Gyvybinga alternatyva naujos kartos FTTH - WDM-PON
Įvadas
Pastaraisiais metais dauguma „FTTH“ diegimo būdų buvo pagrįsti standartinėmis technologijomis, tokiomis kaip „ Gigabit Ethernet“ pasyvus optinis tinklas (GEPON) ir „ Gigabit PON“ (GPON). Šių diegimų sėkmė lėmė nemažai naujovių tiek sistemos architektūroje, tiek komponentuose, naudojamuose šioms sistemoms kurti, o naujos kartos pasyvieji optiniai tinklai neišvengiamai bus kur kas pažangesni nei tai, kas paprastai diegiama šiandien.
PON kūrimo priešakyje buvo du atskiri metodai, kurie, atrodo, konkuruoja dėl naujos kartos sistemų: 10 Gbps PON (10G EPON arba 10G GPON) ir WDM-PON. Kiekvienas požiūris turi savo privalumų ir savo klausimus, tačiau abiejų naujų technologijų pažanga pastaraisiais metais paspartėjo. Šiame straipsnyje mes daugiausia dėmesio skirsime WDM-PON ir išnagrinėsime kai kuriuos iššūkius ir naujas technologijas, dėl kurių jis yra labai perspektyvus konkurentas naujos kartos platformoms. Nors WDM-PON jau sėkmingai pasiekė Korėjoje, jos priėmimą kitose pasaulio dalyse sulėtino palyginti didelės išlaidos, palyginti su GEPON ir GPON technologijomis. Atrodo, kad tai keičiasi, nes WDM-PON konkuruoja su 10G PON ir Point-to-Point (P2P) sistemomis, skirtomis naujos kartos FTTH diegimui.
Architektūra
Sistemos architektūra WDM-PON tinkle žymiai nesiskiria nuo tradicinės GEPON arba GPON sistemos, nors būtent tai, kaip veikia tinklas, yra visiškai kitoks. Nors šiame straipsnyje neaptarsime visų techninių detalių, WDM-PON galutinis rezultatas yra kiekvieno abonento bangos ilgis. Tai prieštarauja tradiciniams PON architektūroms, kuriose vienas optinis kanalas yra dalijamasi tarp 32 ar daugiau vartotojų. Tokiu atveju kiekvienas namelis veikia tuo pačiu bangos ilgiu ir skiriamas pagrindiniam pluoštui 1/32 ir laiko tarpas. WDM-PON kiekvienam namui priskiriamas pats savo bangos ilgis ir nuolatinis pluošto naudojimas tuo bangos ilgiu. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta labai aukšto lygio WDM-PON tinklo apžvalga.
Standartinėje PON sistemoje iš centrinio biuro (CO) į kaimynystę eina vienas pluoštas, kuriame pasyvus 1 × 32 skirstytuvas dalija optinį signalą į 32 skirtingus namus. Beveik visos PON technologijos priklauso nuo tam tikros bangos ilgio pasiskirstymo (WDM) formos, kad būtų galima naudotis dvikrypčiais (BiDi) ryšiais. Pavyzdžiui, tipiškoje GPON sistemoje aukštynkryptis ryšys veikia 1310 nm bangos ilgiu, o tolesnis srautas eina 1490 nm. Vaizdo perdangai naudojamas trečiasis bangos ilgis 1550 nm. Taigi WDM naudojimas PON sistemose jau yra labai paplitęs. Tačiau tipiškoje GPON arba GEPON sistemoje visi abonentai naudoja tuos pačius bendrus bangos ilgius. Tai reiškia, kad jie turi dalytis pluošto infrastruktūra, kuri atliekama naudojant laiko pasiskirstymą (TDM). Kiekvienas iš šių 32 namų perduoda tą patį pluoštą, tačiau laikas, per kurį jiems leidžiama „užimti“ pluoštą, paskirstomas CO optinio linijos terminalo (OLT) pagalba. daugiau kaip 1250 Mbps, tai gali padaryti tik per tam skirtą laiką pluoštui, todėl neįprasta, kad kiekvienas abonentas senojoje PON sistemoje pasiekia tik 30 Mbps duomenų perdavimo spartą.
