Журнал ИКС

Разделы сайта

• Новости
• Блоги
• Аналитика
• Новости компаний
• В СНГ и в мире
• Анонсы

Ближайшие события

А.Л. ЦУПРИКОВ  А.Е. ОСИПОВ

29 апреля 2008

PON для triple play

Большинство крупных российских операторов фиксированной связи сегодня стоят перед выбором направления развития инфраструктуры доступа. Их цель – внедрение широкополосных услуг, и прежде всего triple play. Технологии PON оптимальны для ее реализации – считают авторы статьи.

От количества – к качеству

Вектор развития современного рынка услуг связи все более смещается от количественного показателя, ориентированного на увеличение емкостных показателей, к качественному, нацеленному на расширение сетевых возможностей. Если еще 10–15 лет назад основной задачей телекоммуникационного рынка России было удовлетворение спроса на услугу телефонии, а наиболее важным показателем развития сетей связи считался уровень телефонной плотности, то сегодня эта проблема в основном решена и дальнейшее развитие телекоммуникаций связывается с расширением спектра предоставляемых услуг.

Все возрастающая конкуренция за конечного пользователя не только со стороны операторов фиксированной связи, но и операторов мобильных сетей, сетей передачи данных, сетей кабельного ТВ требует эффективных маркетинговых и технических решений по созданию новой сетевой инфраструктуры. Одним из таких решений для операторов фиксированной связи является triple play – в техническом плане это означает создание универсальной сетевой инфраструктуры, ориентированной на массовое предоставление комплекса широкополосных услуг связи.

Переход к новой концепции сетевого развития на основе NGN предполагает кардинальную модернизацию инфраструктуры существующих сетей связи и требует серьезных инвестиций. Среди наиболее затратных этапов – создание инфраструктуры сети доступа. До последнего времени при модернизации сетей доступа основным постулатом было максимальное сохранение существующей инфраструктуры, что для оператора фиксированной связи, как правило, означало максимальное сохранение существующих абонентских линий. Достигалось это за счет внедрения xDSL-технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии и сделать доступным предоставление таких ресурсоемких услуг, как широкополосный доступ в Интернет, IPTV, VoD и др. Однако использование xDSL имеет свои ограничения, среди которых:

• недостаточная для качественного предоставления некоторых услуг связи скорость передачи информации на расстояниях более 2 км;
  
• снижение пропускной способности линий xDSL и деградация качества соединения при одновременном использовании в одном кабеле более 40% xDSL-линий;
  
• состояние существующих абонентских линий, не позволяющее использовать xDSL или существенно снижающее пропускную способность.
  

Почему PON?

Таким образом, на основе существующей кабельной инфраструктуры доступа качественное и массовое предоставление услуг triple play становится проблематичным и перед оператором встает задача поиска новых технологических решений по созданию современной инфраструктуры доступа. Важная составляющая этой задачи – выбор физической среды передачи.

В настоящее время распространены три типа линий связи – на основе металлического кабеля, волоконно-оптического кабеля (ВОК) и радиотракта. При этом металлический кабель уступает волоконно-оптическому как по техническим характеристикам, так и по стоимости. Радиотракт эффективен с точки зрения скорости развертывания и стоимости, но его слабое место – пропускная способность. Кроме того, он требует получения разрешений на использование, а это увеличивает стоимость внедрения и, что еще важнее, – эксплуатации. Поэтому самым привлекательным решением для оператора фиксированной связи оказывается использование волоконно-оптических структур. Среди подобных решений наибольшей популярностью в мире пользуются технологии доступа на основе пассивных оптических сетей (PON).

Технические факторы выбора

На сегодняшний день наиболее известны пять технологий PON, развивающиеся в двух направлениях. Первое – эволюционная ветка решений на основе протокола ATM, включающая в себя технологии APON, BPON и GPON, второе – эволюционная ветка на базе Ethernet-решений, куда входят технологии EPON и GEPON. Подробности эволюционного развития PON-технологий достаточно хорошо освещены в специальной литературе1, 2, поэтому сразу обратимся к верхним ступеням их развития – GPON и GEPON.

