Технология gpon: что это и как подключиться

2 место в рейтинге: Sercomm RV6688BCM

На территории России чаще всего встречается брендированная модель этого маршрутизатора от провайдера МГТС. Наряду с ZTE и Huawei, роутер Sercomm поставляется провайдером в бесплатное пользование с правом выкупа. При этом, часть продвинутых настроек в веб-интерфейсе RV6688BCM скрыта в прошивке от провайдера. Для получения административного доступа необходимо обратиться в техническую поддержку МГТС. Основные характеристики модуля PON:

• Скорость приёма (Rx): 2.488 Гбит/с;
• Скорость отдачи (Tx): 1.244 Гбит/с;
• Коннектор: SC/APC;
• Максимальное расстояние от оборудования провайдера: 20 км.
• Используемый стандарт: ITU-T G.984.2 CLASS B+.

Удобная особенность модели — наличие разъёма «Battery» для резервного питания телефонной линии. Если стационарный телефон подключается через маршрутизатор, связь сохранится даже после отключения электричества в квартире. На задней панели находятся два порта USB 2.0, делающих возможным одновременное подключение внешнего накопителя и принтера. К недостаткам устройства можно отнести большие габариты и отсутствие внешних антенн.

А что такое GPON?

10 лет назад скорость доступа в Интернет в нашем городе в среднем была 5-10 Мбит/сек. За это время технологии ушли далеко вперёд, а значит растут и потребности пользователей. Большое количество домашних гаджетов, цифровое телевидение в 4К, устройства умного дома — всё это требует всё более широкого канала в Интернет. По обычной витой паре это можно сделать, но есть ряд технических сложностей и ограничений. И вот тут вперёд шагнул GPON.  Как я сказал выше, технология «PON» — это пассивные оптические сети, а вот литера «G» означает, что скорость в этой сети уже измеряется в гигабитах. Так, например, в Москве уже достаточно давно Ростелеком и МГТС предлагают тарифы на 300, 500 и даже 1000 Мбит/с. И всё это за достаточно разумные деньги!

Схема построения сети GPON

Для общего понимания работы пассивных оптических сетей я покажу Вам простую схему построения сети GPON. Первым идёт станционный терминал OLT (Optical Line Terminal). Это отправная точка сети, которая подключена к коммутатору агрегации или опорному маршрутизатору оператора связи.

В зависимости от количества кластеров OLT может иметь разную портовую ёмкость. Как Вы видите — есть и крупные коммутаторы, на несколько плат, и помельче, вплоть до 4-8 портовых. Один порт станционного терминала может обслуживать до 128 абонентских ONT-терминалов.

Далее идут сплиттеры — SPL. Как правило они делятся на два каскада. Первый — это распределительный шкаф, который ставится на кластер, а второй — дроп-муфта. Да, белые и чёрные коробки, которые висят в частном секторе на столбах — это и есть дроп-муфты. Вот так они выглядят снаружи:

А внутри у него порты сплиттера второго каскада, в которые уже монтёры включают абонентские линии, идущие в дома с помощью специального дроп-кабеля.

На стороне абонента ставится оптическая розетка и в неё, с помощью специального патч-корда ШОС подключается оконечный ONT-терминал, который предоставляет провайдер в аренду или продаёт при заключении договора:

ONT-терминалы могут быть двух типов. Либо это так называемая PON-розетка, у которой всего пара LAN-портов, либо — полноценный оптический роутер с Wi-Fi. Так же, у терминала есть 2 режима работы:

• маршрутизатора
• прозрачный мост (bridge)

Прозрачный мост используется в том случае, когда за терминалом ставится WiFi-роутер и с него осуществляется подключение к Интернету. Подробнее про это я уже рассказывал здесь — ссылка.

Технология xPON — оптика в дом

Аббревиатура PON расшифровывается, как Passive Optical Network и в переводе на русский язык означает «пассивная оптическая сеть». При этом xPON — это всё семейство технологий, связанных с мультисервисным широкополосным доступом через оптическое волокно.
Если смотреть глазами обычного пользователя, то xPON — это тонкий желтенький оптический кабель, который приходит в дом или квартиру, принося с собой высокоскоростной Интернет, телевидение и телефон.

