Талшықты оптикалық желілер арқылы кеңжолақты интернет беру технологиясы

Кіріспе

Талшықты желі арқылы соңғы тұтынушыға кеңжолақты қолжеткізуді қамтамасыз етуге қолданылатын технология.

Пассивті оптикалық желі (PON) – бұл соңғы тұтынушыларға кеңжолақты желіге қолжеткізуді қамтамасыз ететін оптикалық телекоммуникациялық технология. Оның архитектурасы бір нүктеден көп нүктеге топологияны іске асырады, онда бір оптикалық талшық қуатталмайтын (пассивті) оптикалық талшық бөлгіштерін пайдалана отырып, талшық жолағының енін соңғы нүктелер арасында бөліп, бірнеше соңғы нүктеге қызмет көрсетеді. Пассивті оптикалық желілер көбінесе интернет-провайдер (ISP) мен оның клиенттері арасындағы «соңғы шақырым» деп аталады. Көптеген талшықты интернет-провайдерлер осы технологияны пайдалануды ұсынады.

Құралымдары мен сипаттамалары

Пассивті оптикалық желі қызмет провайдерінің орталық кеңсесінде (хаб) орналасқан оптикалық желі терминалынан (OLT), қуатты қажет етпейтін пассивті оптикалық бөлгіштерден және соңғы пайдаланушыларға жақын орналасқан оптикалық желі бірліктерінен (ONU) немесе оптикалық желі терминалдарынан (ONT) тұрады. OLT мен ONU арасында күшейткіштер орналасуы мүмкін. OLT-тан бірнеше талшық, бірнеше оптикалық талшықтары бар бір кабель арқылы тасымалдануы мүмкін. PON, әр пайдаланушыға арналған жеке қосылымдары бар нүктеден нүктеге архитектурасына қарағанда, қолданылатын талшықтар мен орталық кеңсе жабдықтарының мөлшерін азайтады. Пассивті оптикалық желі – оптикалық талшықты қолжетімділік желісінің бір түрі. Ағын жолағы (bandwidth) PON пайдаланушылары арасында бөліседі. Көп жағдайларда, төмен ағын сигналдары бірнеше талшықты пайдаланатын барлық абоненттерге таратылады. Шифрлау тыңшылықтың алдын алады. Жоғары ағын сигналдары көптеген қолжетімділік протоколы арқылы біріктіріледі, көбінесе уақыттық бөлісудің көптеген қолжетімділік әдісі (TDMA) қолданылады.

Тарих

Пассивті оптикалық желілер алғаш рет 1987 жылы British Telecommunications компаниясымен ұсынылған. Электр және электроника инженерлері институты (IEEE) және Халықаралық телекоммуникация одағының телекоммуникацияны стандарттау секторы (ITU T) сияқты екі маңызды стандарттау ұйымы, сондай-ақ көптеген басқа салалық ұйымдармен бірлесіп стандарттарды әзірлейді. Кабельді телекоммуникация инженерлері қоғамы (SCTE) пассивті оптикалық желі арқылы сигналдарды жеткізу үшін шыны арқылы радиожиіліктің қолданылуын да анықтады.

FSAN және ITU

1995 жылдан бастап үйдегі талшықты архитектура бойынша жұмысты ірі телекоммуникациялық қызмет провайдерлері мен жүйе жеткізушілер құрған Толық қызмет желісі (FSAN) жұмыс тобы жүргізді. Халықаралық телекоммуникация одағы (ITU) одан әрі жұмыс істеді және PON технологиясының екі буынын стандарттады. Ескі ITU T G.983 стандарты Асинхронды трансфер режиміне (ATM) негізделген, сондықтан ол APON (ATM PON) деп аталды. Бастапқы APON стандартын одан әрі жетілдіру, сондай-ақ ATM протоколының ықпалынан біртіндеп қалыс қалуы ITU T G.983 толық, соңғы нұсқасының көбінесе кең жолақты PON немесе BPON деп аталуына әкелді. Типикалық APON/BPON төмен ағындағы өткізу қабілетін 622 мегабит/секунд (Мбит/с) (OC 12) және жоғары ағындағы трафикті 155 Мбит/с (OC 3) қамтамасыз етеді, бірақ стандарт жоғары жылдамдықтарды да қолдайды. ITU T G.984 Гигабит деңгейіндегі пассивті оптикалық желілер (GPON, G PON) стандарты BPON-мен салыстырғанда жалпы өткізу қабілетін және жолақтың тиімділігін арттырды, себебі үлкен, өзгермелі ұзындықтағы пакеттерді пайдаланды. Стандарттар біт жылдамдығының бірнеше нұсқасын таңдауға мүмкіндік береді, бірақ индустрия 2,488 гигабит/секунд (Gbit/s) төмен ағындағы өткізу қабілетіне және 1,244 Gbit/s жоғары ағындағы өткізу қабілетіне келісімге келді. GPON Encapsulation Method (GEM) фреймдерді сегменттеу арқылы пайдаланушы трафигін өте тиімді жинауға мүмкіндік береді. 2008 жылдың ортасына қарай Verizon 800 000-нан астам желіні орнатты. British Telecom, BSNL, Saudi Telecom Company, Etisalat және AT&T компаниялары Ұлыбритания, Үндістан, Сауд Арабиясы, БАӘ және АҚШ-та кең ауқымды сынақтар жүргізіп жатты. GPON желілері қазір әлемнің көптеген желілерінде енгізілді және тенденциялар GPON технологиясының басқа PON технологияларына қарағанда жоғары өсуін көрсетеді. G.987 10G PON-ды 10 Гбит/с төмен және 2,5 Гбит/с жоғары өткізу қабілетімен анықтады – фреймингі «G PON сияқты» және сол желідегі GPON құрылғыларымен үйлесімді жұмыс істеу үшін жасалған. 50G PON 2021 жылдың қыркүйегінде ITU ұйымымен бекітілді, ал симметриялық 50G PON 2022 жылдың қыркүйегінде бекітілді. 100G PON және 200G PON үлгісі көрсетілді.

