Pasivní optická síť

Optický přístup (FTTx, Fiber to the x) může být založen na pasivní optické síti, dvoubodové optické síti, případně aktivní optické síti. Pasivní optické sítě jsou teď na vzestupu a předpokládá se jejich rozvoj právě v souvislosti s požadavky realizací optiky do domácností (FTTH, Fiber To The Home).

Prvky pasivní optické sítě

Pasivní optickou síť (Passive Optical Network, PON) si lze představit jako HFC síť kabelových přípojek, kde jsou ovšem koaxiální kabely nahrazeny jednovidovým vláknem. PON sestává ze zakončení optického vedení (Optical Line Termination, OLT) na straně ústředny, na něž se připojují rozvětvenou strukturou optické rozbočovače. K nim se připojuje omezený počet optických síťových jednotek (Optical Network Unit, ONU nebo také ONT, Optical Network Termination) do stromové, případně kruhové nebo hvězdicové topologie. Vzdálenost mezi OLT a ONU může dosáhnout několika desítek kilometrů.

Optický přístup je nezávislý na protokolech vyšších vrstev, takže bez problémů podporuje jak optickou transportní síť SONET/SDH (Synchronous Optical NETwork/ Synchronous Digital Hierarchy), tak Fast Ethernet, Gigabit či 10 Gigabit Ethernet. Řešení PON je naznačeno na obrázku 1.

Pasivní optické rozdělovače (splitter) nebo rozbočovače umožňují sdílet kapacitu sítě, zatím pro maximálně 32 domácností (na rozdíl od HFC, kde optický uzel podporuje stovky domácností). Označení pasivní optická síť není příliš přesné, protože rozbočovače jsou jedinými jejími pasivními prvky, ostatní prvky jsou aktivní. Rozbočovač pouze rozdělí optický signál do požadovaného počtu dílčích dopředných směrů (nebo v opačném směru sdruží příchozí signály od jednotlivých uživatelů), ale neprovádí zesilování ani jiné úpravy signálu (proto se jedná o pasivní prvek). Obousměrný přenos lze řešit buď samostatnými vlákny, nebo dnes častěji vlnovým dělením. Přenos je pak uskutečněn po jediném vláknu, a to jedním směrem na vlnové délce 1310 nanometrů a druhým směrem na vlnové délce 1550 nanometrů.

ONU převádí optický signál přijatý od optického rozbočovače na specifické šířky pásma (např. 10/100-Mbit/s Ethernet nebo ATM) a posílá je dál na směrovače, pobočkové ústředny, přepínače či další síťová zařízení na straně uživatele. ONU poskytuje možnost převádět optický signál z optického na elektrický pro další zpracování (multiplexování v dopředném a zpětném směru) domácí branou (Home Access/Network Gateway, residential gateway neboli Host Digital Terminal, HDT).

ONU může být umístěna uvnitř nebo vně domu (v ochranném krytu proti nepřízni počasí). K zakončovací jednotce přímo u uživatele se mohou připojovat domácí sítě, nejčastěji Ethernet. Kromě toho má toto zakončovací zařízení další porty: pro připojení set-top box pro službu video na vyžádání (Video-on-Demand, VoD) a pro připojení běžných telefonů. K zabezpečení informace před jejím zneužitím v jiném ONU, pracujícím na stejné přístupové cestě k OLT, se provádí šifrování dat.

APON

Pasivní optická síť může být založena na různých síťových technologiích. PON založená na ATM (Asynchronous Transfer Mode), někdy označovaná jako APON, přirozeně zajišťuje různé úrovně kvality služeb pro různé typy provozu a je normalizovaná doporučením ITU-T (International Telecommunications Union-Telecommunication Standardization Sector) G.983. Nabízí dvě varianty: symetrickou službu rychlostí 155 Mbit/s (OC-3) a asymetrickou službu v dopředném směru (ze sítě k uživateli) 622 Mbit/s (OC-12) a ve zpětném směru 155 Mbit/s.

Přenosové médium se skládá z jednoho nebo dvou jednovidových vláken podle G.652. Obousměrná komunikace se zajišťuje buď vlnovým dělením na jediném vlákně (v dopředném směru vlnovými délkami 1480 – 1580 nanometrů a ve zpětném směru 1260 – 1360 nanometrů), nebo jednosměrným provozem na dvou vláknech. Jedno vlákno je cenově výhodnější.