А вот если взглянуть на всё глазами кабельного провайдера, то технология xPON — это ведущая на сегодня технология предоставления услуг ШПД для абонентов любого сегмента — от обычных квартир и домов, до крупных корпоративных клиентов. Какие её основные плюсы?

Ключевые преимущества xPON:

1. Высокая скорость — до 2,5 Гбит/с. В ближайшей перспективе — до 10 Гбит/с.;
2. Надёжное качественное соединение. Не зависит от погоды, отличная помехоустойчивость;
3. Возможность предоставления целого комплекса услуг разом используя всего лишь один кабель, т.е. одну выделенную линию;
4. Максимальное расстояние до абонента до 40 километров;
5. Отсутствие дополнительного активного оборудования между станцией и абонентом. Не надо платить за аренду.

Главная цель любого современного оператора связи — это уйти от меди по максимуму. Тем более, что в последние годы стоимость строительства ВОЛС (Волоконно-Оптических Линий Связи) и соответствующего оборудования значительно снизилась. Таким образом отказ от медного кабеля стал экономически целесообразным. Например, Ростелеком с 2020 года фактически запретил у себя строительство медных линий. На этот же путь встаёт и Дом.ru. Отдельно можно выделить компанию «Сибирский Медведь» которая сразу начала со строительства пассивных оптических сетей.

Основные недостатки xPON:

К сожалению без ложки дёгтя не обошлось. Как и у любой другой, у технологии xPON есть и ряд минусов, которые для небольших Интернет-провайдеров становятся непреодолимым препятствием.

1.  Развёртывания сети только кластерами;
2. Стоимость строительства кластера пока ещё высока;
3. Дроп-кабель и оптический шнур легко повредить;
4. Необходимость в квалифицированном обученном персонале и сопутствующем оборудовании;
5. Скудный ассортимент абонентских терминалов ONT;
6. Сложности при переносе или удлинении кабеля.

Именно затраты на модернизацию существующей или строительство новой сети кластерами, закупку специального оборудования и подготовку квалифицированного персонала мешают многим провайдерам начать стройку PON-сетей. Особенно это касается регионов.

Приложение

Ниже приведены примеры схем доставки данных и услуг в сетях PON, а также основные характеристики этих сетей.

Рис. 22. Пример сети предоставления услуг с привлечением технологии PON

Рис. 23. Схема доставки видеоданных (EDFA — Erbium Doped Fibre Amplifier)

Таблица 1. Стандартизация B-PON (Broad_Band PON) в G.983

Таблица 2. Характерные времена в EPON

Таблица 3.
GSR-спецификация

Таблица 4. Параметры по умолчанию

В июле 2007 года выпущен документ RFC-4837, который определяет специфические структуры и атрибуты MIB, соответствующие сетям EPON, которые ориентированы на стек протоколов ТСР/IP.

Компания Nokia разработала оборудование для пассивных лоакльных оптических сетей, предназначенных для использования в медицинских учреждениях (см. «Nokia Passive Optical LAN for hospitals, clinics and healthcare facilities«, Nokia). Практическое использование показало, что применение PON позволяет сэкономить до 50% средств по сранению с сетью на основе Ethernet (POL — Passive Optical LAN).

Рис. 24. Сравнение традиционных и PON-технологий

Ссылки

1. Lightware Russian edition, N2,2004 год, «Пассивные оптические сети PON Часть 2. Ethernet на первой миле», И.И.
   Петренко, Р.Р. Убайдуллаев, к.ф.-м.н
2. IEEE, IEEE Std 802.3, «Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical
   Layer Specifications,» March 2002.
3. IEEE 802.3ah OAM Helps Bridge
   Ethernet Management Gap
4. Ethernet Passive Optical Network (EPON)) (56 стр)
5. S. Clavenna, “Metro Optical Ethernet,” Lightreading (www.lightreading.com), November 2000.
6. Supporting differentiated classes of service in
   Ethernet passive optical networks, Glen Kramer, Biswanath Mukherjee, Sudhir Dixit and Yinghua Ye
7. RFC-4837. Managed Objects of Ethernet Passive Optical Networks (EPON). L.Khermosh. July 2007.
8. On Configuring Logical Links in EPON
9. Delivering E1 G.703 and PRI services over FTTH/B GEPON networks
10. Joint ITU-T/IEEE Workshop on Carrier=Class Ethernet (From 1 to 10 Gb/s in five years — The EPON Story),
    Geneva, May 2007