Starting in 1995, work on fiber to the home architectures was done by the Full Service Access Network (FSAN) working group, formed by major telecommunications service providers and system vendors. The International Telecommunication Union (ITU) did further work, and standardized on two generations of PON. The older ITU T G.983 standard was based on Asynchronous Transfer Mode (ATM), and has therefore been referred to as APON (ATM PON). Further improvements to the original APON standard – as well as the gradual falling out of favor of ATM as a protocol – led to the full, final version of ITU T G.983 being referred to more often as broadband PON, or BPON. A typical APON/BPON provides 622 megabits per second (Mbit/s) (OC 12) of downstream bandwidth and 155 Mbit/s (OC 3) of upstream traffic, although the standard accommodates higher rates. The ITU T G.984 Gigabit capable Passive Optical Networks (GPON, G PON) standard represented an increase, compared to BPON, in both the total bandwidth and bandwidth efficiency through the use of larger, variable length packets. Again, the standards permit several choices of bit rate, but the industry has converged on 2.488 gigabits per second (Gbit/s) of downstream bandwidth, and 1.244 Gbit/s of upstream bandwidth. GPON Encapsulation Method (GEM) allows very efficient packaging of user traffic with frame segmentation. By mid 2008, Verizon had installed over 800,000 lines. British Telecom, BSNL, Saudi Telecom Company, Etisalat, and AT&T were in advanced trials in Britain, India, Saudi Arabia, the UAE, and the US, respectively. GPON networks have now been deployed in numerous networks across the globe, and the trends indicate higher growth in GPON than other PON technologies. G.987 defined 10G PON with 10 Gbit/s downstream and 2.5 Gbit/s upstream – framing is "G PON like" and designed to coexist with GPON devices on the same network. 50G PON was approved by the ITU in September 2021, and symmetrical 50G PON was approved in September 2022. 100G PON and 200G PON have been demonstrated.

Қауіпсіздік

2009 жылы Cable Manufacturing Business компаниясы АҚШ Әскери-әуе күштерінің SIPRNet талаптарын қанағаттандыру мақсатында қауіпсіз пассивті оптикалық желіні (SPON) жасады, ол гигабиттік пассивті оптикалық желі (GPON) технологиясын және қорғаныш тарату жүйесін (PDS) біріктіреді. PDS үшін NSTISSI 7003 талаптарына енгізілген өзгерістер және АҚШ федералды үкіметінің «жасыл» технологияларды енгізуге бағытталған талабы, АҚШ федералды үкіметіне осы екі технологияны белсенді Ethernet және шифрлау құрылғыларына балама ретінде қарастыруға мүмкіндік берді. АҚШ Әскери департаментінің бас ақпараттық офицері 2013 қаржы жылына дейін осы технологияны қабылдау туралы директива берді. Оны Telos Corporation сияқты компаниялар АҚШ әскеріне саудалайды. Fiber to the x желілерінде қолданылатын GPON, қазіргі коммерциялық технологиялармен шешілмеген оптикалық сигналдарды жіберу арқылы қызметтен тоқтату шабуылына (Denial of service attack) ұшырауы мүмкін.

