Главное направление развития телекоммуникационных сетей – это создание так называемой «сети следующего поколения» (NGN – Next Generation Network). Хотя многие операторы и ведут разговоры о строительстве сети NGN, четкого определения данного понятия не существует. Пока речь идет лишь о «сети нового поколения», в которую закладываются новые методы построения сети, пока еще не используемые в массовом порядке.
В 2003 г. МСЭ-Т сформулировал следующее определение NGN:
«Сети связи следующего поколения – это всеохватывающее понятие для инфраструктуры, реализующей перспективные услуги, которые в будущем должны быть предложены операторам мобильных и фиксированных сетей одновременно с продолжением поддержки всех существующих на сегодняшний день услуг». МСЭ-Т рассматривает NGN как составную часть «Глобального информационного общества» (ГИО), основу которого составляет «Глобальная информационная инфраструктура (ГИИ)». NGN – это конкретная реализация ГИИ.

В настоящий момент транспортные сети как в России, так и за рубежом имеют достаточно разные степени своего развития. В целом им можно дать следующую краткую характеристику:
- среда передачи стационарных сетей – оптическое волокно,
- транспортное средство передачи – системы синхронной цифровой иерархии SDH,
- используемые технологии – спектральное уплотнение WDM, пакетные технологии (ATM, IP, Ethernet).

Как мы видим, мы имеем смешанные оптоэлектронные сети. К сожалению, пакетные технологии не приспособлены для использования на сетях дальней связи. Они не обладают развитыми функциями передачи и полностью не используют возможности оптического волокна. Однако сети оптических каналов существующих сетей достаточно «пассивны». Эти противоречия сглаживает технология SDH. Таким образом, можно выделить основные недостатки смешанных сетей:
- усложненная структура,
- ограниченная протяженность оптических сегментов (из-за аналоговой природы оптических каналов),
- необходимость электронной регенерации цифровых сигналов с предварительной демультипликацией, что лишает оптический канал свойства прозрачности,
- функциональное ограничение оптических сегментов в части коммутации, резервирования, телеконтроля и т.д.
В полностью оптических транспортных сетях (ОТС) эти недостатки могут быть устранены. Функции технологии SDH реализуются в оптике. Устранение вышеприведенных недостатков смешанных сетей определяет направление развития транспортных сетей.
Главная особенность сетей ОТС – сигнал внутри канала структурируется, благодаря чему возможна логическая обработка сигнала в оптической форме, что уравнивает ОТС по функциональности с SDH.
На современном этапе в России внедрение оптических технологий - это создание разветвленной сети оптических кабелей и постоянное увеличение оптических систем передачи. В будущем для решения проблемы NGN необходимо создать универсальную транспортную платформу.
Телекоммуникационная сеть состоит из трех основных элементов: сеть доступа (access network), узлы доступа (access nodes) и магистральная сеть (core network), состоящая из транспортных сегментов и сетевых узлов, выполняющих функции коммутации и (или) маршрутизации.
Одной из важных задач современных телекоммуникационных сетей доступа является проблема «последней мили». Перед всеми операторами связи остро стоит задача предоставления абонентам разнообразных услуг, требующих все большей полосы пропускания, с минимальными затратами. Как правило, затраты на оборудование «последней мили» значительно превосходят расходы на магистральную сеть.

Поиск оптимального решения при построении мультисервисной сети для для абонентов с различными потребностями, которые непрерывно растут вместе с ростом числа абонентов, привел к созданию консорциума FSAN (Full Services Access Network Group). Инициаторами и участниками FSAN стали крупнейшие операторы связи и производители телекоммуникационного оборудования.

Консорциум FSAN был создан в 1995 г., а в 2001 г. появился альянс EFMA (Ethernet in the First Mile Alliance). Главной задачей деятельности обеих организаций становится развитие новой технологии PON (Passive Optical Nttworking – технология пассивных оптических сетей). Суть технологии PON заключается в следующем: между центральным узлом связи OLT и удаленными абонентскими терминалами ONT организуется пассивная оптическая сеть древовидной структуры. В узлах «дерева» размещаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры).

FSAN занимается разработкой стандартов для технологий PON, базирующихся на транспорте ячеек ATM. EFMA ведет работы по стандартизации технологии EPON (Ethernet PON). В настоящий момент эта работа становится очень актуальной и вот почему. Появляется много стандартов скоростей вплоть до 10 Гбит/с. Появился важный стандарт Full Duplex Ethernet IEEE 802.3, который решил проблему непредсказуемых задержек. Появились стандарты, решившие задачи организации новых возможностей мультисервисных услуг:
- IEEE 802.1Q – виртуальные сети (VLAN) и приоритизация трафика,
- Diff Serv – протокол третьего уровня модели OSI ISO, обеспечивающий разделение трафика на несколько крупных групп, для каждой из них обеспечивается определенный уровень качества QoS,
- MPLS – группа протоколов 3-го уровня для быстрой коммутации пакетов в сетях, основанная на использовании меток.
На сегодня сети Ethernet получили самое большое распространение. Подсчитано, что 95% эксплуатируемых локальных сетей в мире с общим числом портов более 320 млн. используют стандарт Ethernet.
Технология Ethernet в настоящее время стала предпочтительной как с точки зрения скорости передачи информации, так и с точки зрения быстроты развития и стандартизации новых интерфейсов. Сети Ethernet просты в обслуживании и управлении, обладают низкими ценами и становятся наиболее распространенной технологией.

