GPON pasivní optické sítě

Technologie GPON

 

V přístupové síti nejsou nároky na přenosovou kapacitu a překlenutelnou vzdálenost tak zásadní jako v páteřních WDM sítích, tedy lze technologie pro optické přístupové sítě pořídit za poměrně přijatelných nákladů. Rozhodujícím faktorem zůstává tedy cena optické infrastruktury, která tím pádem hraje zásadní roli při posuzování návratnosti investic. Snížení nákladů je možné dosáhnout výběrem nejvhodnější varianty pro danou oblast, kdy lze posoudit topologie FTTH, FTTB či FTTC.

Topologie FTTC - “vlákno k chodníku“ (Fiber To The Curb) předpokládá vybudování primární optické infrastruktury pro připojení přístupových multiplexorů (ONU-C ... Optical Network Unit - Curb) s linkovým rozhraním DSL. Zákazník je pak k multiplexoru připojen metalickým vedením. Z toho plyne, že umístění ONU-C je výhodné hledat v blízkosti síťových rozvaděčů.

Topologie FTTB – “vlákno do budovy“ (Fiber To The Building) je vhodná pro vícebytové domy s vybudovanou LAN infrastrukturou. Přístupový switch, ONU-B (Optical Network Unit – Building), je připojen optickým vláknem, zákazník pak prostřednictvím LAN přes Ethernet.

Cílem modernizace přístupové sítě je pak plně optická infrastruktura, tedy topologie FTTH (Fiber To The Home). U zákazníka je umístěn optický modem, ONT (Optical Network Termination), který převádí optický signál na elektrický.

Optickou infrastrukturu lze budovat jako bod-bod nebo bod-multibod. Varianta bod-bod (P2P-point to point) předpokládá existenci samostatného vlákna mezi ústřednou (Central Office – CO) a zákazníkem. Každý připojený zákazník pak obsazuje jeden optický interface na CO. To přináší vysoké nároky na kapacitu centrálního switche a stejně tak i na počet vláken v optické distribuční síti ODN (Optical Distribution Network).

Úsporu vláken v ODN i snížení počtu optických rozhraní na CO dosáhneme použitím varianty bod-multibod (P2MP, point to multipoint). Optická infrastruktura pak obsahuje optické děliče – splittery, které rozdělí optický signál v poměru 1:N. Jedná se o pasivní prvek, síť je pak díky tomu nazývána PON – Passive Optical Network (pasivní optická síť). Technologie, kterou lze realizovat připojení zákazníků prostřednictvím PON pak zajistí, aby každý zákazník dostal přidělené přenosové pásmo podle služeb, které si zakoupil.

Standardizace PON technologií probíhá jednak v rámci ITU-T (International Telecommunication Union), tak i IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Prvním standardem, vydaným ITU v roce 1998 byl standard APON (G.983), dále následoval BPON (2001), GPON (2003), 10G-PON (2010), NG-PON 2 (2013) a XGS PON (2016). V rámci IEEE byla standardizována EPON (2004) a 10G-EPON (2009). V současné době se pracuje na standardizaci 25G-PON (očekáváno v 2020) a dále 50G-PON a 100G-PON.

Nejrozšířenější, zejména díky asijským zemím je technologie EPON. Nicméně v Evropě se nejvíce prosazuje technologie GPON, nově pak XGS-PON, resp. NG-PON 2. Oproti EPON má GPON mnohem propracovanější protokol, díky němuž se na režii spojenou s řízením sítě spotřebuje cca 7% přenosové kapacity v porovnání s až 50% ztracenými v EPON.

GPON technologie – Gigabit capable Passive Optical Network používá 2 optické kanály, ve směru od sítě k zákazníkovi (downstream) na vlnové délce 1490 nm, ve směru od zákazníka do sítě (upstream) pak 1310 nm. Downstream signál je sdílen všemi optickými síťovými jednotkami (ONU) resp. optickými koncovými jednotkami (ONT) připojenými v rámci jedné optické distribuční sítě (ODN). Každé ONT, resp. ONU si pak filtruje pouze takovou část informace, která je mu adresována. V upstreamu je pak každému ONT/ONU přidělován konkrétní timeslot, aby nedošlo ke kolizi signálů od různých ONT/ONU. V downstreamu se tedy jedná o broadcasting, zatímco v upstreamu TDMA. Aby nemohlo dojít k odposlouchávání uživatelských dat určených pro jiné jednotky, bylo pro přenášené rámce v downstreamu zavedeno jejich šifrování a systém výměny zabezpečovacích klíčů. V upstreamu toto riziko nehrozí, potenciální útočník by musel přímo narušit strukturu optické sítě, což by obsluha dokázala detekovat a odposlouchávání tak zabránit. Rovněž jiné útoky nepředstavují v pasivních optických sítích vážnější riziko.