Архитектура FTTH сети Genexis

Вид каталога:

    1. Введение

    Этот документ дает общий обзор архитектуры сети FTTH (fiber-to-the-home - “оптоволокно в дом”) компании Genexis. Главной особенностью подхода Genexis является разделение сети на структурные блоки, что облегчает инженерам задачу построения и поддержания сети в рабочем состоянии.

    2. Архитектура FTTH сети Genexis

    2.1 Обзор

    Сети технологии “оптоволокно в дом” спроектированы для предоставления конечным пользователям услуг высокоскоростного доступа по оптоволоконному кабелю. Обеспечение коммуникационных услуг происходит благодаря разделению сети на пассивную оптоволоконную инфраструктуру и активное оборудование. Схема 1 показывает, сеть FTTH соединяет пользователей с различными поставщиками услуг. Активная часть сети подразделяется на оборудование на стороне абонента (Клиентское оборудование, ONU) и оборудование в центральном офисе поставщика (OLT). ONU является конечной точкой сети, где происходит преобразование коммуникационных сигналов в услуги, доступные пользователю. OLT выполняет функции транспортной сети, которая соединяет пользователей с поставщиками услуг. Управление сетью происходит при помощи центра сетевых операций.

    Архитектура FTTH сети Genexis

    Схема 1. Сетевая архитектура FTTH сети передачи данных, голоса и видео трафика. Оборудование центрального офиса и клиентское оборудование вместе формируют активную FTTH сеть.

    Обе части - как OLT, так и ONU могут управляться независимо друг от друга, при помощи своих собственных инструментов. Таким образом, каждая из частей становится отдельным структурным блоком в рамках сети FTTH. Для гарантирования корректного функционирования сети очень важно иметь правильное понимание о том, какие интерфейсы будут соединять структурные блоки и отдельные сетевые элементы. Подобное взаимодействие достигается путем выбора правильного набора стандартов и спецификаций.

    Физический канал между ONU и частями центрального офиса основан на архитектуре Point-to-Point (“точка-точка”). В рамках этой архитектуры сеть FTTH позволяет совершать оказывать два базовых типа услуг: взаимодействие через Ethernet/IP сети и передачу видеоинформации через сети кабельного телевидения, работающие поверх существующей сети.

    2.2 Архитектура Point-to-Point

    В основе FTTH сети Genexis лежит архитектура типа Point-to-Point - “точка-точка” (PtP). Есть три важных причины, по которым об этом важно иметь представление:

    1. Сети такого типа не теряются своей актуальности со временем. В PtP сети каждый пользователь подключается к OLT при помощи выделенной оптоволоконной линии. Такое соединение предоставляет абсолютную гибкость с точки зрения технического обслуживания канала. Каждый пользователь может быть подключен к сети или получить усовершенствование качества услуг в индивидуальном порядке. Сеть приспособлена под крупное расширение и подходит под модели трафика одноранговых peer-to-peer сетей, которые получат широкое распространение в ближайшем будущем.1
    2. Архитектура PtP полностью сочетается с принципом работы Ethernet/IP сетей пакетной коммутации. Ethernet/IP сегодня быстро превращается в основной стандарт для предоставления интерактивных услуг. Даже оптические сети передачи данных переходят с коммутации каналов (SONET/SDH) на Ethernet. Сети типа “оптоволокно в дом” должны быть не просто совместимы с Ethernet - они должны работать на основе Ethernet.
    3. PtP предлагает наиболее эффективное с точки зрения расходов решение. По сравнению с сетями, где среда передачи делится между группой пользователей, PtP сеть, основанная на недорогих технологиях приема и передачи, при меньших фактических затратах предоставляет пользователям большую пропускную способность. Кроме того, PtP сети масштабируются эффективно, с малым объемом сопутствующих работ: клиенты могут быть добавлены по одному, а оборудование в ЦО при этом будет использоваться максимально эффективно.2 И наконец, с учетом того, что PtP сети являются наиболее широко распространенными, количество предлагаемых на рынке решений в области сетевого оборудования и компонентов очень велико, что соответствующим образом снижает цены на подобные решения.

    Каждый пользователь FTTH сетей Genexis подключен к выделенному порту на центральном коммутаторе. В то же время, каждый пользователь также подключен к распределительной системе кабельного телевидения. Таким образом, при самой простой реализации, каждый пользователь подключен к центральному офису при помощи одного кабеля, состоящего из пары оптических волокон: первое волокно предназначено для двусторонней передачи голоса и данных, второе - для передачи видеосигналов наложенной поверх сети кабельного телевидения. Существуют также решения, которые осуществляют мультиплексирование всех сигналов (Ethernet/IP вместе с кабельным сигналом) в одном волокне (смотрите технический документ “Одно волоконное решение для сетей FTTH типа точка-точка”).

    Основная идея здесь заключается в логическом выделении Ethernet/IP трафика из спектра кабельного сигнала (аналогового или DVB). С учетом этого, следующие разделы будут посвящены описанию различий между архитектурами Ethernet/IP сетей и сетей кабельного телевидения. Конечные точки обоих типов сетей находятся на клиентской стороне.

    2.3 Сеть Ethernet/IP

    Схема 2 дает общий обзор Ethernet/IP сети. В такой сети маршрутизатор играет роль центрального элемента, направляя поток IP-пакетов через всю сеть. Коммутаторы доступа направляют IP-пакеты конечному пользователю. Управляемый Ethernet-шлюз Genexis находится на стороне конечного пользователя получает IP-трафик от коммутаторов и переводит его в сигналы, понятные Internet приложениям и приложения работающим с телефонией (традиционной телефонной системой).

