Életképes alternatívája a következő generációnak: FTTH - WDM-PON
Bevezetés
Az elmúlt években a legtöbb FTTH telepítés iparági szabványos technológiákon alapult, mint például a Gigabit Ethernet passzív optikai hálózat (GEPON) és a Gigabit PON (GPON). Ezeknek a telepítéseknek a sikere jelentős újításokat eredményezett mind a rendszer felépítésében, mind az ezekben a rendszerekben használt összetevőkben, és a passzív optikai hálózatok következő generációja elkerülhetetlenül sokkal fejlettebb, mint a mai napig.
A PON-fejlesztés élvonalában két különféle megközelítés létezik, amelyek úgy tűnik, hogy versenyeznek a következő generációs rendszerekért: 10 Gbps PON (10G EPON vagy 10G GPON) és WDM-PON. Mindegyik megközelítésnek saját előnye és saját kérdése van, de az elmúlt években mindkét új technológiával kapcsolatos előrehaladás felgyorsult. Ebben a cikkben a WDM-PON-ra fogunk összpontosítani, és megvizsgáljuk néhány olyan kihívást és új technológiát, amely nagyon életképes versenytársává teszi a következő generációs platformokra. Míg a WDM-PON már korán sikeres volt Koreában, a világ más részein történő elfogadását a GEPON és a GPON technológiákhoz képest viszonylag magas költségek lassították. Ez úgy tűnik, hogy változik, mivel a WDM-PON 10G PON és Point-to-Point (P2P) rendszerekkel versenyez a következő generációs FTTH telepítésekhez.
Építészet
A WDM-PON hálózatban a rendszerarchitektúra nem különbözik jelentősen a hagyományosabb GEPON vagy GPON rendszerétől, bár pontosan a hálózat működése teljesen más. Bár nem tárgyaljuk a cikk összes technikai részletét, a WDM-PON végeredménye minden egyes előfizető számára hullámhossz. Ez ellentétes a hagyományosabb PON architektúrákkal, ahol egy optikai feed megosztott 32 vagy több felhasználó között. Ebben az esetben minden ház ugyanazon a hullámhosszon működik, és 1/32 nd időrés van a fő szálon. A WDM-PON-ban minden otthonnak van saját hullámhossza, és folyamatosan használja a rostot ezen a hullámhosszon. A WDM-PON hálózat nagyon magas szintű nézete az alábbi ábrán látható.
Egy szabványos PON rendszerben egyetlen szál fut a központi irodából (CO) egy szomszédságba, ahol a passzív 1 × 32 osztó osztja az optikai jelet 32 különböző házba. A kétirányú (BiDi) kommunikáció lehetővé tétele érdekében gyakorlatilag minden PON-technológia a WDM (WavelMay Division Multiplexing ) valamilyen formájára támaszkodik. Például egy tipikus GPON rendszerben az upstream kommunikáció 1310 nm hullámhosszon fut, míg a lefelé irányuló forgalom 1490 nm-en fut. Egy harmadik hullámhosszt 1550 nm-en használunk a videó átfedéshez. Tehát a WDM felhasználása a PON rendszerekben már nagyon gyakori. Egy tipikus GPON vagy GEPON rendszerben azonban minden előfizető ugyanazt a közös hullámhosszat használja. Ez azt jelenti, hogy meg kell osztaniuk a rostinfrastruktúrát, amelyet a Time Division Multiplexing (TDM) segítségével végeznek. A 32 lakás mindegyike ugyanazon a szálon keresztül továbbítódik, de az az idő, amikor megengedik, hogy „megszállják” a szálakat, az optikai vonali terminál (OLT) által a CO-nál van hozzárendelve. 1250 Mbit / s-nál nagyobb, ez csak a szálra szánt idő alatt teheti meg, és ezért nem szokatlan, hogy az örök PON-rendszer minden előfizetője csak 30 Mbps-os adatátviteli sebességet ér el.