Подключение GPON от Ростелеком

К сожалению, поскольку технология еще нова, далеко не везде есть возможность подключиться к тарифному плану с использованием GPON. Особенно это актуально для регионов и старых домов. Повезло счастливым жильцам новых жилых комплексов, куда Ростелеком сразу подключает рассматриваемую технологию.

Проверить возможность подключения довольно просто. Рекомендуется придерживаться следующего алгоритма:

Важно отметить, что это еще не означает, что тарифный план будет подключен. После того, как заявка будет оставлена, специалисты компании проверят возможность подключения

Об этом будет сообщено в ответном сообщении или звонке.

Если же клиент живет в частном секторе или в старом доме, то вполне вероятно, что технология GPON там не используется. Тогда процедура подключения будет гораздо сложнее. Либо большинство жильцов изъявит желание и провайдер подключит дом или улицу, либо пользователю придется самостоятельно заплатить за проведение технологии. В таком случае сумма будет довольно высока.

FTTB-роутеры с поддержкой mesh Wi-Fi (планируется)

Интернет / IP-TV

Что такое Wi-Fi Mesh-сеть и чем она отличается от обычной? Mesh Wi-Fi системы позволяют создавать бесшовную сеть со скоростью 1,2 гбит/с на больших пространствах. Это значит, что Это дает возможность иметь быстрый высокоскоростной интернет в любой точке помещения. Кроме этого, для устройства, которое подключено к такой сети автоматически выбирается как точка доступа, так и частота. Mesh-роутеры могут управляться через мобильное приложение, где настраивается правила авторизации, родительский контроль, создание гостевой сети и т.д. Планируется к внедрению в 2021 году

Протокол управления многоточечным обменом (MPCP)

Для поддержки присвоения временных доменов с помощью OLT, группой IEEE 802.3ah был разработан протокол MPCP
(Multi-point Control Protocol). Этот протокол базируется на двух сообщениях Ethernet: GATE и REPORT. Сообщение GATE посылается от OLT к ONU и используется для присвоения временного домена. Сообщение REPORT используется ONU для информирования OLT о своем состоянии (заполненность буфера и т.д.), чтобы помочь ему принять правильное решение о выделении временного домена. Как GATE, так и REPORT-сообщения являются кадрами управления MAC (тип 88-08).

Существует два режима работы MPCP: автодетектирование (инициализация) и обычная работа.
Режим автодетектирования используется для детектирования вновь подключенных ONU и определения RTT
и MAC-адреса этого ONU, плюс, может быть, дополнительных параметров, которые нужно знать.
Нормальный режим используется для присвоения временных доменов всем инициализируемым ONU.

Так как в инициализации могут нуждаться более одного ONU одновременно, автодетектирование является процедурой, предполагающей конкуренцию. На верхнем уровне это осуществляется следующим образом:

Структура и компоненты PON

В системе Gigabit Ethernet Passive Optical Network (GEPON) имеется оптический линейный терминал (optical line terminal-OLT) в центральном офисе поставщика услуг и ряд оптических сетевых блок (optical network units-ONU) или оптических сетевых терминалов (optical network terminal-ONT) рядом с конечными пользователями, а также как оптический разветвитель (optical splitter-SPL). Кроме того, оптическая распределительная сеть (optical distribution network-ODN) также используется во время передачи между OLT и ONU/ONT.