Ағыстағы жолақты бөлу

OLT жоғары сатыдағы өткізу қабілетін ONU-ларға бөлуге жауапты. Оптикалық тарату желісі (ODN) ортақ болғандықтан, егер ONU-лар кездейсоқ уақытта берілсе, жоғары ағыстағы берілістер қақтығысуы мүмкін. ONU-лар OLT-ден әртүрлі қашықтықта орналасуы мүмкін, демек әр ONU-дан беріліс кешігуі ерекше болады. OLT әрбір ONU-дың кешігуін PLOAM (физикалық қабаттағы операциялар, басқару және техникалық қызмет көрсету) хабарламалары арқылы өлшеп, тіркелімді белгілейді, осылайша оның кешігуі PON-дағы барлық басқа ONU-лармен салыстырылады. Барлық ONU-лардың кешігуі орнатылғаннан кейін, OLT жеке ONU-ларға «гранттар» деп аталатын ақпарат жібереді. Грант – жоғары ағыстағы беріліс үшін белгілі бір уақыт аралығын пайдалануға рұқсат. Грант картасы әрбір бірнеше миллисекунд сайын динамикалық түрде қайта есептеледі. Карта барлық ONU-ларға өткізу қабілетін бөліп береді, осылайша әрбір ONU өз қызметтеріне қажетті өткізу қабілетін уақытында алады. Кейбір қызметтер (мысалы, POTS) тұрақты өткізу қабілетін қажет етеді, ал OLT мұндай әрбір қызмет үшін белгіленген өткізу қабілетін бөле алады. DS1 және кейбір деректер қызметтерінің түрлері де тұрақты біттік жылдамдықты талап етуі мүмкін. Бірақ веб-сайттарды қарау сияқты көптеген деректер трафигі кезді және өте өзгермелі болады. Динамикалық өткізу қабілетін бөлу (DBA) арқылы PON трафик инженерлік концепцияларына сәйкес, статистикалық мультиплекстеу бойынша жоғары ағыстағы трафик үшін асырып жазылуы мүмкін. (Төменгі ағыстағы трафик та, кез келген LAN сияқты асырып жазылуы мүмкін. PON архитектурасының төменгі ағыстағы асырып жазылу үшін ерекшелігі – ONU уақыт және көлем бойынша кез келген кездейсоқ уақыт аралықтарын қабылдауға қабілетті болуы керек.) GPON-да DBA-ның екі түрі бар: күй туралы хабарлау (SR) және күй туралы хабарламау (NSR). NSR DBA-да OLT әрбір ONU-ға үнемі шағын мөлшерде қосымша өткізу қабілетін бөледі. Егер ONU-да жіберуге трафик болмаса, ол артық бөлінген кезде бос кадрларды жібереді. Егер OLT белгілі бір ONU бос кадрларды жібермейтінін байқаса, ол осы ONU-ға бөлінген өткізу қабілетін арттырады. ONU-дың кезді трафигі берілгеннен кейін, OLT берілген ONU-дан көптеген бос кадрларды байқап, оның үлесін тиісінше азайтады. NSR DBA-ның артықшылығы – ол ONU-ға талап қоймайды, ал кемшілігі – OLT-ның бірнеше ONU-ға көбірек қажет өткізу қабілетін қалай дұрыс бөлу керектігін білудің жолы жоқ. SR DBA-да OLT ONU-лардың кезектері туралы сауалнама жасайды. Әрбір ONU-да бірнеше «беру контейнерлері» (T-CONT) болуы мүмкін, олардың әрқайсысының өзіндік басымдығы немесе трафик класы болады. ONU әрбір T-CONT туралы OLT-қа жеке хабарлайды. Хабарлама T-CONT кезектеріндегі кезек туралы логарифмдік өлшемді қамтиды. PON-дағы әрбір T-CONT үшін қызмет деңгейі туралы келісімді, сондай-ақ әрбір T-CONT кезектерінің мөлшерін білу арқылы OLT PON-дағы бос өткізу қабілетін оңтайландыра алады. EPON жүйелері GPON-ның SR DBA шешіміне баламалы DBA механизмін қолданады. OLT кезектердің жағдайы туралы ONU-ларға сауалнама жасайды және MPCP GATE хабарламасын пайдалана отырып өткізу қабілетін бөледі, ал ONU-лар MPCP REPORT хабарламасын пайдалана отырып өздерінің жағдайы туралы хабарлайды.

The OLT is responsible for allocating upstream bandwidth to the ONUs. Because the optical distribution network (ODN) is shared, ONU upstream transmissions could collide if they were transmitted at random times. ONUs can lie at varying distances from the OLT, meaning that the transmission delay from each ONU is unique. The OLT measures delay and sets a register in each ONU via PLOAM (physical layer operations, administrations and maintenance) messages to equalize its delay with respect to all of the other ONUs on the PON. Once the delay of all ONUs has been set, the OLT transmits so called grants to the individual ONUs. A grant is permission to use a defined interval of time for upstream transmission. The grant map is dynamically re calculated every few milliseconds. The map allocates bandwidth to all ONUs, such that each ONU receives timely bandwidth for its service needs. Some services – POTS, for example – require essentially constant upstream bandwidth, and the OLT may provide a fixed bandwidth allocation to each such service that has been provisioned. DS1 and some classes of data service may also require constant upstream bit rate. But much data traffic, such as browsing web sites, is bursty and highly variable. Through dynamic bandwidth allocation (DBA), a PON can be oversubscribed for upstream traffic, according to the traffic engineering concepts of statistical multiplexing. (Downstream traffic can also be oversubscribed, in the same way that any LAN can be oversubscribed. The only special feature in the PON architecture for downstream oversubscription is the fact that the ONU must be able to accept completely arbitrary downstream time slots, both in time and in size.) In GPON there are two forms of DBA, status reporting (SR) and non status reporting (NSR). In NSR DBA, the OLT continuously allocates a small amount of extra bandwidth to each ONU. If the ONU has no traffic to send, it transmits idle frames during its excess allocation. If the OLT observes that a given ONU is not sending idle frames, it increases the bandwidth allocation to that ONU. Once the ONU's burst has been transferred, the OLT observes a large number of idle frames from the given ONU, and reduces its allocation accordingly. NSR DBA has the advantage that it imposes no requirements on the ONU, and the disadvantage that there is no way for the OLT to know how best to assign bandwidth across several ONUs that need more. In SR DBA, the OLT polls ONUs for their backlogs. A given ONU may have several so called transmission containers (T CONTs), each with its own priority or traffic class. The ONU reports each T CONT separately to the OLT. The report message contains a logarithmic measure of the backlog in the T CONT queue. By knowledge of the service level agreement for each T CONT across the entire PON, as well as the size of each T CONT's backlog, the OLT can optimize allocation of the spare bandwidth on the PON. EPON systems use a DBA mechanism equivalent to GPON's SR DBA solution. The OLT polls ONUs for their queue status and grants bandwidth using the MPCP GATE message, while ONUs report their status using the MPCP REPORT message.