A közös rostot használó sok felhasználónak ez a koncepciója segít csökkenteni az FTTH-telepítéshez szükséges rost-infrastruktúrát. A szálak megosztása azonban az egyik fő tényező, amely korlátozza az előfizetők magasabb adatátviteli sebességét. A WDM-PON lehetővé teszi ugyanazon rostinfrastruktúra hatékony használatát, ugyanakkor lehetővé teszi minden előfizető számára, hogy elérje a számukra elérhető teljes 1250 Mbps-ot. Számos változás van a hálózatban, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a módosítás történjen. Az első megköveteli, hogy a passzív 1 × 32 osztók helyett passzív 1 × 32 csatornás demultiplexert (pl. 32-csatornás DWDM DEMUX), tipikusan athermal Arrayed Waveguide rácsokat (AWG-ket) cseréljenek, amint azt a fenti ábra mutatja. Ez lehetővé teszi, hogy 32 különböző hullámhosszt továbbítsunk a közös szálból, majd minden otthonnak saját hullámhosszát rendeljük.
Előnyök
A WDM-PON architektúrának több előnye van a hagyományos PON rendszereknél.
Először is, a WDM-PON hálózat sávszélessége minden előfizető számára elérhető.
Másodszor, a WDM-PON hálózatok jobb biztonságot és méretezhetőséget biztosítanak, mivel minden otthon csak saját hullámhosszát kapja.
Harmadszor, a WDM-PON MAC-rétege egyszerűsödik, mivel a WDM-PON pont-pont (P2P) kapcsolatot biztosít az OLT és az ONT között, és nem igényli a Point-to-Multipoint (P2MP) média hozzáférési vezérlőket más PON hálózatok.
Végül, a WDM-PON hálózat minden egyes hullámhossza hatékonyan P2P-kapcsolat, amely lehetővé teszi, hogy minden kapcsolat különböző sebességet és protokollt futtasson a maximális rugalmasság és a növekvő költség-bővítés érdekében.
Költség kihívás
A WDM-PON fő kihívása a költség . Mivel minden előfizetőnek saját hullámhossza van, ez arra utal, hogy az OLT-nek 32 különböző hullámhosszon kell továbbítania egy közös hullámhosszúságot, amint azt a hagyományosabb PON-rendszerekben találták. Hasonlóképpen, szükség van arra, hogy a kapcsolaton lévő 32 lakás mindegyike külön hullámhosszon működjön, ami azt sugallja, hogy minden ONT egy drága hangolható lézert igényel, amely egy adott otthon megfelelő hullámhosszára hangolható. Ez nagyon költséges lenne, különösen a kezdeti felállítási költségek esetében, és jelentős akadályt jelentett a WDM-PON rendszerek korai tervezésében.
A legtöbb WDM-PON rendszerben a CO szélessávú fényforrás szélessávú vetőjelet küld az OLT adókba, hogy rögzítse a megfelelő hullámhosszra való átvitelt, mivel az adatokat a fő szálból továbbítják. A terepen lévő 32 csatornás AWG DEMUX-nál ez a jel 32 különböző szálra oszlik, egy hullámhossz pedig minden egyes szálra. Minden egyes szál külön ONT-t eredményez. Ez az architektúra nem igényel hangolható lézert az ONT oldalon, így az ONT-k nagyon versenyképesek, és valójában funkcionálisan nagyon hasonlóak a hagyományosabb GPON ONT-hoz.
R-SOA megoldás a költségkérdezésre
A legtöbb modern WDM-PON rendszer a lézer-befecskendező zárolásnak nevezett technikára támaszkodik, amely lehetővé teszi a viszonylag olcsó Fabry-Perot típusú lézerek működését gyakorlatilag bármilyen kívánt hullámhosszon. A külső lézert fényvisszaverő félvezető optikai erősítőnek (R-SOA) nevezik.
