Autor: Ing. Ladislav Arvai, Vydis s.r.o.

Ještě před několika lety se o optické síti hovořilo hlavně v souvislosti s výstavbou páteřních spojů. V dnešní době dochází ke dvěma základním momentům, které tento pohled mění:

• snížení ceny optických komponentů
• nárůst potřeb zákazníků z hlediska telekomunikačních aplikací a datových služeb

Video: příjem televizního vysílání v SD nebo HD kvalitě, video na vyžádání (Video on Demand), interaktivní TV, telefonování s přenosem obrazu.
Hlas: standardní telefonování, příjem rozhlasového vysílání.
Data: rychlé připojení k Internetu a služby s tím spojené (e-mail, web, ftp, on-line hry nebo služby spojené se zabezpečením domácnosti).

Mnoho zákazníků stále využívá připojení přes metalické rozvody (xDSL) nebo Wi-Fi, nicméně optické připojení přináší mnoho výhod oproti těmto technologiím. Zde jsou hlavní z nich:

• Přenosová kapacita: Optické kabely jsou připraveny přenášet velký objem dat a dochází v této oblasti ke stálému růstu.
• Nízký útlum: Díky nízkému útlumu jsou SM optická vlákna vhodná pro přenos dat na velké vzdálenosti.
• Vysoká bezpečnost: Optický přenos dat nabízí vysoké zabezpečení oproti odposlechu.
• Velká odolnost proti vnějšímu rušení

Jako hlavní faktor přechodu od metalických sítí k optickým je zvyšující se tlak na přenosovou rychlost. Přestože vývoj v xDSL sítích jde také kupředu ADSL - ADSL2 - ADSL2+ - VDSL - VDSL2, tak je zřejmé, že se časem dostanou ke svým přenosovým limitům. Naopak optické sítě díky vývoji vláken, laserů, konvertorů a dalších prvků skokově navyšují přenosovou kapacitu a jen trh určí, kde se zastaví.  

Optické sítě obecně můžeme rozdělit na 2 základní typy:

• P2P (point to point) připojení – v této topologii vede každé vlákno z centrály k jednotlivému zákazníkovi. Výhodou je vysoká kapacita pro přenos dat, nevýhodou drahá výstavba.
• P2MP (point to multipoint) připojení – topologie, kde je vlákno po opuštění centrálního zařízení sdíleno více zákazníky. Výhodou jsou nižší náklady na výstavbu, nicméně pro zákazníky je vyhrazena společná kapacita.

P2MP se dále dělí na:

• AON (Active Optical Network) – v síti se nachází nejméně jeden aktivní prvek (například opakovač, rozbočovač, či muldex), který vyžaduje síťové napájení. Výhodou AON je zajištění podstatně větších dosahů ke koncovým zákazníkům, nevýhodou náklady na výstavbu a údržbu.
• PON (Passive Optical Network) – jak již název napovídá, v síti se nachází pouze pasivní prvky.

Jelikož se pro připojení domácností jeví jako nejvíce perspektivní PON sítě, v další části článku se zaměříme právě na ně.
Jednotlivé varianty optických přístupových sítí PON se liší zejména použitým protokolem na druhé (spojové) vrstvě modelu OSI a dále parametry jako jsou přenosová rychlost, maximální vzdálenost a maximální počet účastníků v jedné síti. V současnosti se v praxi můžete nejčastěji setkat s těmito PON variantami:

APON/BPON – Jedná se o PON založenou na přenosu ATM (Asynchronous Transfer Mode) buněk dle specifikace ITU-T G.983. APON síť má definovanou přenosovou rychlost buď jako symetrickou 155,52 Mbps nebo asymetrickou s vyšší rychlostí 622,08 Mbps směrem k účastníkům. BPON (Broadband PON) byla dodatečně doplněna jako síť se symetrickou přenosovou rychlostí 622.08 Mbps, Využívají se buď samostatná jednovidová vlákna (podle standardu G.652) pro oba směry přenosu, nebo jedno vlákno s vlnovým dělením přenosu. Tyto sítě nejsou příliš rozšířené.

GPON – Doporučení ITU-T G984 pro Gigabit PON  vychází z předchozího doporučení G.983.  Nová doporučení jsou rozšířením základního doporučení G.983.1 ve smyslu rychlosti při zachování základních principů širokopásmového optického přístupového systému.
Podporuje nominální rychlosti na vedení 1,25 a 2,5 Gbps směrem od sítě k uživateli a 155 nebo 622 Mbps, 1,5 nebo 2,5 Gbps směrem od uživatele k síti. Optická přístupová síť může být realizována jak asymetricky, tak symetricky. Nabízené rychlosti jsou zhruba dvojnásobné oproti předchozím specifikacím. Pro komunikaci na druhé vrstvě používá protokol GEM (GPON Encapsulation Mode), což je varianta protokolu GFP (Generic Framing Procedure).

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 - IEEE 802.3ah EFM (Ethernet in the First Mile). Přenos je symetrický a to o rychlosti 1,25 Gps.

Na obrázku níže se podíváme na PON síť z hlediska topologie (bez ohledu na používaný protokol).
Z čeho se vlastně skládá?

Shrneme-li si základní prvky, tak hovoříme o:

• OLT (Optické linkové zakončení): Zajišťuje funkce síťového rozhraní mezi přístupovou sítí a sítěmi telekomunikačních služeb. Je připojena k páteřní síti nejčastěji pomocí rozhraní Ethernet (optické nebo metalické), popř. i SDH.
• ODN (Optická distribuční síť): Optické přenosové prostředky nacházející se mezi jednotkami OLT a ONT. Jedná se zejména o optická vlákna a pasivní optické rozbočovače (tzv. splittery).
• ONT (Optické síťové zakončení): Zabezpečují funkce účastnického rozhraní mezi koncovými zařízeními účastníků a přístupovou sítí.