Технология GPON разработана под эгидой ITU-T и стандартизована в рекомендации G.984, принятой в 2005 г., технология GEPON создавалась в рамках IEEE и регламентируется стандартом 802.3ah, принятым в 2004 г.

Отметим, что в разных источниках, в целом одинаково определяющих GPON, по-разному описаны возможности GEPON3, 4. Наиболее серьезные разночтения встречаются при определении коэффициента разветвления, покрываемого расстояния, поддержки механизмов обеспечения QoS, безопасности и технической эксплуатации (OAM) (см. таблицу).

Коэффициент разветвления в GPON определяется рекомендацией G.984 и не может превышать 1:128. На рынке сегодня доступны решения с коэффициентом развет-вления 1:32, реже – 1:64. В GEPON стандарт не определяет максимальный коэффициент разветвления, на практике же используются в основном решения с коэффициентом 1:32 и в отдельных реализациях 1:64.

Поддержка механизмов QoS на физическом уровне опирается на механизмы динамического распределения полосы (DBA). Реализации DBA в GEPON и в GPON различны с точки зрения стандартов, но практически идентичны в функциональном плане и регламентируют правила распределения общей полосы между абонентским окончанием (ONT) в сегменте (дереве) PON, а также обеспечивают гарантированную и максимально доступную полосу для каждого ONT. Поддержка механизмов QoS в части приоритизации различных типов трафика для GEPON полностью соответствует стандартам сетей Ethernet (802.1p, DSCP), так как GEPON обеспечивает передачу IP-пакетов без какой-либо инкапсуляции.

В GPON реализация механизмов QoS зависит от технологии, применяемой для передачи информации, и может базироваться как на АТМ-, так и на GEM-протоколе. И в том и в другом случае показатели качества обслуживания лучше, чем при использовании протоколов Ethernet. Однако если через сеть доступа GPON не передаются потоки Е1, то такая функциональность становится избыточной, поскольку и со стороны IP-сети оператора, и со стороны абонента приоритизация трафика осуществляется в соответствии со стандартами сетей Ethernet. При этом сеть доступа GPON с точки зрения QoS становится обособленным фрагментом, и если переход от IP QoS к АТМ QoS был отработан производителями на DSLAM, то протокол GEM является абсолютным новым для сетей передачи данных и нужно обратить внимание на корректную обработку QoS в точках подключения к GPON-сети.

Поддержка функций безопасности и OAM в GPON – неотъемлемая часть стандарта G.984. В стандарте IEEE 802.3ah такие функции в явном виде не прописаны, однако это не означает, что они не поддерживаются. Дело в различных подходах к стандартизации: ITU-T в G.984 определяет все атрибуты технологии, а IEEE – только функциональность, необходимую для реализации Ethernet-сети «точка-многоточка», которой, по сути, и является дерево GEPON. Методы OAM и другие протоколы более высокого уровня уже определены в стандартах IEEE для Ethernet-сетей.

Заметим, что для GEPON использование 128-битного шифрования возможно как в направлении downstream, так и upstream, что вызвано необходимостью защиты легко читаемых при перехвате IP-пакетов, передаваемых в Ethernet-сети. Для сетей GPON благодаря применению ATM- или GEM-инкапсуляции распознавание информации в этом случае затруднительно, поэтому 128-битное шифрование применяется только для downstream.

Итак, основные технические преимущества GPON перед GEPON – более высокая скорость в потоке downstream и более эффективные механизмы для передачи трафика сетей с коммутацией каналов (TDM). Технология GEPON не имеет явных технических преимуществ перед GPON, но она значительно проще и понятнее с точки зрения межсетевого взаимодействия с существующими сетями оператора и абонентскими устройствами. При равном коэффициенте разветвления на абонента сети GPON приходится вдвое большая скорость передачи downstream по сравнению с абонентом сети GEPON. То есть при коэффициенте разветвления 1:32 абонент GPON получит полосу 73 Мбит/с, а абонент GEPON – 30 Мбит/с, а при распределении 1:64 – соответственно 36 Мбит/с и 15 Мбит/с. Таким образом, технологии GPON и GEPON предоставляют пользователю практически одинаковый ресурс при условии, что в одном PON-дереве сети GPON вдвое больше пользователей. Но так как основная часть стоимости системы приходится на оптические модемы, а эффект от уменьшения количества волокон и портов на OLT за счет перехода от разветвления 1:32 к 1:64 нивелируется усложнением распределительной сети, то в реальных сетях для обеих технологий обычно используется распределение 1:32.