Optical Line Terminal (OLT)

OLT является отправной точкой для пассивной оптической сети, которая подключена к коммутатору уровня ядра через Ethernet кабели. Основная функция OLT заключается в преобразовании, кадрировании и передаче сигналов для сети PON, а также в координации мультиплексирования оптических сетевых терминалов для поделенной восходящей передачи. Как правило, оборудование OLT включает стойку, CSM (Control and Switch Module), ELM (EPON Link Module, PON card), защиту от избыточности -48V DC модули источника питания или один 110/220V AC модуль источника питания и вентиляторы. В этих частях карта PON и источник питания поддерживают горячую замену, в то время как другой модуль встроен внутри. OLT имеет два плавающих направления: восходящий поток (получение распределения различных типов данных и голосового трафика от пользователей) и нисходящий поток (получение данных, голоса и видеотрафика из городской сети или сети на дальние расстояния и отправка их всем модулям ONT в ОДН.) Максимальное расстояние, поддерживаемое для передачи через ODN, составляет 20 км.

Optical Network Unit (ONU)/Optical Network Terminal (ONT)

ONU преобразует оптические сигналы, передаваемые по волокнам в электрические сигналы. Эти электрические сигналы затем отправляются отдельным абонентам. Как правило, между ONU и помещением конечного пользователя существует удаленная или другая сеть доступа. Кроме того, ONU может отправлять, агрегировать и обрабатывать различные типы данных, поступающих от клиента, и отправлять их в восходящем направлении в OLT. Обработка — это процесс, который оптимизирует и реорганизует поток данных, чтобы он доставлялся более эффективно. OLT поддерживает распределение пропускной способности, что позволяет плавно передавать данные в OLT, которые обычно поступают от клиента пачками. ONU может быть подключен различными методами и типами кабелей, таких как медная витая пара, коаксиальный кабель, оптическое волокно или через Wi-Fi.

Устройства конечного пользователя также могут называться оптическим сетевым терминалом (ONT). Собственно ONT по сути то же самое, что ONU. ONT — это термин ITU-T, а ONU — термин IEEE. Принадлежащие к разным стандартным органам, они оба относятся к пользовательскому оборудованию в системе GEPON. Но на практике между ONT и ONU есть небольшая разница в зависимости от их местоположения.

Optical Distribution Network (ODN)

ODN, неотъемлемая часть системы PON, предлагает оптическую среду передачи для физического подключения ONU к OLT на расстоянии 20 км или более. В ODN, оптоволоконные кабели, оптоволоконные разъемы, пассивные оптические разветвители и вспомогательные компоненты взаимодействуют друг с другом. В ODN есть состоит из пяти сегментов: фидерное волокно, оптическая точка распределения, распределительное волокно, оптическая точка доступа и оптическое волокно. Фидерное волокно начинается от оптического распределительного каркаса (ODF) в телекоммуникационной комнате центрального офиса и заканчивается в оптической распределительной точке для покрытия больших расстояний. Распределительное волокно от оптической точки распределения до оптической точки доступа распределяет оптические волокна по областям рядом с ней. Отводное волокно соединяет оптическую точку доступа с терминалами (ONT), обеспечивая подачу оптического волокна в дома пользователей. Кроме того, ODN — это тот самый путь, который необходим для передачи данных PON, и его качество напрямую влияет на производительность, надежность и масштабируемость системы PON.

Преимущества и недостатки технологии PON

Положительные стороны технологии:

► надежность (стабильность сигнала);

► отсутствие необходимости подключения к электросетям;

► возможность высокоскоростной передачи трех видов (служебной информации, голоса и видео);

► экономное использование волокон в кабелях абонентов (на 1 волокно приходится 128 абонентов);

► экономное распределение оптических излучателей на главной станции;

► передача данных происходит в виде ячеек ATM;

► низкая стоимость обслуживания;

► простота подключения;

► возможность расширять полосу благодаря абонентам, которые в этот момент не используют канал (тем самым повышается скорость соединения);

► возможность регулярно увеличивать пропускную способность с помощью стандарта оптического мультиплексирования (CWDM или DWDM).

Отрицательные стороны технологии:

► возросшая сложность системы технологии PON;

► чуствительность к перегибам оптоволоконного кабеля, что может повлиять на снижение его пропускной способности.

