. 30 dB

EPON

(ang. Ethernet Passive Optical Network) bazuje na normie IEEE 802.3ah. Podstawowym założe­niem projektowanej sieci była prostota, co znalazło odzwierciedlenie w pakietowej transmi­sji do i od użytkownika o symetrycznej przepływności 1250 Mb/s.
W systemach EPON długość fali 1490 nm wykorzystywana jest do trans­misji danych do użytkownika, a długość fali 1310 nm do transmisji danych od użyt­kownika. Okno 1550 nm zarezerwowane jest dla późniejszej rozbudowy oraz do­datkowych aplikacji.

Standard EPON wspiera do 32 urzą­dzeń ONU przy transmisji z korekcją błę­dów FEC lub do 16 ONU bez FEC. Przy zachowaniu minimalnego współczynni­ka podziału 1:16 budżet mocy optycznej wynosi 24 dB.

Ze względu na fakt, że podane po­wyżej rozwiązania bazują na multiplek­sacji TDM, określane są one mianem TDM-PON. W OLT źródło światła stanowi zazwyczaj laser DFB, podczas gdy w ONU źródłem może być zarówno laser Fabry-Perota, jak i laser DFB.

GPON

(ang. Gigabit Passive Optical Network)
Systemy GPON stanowią natu­ralną konsekwencję rozwoju systemów BPON. GPON bazuje na zaleceniach ITU serii G.984. W porównaniu z systemami BPON zapewnia on większą elastycz­ność dzięki możliwości transportowania danych zarówno przy użyciu protokołu ATM jak również z wykorzystaniem GEM, który pozwala umieszczać w kontenerach transportowych dane różnego typu.

GPON daje możliwość wykorzystania wielu kombinacji przepływności:

• do abo­nenta: 1244,16 Mb/s lub 2488,32 Mb/s,
• od abonenta: 155,52 Mb/s, 622,08 Mb/s, 1244,16 Mb/s lub 2488,32 Mb/s.

Architektura GPON bazuje w podsta­wowej konfiguracji na transmisji WDM z transmisją do abonenta na długości fali 1490 nm oraz od abonenta na długo­ści fali 1310 nm. W przypadku transmisji z wykorzystaniem dwóch długości fali cała transmisja odbywa się w postaci cyfrowej. Standard GPON umożliwia wykorzystanie dodatkowej długości fali 1550 nm do transmisji analogowej sygnałów wideo.
Obecnie maksymalny współczynnik podziału dla systemów GPON wynosi 1:64, jednakże zgodnie z zaleceniem ITU-T G.984 przewidywany maksymalny współczynnik podziału wynosić będzie 1:128.
Optyczna sieć dystrybucyjna wspiera trzy klasy o następujących budżetach tłumienia:

• Klasa A: min 5 dB, maks. 20 dB
• Klasa B: min 10 dB, maks. 25 dB
• Klasa B+: min 13 dB, maks. 28 dB
• Klasa C: min 15 dB, maks. 30 dB
• Klasa C+: min 18 dB, maks. 31 dB

Sieć GPON gwarantuje pracę przy maksymalnym teoretycznym zasięgu równym 60 km. Ograniczenie ze strony zasięgu fizycznego stanowi dystans 20 km zasięgu różnicowego między urządzeniami abonenckimi (ONT) korzystającymi z tego samego OLT. Wynika to z rozmiaru szczelin czasowych trans­misji w górę sieci oraz z konieczności za­pewnienia kompatybilności sieci GPON z BPON. Poniżej schemat wyjaśniający zagadnienie maksymalnego zasięgu w sieci GPON.

Porównanie

Należy zaznaczyć, że obie z przedstawionych architektur: P2P i P2MP mają mocne oraz słabe strony. Ze względu na długi przewidywany okres eksploatacji sieci przed wyborem technologii należy przeprowadzić wnikliwą analizę, która ze wspomnianych architektur najlepiej spełni swoje zadanie w długim okresie.

W związku z koniecznością szukania rozwiązań o najniższych kosztach na użytkownika przy jednoczesnych za­letach możliwości zabezpieczenia po­tencjału docelowego obszaru małym nakładem finansowym, preferowanym przez większość operatorów telekomu­nikacyjnych rozwiązaniem jest budowa sieci pasywnych w standardzie GPON. Potencjalne wady tego rozwiązania wy­nikające ze współdzielenia pasma na odcinku od OLT do elementu rozgałęziającego nie powinny stanowić przeszkody w dostarczaniu usług nowej generacji w przyszłości, gdy technika GPON zosta­nie zastąpiona przez NGPON (10GPON, 100GPON), niewymagający zmiany topologii sieci. Będzie trzeba jedynie wymienić urządzenie OLT w centrali.
Duże różnice między rozważanymi rodzajami sieci pojawiają się również na poziomie infrastruktury.

Przykład

• Punkt–punkt – doprowadzenie do każdego abonen­ta jednego włókna światłowodowego,
• Punkt–wielopunkt – użycie splitterów 1:64 w budynku do obsługi tego samego obszaru,
• Punkt–wielopunkt z kaskadowaniem splitterów – w bardziej realnym przy­padku dwustopniowego kaskadowania splitterów 1:8 z pierwszym stopniem umieszczonym w obiekcie OLT, a drugim w budynku mieszkalnym.

Jak widać z powyższego zestawienia, dla dostarczenia usługi tej samej grupie użytkowników docelowych w każdym z analizowanych przypadków potrzeb­ne są całkowicie odmienne ilości kabli. W przypadku architektury punkt–punkt wymagane jest zastosowanie najwięk­szej liczby kabli o największej sumarycz­nej liczbie włókien światłowodowych, co skutkuje największym zapotrzebo­waniem na przestrzeń w kanalizacji teletechnicznej zarówno dla kabli, jak i pozostałych elementów infrastruktury (mufy, szafy, zasobniki).

Porównanie parametrów kabli niezbędnych do realizacji trzech rozważanych strategii kablowania (wynikających z przyjętych topologii sieci) pokazuje problem związany z rozmiarem kabli potrzebnych do realizacji poszcze­gólnych przykładów. W przypadku archi­tektury z jednostopniowym podziałem w budynkach lub ich pobliżu kabel trans­portowy zasilający dany obszar ma śred­nicę 12,3 mm. Dla odmiany w przypadku realizacji sieci w technologii punkt–punkt podłączenie tej samej liczby abonentów wymagać będzie zastosowania czterech kabli o średnicy 27 mm każdy oraz jedne­go kabla o średnicy 17,5 mm. W przypadku inwestycji w obszarze miejskim (a w takich obszarach należy spodziewać się budo­wy łączy transportowych o rozważanych w niniejszym przypadku pojemnościach) różnica między przestrzeniami kanalizacji niezbędnymi do umieszczenia kabli dla każdej ze strategii będzie bardzo znacząca i w wielu przypadkach może stanowić przeszkodę w rozbudowie sieci zgodnie z zamierzeniami.