При анализе эффективности использования ресурса следует отметить еще один аспект. В настоящее время для построения ядра мультисервисной сети применяются, как правило, решения на базе Ethernet, которые используют стандартные интерфейсы в 1 Гбит/c и 10 Гбит/c. Технология GEPON, базирующаяся на 1 Гбит/с-потоках, значительно лучше адаптирована к организации взаимодействия с интерфейсами подключения к оборудованию ядра сети, чем технология GPON, использующая нестандартные для Ethernet 2,5/1,25 Гбит/c-потоки. В предельном случае, если от оборудования OLT реализуется одно PON-дерево, для поддержки его в GEPON потребуется 1 Гбит/c-интерфейс в направлении ядра, а в технологии GPON – три таких интерфейса.

Этим же объясняются высокие требования к производительности матриц коммутации систем GPON. В основе матрицы коммутации лежит Ethernet-чипсет, производительность которого напрямую зависит от количества поддерживаемых им GE/10GE-интерфейсов. Для агрегации GPON-линков таких интерфейсов нужно довольно много, в результате чего автоматически требуется более мощный чипсет. Кроме того, высокая производительность необходима и для инкапсуляции IP-пакетов в пакеты ATM или GEM, а также для обработки сложных протоколов. Систему GEPON можно рассматривать как многоуровневый Ethernet-коммутатор (Multilayer Switch), для которого достаточно обеспечить полнодуплексный GE для каждого GEPON-линка.

GPON и GEPON для triple play

Проанализируем возможности технологий GPON и GEPON для поддержки услуг triple play, под которыми сегодня понимается совокупность услуг телефонии, доступа в Интернет и передачи видеоинформации, предоставляемых в одной сетевой точке и с использованием одного типа носителя информации. Достаточно мощный профиль услуг triple play можно сформулировать так: одному конечному пользователю должны быть доступны три канала IPTV – один HDTV (15 Мбит/c) и два SDTV (2x4 Мбит/c), доступ в Интернет (2 Мбит/c), доступ к локальным ресурсам (1 Мбит/c), три линии VoIP (0,3 Мбит/c). То есть общий ресурс на одного пользователя составляет порядка 28 Мбит/c, при условии что он пользуется всеми сервисами одновременно. Как следует из вышеизложенного, такой профиль услуг может поддерживаться в одном PON-дереве как для 32 пользователей GEPON, так и для 64 пользователей GPON. На самом же деле передаваемый в многопользовательском режиме (Multicast) трафик, включающий трафик IPTV, в дереве PON для каждого пользователя не дублируется, поэтому все абоненты одного дерева PON могут одновременно смотреть все транслируемые в нем IPTV-каналы. В результате услуги IPTV фактически не налагают ограничений на коэффициент разветвления, а реальная полоса, доступная абоненту, значительно шире.

В GEPON реализация режима Multicast в дереве PON, стандартизованная IEEE, базируется на обработке пакетов с Multicast-адресами и близка к технологиям, применяемым в Ethernet-сетях.

В GPON поддержка Multicast в дереве PON стандартизована ITU-T только для ATM-протокола. При использовании GEM каждый производитель GPON реализует режим Multicast, базируясь на различных дополнениях к протоколу GEM, разрабатываемых самостоятельно либо на основе сторонних патентов.

Что еще необходимо учесть?

Помимо технических характеристик технологий, при выборе того или иного решения важными, а зачастую и определяющими, являются такие показатели, как стоимость оборудования, возможность последующей модернизации, организация взаимодействия с существующими сетями связи, особенности технического обслуживания и эксплуатации, распространенность технологических решений. Рассмотрим эти аспекты подробнее.

Стоимость оборудования определяется рядом факторов – как объективных, так и субъективных. К объективным факторам относятся сложность технологии производства, стоимость компонентов, объемы производства. К субъективным можно отнести маркетинговую политику поставщика оборудования и действия госорганов по регулированию рынка. Влияние субъективных факторов на стоимость производства плохо предсказуемо и не может являться основанием для объективной оценки, поэтому рассмотрим подробнее объективные факторы.