Настройки терминала

Главное меню веб-интерфейса откроется после ввода логина и
пароля. Здесь отображается информация обо всех подключениях пользователя. Доступны
вкладки «Настройки LAN», «Беспроводная сеть», «Функции маршрутизации (NAT)»,
«Настройки DDNS», «Настройка USB порта».

Вкладка «Настройки LAN» позволяет выбрать подсеть, а в
разделе TCP/IP указать ее IP-адрес и маску подсети. Маршрутизатор может автоматически
вычислить маску подсети на основе IP-адреса, который назначает пользователь.
Также здесь можно присвоить имя устройству в локальной сети, после чего доступ
к нему будет осуществляться по имени, а не по MAC-адресу.

Вкладка «Беспроводная сеть» дает возможность включить до
четырех беспроводных сетей одновременно в каждом диапазоне, это удобное, если в
доме множество гаджетов. Для тонкой настройки Wi-Fi доступны меню «Основные
параметры», «Безопасность», «Настройка WPS», «Фильтрация по MAC».

На вкладке «Безопасность» задаются методы аутентификации и
шифрования, а также ключ PSK для каждой беспроводной сети. Устройство имеет
возможность легкой настройки беспроводной сети с помощью функции Wi-Fi
Protected Setup — для ее включения нужно нажать и удерживать кнопку «WPS/Wi-Fi»
в течение пяти секунд.

Какие режимы беспроводной сети поддерживаются:

• Disabled — в этом режиме шифрование отключено
• WPA-PSK — обеспечивает беспроводной защищенный доступ с
  использованием шифрования TKIP
• WPA2-PSK — обеспечивает беспроводной
  защищенный доступ с использованием шифрования AES
• WPA/WPA2-PSK — рекомендуется производителем как самый
  безопасный вариант защиты

Раздел «NAT» позволяет настроить внешние сервисы в локальной
сети — веб-серверы, FTP-серверы, почтовые серверы. На вкладке «Port Triggering»
пользователь может «пробросить» порты для приложений, которые не способны
работать через встроенный брандмауэр, это актуально для некоторых онлайн-игр и IPTV-телевидения.

В разделе «DDNS» можно произвести настройку серверов DDNS,
чтобы роутер получил бесплатный статический адрес. Используя этот адрес, пользователь
из внешней сети может получить доступ к настроенному на компьютере серверу,
сайту, сетевому накопителю, веб-камере. Настройка не потребуется, если
провайдер выдал пользователю статический IP-адрес.

Коротко о технологии FTTH

Оптоволоконные роутеры не нуждаются в промежуточном оборудовании для подключения к интернету. Оптоволокно заводится в квартиру и подсоединяется напрямую к маршрутизатору. Такая технология называется FTTH.

Оптический роутер, он же FTTH-роутер выглядит и работает как Ethernet-маршрутизатор. Устройство может подключаться к интернету привычным способом, по медному кабелю. Только WAN-порт у него комбинированный, называется SFP-разъём и предназначен для подключения как витой пары, так и оптоволоконного кабеля. 

В остальном всё устроено точно так же: после первичной настройки роутер получает интернет от провайдера и раздаёт его на устройства в квартире.

Самый крупный провайдер, предоставляющий подключение этой технологии, — «Ростелеком».

Значение LOS и PON на роутере

Для начала кратко расскажем о том, что такое GPON. Это высокоскоростное соединение посредством оптоволоконного кабеля, кроме интернета, позволяющее пользоваться услугами телефонии и цифрового телевидения. Оптический кабель заводится непосредственно в квартиру или офис пользователя, где устанавливается специальный модем ONT, по сути, представляющий собой Wi-Fi роутер, подключаемый к оптоволоконной линии. По оптоволокну он соединяется напрямую с оборудованием провайдера (OLT).

Помимо основных индикаторов, таких же, как и на обычных роутерах, ONT-модем имеет индикаторы LOS и PON, отображающие статус подключения к OLT.

Описание индикации

Во время обычной работы индикатор PON должен гореть непрерывно, а индикатор LOS должен быть выключен. Лампочка LOS отвечает за соединение, в то время как PON за регистрацию в сети провайдера.