Разновидности сетей PON APON / BPON В середине 90-х годов считалось, что протокол АТМ гарантирует приемлемое качество услуг связи (QoS) между конечными абонентами. По этой причине FSAN выбрал технологию АТМ для обеспечения гарантированной доставки мультисевисных услуг по сети PON. В октябре 1998 г. появляется стандарт МСЭ-Т G.983.1 (технология PON на основе транспорта ячеек АТМ) – технология получила название APON. Скорость передачи по сети APON – до 622 Мбит/с. В марте 2001 г. появляется следующая рекомендация G.983.3, которая стандартизировала PON с расширенными возможностями – за ним закрепилось название BPON (Broadband PON).

В технологию PON были добавлены новые функции:
- стала возможной передача голоса, видео, данных. Производители добавляют соответствующие интерфейсы в оборудование OLT для подключения к магистральной сети и на ONT для подключения на стороне абонента,
- возможно расширение спектрального диапазона,
- возможны дополнительные услуги на других длинах волн в условиях одного дерева, например, широковещательное телевидение на третьей длине волны.
A/В PON допускает динамическое распределение полосы пропускания DBA (Dynamic Bandwidth Allocation) между различными приложениями и различными ONT и позволяет предоставлять как широкополосные, так и узкополосные услуги.
A/В PON поддерживает интерфейсы:
- магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL),
- абонентские интерфейсы: Е1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефонию (FXS).

EPON
В конце 2000 г. в IEEE создается комиссия EFM (Ethernet in the First Mile) для реализации технологии PON, более приспособленной к сетям Ethernet. Комиссия работает в содружестве с альянсом EFMA. EFM занимается техническими вопросами и разработкой стандартов, а EFMA изучает индустриальные и коммерческие вопросы использования новой технологии. Цель работы - достигнуть согласия между операторами связи и производителями оборудования.
Разрабатывается стандарт IEEE 802.3ah, полностью совместимого со стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.

Для сети доступа предусмотрено три разновидности решения:
- EFMC (EFM copper) – соединение «точка-точка» с использованием медных кабелей по технологии G.SHDSL,
- EFMF (EFM fiber) – соединение «точка-точка» с использованием оптоволоконных кабелей.
Стандартизируются различные варианты: дуплекс по одному волокну на одинаковых длинах волн и на разных длинах волн, дуплекс по паре волокон, применение новых оптических приемопередатчиков,
- EFMP (EFM PON) – соединение «точка-многоточка» с использованием оптоволоконных кабелей – этот вариант получил название EPON (Ethernet PON).
Главная особенность технологии EPON (по сравнению с A/В PON) в том, что внутри дерева EPON передаются кадры Ethernet без фрагментации (разбиения на ячейки или фреймы).
Архитектура EPON направлена на решение задачи организации оптоволоконного канала непосредственно до пользователя (волокно в дом, квартиру, офис). Данная технология максимально оптимизирована для протокола IP и является, по всей видимости, наилучшим решением в случае организации недорогого широкополосного транспорта для доступа в Internet.

Ранее мы подчеркнули такое важное свойство технологии EPON, как отсутствие фрагментации кадра Ethernet. Это ведет к увеличению пропускной способности канала. Сделанные специалистами оценки потерь полосы пропускания при прохождении через сеть ATM оказались порядка 13%. Скорость в сети EPON составляет величину порядка 1.2 Гбит/с. На сегодня цены оборудования АТМ превосходят цены аналогичного оборудования Ethernet почти на порядок. Если оператор принимает решение строить сеть на базе протокола IP, то технология EPON наиболее оптимальна для решения задачи «последней мили».
Конечно, можно передавать Ethernet и при помощи других технологий (например, используя современные медиаконвертеры и коммутаторы Ethernet), но тогда в сети на участке оператор–пользователь появляется активное оборудование и возникают все связанные с этим ограничения. Обеспечение более широкой полосы передачи требует применения более сложных, а, следовательно, и более дорогих устройств.
При переходе к протоколу IP EPON можно считать наиболее прогрессивной технологией на настоящий момент.
Резюмируя, выделим следующие положительные качества технологии EPON:
- по каналу передаются исходные Ethernet пакеты,
- обеспечивается простое и недорогое управление,
- имеется определенное преимущество при Ethernet коммутации, а именно – полная совместимость с протоколом IP, поддержка функций TLS, Broadcast, Multicast, поддержка IGMP, лучше организована поддержка IPTV, особенно при масштабных инсталляциях.
Таким образом, EPON объединяет недорогое оборудование Ethernet и волоконно-оптическую инфраструктуру, что важно в будущем для построения телекоммуникационных сетей NGN, о которых мы говорили в начале.

