Что такое XGS-PON?
XGS-PON — обновленный стандарт пассивных оптических сетей (PON), который поддерживает симметричную передачу данных со скоростью 10 Гбит/с и относится к семейству «гигабитных» PON-стандартов, или G-PON. G-PON означает Gigabit PON или 1 Gigabit PON. X в XGS представляет цифру 10, а буква S обозначает «симметричный», соответственно, XGS-PON = это симметричная пассивная оптическая сеть пропускной способность 10 Гбит/с. Более ранняя, несимметричная версия стандарта XG-PON была ограничена 2,5 Гбит/с в восходящем направлении (upstream).
Появившись в 1990-х годах, технология PON прошла несколько фаз развития, в которых использовались различные длины волн, скорости и компоненты, и постоянно улучшалась. Общим знаменателем всех оптоволоконных PON-сетей остаются пассивное волокно и пассивные (без собственного питания) сплиттеры и объединители, т. е. отсутствуют активные усилители, требующие питания. Технологии потоковой передачи и высокой четкости, 5G и другие новые технологии постоянно предъявляют новые требования к пропускной способности, и в связи с этим создание XGS-PON и других стандартов трудно переоценить.
Одновременная передача в восходящем и нисходящем направлении по одному и тому же оптоволокну обеспечивается за счет спектрального уплотнения каналов (WDM). Именно эта технология позволяет передавать в XGS-PON данные в восходящем направлении на одной длине волны, а в нисходящем — на другой.
Стандартизация при разработке и эксплуатации PON обеспечивается с самого начала на основе стандартов Международного союза электросвязи для семейства G-PON, а для Ethernet PON (E-PON) — на основе стандартов Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). Новый стандарт XGS-PON был представлен 2016 году и существует в виде рекомендации ITU-T G.9807.1.
В ней XGS-PON определяется как симметричная пассивная оптическая сеть доступа с пропускной способностью 10 Гбит/с для использования в домохозяйствах, предприятиях, в виде опорной мобильной сети и для других сценариев. Для создания полноценного стандарта симметричного варианта G-PON с поддержкой 10 Гбит/с использовались элементы физического уровня XG-PON, а это значит, что в XG-PON и XGS-PON могут использоваться одни и те же компоненты оптических трансиверов. Стандарты протокольного уровня отражены в стандарте NG-PON2, ITU-T G.989.3.
Хотя физические параметры оптоволокна и форматирования данных в XGS-PON остались без изменений по сравнению с изначальным стандартом G-PON, длины волн в нем другие. Для нисходящей передачи используется длина волны 1577 нм, а для восходящей — 1270 нм. Это обусловлено необходимостью сосуществования нескольких служб PON в одной сети, чтобы обеспечить бесперебойную модернизацию/миграцию служб или чтобы разные поставщики услуг использовали одну и ту же сеть или предоставляли различное качество обслуживания (например, для бизнеса/домохозяйств). Длины волн для XGS-PON отличаются от других стандартов, например G-PON и NG-PON2, хотя диапазон передачи в PON, составляющий от 1260 до 1650 нм позволяет одновременно использовать стандарты G-PON, XGS-PON и NG-PON2 в одной оптоволоконной сети. Поскольку XGS-PON стал развитием стандарта XG-PON, призванным обеспечить симметричность, то это единственный случай, когда они оба используют одни и те же длины волн в направлении к абонентскому устройству и от него. Сегодня большинство операторов, рассматривающие внедрение услуг 10G, выбирают XGS-PON.
Развитие PON-сетей потребовало улучшений и адаптации средств их тестирования. Традиционные средства тестирования оптоволокна, включая оптические рефлектометры, источники излучения и широкополосные измерители мощности, могут использоваться эффективно, однако у них есть ограничения. Например, широкополосные измерители мощности нельзя применять для измерения оптической мощности в нисходящем направлении, если используется более одной длины волны, что возможно при передаче РЧ-видеосигнала через PON или при одновременном существовании нескольких PON-служб в одной сети (например, G-PON и XGS-PON). Длины волн в нисходящем направлении отличаются тем, что они передаются непрерывно, поэтому их проще измерять, однако поскольку в восходящем направлении физический канал является общим, то для этого импульсного трафика необходимо применять временное разделение каналов (TDM). Кроме того, абонентский терминал (ONT) реагирует и передает данные только после того, как сперва получит что-то на соответствующей длине волны, поэтому для замеров мощности в восходящем направлении нужно оборудование, которое поддерживает, как импульсный, так и сквозной режим.
Отдельные измерители мощности — полезные и гибкие инструменты, позволяющие определить, соответствует ли мощность сигнала в нисходящем и восходящем направлениях техническим требованиям, не превышают ли оптические вносимые потери ограничений системы и приемлемы ли они в рамках стандарта. Поскольку использование различных длин волн является ключевым компонентом технологии XGS-PON, без оборудования, способного фильтровать и выбирать нужные длины волны, просто не обойтись. Измерители мощности PON компании VIAVI обеспечивают измерение длин волн и решают задачи тестирования PON-сетей за счет селективного измерения мощности, а у некоторых имеется сквозной режим, который подходит для запуска и поиска неисправностей в работающих сетях.
Селективный измеритель мощности SmartPocket OLP-37
Измерители мощности для PON-сетей, в которых может транслироваться РЧ-видеосигнал или одновременно работать службы G-PON и XGS-PON, например модель OLP-37 RFoG и PON (G & XGS), отличаются удобным интерфейсом и просты в использовании. Функции выбора длины волны обеспечивают работу с выбранным стандартом PON или отдельной длиной волны в нисходящем направлении, а прочный и компактный форм-фактор прекрасно подходит для использования в полевых условиях.