    Маршрутизатор выполняет несколько простых функций. Прежде всего, он обеспечивает объединение сетей различных поставщиков услуг. Это могут быть, к примеру, интернет услуги, работающие через межсетевой экран или телефония, осуществляемая через SIP прокси-сервер и PSTN-шлюз. Кроме того, маршрутизатор выполняет функции точки доступа для приложений сетевого управления, давая возможность отправлять сигналы управления по всей сети.

    По мере добавления в сеть новых пользователей, функции маршрутизации распределяются по массиву взаимосвязанных маршрутизаторов. В конечном счете функции маршрутизации могут быть разделены на два уровня: нижний уровень, на котором работают распределяющие маршрутизаторы и верхний, состоящий из маршрутизаторов взаимосвязи. Распределяющие маршрутизаторы принимают решения о направлении IP-трафика на тот или иной коммутатор доступа, в то время как маршрутизаторы взаимосвязи оптимизированы для установления связи между сетями поставщиков разных услуг.

    Архитектура FTTH сети Genexis

    Схема 2. Обзор Ethernet/IP сети

    Распределение IP-трафика в сети Ethernet/IP основано на следующих стандартах:

    1 сетевой уровень: Физический
    Оптические интерфейсы на обоих сторонах пассивной инфраструктуры работают в соответствии с международным стандартом IEEE 802.3ah:

    1. Показатель затухания сигнала в пассивной инфраструктуре должен оставаться в определенных рамках (минимальное и максимальное затухание). На практике это означает, что канала между коммутатором доступа и оборудованием на стороне клиента должно быть ниже лимита, определенного стандартом.
    2. Оптические приемопередатчики в центральном офисе и на стороне клиента, выполняющие базовые преобразования электрического сигнала в оптический должны выполнять требования, данные спецификацией IEEE 802.3ah. На практике это соответствие гарантировано поставщиком приемопередатчиков.

    2 сетевой уровень: Канальный
    На этом уровне определяется передача информации между двумя узлами.

    ONU, также как и OLT должны соответствовать стандарту Ethernet IEEE 802.3. Этот стандарт предусматривает полную сетевую прозрачность канала для программ прикладного уровня.

    В среде FTTH необходима поддержка дополнительных функций поверх 2 уровня: назначение VLAN на стороне OLT и ONU, поддержка групповой адресации (также на обоих сторонах сети) и резервирование канала с расстановкой приоритетов по типам трафика (QoS).

    3 сетевой уровень: IP-уровень
    В рамках этого уровня определяется маршрутизация IP-пакетов в сети. Сюда относятся такие понятия, как, например, IP-адресация, маски подсети и маршрутизация.
    Поверх 3 уровня работают такие прикладные протоколы, как TCP/UDP, HTTP, SIP, для которых оборудование внутри центрального офиса является прозрачным. Как правило это оборудование управляется при помощи протокола SNMP (Simple Network Management Protocol).

    На стороне абонента потоки трафика управляются на 2 уровне. В добавок к этому, оборудование поддерживает некоторые ключевые функции 3 уровня (VLAN-тегирование трафика, QoS и групповую адресацию). Голосовые услуги, также, как и управление сетью терминируются на стороне клиента. Передача голосовых данных поддерживается при помощи протокола SIP (на основе RFC 3261).

    Схема 3 дает обзор различных протоколов, поддерживаемых FTTH сетью Genexis.

    Архитектура FTTH сети Genexis

    Схема 3. Обзор различных протоколов, используемых в FTTH сети Genexis

    2.4 Сеть кабельного телевидения

    Схема 4 дает обзор наложенной кабельной сети компании Genexis.

    Следует обратить внимание на следующие базовые элементы:

    1. Оптический передатчик преобразует электрический (аналоговый) сигнал на стороне поставщика в подходящий для передачи оптический сигнал. В системе применяются сигналы с длинами волн диапазона 1550 нм, что позволяет применять их усиление.
    2. Оптический усилитель легированный эрбием (Erbium-Doped Fiber Amplifier, EDFA) осуществляет усиление оптического сигнала до уровня, достаточного для соединения с главным узлом большого количества конечных пользователей. В зависимости от количества пользователей и их физического расположения, могут потребоваться один или несколько EDFA, каждый - со своим собственным коэффициентом усиления и уровнем мощности.
    3. Фактическое разделение сигналов и их передача тем или иным конечным пользователям производится при помощи разветвителей, которые являются пассивными устройствами, не требующими подачи какого-либо электрического питания или профилактических работ.
    4. Оптический приемник кабельного телевидения Genexis, расположенный на стороне конечного пользователя преобразует входной оптический сигнал в электрический, готовый для прямой подачи в обычный телевизор или радиооборудование.

    Система управления сетью Genexis также предлагает контроль за сетью кабельного телевидения. В частности, оптический приемник кабельного телевидения может быть включен или выключен с ее помощью удаленно.

    Архитектура FTTH сети Genexis

    Схема 4. Общий обзор кабельной сети распределения видеосигналов

    Заключение

    FTTH сеть Genexis предоставляет экономически эффективные и тщательно проработанные способы подключения комплексных каналов передачи данных, видео и голоса на основе оптоволоконной инфраструктуры, соответствующей требованиям завтрашнего дня. Ключевые моменты, которые отличают это решение от альтернативных: 

    1. Выделение большей полосы пропускания для каждого пользователя, с заделом для следующих поколений одноранговых коммуникаций.
    2. Самые низкие требования к капиталовложению и операционным расходам
    3. FTTH сеть строится на основе типовых структурных блоков, что делает ее простой в проектировании, построении и поддержке.
    4. Инструменты сетевого управления, которые позволяют производить операции по поддержке сети и предоставлению услуг в интуитивно понятной и автоматизированной форме
    5. Стремление предоставить конечному пользователю лучший уровень обслуживания.