Рассмотрим возможные варианты индикации:

• Индикаторы LOS и PON выключены – нет подключения к OLT, оптический кабель не подключен к разъёму или в кабеле нет сигнала.
• PON быстро мигает, LOS выключен – роутер пытается установить соединение с оборудованием провайдера.
• PON горит непрерывно, LOS выключен – соединение с провайдером установлено.
• Оба индикатора часто мигают – не удалось пройти идентификацию на OLT, неправильная привязка роутера по технологии GPON. Для решения проблемы следует обратиться к провайдеру.
• PON быстро мигает, LOS мигает медленно – недостаточная мощность сигнала в кабеле.
• Оба индикатора медленно мигают – аппаратная неисправность.

Распределение пропускной способности восходящего потока

OLT отвечает за распределение полосы пропускания восходящего потока для ONU. Поскольку оптическая распределительная сеть (ODN) является совместно используемой, восходящие передачи ONU могли бы конфликтовать, если бы они передавались в случайное время. ONU могут находиться на разных расстояниях от OLT, что означает, что задержка передачи от каждого ONU уникальна. OLT измеряет задержку и устанавливает регистр в каждом ONU через сообщения PLOAM (операции физического уровня, администрирование и обслуживание), чтобы уравнять его задержку по отношению ко всем другим ONU в PON.

Как только задержка всех ONU установлена, OLT передает так называемые разрешения отдельным ONU. Грант — это разрешение на использование определенного интервала времени для восходящей передачи. Карта грантов динамически пересчитывается каждые несколько миллисекунд. Карта распределяет полосу пропускания для всех ONU, так что каждый ONU получает своевременную полосу пропускания для своих сервисных нужд.

Некоторые услуги — например, POTS — требуют по существу постоянной пропускной способности восходящего потока, и OLT может предоставлять фиксированное выделение полосы пропускания для каждой такой услуги, которая была предоставлена. DS1 и некоторые классы услуг передачи данных также могут требовать постоянной скорости передачи данных в восходящем направлении. Но большая часть трафика данных, например при просмотре веб-сайтов, является прерывистой и сильно изменчивой. Посредством динамического распределения полосы пропускания (DBA) абонентская плата PON может быть превышена для восходящего трафика в соответствии с концепциями статистического мультиплексирования трафика . (В нисходящем трафике также может быть превышена подписка, так же как и в любой локальной сети. и по размеру.)

В GPON есть две формы DBA: отчеты о состоянии (SR) и отчеты без статуса (NSR).

В NSR DBA OLT постоянно выделяет небольшую дополнительную полосу пропускания каждому ONU. Если ONU не имеет трафика для отправки, он передает незанятые кадры во время своего избыточного распределения. Если OLT замечает, что данный ONU не передает незанятые кадры, он увеличивает выделение полосы пропускания этому ONU. После того, как пакет ONU был передан, OLT наблюдает большое количество незанятых кадров от данного ONU и соответственно сокращает свое распределение. У NSR DBA есть преимущество в том, что он не предъявляет требований к ONU, и недостаток в том, что OLT не может знать, как лучше всего назначить полосу пропускания для нескольких ONU, которым требуется больше.

В SR DBA OLT опрашивает ONU на предмет их невыполненных работ. Данный ONU может иметь несколько так называемых контейнеров передачи (T-CONT), каждый со своим собственным приоритетом или классом трафика. ONU сообщает о каждом T-CONT отдельно в OLT. Отчетное сообщение содержит логарифмическую меру отставания в очереди T-CONT. Зная соглашение об уровне обслуживания для каждого T-CONT по всей PON, а также размер невыполненной работы каждого T-CONT, OLT может оптимизировать распределение резервной полосы пропускания в PON.

В системах EPON используется механизм DBA, эквивалентный решению GPON SR DBA. OLT опрашивает ONU на предмет состояния их очереди и предоставляет полосу пропускания с помощью сообщения MPCP GATE, в то время как ONU сообщают о своем статусе с помощью сообщения MPCP REPORT.