Ši daugelio naudotojų, turinčių bendrą pluoštą, sąvoka padeda sumažinti FTTH diegimui reikalingą pluošto infrastruktūrą. Tačiau šis pluošto pasidalijimas yra vienas iš pagrindinių veiksnių, ribojančių didesnį duomenų perdavimo spartą abonentams. „WDM-PON“ leidžia efektyviai naudoti tą pačią pluošto infrastruktūrą, o kiekvienam abonentui leidžiama pasiekti visą jiems prieinamą 1250 Mbps. Tinkle yra keletas pakeitimų, kurie reikalingi tam, kad būtų galima atlikti šį pakeitimą. Pirmajame reikalaujama, kad pasyvūs 1 × 32 skaldikliai būtų pakeisti pasyviais 1 × 32 kanalų demultiplekseriais (pvz., 32 kanalų DWDM DEMUX), paprastai aterminiais arrayedid grotelėmis (AWG), kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Tai leidžia perduoti 32 skirtingus bangų ilgius žemiau bendrojo pluošto, o po to kiekvienam namui priskiriamas savo bangos ilgis.
Privalumai
WDM-PON architektūrai yra keletas privalumų, palyginti su tradicinėmis PON sistemomis.
Pirma, kiekvienam abonentui yra prieinamas WDM-PON tinklo pralaidumas.
Antra, WDM-PON tinklai užtikrina geresnį saugumą ir mastelį, nes kiekvienas namelis gauna tik savo bangos ilgį.
Trečia, WDM-PON MAC sluoksnis yra supaprastintas, nes WDM-PON teikia taškus (P2P) ryšius tarp OLT ir ONT ir nereikalauja, kad „Point-to-multipoint“ (P2MP) medijos prieigos valdikliai būtų rasti kitus PON tinklus.
Galiausiai, kiekvienas WDM-PON tinklo bangos ilgis yra veiksmingas P2P ryšys, leidžiantis kiekvienam saitui atlikti skirtingą greitį ir protokolą, kad būtų užtikrintas maksimalus lankstumas ir padidėjęs mokėjimas.
Išlaidų iššūkis
Pagrindinis WDM-PON iššūkis yra kaina . Kadangi kiekvienam abonentui priskiriamas pats savo bangos ilgis, tai rodo, kad OLT turi perduoti 32 skirtingus bangos ilgius, palyginti su vienu bendru bangos ilgiu, kaip nustatyta tradicinėse PON sistemose. Taip pat reikalaujama, kad kiekvienas iš 32 nuorodų namų veiktų atskiru bangos ilgiu, o tai reiškia, kad kiekvienas ONT reikalauja brangaus derinamojo lazerio, kuris gali būti sureguliuotas pagal tinkamą bangų ilgį tam tikram namui. Tai būtų labai brangi, ypač pradinių įrengimo sąnaudų atveju, ir tai buvo didelė kliūtis ankstyvam WDM-PON sistemų projektavimui.
Daugelyje WDM-PON sistemų plačiajuosčio ryšio šviesos šaltinis prie COK siunčia plačiajuosčio ryšio sėklų signalą į OLT siųstuvus, kad užblokuotų jų perdavimą į tinkamą bangos ilgį, nes jų duomenys perduodami žemyn pagrindiniu pluoštu. 32 kanalų AWG DEMUX lauke šis signalas suskirstomas į 32 skirtingus pluoštus, vienas bangos ilgis eina į kiekvieną pluoštą. Kiekvienas pluoštas veda į atskirą ONT. Šiai architektūrai ONT svetainėje nereikia derinamų lazerių, todėl ONT yra labai konkurencingos ir iš tikrųjų yra labai panašios į tradicines GPON ONT.
R-SOA sprendimas kaštų iššūkiui
Dabar dauguma šiuolaikinių WDM-PON sistemų remiasi technika, vadinama lazerio įpurškimo fiksavimu, kuris leidžia palyginti nebrangiems Fabry-Perot tipo lazeriams veikti beveik bet kokiu pageidaujamo bangos ilgio. Išorinis lazeris vadinamas „ Reflective Semiconductor Optical Amplifier“ ( optinis stiprintuvas „ R-SOA“).
