Architektura NG-PON2

Standard pro příští generaci pasivních optických sítí 2 (NG-PON2) dovoluje konvergenci služeb několika sítí v rámci jedné ODN. To umožňuje významné snížení celkových nákladů na vlastnictví (TCO) a současně zavedení nové efektivní architektury, kterou lze upravovat podle aktuálních požadavků zákazníků.

Obr. 1 ukazuje základní stavební bloky NG-PON 2. To zahrnuje: l1 l1 l2 NG-PON2 OLT GPON OLT Obrazové služby WM1 CE NG-PON2 laditelná ONU NG-PON2 laditelná ONU NG-PON2 laditelná ONU NG-PON2 laditelná ONU Spliter l1

• Optická linková zakončení (Optival Line Terminals, OLT), tj. linkové jednotky podporující kompatibilní vlnové plány. Linkové jednotky poskytují konkrétní vlnové kanály (λ1 až λ 4) s vyměnitelnými transceivery.
• Optické síťové jednotky (Optical Network Units, ONU) s přeladitelnými lasery, optickými filtry a přijímači pro podporu kompatibilních vlnových plánů, dovolující vlnovou mobilitu.
• Vlnové multiplexory (Wavelenght Multiplexer, WM), což jsou pasivní vlnové multiplexory, které sdružují čtyři vlnové kanály NG-PON2 do jednoho optického vlákna (v budoucnu až osm vlnových kanálů).
• Společné prvky (Co-existence Element, CE). Jedná se pasivní vlnové multiplexory, které sdružují několik technologií PON do jednoho optického vlákna.

NG-PON2 využívá multiplexování s časovým a vlnovým dělením (Time and Wavelenght Division Multiplexing, TWDM), které umožňuje až čtyři vlnové kanály (λ1 až λ 4) nebo v budoucnu až osm, v závislosti na tom, jak porostou nároky na přenosovou kapacitu. NG-PON2 je první standard PON, který využívá přístup s několika vlnovými kanály. Jednotlivé vlnové kanály mohou poskytovat tři různé kombinace přenosových rychlostí: obousměrně 10 Gb/s, 10 Gb/s k uživateli/2,5 Gb/s od uživatele a 2,5 Gb/s obousměrně. Pro směr k uživatelům se využívá vlnové pásmo 1596–1603 nm s kanálovou roztečí 100 GHz. Směrem od uživatelů jsou specifikována tři vlnová pásma: široké 1524–1544 nm, snížené 1528–1540 nm a úzké 1532–1540 nm s kanálovou roztečí 50 GHz, 100 GHz nebo 200 GHz.

Vlastnosti NG-PON2

Vlnová mobilita

Vlnová mobilita umožňuje ONU přijímat všechny vlnové délky v rámci ODN a poskytuje schopnost využívat přeladitelné optické prvky v ONU pro příjem jakéhokoliv dostupného vlnového kanálu. Vlnová mobilita poskytovatelům služeb dovoluje vytvořit pravidla, jak se ONU může přelaďovat mezi různými vlnovými kanály např. v případě údržby nebo velkého provozního zatížení sítě PON. Vlnová mobilita poskytovatelům služeb umožňuje:

• Zvyšovat přenosovou kapacitu podle aktuálních požadavků (model pay-as-you-grow).
• Poskytovat redundanci, tj. ONU se může připojit na jinou OLT, pokud ta stávající má poruchu.
• Optimalizovat provozní zatížení, díky lepší flexibilitě provozního nastavení PON.
• Nastavit poměr rozbočení, tj. ONU se může přeladit na jiný vlnový kanál, efektivně snížit poměr rozbočení na jednom vlnovém kanály a zvýšit poměr rozbočení na jiném vlnovém kanálu.
• Funkci ochrany, tj. použití dalšího vlnového kanálu jako zálohy v případě výpadku stávajícího spojení.
• Bezproblémovou údržba a modernizace, tj. během údržby nebo modernizace sítě lze ONU přeladit na vlnový kanál jiného systému.

Sdružení vlnových kanálů

Sdružování vlnových kanálů umožňuje přidělit několik vlnových kanálů, které jsou podporovány ODN pro jednu ONU. Například, pokud podnik bude potřebovat přenosovou kapacitu více než 10 Gb/s, může poskytovatel služby přidělit k jedné ONU více vlnových kanálů.

Konvergence služeb

Využití několika vlnových kanálů poskytovatelům služeb umožňuje také podporovat konvergenci služeb a nabízet v rámci ODN mnoho různých typů služeb, např.:

• Oddělit služby pro domácnosti, podniky a propojení s páteřní sítí do různých vlnových kanálů, přičemž jsou využívány různé jednotky OLT.
• Snížit náklady na provoz a údržbu díky využití jednoho vlákna a vlnového multiplexoru pro různé typy samostatných služeb.

Aplikace NG-PON2

Změny v oblasti telekomunikací jsou stimulovány zejména rychle se měnícími požadavky na komunikaci a neustále rostoucími nároky na přenosovou kapacitu. Odpovědí jsou systémy NG-PON2. Poskytovatelé služeb z celého světa proto již začali zavádět systémy NG-PON2 do svých sítí, příkladem jsou společnosti Verizon, SK Broadband, Portugal Telecom, Northpower Fibre (Nový Zéland) a několika dalších.