TDM-PON

APON/BPON, EPON және GPON кеңінен қолданылып келеді. 2014 жылдың қараша айында EPON шамамен 40 миллион портты қамтыды және орнату саны бойынша бірінші орында тұр. 2015 жылғы мәліметтер бойынша GPON-ның нарықтағы үлесі кішірек болды, бірақ 2020 жылға қарай 10,5 миллиард АҚШ долларына жетеді деп болжануда. TDM PON үшін оптикалық тарату желісінде пассивті оптикалық бөлгіш пайдаланылады. Жоғары көтерілу бағытында әрбір ONU (оптикалық желі бірлігі) немесе ONT (оптикалық желі терминалы) белгіленген уақыт аралығында импульстік таратуды жүзеге асырады (уақыт бойынша мультиплекстеу). Осылайша, OLT кез келген уақытта тек бір ғана ONU немесе ONT-тан сигнал қабылдайды. Төменгі көтерілу бағытында OLT (әдетте) үздіксіз (немесе импульстік) таратуды жүзеге асырады. ONU немесе ONT өздеріне арналған деректерді сигналға енгізілген мекенжай таңбалары арқылы анықтайды. XGS PON АҚШ-тағы талшықты интернет-провайдерлердің арасында кең таралған.

DOCSIS EPON-ты (DPoE) қамтамасыз ету

Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS) Provisioning of Ethernet Passive Optical Network, немесе DPoE, – қолданыстағы Ethernet PON (EPON, GEPON немесе 10G EPON) медиаға қолжетімділікті басқару (MAC) және физикалық қабат (PHY) стандарттарында DOCSIS қызметтік қабаты интерфейсін іске асыратын CableLabs спецификацияларының жиынтығы. Қысқаша айтқанда, ол қолданыстағы EPON жабдықтарында DOCSIS операциялық басқару, техникалық қызмет көрсету және жабдықтау (OAMP) функционалдығын жүзеге асырады. Бұл EPON OLT-ті DOCSIS кабельдік модемді аяқтау жүйесі (CMTS) платформасы сияқты жұмыс істеуге және көрінуге мүмкіндік береді (DPoE терминологиясында DPoE жүйесі деп аталады). CMTS сияқты IP қызметтерін ұсынудан басқа, DPoE бизнес-клиенттерге Ethernet қызметтерін жеткізу үшін Metro Ethernet Forum (MEF) 9 және 14 стандарттарын қолдайды. Comcast Xfinity және Charter Spectrum жаңадан құрылған және ауылдық аймақтарды кеңейтуге кіріскен аймақтарда 10G EPON-ды DPoE технологиясымен қолданады.

Шыны арқылы радиожиілік

Шыны арқылы радиожиілік (RFoG) – бұрын мыс арқылы (әсіресе гибридтік коаксиалды талшықты кабель арқылы) тасымалданған радиожиіліктік (RF) сигналдарды PON арқылы тасымалдайтын пассивті оптикалық желі түрі. Алға бағытта RFoG дербес P2MP жүйесі немесе GEPON/EPON сияқты қолданыстағы PON-ға оптикалық жабылу болып табылады. RFoG үшін жабылу толқын ұзындығының мультиплексі (WDM) негізінде құрылған – бір шыны талшығында толқын ұзындықтарының пассивті үйлесімі. Кері RF қолдауы жоғары немесе кері RF сигналдарын PON кері сигнал толқын ұзындығынан бөлек толқын ұзындығына тасымалдау арқылы қамтамасыз етіледі. Кабельдік және телекоммуникация инженерлері қоғамының (SCTE) интерфейстік практикалар кіші комитетінің (IPS) 5-ші жұмыс тобы қазіргі уақытта IPS 910 RF over Glass стандарты бойынша жұмыс істеп жатыр. RFoG қолданыстағы RF модуляция технологиясымен кері үйлесімді, бірақ RF негізгі қызметтер үшін қосымша өткізу қабілетін ұсынбайды. RFoG стандарты әлі толыққан болса да, ол бір-бірімен үйлесімсіз стандартталған опциялар жиынтығынан тұрады (оларды бір PON-да қолдануға болмайды). Кейбір стандарттар басқа PON-дармен өзара жұмыс істей алады, ал кейбіреулері – жоқ. Бұл технология тек талшық қолданылатын немесе мыс қолдануға рұқсат етілмеген немесе тиімді емес жағдайларда RF технологияларын қолдауға мүмкіндік береді. Бұл технология кабельдік теледидар операторлары мен олардың қолданыстағы HFC желілеріне бағытталған, бірақ Verizon, Frontier Communications және Ziply Fiber сияқты компаниялар да HFC желісіне ешқашан ие болмаған немесе пайдаланбаған болса да, талшық арқылы ақылы теледидар қызметтерін ұсыну үшін оны пайдаланады.

