№ 4 (59) 2011

Василий ТКАЧЕНКО

Cовременные технологии оптического доступа предоставляют пользователю достаточно высокие скорости (до 100 Мбит/c), однако в обозримом будущем может не хватить и этого. Уже есть 3D-видеоигры, в нескольких странах начали вещание каналы 3DTV (а со временем, возможно, появится и голографическое телевидение). Трехмерные технологии проникнут и в сферу корпоративных услуг (например, в форме 3D-телеконференций). Кроме того, объемы передаваемых данных неизбежно возрастут в связи с продвижением «облачных технологий», удаленного хранения данных и SaaS-услуг. Все это потребует уже нескольких сотен Мбит/с в направлении к одному абоненту.

Более того, стремительный рост трафика ожидается и в сетях мобильной связи, где уже полным ходом внедряются технологии «около-четвертого» поколения (LTE и WiMAX), позволяющие передавать данные со скоростью в десятки и сотни Мбит/с. Поскольку же во всем мире операторы используют для переноса трафика базовых станций оптические технологии доступа, проблема пропускной способности возникнет и там.

Новые стандарты

Одним из вариантов решения этой проблемы может стать новое поколение технологии пассивных оптических сетей (PON). Варианты PON, обеспечивающие передачу данных на скорости 10 Гбит/c и выше, сейчас достаточно интенсивно прорабатываются и тестируются.

Хотя стоимость развертывания PON нового поколения объективно выше, чем у существующих, они обеспечивают более высокую скорость передачи, позволяют подключать большее количество абонентов (за счет увеличения коэффициента деления) и в перспективе способны удовлетворить растущие требования к пропускной способности «последней мили».

ITU-T и группа FSAN («Полносервисные сети доступа» — консорциум из 80 мировых операторов, производителей оборудования и испытательных лабораторий, разрабатывающий спецификации для оптических сетей) определили два сценария внедрения PON следующих поколений (NG-PON). Первый, под названием NG-PON1, или «эволюционный рост», предусматривает сосуществование «одногигабитного» PON (1G-PON) и NG-PON на одной распределительной сети (ODN). При этом, даже если оператор со временем полностью перейдет на технологию нового поколения, он должен поддерживать или эмулировать 1G-PON для тех абонентов, которых предыдущее поколение удовлетворяет.

Второй сценарий — NG-PON2, или «революционная замена», — предполагает полное замещение всей инфраструктуры вместе с ODN. Он рассчитан на операторов, строящих сети доступа «с нуля», хотя, в конечном итоге, может использоваться на втором этапе миграции теми компаниями, которые развивают PON уже сейчас, поскольку второй сценарий предполагает еще более высокие скорости. Если начала внедрения NG-PON1 можно ожидать в ближайшие пару лет, то NG-PON2 — по-видимому, не раньше 2015 года.

Технологии для NG-PON1 уже известны. Прежде всего, это два варианта развития GPON — XG-PON1 и XG-PON2, где «X» означает число «10». Первая разновидность предусматривает передачу данных со скоростью 10 Гбит/с в нисходящем потоке и 2,5 Гбит/с в восходящем. Она стандартизована ITU-T — в 2010 году был принят ряд Рекомендаций из семейства G.987, определяющих общие требования к XG-PON1, спецификации волоконно-оптической сети и сходимости передачи, а также G.988, которая описывает интерфейс управления и администрирования абонентских блоков ONU.

XG-PON2 — симметричная технология, предусматривающая передачу со скоростью 10 Гбит/с в обоих направлениях, — будет стандартизована позже, поскольку пока что менее актуальна. Кроме того, это связано с необходимостью использования в абонентских устройствах более сложных и дорогих импульсных лазеров для обеспечения высокой скорости восходящего потока. Впрочем, симметричная разновидность XG-PON уже прошла полевые испытания, так что трудности с ее внедрением носят не технический, а скорее финансовый характер.

Сходным путем развивается другая технология пассивной оптики — GEPON. Здесь IEEE в 2009 году утвердил стандарт 802.3av (10G-EPON), также предусматривающий две конфигурации: асимметричную (10 Гбит/с в нисходящем потоке и 1 Гбит/с в восходящем) и симметричную (по 10 Гбит/с в обоих направлениях).

Как в XG-PON1, так и в 10G-EPON для передачи сигналов введены два новых диапазона длин волн (λ) — 1575–1580 нм для нисходящего потока и 1260–1280 нм для восходящего. В GPON сигналы в восходящем направлении передаются на других длинах волн — 1480–1500 нм, а для нисходящего потока Рекомендацией G.987.2 определен модифицированный диапазон — 1290–1330 нм (вместо изначальных 1280–1360). Таким образом, GPON и XG-PON1 используют непересекающиеся полосы и могут без проблем сосуществовать на одной ODN.