Z předchozího textu vyplývá, že hlavním znakem PON sítí je pasivní přenos signálu přes celou ODN. To je umožněno díky pasivním rozbočovačům (splitters), princip je znázorněn na obrázku níže.

Zde je zobrazen splitter 1:8, nicméně stejně je možné kaskádovitě vyrobit spliiter s mnohem vyšším počtem výstupů. V dnešní době se začínají nasazovat rozbočovače o poměru až 1:128, nicméně vývoj jde neustále kupředu.

Přestože je optický rozbočovač hlavní výhodu PON sítí, tak je zároveň i důležitým omezujícím faktorem. Již dříve byla zmíněna jako velká přednost optických sítí – nízký útlum. To nicméně neplatí pro tento prvek, viz tabulka níže:

Jak je vidět, tak pro návrh a následný servis PON sítě může mít druh použitého rozbočovače zásadní vliv.
Pro bližší představu je zde naznačen výpočet útlumu:

• 10 km optického vlákna G.652
• 4 sváry
• 2 konektorové spoje
• Optický rozbočovač  1:64

Zařízení pro měření v PON sítích

Díky použití optických rozbočovačů je měření v PON sítích specifickou záležitostí. Potřebujete mít měřící přístroj, který umí přinejmenším měřit:

• znečištění optických vláken
• vložný útlum od OLT k ONT a obráceně i za provozu
• útlum odrazu
• ODTR průběh oběma směry

Pro tyto účely společnost JDSU vyvinula a dodává přístroj MTS-4000. Jedná se o univerzální, modulární měřící platformu, která obsahuje veškeré funkcionality pro měření nejen v PON sítích, a která je zároveň schopna pokrýt veškeré požadavky na měření triple-play služeb.

Klíčové parametry/Vlastnosti:

• Velký 7’’ barevný displej pro venkovní i vnitřní použití
• Nízká hmotnost – jen 1,4 kg v základu (plně osazený méně jak 2,4 kg!)
• Cenově výhodná, kompaktní a přenosná měřící platforma
• Větší životnost baterií díky použití Lithium iontových článků
• Možnost vytváření skriptů pro automatické měření
• Snadný přístup na internet díky instalovanému web prohlížeči
• SW přizpůsobený pro měření PON sítí (splittery apod.) 
• Měření na živém vlákně (1625 nm nebo 1650 nm) 
• Vzdálený přístup do platformy
• Integrovány základní aplikace jako je HTML a PDF reader
• K dispozici Wireless/Bluetooth

Jedinečnost tohoto přístroje vynikne v případě použití MP (Metro PON) OTDR modulu.  Jedná se o první modul na trhu s dynamikou větší jak 40 dB a s velmi vysokým rozlišením. Tento modul je optimalizován pro PON sítě se splittery až 1:128.

Velký rozsah nabízených vlnových délek (1310, 1490, 1550, 1625 (standard nebo filtrovaná) nebo 1650 filtrovaná)).

Na jednom konektoru můžete mít až 3 vlnové délky + power meter + laser source.

Pro zrychlení a zjednodušení měření platforma MTS-4000 nově podporuje FiberComplete™!
Toto unikátní automatické řešení snižuje čas měření vláken během instalace optických sítí o 40 procent.
Díky nástroji FiberComplete™ se přístroj MTS-4000 chová jako 10 zařízení v jednom. Každý technik tak nyní potřebuje pouze jedno zařízení pro instalaci, zprovoznění a údržbu Metropolitních a přístupových PTP i PON sítí.

Hlavní přínosy:

• Snížení vstupních nákladů díky nutnosti zakoupení pouze jediného přístroje, který technik potřebuje.
• Snížení operačních nákladů díky minimalizaci času nutného pro zaškolení technika (jednoduchý, zautomatizovaný proces měření).
• Snížení doby měření o 40 procent.
• Rychlé vyhodnocení výsledků díky automatickému ukládání výsledků všech měření z jednoho vlákna do stejné složky a přehlednému grafickému zobrazení.

FiberComplete™ je první řešení tohoto druhu, které umožňuje obousměrné měření vložného útlumu (IL), útlumu odrazu (ORL), délky vlákna a OTDR průběhu na jednom modulu a jednom optickém portu. Jedná se o jediné LTS (Loss Test Set) zařízení na trhu, které umí charakterizovat sváry a konektory stejně tak dobře jako lokalizovat závady.

Pohled do blízké budoucnosti?

Jak je vidět v závěrečné tabulce, tak poslední standardy se již zabívají přenosy o rychlostech 10Gbps – tzv. PON nové generace (10G-PON, 10GE-PON, pure WDM-PON…). Tyto nové sítě budou koexistovat se stávajícími GPON a  EPON jako překryvné. Také se bude u PON sítí nové generace využívat vlnové - WDM (Wavelength Division Multiplexing) dělení na úkor současného časového - TDM (Time Division Multiplexing) dělení.

Budoucnost PON sítí se zdá být velice zajímavá, vývoj v této oblasti se posouvá mílovými kroky kupředu. To, jaká varianta převáží není pro koncového zákazníka vůbec důležité. Naopak získat kvalitní připojení za akceptovatelnou cenu se všemi službami s tím spojenými ocení všichni.

Poslední míle