WDM-PON

Толқын ұзындығы бойынша мультиплекстелетін PON, немесе WDM PON – кейбір компаниялар әзірлеп жатқан стандартты емес пассивті оптикалық желі түрі. WDM PON-ның әртүрлі толқын ұзындықтарын пайдаланып, оптикалық желілік бірліктерді (ONU) бір физикалық инфрақұрылымда бірге өміршең бірнеше виртуалды PON-ға бөлуге болады. Балама ретінде, толқын ұзындықтарын тиімді толқын ұзындығын пайдалану және ONU-лар үшін төмендеу кешігуді қамтамасыз ету үшін статистикалық мультиплекстеу арқылы жиынтық түрде қолдануға болады. WDM PON үшін жалпы стандарт жоқ, сондай-ақ терминнің бірауыздан келісілген анықтамасы да жоқ. Кейбір анықтамалар бойынша WDM PON – әр ONU үшін арналған жеке толқын ұзындығы. Басқа, көбірек либералды анықтамалар бойынша, егер PON-да кез келген бағытта бірден артық толқын ұзындығы қолданылса, ол WDM PON болып саналады. Бірауыздан анықтама болмағандықтан, WDM PON жеткізушілерінің бейтарап тізімін табу қиын. PON желілері дәстүрлі мыс кабельдік желілерге қарағанда жоғары өткізу қабілетін қамтамасыз етеді. WDM PON-да әр ONU тек өзінің толқын ұзындығын қабылдайтындықтан, құпиялылығы мен кеңейтілу мүмкіндігі жақсарады. Артықшылықтары: MAC қабаты OLT және ONU арасындағы P2P байланысы толқын ұзындығы доменінде жүзеге асырылатындықтан, P2MP медиаға қол жеткізуді басқару қажет болмайды, сондықтан жеңілдетіледі. WDM PON-да әр толқын ұзындығы әртүрлі жылдамдықпен және протоколмен жұмыс істей алады, бұл өсумен бірге төлем жасауды жеңілдетеді. Міндеттері: Бастапқы орнатудың жоғары құны, WDM компоненттерінің құны. Толқын ұзындықтары қоршаған ортаның температурасына байланысты өзгеретіндіктен, температураны бақылау да қиындық тудырады.

TWDM-PON

Уақыт және толқын ұзындығы бойынша мультиплекстелген пассивті оптикалық желі (TWDM PON) – 2012 жылғы сәуір айында толық қызмет көрсету желісі (FSAN) ұсынған келесі буынның пассивті оптикалық желісінің 2-ші сатысы (NG PON2) үшін басты шешім болып табылады. TWDM PON коммерциялық қолданыстағы Gigabit PON (G PON) және 10 Gigabit PON (XG PON) жүйелерімен үйлесімді жұмыс істейді. G PON, XG PON және XGS PON бір бағытта тек бір толқын ұзындығын қолдайтын болса, NG PON бір бағытта 4 немесе 8 толқын ұзындығын, ал әр толқын ұзындығы үшін 10 Гбит/с жылдамдықпен төмен және жоғары бағыттағы өткізу қабілетін 80 Гбит/с дейін қамтамасыз етеді.

Ұзақ қашықтықтағы оптикалық қолжетімділік желілері

Ұзақ қашықтықтағы оптикалық қолжетімділік желісі (LROAN) тұжырымдамасы клиенттен желінің ядросына дейін үздіксіз оптикалық жолмен ауыстыруды көздейді, бұл жергілікті стансада жүзеге асырылатын оптикалық/электрлік/оптикалық түрлендіруді алмастырады. Дейви мен Пейннің BT-дегі жұмыстары жергілікті стансада немесе сымдық орталықта қажетті электрондық жабдықтар мен жылжымайтын мүліктің көлемін азайту арқылы маңызды үнемдеуге болатынын көрсетті. Тәжірибелік үлгі 100 км қашықтықта 10 Гбит/с жылдамдықпен 1024 пайдаланушыға қызмет көрсетуге мүмкіндік беретінін көрсетті. Бұл технология кейде Ұзақ қашықтықтағы PON деп аталады, бірақ көптеген мамандар PON термині енді қолданылмайды деп санайды, себебі көп жағдайда тек тарату желісі ғана пассив болып қалады.