С 10G-EPON ситуация сложнее, поскольку ее диапазон длин волн для нисходящей передачи накладывается на соответствующий участок GEPON. Чтобы потоки 10G-EPON и GEPON, передаваемые по одному волокну, не мешали друг другу, используется временное разделение сигналов с разными скоростями («двухскоростной TDMA»). Сосуществование обоих поколений GEPON также уже было продемонстрировано на практике.

Схема использования длин волн разными PON-технологиями показана на рис. 1.

Что касается NG-PON2, то здесь кандидатами являются технологии, использующие спектральное мультиплексирование (WDM-PON); ожидается, что их внедрение позволит повысить скорость передачи на сетях доступа как минимум до 40 Гбит/с в нисходящем потоке и до 10 Гбит/c в восходящем. FSAN сейчас занят разработкой спецификаций этих технологий — их стандартизация ожидается в 2012–2015 годах, а начало коммерческой эксплуатации — в 2015 году.

Первые платформы

Демонстрации XG-PON начались еще три года назад — первым опытные образцы оборудования показала Ericsson на выставке NXTcomm 2008. Вскоре на конференции Broadband World Forum Europe в Брюсселе свой прототип платформы XG-PON представила Huawei.

Alcatel-Lucent в феврале нынешнего года добавила линейную карту XG-PON в свою платформу доступа Intelligent Access Service Manager (ISAM), таким образом, выведя технологию на стадию коммерческой доступности. В компании также сообщали о проведенных испытаниях с несколькими операторами (не назвав заказчиков). По словам Стефана Ванхастеля, директора по маркетингу Alcatel-Lucent, одним из самых распространенных применений XG-PON будет транспортировка трафика базовых станций (Mobile Backhaul) по оптической сети. Это приложение компания демонстрировала еще два года назад, в сентябре 2009 года в рамках Broadband World Forum Europe в Париже — технология XG-PON использовалась для передачи потоков данных LTE.

Что касается 10G-EPON, то в феврале 2011 года компания Atheros Communications (с мая 2011 года — Qualcomm Atheros) объявила о выпуске первой «системы на чипе» для асимметричного варианта этой технологии в компоновке для сетевого и абонентского оборудования; известно, что на разных стадиях готовности пребывают аналогичные решения еще нескольких производителей.

Симметричный 10G-EPON активно развивает ZTE. В мае 2009 года ею были показаны прототипы линейного и абонентского оборудования. А в апреле 2010 года на встрече рабочей группы IEEE 1904.1 в Шанхае четыре производителя — Broadcom, PMC-Sierra, Opulan (c августе 2010 года в составе Atheros) и ZTE провели демонстрацию совместимости своего оборудования. Каждая компания поставила линейный терминал OLT и несколько абонентских блоков ONU, поддерживающих как GEPON, так и 10G-EPON. Проверялась такая функциональность, как динамическое распределение полосы пропускания, настройка услуги, аутентификация и обеспечение безопасности в сети и т.д., а также сосуществование GEPON и 10G-EPON.

Verizon прощупывает почву

Испытания у производителей — это хорошо, но гораздо интереснее, когда новую технологию тестируют операторы, ведь имто ее и внедрять. Реальные тесты на сетях или даже в лабораториях операторов свидетельствуют о том, что будущее у NG-PON есть.

Естественно, что интерес к PON нового поколения проявляют те компании, которые уже владеют пассивными сетями. Идея, насколько можно догадываться, в том, чтобы выборочно модернизировать существующее активное оборудование и передавать сигналы XG-PON по уже проложенным оптическим кабелям, в том числе параллельно с сигналами GPON. При этом в первую очередь новая услуга ориентирована на корпоративных заказчиков.

Первым оператором, который провел полевые испытания XGPON, стала американская Verizon, на данный момент активно развивающая проект широкополосного доступа FiOS на основе технологии GPON. Внедрять XG-PON в ближайшее время оператор не планирует, поскольку возможности обычного GPON его пока вполне удовлетворяют. Тем не менее, уже сейчас компания готовится к переходу на новое поколение, ожидая роста трафика 3DTV и Ultra HDTV.

На данный момент Verizon провела три теста, все в штате Массачусетс, и явно не намерена останавливаться на достигнутом. Для начала в декабре 2009 года оператор опробовал асимметричную технологию XG-PON1, используя сетевое оборудование Huawei. Испытания состояли из двух частей: сначала сигнал XG-PON передавался по отдельному волокну, затем — по волокну существующей сети GPON; на стороне абонента сигналы GPON и XG-PON выделялись оптическими терминалами (ONT). Тем самым было продемонстрировано, что обе технологии могут сосуществовать на одних и тех же волокнах без ухудшения качества услуг.