Práce na specifikaci PON zahájila v roce 1995 skupina pod názvem Full Service Access Network (FSAN). Základní specifikace byly v ITU-T schváleny v roce 1999, o dva roky později se přijalo doporučení ohledně dynamického přidělování šířky pásma (Dynamic Bandwidth Allocation) a v loňském roce pak specifikace širokopásomové PON (Broadband PON). Přístupová síť s plnými službami (FSAN) je naznačena na obrázku 2.

GPON

Gigabitová pasivní optická síť (G-PON, Gigabit Passive Optical Network) byla normalizovaná v ITU-T na počátku roku 2003. Zájem o pasivní přístupovou síť plyne z její rozšiřitelnosti a relativně nízkých nákladů na služby příští generace jako VoD nebo on-line hry. Náklady na optickou síť a síťové prostředky v PON sdílí více koncových uživatelů. PON přitom eliminuje nákladné aktivní prvky mezi poskytovatelem služby a zákazníky.

Nejnovější specifikace pro G-PON vycházejí z řady doporučení ITU-T G.983 pro širokopásmové PON. Zachovávají stejnou optickou distribuční síť, plán vlnových délek a návrh sítě pro komplexní služby (FSAN). Nová doporučení jsou rozšířením základního doporučení G.983.1 ve smyslu rychlosti při zachování základních principů širokopásmového optického přístupového systému. G.984.1 popisuje obecné charakteristiky systému G-PON (architekturu, rychlosti, dosah, zpoždění přenosu signálu, bezpečnost). G.984.2 popisuje optickou přístupovou síť schopnou podporovat budoucí požadavky domácích i podnikových uživatelů. Podporuje nominální rychlosti na vedení 1,25 a 2,5 Gbit/s směrem od sítě k uživateli a 155 nebo 622 Mbit/s, 1,5 nebo 2,5 Gbit/s směrem od uživatele k síti. Optická přístupová síť může být realizovaná jak asymetricky, tak symetricky. Nabízené rychlosti jsou zhruba dvojnásobné oproti předchozím specifikacím.

EPON

V poslední době se rozvíjí řešení PON na bázi Ethernetu (EPON). Toto řešení umožňuje vyšší rychlost, jednoduchost (navázání na koncové lokální sítě) a rozšiřitelnost. EPON se mj. rozvíjí jako řešení IEEE Ethernetu v první míli (EFM, Ethernet in the First Mile).

Podle společnosti Infonetics se má vyvíjet trh s pasivními optickými sítěmi směrem k Ethernetu: zatímco v letošním roce je podíl PON založených na ATM převažující (85 procent), do tří let se má podíl PON založených na Ethernetu zvýšit z 15 procent na 40 procent.

Jiná řešení

PON jako sdílená širokopásmová síť je zajímavá především pro domácnosti, zatímco firmy mohou mít kvůli kapacitě a bezpečnosti zájem také o dvoubodové spoje. Dvoubodová optická síť (viz obrázek 3) je samozřejmě kapacitně výhodnější pro uživatele než pasivní síť, která je sdílena připojenými domácnostmi, protože znamená přímé připojení účastníků k centralizovanému přepínači. PON je velmi levné řešení ve srovnání s instalací individuálních kabelů ke každému účastníkovi. Náklady na pasivní prvky jsou nízké, podobně správa a údržba sítě. Díky sdílení sítě více uživateli se i náklady provozovatele na účastníky úměrně snižují. Nicméně PON má i své nedostatky: sdílení kapacity sítě více účastníky je nepříjemné právě pro koncové uživatele, navíc má PON svá omezení v souvislosti se vzdálenostmi, protože pasivní rozbočovače neregenerují optický signál.

Kromě pasivních optických sítí existují také aktivní optické sítě (Active Optical Network, AON), které propojují jednotky ONU prostřednictvím aktivních síťových prvků k centru širokopásmových služeb. Aktivní síťové prvky jsou například opakovače, rozbočovače či muldexy (elektricky napájené), které rozdělují a v opačném směru sdružují signály mezi jednotlivými částmi optické sítě. Výhodou AON proti PON je zajištění podstatně větších dosahů, ale nevýhodou u AON jsou náklady na její budování.