Қолайландырушы технологиялар

PON топологиясына байланысты, төменгі ағыстағы (яғни OLT-тен ONU-ға) және жоғары ағыстағы (яғни ONU-дан OLT-ға) беріліс режимдері әртүрлі. Төменгі ағын үшін OLT барлық ONU-ға үздіксіз режимде (CM) оптикалық сигналды жібереді, яғни төменгі ағын арнасында әрқашан оптикалық деректер сигналы болады. Дегенмен, жоғары ағын арнасында ONU CM режимінде оптикалық деректер сигналын жібере алмайды. CM қолданылуы, ONU-дан жіберілген барлық сигналдардың қуатты бөлушімен (қуатты жұптаушы ретінде жұмыс істейтін) бір талшыққа жиналуына (әлсіреуімен) және араласуына әкеледі. Бұл мәселені шешу үшін жоғары ағын арнасында жарылыс режимінде (BM) беріліс қолданылады. Белгілі бір ONU тек уақыт слоты бөлінгенде және берілуі қажет болғанда ғана оптикалық пакетті жібереді, ал барлық ONU-лар уақыттық бөлу мультиплексілеу (TDM) режимінде жоғары ағын арнасын бөліседі. OLT-ге түсетін BM оптикалық пакеттердің фазалары пакеттен пакетке өзгеше болады, себебі ONU-лар оптикалық пакетті бір фазада жіберу үшін синхронды емес, ал OLT мен берілген ONU арасындағы қашықтық кездейсоқ. OLT мен ONU арасындағы қашықтық бірдей болмағандықтан, OLT қабылдайтын оптикалық пакеттердің амплитудасы да әртүрлі болуы мүмкін. Фазалық және амплитудалық өзгерістерді қысқа мерзім ішінде (мысалы, GPON үшін 40 нс ішінде) өтеу үшін жарылыс режиміндегі сағатты және деректерді қалпына келтіру (BM CDR) және жарылыс режиміндегі күшейткіш (мысалы, жарылыс режиміндегі TIA) қолданылуы керек. Сонымен қатар, BM беріліс режимі таратушының жарылыс режимінде жұмыс істеуін қажет етеді. Мұндай жарылыс режиміндегі таратушы қысқа уақыт ішінде қосылып, өшірілуге қабілетті. PON-дағы жоғарыда аталған үш схема, нүктеден нүктеге үздіксіз режимдегі оптикалық байланыс желілеріндегі олардың әріптестерінен едәуір өзгеше.

Үй-жайға жететін талшықтар

Пассивті оптикалық желілер сигналды бөлу үшін электр қуатымен жұмыс істейтін компоненттерді пайдаланбайды. Оның орнына сигналды сәуле бөлушілер арқылы таратады. Әрбір бөлуші әдетте бір талшықтан сигналды өндірушіге байланысты 16, 32 немесе 256 талшыққа бөледі, ал бірнеше бөлушілерді бір кабинетке біріктіруге болады. Сәуле бөлуші ешқандай коммутациялық немесе буферлеу мүмкіндіктерін қамтамасыз ете алмайды және қуат көзі қолданбайды; нәтижесінде пайда болатын қосылым нүктеден көп нүктеге дейінгі байланыс деп аталады. Мұндай қосылым үшін клиент жағындағы оптикалық желі терминалдары қалыпты жағдайда қажет болмайтын кейбір арнайы функцияларды орындауы керек. Мысалы, коммутацияның болмауына байланысты, орталық кеңседен шыққан әрбір сигнал сол бөлуші арқылы қызмет көрсетілетін барлық пайдаланушыларға (сигналға арналмағандарды қоса алғанда) таратылуы тиіс. Сондықтан оптикалық желі терминалы басқа клиенттерге арналған сигналдарды сүзуге міндетті. Сонымен қатар, бөлушілерде буферлеу болмағандықтан, әрбір жеке оптикалық желі терминалы клиенттер жіберген сигналдардың бір-бірімен қақтығысуын болдырмау үшін мультиплекстеу схемасында үйлестірілуі керек. Мұны іске асыру үшін мультиплекстеудің екі түрі қолданылуы мүмкін: толқын ұзындығы бойынша мультиплекстеу және уақыт бойынша мультиплекстеу. Толқын ұзындығы бойынша мультиплекстеуде әрбір клиент өзінің сигналын бірегей толқын ұзындығын пайдалана отырып жібереді. Уақыт бойынша мультиплекстеуде (TDM) клиенттер ақпаратты "кезекпен" жібереді. TDM жабдықтары нарықта ең ұзақ уақыттан бері бар. WDM PON жабдықтарының біртұтас анықтамасы болмағандықтан, әртүрлі өндірушілер "алғашқы" WDM PON жабдықтарын шығарғанын мәлімдейді, бірақ қай өнім "алғашқы" WDM PON өнімі екені туралы консенсус жоқ. Пассивті оптикалық желілердің активті желілерге қарағанда артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Олар сыртқы ортада электрондық жабдықты жұмыс істеуге байланысты туындайтын қиындықтарды болдырмайды. Олар сондай-ақ аналогтық хабар таратуға мүмкіндік береді, бұл аналогтық теледидарды жеткізуді жеңілдетеді. Дегенмен, әрбір сигналды бөлуші арқылы қызмет көрсетілетін барлық адамдарға (тек бір коммутациялық құрылғыға емес) жіберуге тура келгендіктен, орталық кеңседе оптикалық желі терминалы (OLT) деп аталатын өте қуатты тарату жабдығы болуы керек. Сонымен қатар, әрбір клиенттің оптикалық желі терминалы орталық кеңсеге дейін (тек ең жақын коммутациялық құрылғыға емес) сигналды жіберуі керек болғандықтан, сыртқы желіге негізделген активті оптикалық желілерде қол жеткізілетін қашықтыққа жету үшін қашықтықты ұзарту құрылғылары қажет болады. Оптикалық тарату желілерін нүктеден нүктеге "түзу желі" топологиясында да жобалауға болады, онда бөлушілер және/немесе активті желілердің барлығы орталық кеңседе орналасқан, бұл пайдаланушыларға оптикалық тарату тізбегінен қажетті желіге қосылуға мүмкіндік береді.