В июне 2010 года Verizon снова опробовала ту же технологию, но уже на оборудовании Motorola. Подключение снова было организовано по асимметричной технологии (10/2,5 Гбит/с), причем, по-видимому, имитировалось обслуживание частных абонентов. На каждый из двух компьютеров в доме поступали данные со скоростью 1 Гбит/с, всего же на один компьютер приходился совокупный поток (входящий и исходящий) со скоростью 1,85 Гбит/с. Как и в ходе предыдущих испытаний, проводилась загрузка и скачивание файлов; кроме того, проверка соединения с помощью испытательного сервера, расположенного в 400 милях (643 км), показала скорость порядка 915 Мбит/c на абонента.

Во время третьих испытаний, которые Verizon провела в конце октября 2010 года, тестировалась уже симметричная технология со скоростью передачи в оба конца, равной 10 Гбит/с. Испытания проводились на сети одного из корпоративных клиентов Verizon с использованием существующей кабельной инфраструктуры GPON. Сетевое оборудование на этот раз было предоставлено Alcatel-Lucent.

В ходе испытаний два компьютера с картами 10 GE, установленные у клиента, обменивались данными через линейный терминал, расположенный на коммутационном узле Verizon. При этом на стороне абонента поддерживалось до десяти соединений Gigabit Ethernet, а также одно соединение со скоростью 10 Гбит/с. Verizon проверила непрерывную передачу файлов размером 2 ГБ между 20 пользователями, — файлы передавались одновременно в обоих направлениях, что моделировало возможную обстановку на сети компании при интенсивном обмене данными между сотрудниками. При этом достигнутая суммарная пропускная способность составила 9,1 Гбит/с в каждом направлении. Фильм объемом 2,3 ГБ был передан за 4 секунды, а медицинский снимок объемом 6,9 ГБ — за 11 секунд.

Проверка на уживчивость

Из европейских операторов активность на поле XG-PON проявляет Portugal Telecom. В мае 2010 года компания провела испытания асимметричной разновидности технологии на оборудовании Huawei. Помимо проверки одновременной работы GPON и XG-PON по одному волокну, целью тестирования было решение проблемы частичной совместимости длин волн XG-PON и кабельного телевидения, поскольку оператор намерен предоставлять своим абонентам услуги Triple Play. В итоге было успешно продемонстрировано сосуществование всех трех технологий.

В октябре 2010 года Portugal Telecom и Alcatel Lucent договорились провести испытания уже симметричного XG-PON, но чем закончилось дело, пока не известно. После испытаний на сети Verizon представители Motorola сообщили о завершении испытаний по заказу некоего «крупного китайского оператора», заявив о намерении не только выйти на китайский рынок, но и конкурировать там с Huawei по ценам. В Китае PON развивают все три оператора местной «большой тройки» (China Telecom, China Mobile и China Unicom); кто из них имелся в виду, и какими были дальнейшие приключения Motorola в Китае — неизвестно, хотя о немедленном внедрении речь не шла.

Зато Huawei вполне успешно поработал в своей «вотчине», в августе 2010 года проверив XG-PON на сети China Mobile. Для проведения испытаний была модернизирована GPON-инфраструктура Zhejiang Mobile — регионального подразделения оператора; помимо тестов на совместимость технологий обоих поколений, моделировались такие услуги, как передача данных, IMS-телефония, IPTV, аренда линий E1 и Ethernet, видеоконференцсвязь и отвод трафика мобильных сетей. Что интересно, после завершения испытаний обслуживание абонентов с помощью XG-PON было продолжено с целью проверки стабильности технологии.

Также нужно отметить тесты, которые Huawei провел на сети оператора Etisalat (ОАЭ), где тоже проверялась совместная работа PON обоих поколений на OLT-платформе и пассивной инфраструктуре.

Относительно полевых испытаний 10G-EPON известно, что во второй половине 2009 года ZTE проводила тесты на сети одного из китайских операторов (предположительно China Telecom). В мае 2010 года компания объявила об успешно проведенном тестировании технологии на сети некоего «ведущего американского оператора мультисервисных услуг» — причем использовались уже установленные у заказчика оптические терминалы, поддерживающие 10G-EPON.

Конечно, говорить о повсеместном переходе на PON новых поколений — и даже о начале их коммерческого внедрения — пока рано. Технология только проходит обкатку, да и потребности в ней на сегодняшний день объективно нет. Тем не менее, и производители оборудования, и операторы понимают, что объемы передаваемого трафика непрерывно растут, и уже завтра может возникнуть потребность в гигабитных каналах к абоненту. Потому-то сейчас и проводятся испытания, в том числе на «живых» сетях, благо внедрять NG-PON можно без перерывов в обслуживании. И если верить прогнозам, то ориентировочно через год мы увидим первый реальный проект NG-PON.

Василий ТКАЧЕНКО,

СиБ

№ 4 (сентябрь) 2011