A legnagyobb rendszerváltozás az egyéb PON architektúrákhoz képest az OLT-nél történik. A WDM-PON OLT eléggé bonyolult a GEPON vagy GPON társaival összehasonlítva. Mivel mindegyik előfizető teljes hullámhosszúságú előnyhöz jut az otthonukhoz, ez azt is megköveteli, hogy minden előfizetőnek saját dedikált adóvevője legyen az OLT-ben is. A befecskendezés zárása ismét lehetővé teszi ezt. Az OLT alváz tartalmaz egy szélessávú fényforrást, amely áthalad egy 32 csatornás AWG-n, és ezáltal 32 különálló R-SOA-t tartalmaz az OLT-ben. Ezeket az R-SOA-kat közvetlenül 1,25 Gbps-nál moduláljuk, mindegyikük egy adott előfizető számára. Ez egy viszonylag olcsó PON rostnövény használatával létrehozza a nagy sebességű P2P rendszert.
Míg az R-SOA-k és az injekciós zárolás csökkenti a WDM-PON költségeit, nem számít, hogy a WDM-PON összetevők drágábbak, mint a GEPON és GPON hálózatokban használt szabványos összetevők. Azonban a meglévő PON-infrastruktúrák egyike sem nyújthat közel azonos adatátviteli sebességet minden előfizetőnek, így ez az összehasonlítás nem teljesen tisztességes. Jelenleg a leginkább összehasonlítható PON-alternatíva a következő generációs 10G PON lenne, de még a 10G PON nem egyezhet meg a WDM-PON-nál elérhető adatsebességgel, mivel ez a 10 Gbps-ot megosztják a 32 felhasználó között. Mbps-alapú alapon a WDM-PON talán a legolcsóbb megoldás a következő generációs rendszerek számára.
PLC Megoldás a Kihívásért
A WDM-PON rendszerek költségeinek csökkentése érdekében a meglévő komponensek egyszerű megcsillapítása nem lesz elegendő ahhoz, hogy a WDM-PON versenyképes legyen a következő generációs PON megoldásokkal. Teljesen új komponens technológiákat igényelt. Most már nagy hangsúlyt fektetünk a Planar Lightwave Circuit-ra (PLC) a WDM-PON ONT és OLT-ek méretének csökkentésére és költségeinek csökkentésére. A PLC technológia használata a PON alkalmazásokban nem új.
PLC alapú Splitter
Gyakorlatilag az összes PON rendszer 1 × 32 PLC osztóra támaszkodik a külső üzemben, alacsony költségük, kis méretük és egyszerűségük miatt. Ezek a passzív optikai elosztók nem igényelnek energiát és túl nagy hőmérsékletet.
PLC alapú adó-vevő
A PLC-alapú adóvevők használata szintén csökkentette a GEPON és a GPON ONT-ek költségeit az összes felfelé és lefelé irányuló adó-vevő funkció optikai chipre történő összecsukásával. Ezek a PLC-k sokkal összetettebbek, mint a passzív optikai osztók, és WDM-szűrést tartalmaznak lézerekkel, érzékelőkkel, erősítőkkel és kondenzátorokkal együtt. Az elmúlt évtizedben a PLC integrációs technológia számos előrelépése valóban forradalmasította azt, hogy az optikai chipen milyen funkcionalitás érhető el.
PLC alapú AWG
A WDM-PON hálózatok az 1 × 32 tápegység cseréjével kezdődnek a 32 csatornás athermal AWG. Ahelyett, hogy az optikai energiát 32 különböző ház között osztanánk, az athermal AWG az egyik hullámhosszot elválasztja az egyes otthonokhoz. Természetesen ezek PLC-alapú komponensek, és athermális kialakításuk nem igényel áramot. Ez lehetővé teszi az athermal AWG-nek, hogy az 1 × 32 teljesítményelosztót ugyanabban a külső házban cserélje ki, hogy a WDM-PON telepítésű rostinfrastruktúra megegyezzen a hagyományos PON rendszerrel. Az ilyen rendszerekben használt PLC-alapú AWG-k fontosak, mivel ténylegesen három funkciót hajtanak végre egyszerre:
Először az OLT-ből egyetlen rostot vesz, és demultiplex-et egy 32 hullámhosszúságra küld.