GPON
Технологию GPON (Gigabit PON) следует рассматривать как органическое развитие технологии A/В PON. Стандарт GPON ITU-T Rec.984.3 был принят в октябре 2003 г. GPON реализует масштабируемую структуру кадров при скоростях до 2,5 Гбит/с. В дереве PON можно использовать оборудование с одинаковой и разной скоростью передачи прямого и обратного потоков. GPON базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), допуская передачу в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса, включая и TDM.
К недостаткам GPON следует отнести сложность многоуровневой системы и управления. Это более дорогое решение, чем EPON, при сравнимых скоростях передачи.

Преимущества технологии PON
- Существенная экономия оптических волокон, а, соответственно, и затрат. Например, прокладка 4/8-волоконного оптического кабеля в среднем обходится в $3000 за 1 км, расстояние до здания клиента обычно составляет 1-2 км. При использовании технологии PON длина клиентского кабеля сокращается до 0,5 км.
- Эффективное использование оптических волокон.
В здании, где уже есть подключенные клиенты (например, бизнес-центр), при подключении новых абонентов нет необходимости использовать свободные волокна оптического кабеля – можно установить сплиттер внутри здания и развести волокна в офисы новых абонентов.
- Легкость и быстрота подключения новых абонентов – от нескольких дней до двух недель вместо 4-10 недель в случае прокладки оптического кабеля до здания.

В наши дни многие клиенты при подключении к Интернет уже требуют скорости 100 Мбит/с и выше. Это становится возможным при использовании технологии EPON. Даже клиенты из сектора малого бизнеса выбирают более дорогое решение (оптику), чтобы в будущем не испытывать ограничений в своих возможностях.
PON позволяет снизить затраты при подключении домашних компьютеров к Интернету. В данном случае клиентами «дерева» являются дома. До домов прокладывается оптический кабель, а уже в домах используются клиентские терминалы PON. К порту Ethernet терминала PON подключаются коммутаторы Ethernet, а к ним по витым парам - домашние компьютеры.

Некоторые аспекты проектирования сетей PON

При первоначальном выборе конфигурации сети важно предусмотреть возможности дальнейшего ее роста. Как при всяком строительстве ставится задача минимизации расходов и план развития сети по мере выхода ее на проектную мощность. В ходе решения этой главной задачи возникает ряд подзадач, а именно:
- выбор приемопередающего оборудования,
- число портов,
- выбор коэффициентов деления сплиттеров и план их расстановки,
- география оптимальной прокладки кабеля, которая тоже включает в себя решение ряда вопросов (потери по трассам, скорости передачи, топология сети, вопросы резервирования по мощности, экономичность).

Поставщики оборудования PON в России.

На сегодняшний день в России следует выделить два основных поставщика оборудования PON. Это московский дистрибьютор оборудования компаний Terawave и Fujikura и представительства израильской фирмы OlenCom Electronics (Москва и Санкт-Петербург).
Освоение технологи PON началось, конечно, с Москвы. Первые два года основным поставщиком оборудования была компания Terawave. Компания OlenCom Electronics лишь с середины 2004 г. получила возможность предлагать свое оборудование. Активное использование технологии PON российскими операторами началось с 2004 г.

Сабиров Олег Исмаилович – начальник отдела маркетинга московского офиса OlenCom Electronics, к.ф-м.н.
Щукин Вячеслав Николаевич – глава московского офиса OlenCom Electronics

Литература.
1. Докучаев В.А. и др. Проблемы транспортных сетей при переходе к NGN В России // Фотон-Экспресс,№4(44) июнь 2005.
2. Калмыков В.В. , Меккель А.М, и др. Транспорт и доступ в инфокомму- Никационных сетях. Серия «Инфокоммуникации ХХI века», т.VII.М.: Издание МАС, 2006.
3. Рек. ITU-T G.981.1 Broadband optical access system based on Passive Optical Networks (PON).
4. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. М.: Техносфера, 2003.
5. Меккель А.М. Оптическая транспортная сеть и NGN // Lightwave Russian Edition, 2006, №2.
6. Петренко И.И., Убайдуллаев Р.Р., Lightwave RЕ, 2004,№ 2.
7. Гладышевский М.А. Сравнение технологий EPON и GPON // Lightwave RE, 2005, №2.

Все адреса