Systémy NG-PON2 umožňují díky konvergenci služeb v rámci jedné ODN také výrazné snížení nákladů na vlastnictví (TCO). Možnost poskytovat přenosové rychlosti 10 Gb/s (nebo více) jednotlivým uživatelů, nabízí poskytovatelům služeb široký rozsah maloobchodních a velkoobchodních služeb a aplikací pro domácnosti, podniky, různé komunity, další telekomunikační operátory, inteligentní města či inteligentní budovy.

• Služby pro domácnosti. Koncovým uživatelům lze poskytovat vysokorychlostní přípojky s přenosovou rychlostí až 10/10 Mb/s nabízet služby Triple Play (tj. telefon, IPTV a přístup k internetu). Takové služby jsou poskytovány např. v Japonsku, Švédsku, Švýcarsku, USA či Singapuru, přičemž cena je pod 100 USD měsíčně. V případě, že jsou koncoví uživatelé blíže k OLT lze využít vyšší poměr rozbočení (splitery 1:256), což dovoluje snížit náklady na uživatele. Zajímavou aplikací je také připojení větších bytových domů prostřednictvím optického vlákna ukončeného v DSLAMu pro G.Fast a k jednotlivým domácnostem jsou pak přípojky vedeny přes metalické kabely.
• Služby pro podniky. Vyšší přenosová kapacita systémů NG-PON2 (10 Gb/s až 40/80 Gb/s) umožňuje flexibilně reagovat na rostoucí nároky podnikových zákazníků. To zahrnuje rovněž nové aplikace včetně poskytování redundance či služeb založených na vlnových kanálech, které dovolují poskytovat vyšší SLA.
• Služby pro operátory. Jedná se obvykle služby typu point-to-point v rámci velkoobchodní nabídky. Nejčastější využití lze očekávat při přechodu na malé buňky v rámci mobilních sítí 4G a 5G. To zahrnuje optické připojení základnových stanic (backhaul) a vzdálených rádiových jednotek (fronthaul) v rámci páteřního propojení mobilních sítí. Tato spojení budou vyžadovat vysoké přenosové rychlosti, nízkou latenci a vysokou spolehlivost, takže systémy NG-PON2 jsou ideálním kandidátem. Zajímavou aplikací může být také připojení privátních sítí LTE/5G pro průmyslové využití. Systémy NG-PON2 obecně podporují nabídku velkoobchodních služeb přidělením vlnového kanálu zákazníkovi.
• Další služby a aplikace. Možnosti NG-PON2 umožňují také připojit místní sítě LAN různých subjektů, jako jsou univerzity, nemocnice, hotely, letiště apod. Díky kombinaci nízké latence, vysoké přenosové rychlosti a vysokého poměrů rozbočení lze systémy NG-PON2 využít i pro aplikace v inteligentních budovách (např. dohledové kamerové systémy) a pro různé aplikace v rámci inteligentního města.

Závěr

Technologie NG-PON2 nabízí poskytovatelům telekomunikačních služeb mnoho výhod při poskytování spolehlivých služeb pro zákazníky. Předně nabízet přenosové rychlosti, které vyžadují služby a zákazníci s vysokými nároky na přenosovou kapacitu, a to jak z hlediska samotné přenosové kapacity, tak z hlediska nízké latence a spolehlivosti. Architektura NG-PON2 dovoluje poskytovatelům služeb významně zvýšit výkonnost a flexibilitu svých sítí, a při tom snížit provozní náklady. Modernizace může být realizována bez toho, aby byly jakkoliv ovlivněny služby stávajících uživatelů, takže síť může být rozšiřována v závislosti na aktuálních požadavcích (model pay-as-your-grow). Navíc přenosová kapacita může být v sítí snadno předisponována jak je potřeba, díky přidělování různých vlnových kanálů uživatelům. Mimo provozních výhod poskytuje standard NG-PON2 také podporu pro mnoho různých nových konvergovaných služeb pro domácnosti, podniky i mobilní sítě po jednom optickém vláknu.

Redaktor: Jaroslav Hrstka

LITERATURA

[1] Broadband Forum: The Future of Passive Optical Networking is Here NG-PON2. Broadband Forum 2018.
[2] G.989.1: 40-Gigabit-capable passive optical networks (NG-PON2): General requirements. ITU-T, 2013.
[3] G.989.2: 40-Gigabit-capable passive optical networks 2 (NG-PON2): Physical mediadependent (PMD) layer specification. ITU-T, 2014.
[4] Carroll, M., Ye, Z., Remein, D.: FSAN & ITU-T Activities on Next-Generation PON Stage-2 (NG-PON2). IEEE 802.3 NGEPON ad hoc meeting, Beijing, March 2014.
[5] Dai, E. Y.: Migration Paths to 25G EPON, 50G, 100G EPON and Wavelength Plans. Cox Communications, IEEE 802.3ca TF, IEEE Plenary Meeting, November, 2017.