С точки зрения технологии производства решения GEPON более простые, поскольку базируются на уже отработанных технологиях производства оборудования для Ethernet-сетей и менее требовательны к параметрам используемых компонентов. Компоненты технологии Ethernet значительно дешевле компонентов ATM, что определяется как бо’льшими объемами производства (решения Ethernet используются в каждом ПК), так и менее жесткими требованиями к поддержке параметров на уровне элементной базы. Например, требования к параметрам лазеров, используемых в GEPON, в несколько раз ниже, чем в GPON. Программное обеспечение для Ethernet-решений также дешевле в силу своей массовости и универсальности.

Что касается объемов производства конечного продукта, т.е. ONT и OLT, то сегодня на каждый продаваемый ONT для GPON приходится 10 ONT для GEPON5. Для определения перспективного объема производства можно использовать данные о потенциальном объеме рынка каждого из решений. Для GPON в настоящее время основными являются рынки Северной Америки и частично Европы. Технология GEPON распространена в Юго-Восточной Азии (Япония, Китай, Корея и др.), Латинской Америке и частично Европе. При сравнении численности населения в каждой из этих групп видно, что аудитория потенциального распространения GEPON в несколько раз выше, чем у GPON.

В любом случае по объективным показателям стоимость производства решений для GEPON оказывается ниже, чем для GPON, что и подтверждается рыночной ценой на оборудование: для решений GEPON она примерно вдвое ниже, чем для GPON. С другой стороны, эти сравнения относятся к стоимости активного оборудования (ONT и OLT), а при создании инфраструктуры доступа существенная доля затрат приходится на линейно-кабельные сооружения, которые, как было показано, технологией GPON используются в два раза эффективнее. Проанализируем возможности развития этих технологий.

GPON или GEPON?

Технология GEPON базируется на стандартах Ethernet, которые уже работают со скоростями 10 Гбит/c и имеют приемлемую стоимость. Поэтому вполне предсказуемы появление стандарта 10GEPON и эволюция платформ GEPON до 10 Гбит/c скорости передачи. В июле 2007 г. IEEE выпустила первый черновик (draft) стандарта 10GEPON. В нем предусматривается возможность работы 10GEPON на длинах волн, отличных от GEPON, что допускает одновременную работу GEPON и 10GEPON на одном волокне. При появлении такого стандарта (а IEEE планирует выпустить его в мае 2009 г.) ресурс ВОЛС в 10GEPON-сетях в 4 раза превысит ресурс в решениях GPON.

Исследования ITU-T в части развития GPON показали нецелесообразность увеличения скорости в одной длине волны. Поэтому дальнейшие исследования ITU-T связаны с WDM-PON, где каждый ONT будет работать на своей длине волны, что позволит в несколько раз увеличить общую скорость передачи. Но это уже переход к более сложным и дорогим системам, основанным на других принципах.

Конечно, переход на 10 Гбит/c в GEPON потребует серьезной модернизации активного оборудования, заключающейся в замене ряда модулей OLT, но наряду с появлением возможности внедрения 10GEPON будет обеспечена поддержка существующих GEPON-пользователей. Кроме того, сохранится преемственность в решении ряда производственных вопросов, таких как техническое обслуживание, эксплуатация, обучение персонала, управление оборудованием.

Решения GEPON используют достаточно простые процедуры конфигурирования и управления, во многом аналогичные процедурам, выполняемым в обыкновенных Ethernet-сетях. Специалистов, занимающихся администрированием Ethernet-сетей, на рынке труда достаточно, и они легко могут освоить администрирование решений PON. Решения GPON, в свою очередь, базируются на совокупности технологий SDH, ATM/GEM и Ethernet, что предъявляет повышенные требования к администрированию сетевой инфраструктуры в целом и к эксплуатирующему персоналу в частности.

Таким образом, выбор в пользу решения GPON или GEPON в условиях конкретной сети связи должен определяться не только параметрами пропускной способности, но и рядом других аспектов, которым на начальном этапе придают мало значения, что затем негативно сказывается на эксплуатации и развитии сети.

Заметили ошибку в тексте? Выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter. Спасибо!