Passive optical networks do not use electrically powered components to split the signal. Instead, the signal is distributed using beam splitters. Each splitter typically splits the signal from a single fiber into 16, 32, or up to 256 fibers, depending on the manufacturer, and several splitters can be aggregated in a single cabinet. A beam splitter cannot provide any switching or buffering capabilities and does not use any power supply; the resulting connection is called a point to multipoint link. For such a connection, the optical network terminals on the customer's end must perform some special functions which would not otherwise be required. For example, due to the absence of switching, each signal leaving the central office must be broadcast to all users served by that splitter (including to those for whom the signal is not intended). It is therefore up to the optical network terminal to filter out any signals intended for other customers. In addition, since splitters have no buffering, each individual optical network terminal must be coordinated in a multiplexing scheme to prevent signals sent by customers from colliding with each other. Two types of multiplexing are possible for achieving this: wavelength division multiplexing and time division multiplexing. With wavelength division multiplexing, each customer transmits their signal using a unique wavelength. With time division multiplexing (TDM), the customers "take turns" transmitting information. TDM equipment has been on the market longest. Because there is no single definition of "WDM PON" equipment, various vendors claim to have released the 'first' WDM PON equipment, but there is no consensus on which product was the 'first' WDM PON product to market. Passive optical networks have both advantages and disadvantages over active networks. They avoid the complexities involved in keeping electronic equipment operating outdoors. They also allow for analog broadcasts, which can simplify the delivery of analog television. However, because each signal must be pushed out to everyone served by the splitter (rather than to just a single switching device), the central office must be equipped with a particularly powerful piece of transmitting equipment called an optical line terminal (OLT). In addition, because each customer's optical network terminal must transmit all the way to the central office (rather than to just the nearest switching device), reach extenders would be needed to achieve the distance from central office that is possible with outside plant based active optical networks. Optical distribution networks can also be designed in a point to point "homerun" topology where splitters and/or active networking are all located at the central office, allowing users to be patched into whichever network is required from the optical distribution frame.