Измеритель оптической мощности для PON SmartClass Fiber OLP-87
Симметричная передача в PON-сетях делает комплексное тестирование «в обоих направлениях» выгодной стратегией при запуске в эксплуатацию, техническом обслуживании и поиске неисправностей. Измеритель оптической мощности для PON SmartClass Fiber OLP-87 разработан для одновременного тестирования восходящего и нисходящего направлений для служб B/E/G-PON, включая XGS-PON, 10G EPON и NG-PON2. Устройство представляет собой современный и гибкий измеритель мощности с возможностью выбора длины волны и сквозным режимом (включая поддержку импульсов от абонентского устройства) для одновременного измерения различных длин волн в восходящем и нисходящем направлениях. Имеется также возможность проверки и сертификации торцевых поверхностей оптоволокна, отчеты о которых сохраняются и доступны по требованию.
XGS-PON и NG-PON2
Стандарт NG-PON2 некоторыми видится как следующий логичный шаг к повышению пропускной способности сервисов и сети, но наряду с своим потенциалом он привносит и проблемы. Чтобы передавать по одному оптоволокну NG-PON2 использует временное и спектральное уплотнение каналов (TWDM), объединяя четыре и более каналов 10 Гбит/с с достижением совокупной симметричной пропускной способности 40 Гбит/с. Эта технология существенно отличается от XGS-PON, которая, как и в предшествующих версиях PON, работает на разных длинах волн в восходящем и нисходящем направлениях. И хотя потенциал полосы пропускания NG-PON2 впечатляет, этот технический «скачок» требует целого ряда фиксированных или настраиваемых оптических устройств на обоих концах линии, что повышает изначальную стоимость развертывания, в то время как для XGS-PON они не требуются.
Технология TWDM создает возможности варьировать длины волн для NG-PON2, при этом восходящие и нисходящие длины волн NG-PON2 не пересекаются с выделенными длинами XGS-PON и G-PON. Таким образом NG-PON2 может использоваться одновременно с G-PON и XGS-PON. Как NG-PON2, так и XGS-PON используют более высокие длины волн (>1550 нм) в нисходящем направлении, которые сами по себе более подвержены снижению мощности из-за затухания при макроизгибах.
Оптический линейный терминал XGS-PON
Для всех стандартов PON, включая XGS-PON, отправной точкой является оптический линейный терминал (OLT), устанавливаемый на площадке поставщика услуг. OLT представляет собой активное оборудование (имеющее собственное питание), которое используется для преобразования и передачи данных от поставщика услуг и управления сжатием для точек окончания оптической сети (ONT). Благодаря работе пассивных оптических сплиттеров нисходящего направления OLT в сети XGS-PON передает одни и те же данные всем ONT, каждый из которых должен определить, какие данные предназначены для него. Виртуализированные OLT могут быть гибко запрограммированы так, чтобы передавать трафик с использованием различных технологий PON, например XGS-PON и NG-PON2, на одном и том же оборудовании. Коэффициент деления OLT позволяет одному OLT в сети XGS-PON управлять несколькими оптическими PON-сетями распределения (ODN).
XGS-PON SFP
Съемный модуль компактного форм-фактора (SFP) — трансивер с возможностью горячей замены, подключаемый к порту SFP сети, преобразующий электрические сигналы в оптические с выбранной длиной волны и обратно. Конструкция модулей SFP, обеспечивающих работу XGS-PON, должна предусматривать поддержку скоростей 10 Гбит/с и одновременно восходящий прием и нисходящую передачу за счет применения внутренних WDM-смесителей. Несмотря на компактный форм-фактор, современная электроника SFP-модулей XGS-PON стабилизирует выходную мощность при восходящей передаче.
ONT XGS-PON
Благодаря использованию одного или нескольких каскадных сплиттеров сигнал, направленный от OLT в нисходящем направлении, может делиться для обслуживания до 128 конечных устройств (ONT). IEEE, где были созданы эквиваленты стандартов E-PON и 10G-EPON, называет ONT «блоком оптической сети» (ONU).
Недавние инновации в способах монтажа, оптике и конструировании микросхем существенно снизили стоимость ONT-устройств 10 Гбит до уровней ONT/ONU 1 Гбит. Благодаря «экономике масштаба» с дальнейшим распространением XGS-PON стоимость оборудования будет снижаться. ONT нового поколения XGS-PON стали более гибкими, чтобы для FTTH, предприятий и 5G можно было использовать больше общих аппаратных элементов.
Возможность передавать 10 Гбит/с в обоих направлениях и совместимая архитектура делает XGS-PON жизнеспособной для высокоскоростной передачи голоса, данных и Интернета на многие годы. Видеоконференции, игры и облачное хранение приобретают все большую популярность, поэтому требования к скоростям восходящей передачи не менее актуальны.
XGS-PON может использоваться и в других сценариях, например для передачи обработанного видеосигнала 5G а также для соединения контроллера БС и радиочасти. Поскольку XGS-PON может существовать на том же оптоволокне, что и G-PON без изменений в пассивной архитектуре и поддерживает более высокие коэффициенты деления, он становится логичным и недорогим вариантом модернизации сети. NG-PON2 еще более увеличивает скорость и пропускную способность при условии соблюдения более строгих требований к уровню оптических потерь и настраиваемых трансиверов.
Польза PON-сетей, их простота и обратная совместимость, подтверждаются тем, что ими пользуются уже 20 лет. XGS-PON продолжает традиции, одновременно расширяя границы и позволяя достичь новых горизонтов.