Másodszor, ugyanazt a funkciót a lézernek a 32 ONT mindegyikénél történő elszívása teszi lehetővé, mindkettőt a megfelelő hullámhosszra zárva.
Harmadszor, kiderül, hogy egy C-sávos AWG is úgy tervezhető, hogy az L-sávban egyformán jól működjön, és ez lehetővé teszi ugyanazon AWG-nek, hogy az összes felfelé irányuló forgalmat 32 felhasználótól megkapja és multiplexelje ugyanarra a közös szálra az OLT. És mivel ez egy athermal AWG, mindezek a funkciók passzívan zajlanak, és nincs hatalom a modulhoz.
Míg a PLC-k használata ebben a szétosztó csomópontban bármely PON rendszerben gyakori, valójában a norma, a PLC-k használata a WDM-PON hálózat más részein egyre fontosabbá válik. A PLC-k jelentősen csökkenthetik az OLT-optika méretét, lehetővé téve, hogy az összes összetevőt egyetlen táblára helyezzék át, és ezzel megduplázzák a WDM-PON OLT modulok sűrűségét.
A PLC technológia az elmúlt években érlelődött, hogy olyan funkcionalitást biztosítson, amely korábban nem volt ilyen kis méretben lehetséges. A WDM-PON alkalmazások esetében a fő hangsúly a 32 csatornás adó- és vevőelemek kompakt integrált modulokba történő összecsukása, amely lehetővé teszi, hogy az OLT összes funkcionalitása egyetlen OLT lapra illeszkedjen. A PLC technológia lehetővé teszi, hogy 32 fotodiodit, TIA-t, kondenzátort és más alkotóelemeket integráljanak egy AWG chipbe, amely nagyon magas hozammal rendelkezik. Ezt csak egy kb. A csomagolás és az elektronika hozzáadja ezt a lábnyomot, de a végeredmény kétszerese az OLT-ben lévő port-sűrűségnek. Hasonlóképpen, a PLC-alapú adómodulok a WDM-szűrés mind a 32 csatornáját és 32 R-SOA-adót, valamint az egyes csatornákhoz tartozó optikai teljesítmény-monitorokat kombinálják. Ez az integrációs szint csak néhány évvel ezelőtt egyszerűen nem volt megvalósítható, de most már lehetővé teszi a következő generációs WDM-PON hálózatok néhány versenyt a 10G PON költség és port-sűrűség alapján.
Szolgáltatási szintű szempontból egyetlen PON-technológia, beleértve a 10G PON-t sem, ugyanazzal a bitrátával rendelkezik, mint a WDM-PON számára. A 1250 Mbps-os felhasználói sávszélesség csak a P2P-rendszerekkel összehasonlítható, de a WDM-PON alacsonyabb költségű PON-rostnövényt használ. A főbb kihívások, amelyek a WDM-PON telepítésekre hatottak, nevezetesen a költség- és port-sűrűségre, most már kezdetben a PLC alapú alacsonyabb költségű integrált komponensekkel foglalkoznak.
Következtetés
Talán a WDM-PON telepítésének legnagyobb fennmaradó kihívása egy WDM-PON szabványt ér el, hasonlóan az IEEE és ITU szabványokhoz, amelyek megfelelnek a GEPON-nak és a GPON-nak. Míg a 10G PON megoldások továbbra is jelentős költségnyomással járnak, a WDM-PON iparági szabványának elfogadása segít a fejlesztési erőfeszítések összpontosításában és a WDM-PON komponensek költségeinek csökkentésében. Mivel a kezdeti beállítási költségek és az OLT portok sűrűségének korai kihívásait kezelik, a WDM-PON telepítések továbbra is emelkednek. Ez egy nagyon életképes, szabványalapú alternatívát fog mutatni a 10G PON és más új generációs FTTH megoldások számára.