Пассивті оптикалық компоненттер

Қазіргі заманғы пассивті оптикалық желілердің негізгі факторлары жоғары сенімділік, төмен құн және пассивті функционалдық болып табылады. Бір модты, пассивті оптикалық компоненттерге толқын ұзындығы бойынша мультиплексерлер/демультиплексерлер (WDM), изоляторлар, циркуляторлар және сүзгілер сияқты тармақталу құрылғылары жатады. Бұл компоненттер кеңселер арасындағы байланыс, желілік қоректендіру, Fiber In The Loop (FITL), Гибридті талшықты-коаксиалды кабель (HFC), Синхронды оптикалық желі (SONET) және Синхронды цифрлық иерархия (SDH) жүйелерінде; сондай-ақ оптикалық талшықты күшейткіштерді (OFA) және тығыз толқын ұзындығы бойынша мультиплекстерлеуді (DWDM) пайдаланатын оптикалық байланыс жүйелерін қолданатын басқа да телекоммуникациялық желілерде қолданылады. Бұл компоненттерге қойылатын талаптар 2010 жылы Telcordia Technologies компаниясымен жарияланды. Пассивті оптикалық компоненттердің кең қолданылуына көп арналы беріліс, тарату, бақылау үшін оптикалық түрлер, талшықты күшейткіштер үшін сорғыларды біріктіру, бит жылдамдығын шектеуіштер, оптикалық қосылыстар, маршруттың әртүрлілігі, поляризацияның әртүрлілігі, интерферометрлер және когерентті байланыс кіреді. WDM – оптикалық сигналдың толқын ұзындығы құрамына байланысты қуатты бөлетін немесе біріктіретін оптикалық компоненттер. Тығыз толқын ұзындығы бойынша мультиплекстерлер (DWDM) – кем дегенде төрт толқын ұзындығы бойынша қуатты бөлетін оптикалық компоненттер. Толқын ұзындығына тәуелсіз қосқыштар – оптикалық сигналдың толқын ұзындығы құрамына тәуелсіз қуатты бөлетін немесе біріктіретін пассивті оптикалық компоненттер. Компонент оптикалық сигналдарды бір уақытта біріктіре де, бөле де алуы мүмкін, мысалы, бір талшықтан екі бағытта (дуплексті) беріліс кезінде. Пассивті оптикалық компоненттер деректер форматына бейтарап, сигналдардың ақпараттық мазмұнына қарамастан, оптикалық қуатты белгілі бір қатынаста (қосылу қатынасы) біріктіреді және бөледі. WDM толқын ұзындығын бөлуші және біріктіруші ретінде қарастырылуы мүмкін. Толқын ұзындығына тәуелсіз қосқыштарды қуатты бөлуші және біріктіруші ретінде қарастыруға болады. Оптикалық оқшаулағыш – екі портты пассивті компонент, ол жарықтың (берілген толқын ұзындығы диапазонында) бір бағытта аз жоғалтумен өтуіне мүмкіндік береді, ал кері бағытта таралатын жарықты оқшаулайды (жоғары жоғалтуды қамтамасыз етеді). Изоляторлар лазерлік диодтық модульдерде және оптикалық күшейткіштерде интегралдық және желілік компоненттер ретінде, сондай-ақ жоғары жылдамдықты және аналогтық беріліс жүйелерінде көп жолды шағылысудан туындайтын шуды азайту үшін қолданылады. Оптикалық циркулятор оптикалық оқшаулағыш сияқты жұмыс істейді, бірақ кері таралатын жарық толқыны жоғалмай, үшінші портқа шығарылады. Оптикалық циркуляторды екі бағыттағы беріліс үшін, жарық толқынының таралу бағытына байланысты, талшықтар арасында оптикалық қуатты бөлетін (және оқшаулайтын) тармақталу құрылғысы ретінде пайдалануға болады. Оптикалық сүзгі – екі немесе одан көп порттары бар, толқын ұзындығына байланысты жоғалтуды, оқшаулауды және/немесе кері жоғалтуды қамтамасыз ететін компонент. Оптикалық сүзгілер – желілік, толқын ұзындығын таңдамалы компоненттер, олар фильтр түрлерін жіктеу үшін толқын ұзындығының белгілі бір диапазоны арқылы (немесе шағылыстыру арқылы) аз жоғалтумен өтуге мүмкіндік береді.

The drivers behind the modern passive optical network are high reliability, low cost, and passive functionality. Single mode, passive optical components include branching devices such as Wavelength Division Multiplexer/Demultiplexers (WDMs), isolators, circulators, and filters. These components are used in interoffice, loop feeder, Fiber In The Loop (FITL), Hybrid Fiber Coaxial Cable (HFC), Synchronous Optical Network (SONET), and Synchronous Digital Hierarchy (SDH) systems; and other telecommunications networks employing optical communications systems that utilize Optical Fiber Amplifiers (OFAs) and Dense Wavelength Division Multiplexer (DWDM) systems. Proposed requirements for these components were published in 2010 by Telcordia Technologies. The broad variety of passive optical components applications include multichannel transmission, distribution, optical taps for monitoring, pump combiners for fiber amplifiers, bit rate limiters, optical connects, route diversity, polarization diversity, interferometers, and coherent communication. WDMs are optical components in which power is split or combined based on the wavelength composition of the optical signal. Dense Wavelength Division Multiplexers (DWDMs) are optical components that split power over at least four wavelengths. Wavelength insensitive couplers are passive optical components in which power is split or combined independently of the wavelength composition of the optical signal. A given component may combine and divide optical signals simultaneously, as in bidirectional (duplex) transmission over a single fiber. Passive optical components are data format transparent, combining and dividing optical power in some predetermined ratio (coupling ratio) regardless of the information content of the signals. WDMs can be thought of as wavelength splitters and combiners. Wavelength insensitive couplers can be thought of as power splitters and combiners. An optical isolator is a two port passive component that allows light (in a given wavelength range) to pass through with low attenuation in one direction, while isolating (providing a high attenuation for) light propagating in the reverse direction. Isolators are used as both integral and in line components in laser diode modules and optical amplifiers, and to reduce noise caused by multi path reflection in high bitrate and analog transmission systems. An optical circulator operates in a similar way to an optical isolator, except that the reverse propagating lightwave is directed to a third port for output, instead of being lost. An optical circulator can be used for bidirectional transmission, as a type of branching component that distributes (and isolates) optical power among fibers, based on the direction of the lightwave propagation. A fiber optic filter is a component with two or more ports that provides wavelength sensitive loss, isolation and/or return loss. Fiber optic filters are in line, wavelength selective, components that allow a specific range of wavelengths to pass through (or reflect) with low attenuation for classification of filter types.