Didžiausias sistemos pakeitimas, palyginti su kitomis PON architektūromis, yra OLT. WDM-PON OLT yra gana sudėtingas, palyginti su GEPON arba GPON kolegomis. Kadangi kiekvienas abonentas gauna visą savo bangos ilgio naudą savo namuose, tai taip pat reikalauja, kad kiekvienas abonentas taip pat turėtų savo transliavimo įrenginį OLT. Vėlgi, švirkštimo blokavimas leidžia tai padaryti. „OLT“ važiuokle yra plačiajuosčio šviesos šaltinio, kuris eina per 32 kanalų AWG, ir todėl kiekvienas iš 32 atskirų „R-SOA“ įsijungia OLT. Šie R-SOA yra tiesiogiai moduliuojami 1,25 Gbps, kiekvienas skiriamas konkrečiam abonentui. Tai sukuria efektyvią „P2P“ sistemą, naudojant santykinai nebrangų PON pluošto gamyklą.
Nors R-SOA ir įpurškimo blokavimas padeda sumažinti WDM-PON sąnaudas, nėra abejonių, kad WDM-PON komponentai išlieka brangesni nei standartiniai komponentai, naudojami GEPON ir GPON tinkluose. Tačiau nė viena iš esamų PON infrastruktūrų kiekvienam abonentui negali pasiūlyti beveik tokių pat duomenų, todėl šis palyginimas nėra visiškai teisingas. Šiuo metu palyginamiausia PON alternatyva būtų naujos kartos 10G PON, bet net 10G PON nesutampa su WDM-PON pasiekiamomis duomenų perdavimo spartomis, nes 10 Gbps dalijasi tarp 32 vartotojų. Mokesčio už Mbps pagrindu WDM-PON galbūt yra pigiausia alternatyva naujos kartos sistemoms.
PLC sprendimas kaštų iššūkiui
Paprastai keičiant esamus komponentus, siekiant sumažinti WDM-PON sistemų sąnaudas, nepakaks, kad WDM-PON taptų konkurencinga su kitais naujos kartos PON sprendimais. Tam reikalingos visiškai naujos komponentų technologijos. Dabar daug dėmesio skiriama „ Planar Lightwave Circuit“ (PLC), kaip priemonė sumažinti WDM-PON ONT ir OLT sąnaudas ir sumažinti jų išlaidas. PLC technologijos naudojimas PON programose nėra naujas.
PLC pagrįstas Splitter
Beveik visos PON sistemos priklauso nuo 1 × 32 PLC skirstytuvų išorinėje gamykloje dėl mažų jų sąnaudų, mažo dydžio ir paprastumo. Šiems pasyviems optiniams skirstytuvams nereikia jokios galios ir per didelės temperatūros.
PLC pagrįstas siųstuvas-imtuvas
PLC pagrindu veikiančių siųstuvų naudojimas taip pat padėjo sumažinti „GEPON“ ir „GPON ONT“ sąnaudas, sutraukiant visas į viršų ir pasroviui skirtas siųstuvo imtuvo funkcijas į optinį mikroschemą. Šie PLC yra daug sudėtingesni nei pasyvieji optiniai skaidikliai, turintys WDM filtravimą kartu su lazeriais, detektoriais, stiprintuvais ir kondensatoriais, visi hibridai yra integruoti į bendrą PLC substratą. Daugelis PLC integracijos technologijų pasiekimų per pastarąjį dešimtmetį iš tikrųjų sukėlė revoliuciją, kokią funkcionalumą galima pasiekti optiniame luste.
PLC pagrįstas AWG
WDM-PON tinklai pradeda pakeisti 1 × 32 galios skirstytuvą 32 kanalų aterminiu AWG. Užuot padalijusi optinę galią tarp 32 skirtingų namų, aterminė AWG padalija vieną bangos ilgį į kiekvieną namą. Tai, be abejo, taip pat yra PLC pagrindu pagaminti komponentai, o jų aterminis dizainas nereikalauja energijos. Tai leidžia aterminei AWG pakeisti 1 × 32 galios skirstytuvą tame pačiame išoriniame korpuse, kad WDM-PON diegimo pluošto infrastruktūra būtų identiška tradicinei PON sistemai. Šiose sistemose naudojamos PLC pagrįstos AWG yra svarbios, nes jos vienu metu atlieka tris funkcijas:
Pirma, jie paima vieną pluoštą iš OLT ir demultiplex siunčia vieną bangos ilgį kiekvienam iš 32 vartotojų.
Antra, ta pati funkcija atlieka lazerio sėklą kiekviename iš šių 32 ONT, kiekvienas užrakindamas į atitinkamą bangos ilgį.
Trečia, paaiškėja, kad „C-band AWG“ taip pat gali būti suprojektuota taip, kad veiktų vienodai gerai L-juostoje, ir tai leidžia ta pačia AWG gauti visą srautą iš 32 naudotojų ir dauginti jį į tą patį bendrą skaidulą atgal į OLT. Ir kadangi tai yra aterminis AWG, visos šios funkcijos vyksta pasyviai, be jokio galios.
Nors PLC naudojimas šiame paskirstymo mazge bet kurioje PON sistemoje yra įprastas, iš tikrųjų norma, PLC naudojimas kitose WDM-PON tinklo dalyse tampa vis svarbesnis. PLC gali žymiai susilpninti OLT optikos dydį, leidžiantį visus komponentus perkelti į vieną plokštę, efektyviai padvigubinant WDM-PON OLT modulių tankį.
PLC technologija pastaraisiais metais subrendo, kad pasiektų funkcionalumą, kuris anksčiau nebuvo toks mažas. WDM-PON programose pagrindinis dėmesys skiriamas 32 kanalų siųstuvų ir imtuvų sudedamųjų dalių susiaurinimui į kompaktiškus integruotus modulius, leidžiančius visoms OLT funkcijoms suderinti su vienu OLT disku. PLC technologija leidžia 32 fotodiodus, TIA, kondensatorius ir kitus subkomponentus integruoti į AWG mikroschemą su labai dideliu derliu. Tai gali būti daroma silicio mikroschemoje, kurios ilgis yra tik apie du colius. Pakuotė ir elektronika prideda šį pėdsaką, tačiau galutinis rezultatas yra dvigubai didesnis už uosto tankį OLT. Panašiai PLC pagrindu veikiantys siųstuvo moduliai sujungia visus 32 WDM filtravimo kanalus, kartu su 32 R-SOA siųstuvais, ir kiekvienam kanalui tinkamus optinius galios monitorius. Šis integracijos lygis buvo tiesiog neįmanomas net prieš kelerius metus, bet dabar leidžia kai kurioms naujos kartos WDM-PON tinklams konkuruoti sąnaudų ir uosto tankio pagrindu su 10G PON.
Iš paslaugų lygio perspektyvos jokia kita PON technologija, įskaitant 10G PON, siūlo tokį patį bitratą kiekvienam namui, kurį gali teikti WDM-PON. 1250 Mbps vienam vartotojui pralaidumas yra palyginamas tik su P2P sistemomis, tačiau WDM-PON naudoja mažesnės kainos PON pluošto gamyklą. Pagrindiniai iššūkiai, turintys įtakos WDM-PON diegimui, ty sąnaudų ir uosto tankis, dabar pradedami spręsti naudojant pigesnius integruotus komponentus, pagrįstus PLC.
Išvada
Galbūt didžiausias WDM-PON diegimo iššūkis yra WDM-PON standartas, panašus į IEEE ir ITU standartus, apimančius atitinkamai GEPON ir GPON. Nors 10G PON sprendimai leis toliau didinti sąnaudas, pramonės standarto WDM-PON priėmimas padės sutelkti plėtros pastangas ir sumažinti WDM-PON komponentų išlaidas. Kadangi sprendžiami pradiniai pradinių diegimo išlaidų ir OLT uostų tankio iššūkiai, WDM-PON diegimas ir toliau didės. Tai bus labai perspektyvi, standartais pagrįsta alternatyva 10G PON ir kitiems naujos kartos FTTH sprendimams.