PON — pasywna sieć optyczna: wprowadzenie, typy i zastosowania

Rozwiązanie, którym jest PON (Passive Optical Network) , to architektura sieci światłowodowej, na której opiera się całe światowe wdrożenie FTTH. Jego zasada — rozdzielanie sygnału z jednego punktu centralnego do wielu abonentów przez całkowicie pasywne dzielniki — zrewolucjonizowała ekonomikę sieci dostępowych. Ten przewodnik wprowadzający przedstawia działanie PON, jego rozwój od APON do XGS-PON 10G oraz kryteria wyboru właściwej normy do Twojego projektu.

Czym jest PON?

Rozwiązanie, którym jest pasywna sieć optyczna , to sieć telekomunikacyjna na włóknie światłowodowym, która łączy urządzenie centralne (OLT) z wieloma urządzeniami abonenckimi ( ONU) bez żadnego komponentu zasilanego elektrycznie na trasie transmisji. Rozdział sygnału odbywa się przez pasywne rozdzielacze optyczne — komponenty czysto mechaniczne, które fizycznie dzielą wiązkę świetlną.

Przymiotnik »pasywna« to kluczowa właściwość PON: między centralą operatora a mieszkaniem abonenta nie ma ani przełącznika, ani wzmacniacza, ani żadnego urządzenia wymagającego zasilania elektrycznego czy aktywnej konserwacji. Ten odcinek zajmują tylko szklane włókna i dzielniki optyczne — o typowej trwałości 25 do 30 lat bez ingerencji.

Topologia PON nazywa się punkt-wielopunkt (P2MP) : jedno włókno z OLT dzieli się stopniowo przez kaskadę rozdzielaczy, aby dotrzeć do każdego abonenta osobno. To przeciwieństwo sieci punkt-punkt (P2P), gdzie każdy abonent potrzebowałby własnego dedykowanego włókna do centrali.

Wdrożenie PON pozwala obsłużyć 64 abonentów jednym włóknem transportowym zamiast 64 — czyli o 98 % mniej włókna potrzebnego między centralą a pierwszym węzłem rozdzielczym.

PON vs AON: sieć pasywna wobec sieci aktywnej

Alternatywą dla PON jest AON (Active Optical Network) — sieć punkt-punkt, gdzie każdy abonent ma dedykowane włókno i zasilany, aktywny przełącznik w każdym węźle rozdzielczym. Oto podstawowe różnice:

W praktyce PON dominuje we wdrożeniach FTTH mieszkaniowych i w sieciach kampusowych ze względu na korzyści ekonomiczne. AON jest zarezerwowany dla łączy krytycznych wymagających gwarantowanej, dedykowanej przepustowości — łącza między centrami danych, infrastruktury przemysłowe albo wojskowe.

Komponenty sieci PON

Standardowa sieć PON obejmuje trzy kategorie urządzeń:

OLT (Optical Line Terminal) — jedyne urządzenie aktywne po stronie operatora. Umieszczone w NRO (optycznym węźle przyłączeniowym) albo w serwerowni, zarządza całością transmisji: synchronizacją TDMA, przydziałem przepustowości (DBA), uwierzytelnianiem ONU i kierowaniem usług (Internet, VoIP, IPTV). OLT z 16 portami PON może obsłużyć jednocześnie do 1 024 abonentów.

Pasywne rozdzielacze optyczne (PLC) — serce architektury PON. Te dzielniki na bazie technologii planarnej (Planar Lightwave Circuit) dzielą sygnał optyczny na N identycznych strumieni bez konwersji elektrycznej. Najczęstsze konfiguracje: 1×4, 1×8, 1×16, 1×32, 1×64. Dwa poziomy rozdzielaczy w kaskadzie pozwalają osiągnąć przełożenia 1:128 (np. 1×8 + 1×16). Ich trwałość jest nieograniczona — brak zasilania, brak zużycia.

ONU / ONT (Optical Network Unit / Terminal) — urządzenie aktywne po stronie abonenta. Odbiera sygnał optyczny z włókna przez swój port SC/APC, dekoduje go i rozprowadza jako Ethernet, WiFi, telefonię albo sygnał CATV, zależnie od konfiguracji. To jedyne urządzenie aktywne, którym abonent (albo instalator) musi zarządzać w terenie.

Rozwój norm: APON, BPON, EPON, GPON, XGS-PON

Technologia PON przeszła kilka generacji od lat 90., a każda nowa norma zwielokrotniała dostępne przepustowości:

APON — ATM PON (koniec lat 90.)

Pierwsza normalizacja PON, określona przez ITU-T G.983. Oparta na protokole ATM (Asynchronous Transfer Mode), dawała przepustowości 155 Mbps albo 622 Mbps. Technologia dziś przestarzała, zastąpiona we wszystkich aktywnych wdrożeniach.

BPON — Broadband PON (początek lat 2000)

Rozwinięcie APON, nadal na bazie ATM, ale z przepustowościami do 622 Mbps i obsługą usług dodatkowych (CATV, dostęp Ethernet, linie dzierżawione). Również przestarzała, ale wciąż obecna w kilku starszych infrastrukturach.

EPON — Ethernet PON (2004, IEEE 802.3ah)

Przełom technologiczny: rezygnacja z ATM na rzecz natywnego Ethernetu. Przepustowości 1,25 Gbps symetrycznie, przełożenie podziału do 1:64. Dominuje w Azji (Japonia, Korea, Chiny), wciąż wdrażana w Europie w części sieci firmowych. Przeczytaj nasz przewodnik: ONU EPON GEPON — funkcje i typy.

GPON — Gigabit PON (2004, ITU-T G.984)

Norma odniesienia w Europie. Przepustowości 2,5 Gbps do abonenta / 1,25 Gbps od abonenta, przełożenie do 1:128, własny protokół GEM. Standard narzucony przez Orange, SFR i Bouygues we wszystkich wdrożeniach FTTH we Francji. Przeczytaj nasz przewodnik: Sieci GPON — architektura i wdrożenie.

XG-PON / XGS-PON (2010–2016, ITU-T G.987 / G.9807)

Generacja 10G w PON. XG-PON: 10G do abonenta / 2,5G od abonenta (asymetrycznie). XGS-PON: 10G symetrycznie — wersja, która zdobywa nowe wdrożenia. Współistnieje z GPON na tej samej infrastrukturze dzięki odrębnym długościom fali. Freebox Ultra używa XGS-PON od 2024 roku.

NG-PON2 (2015, ITU-T G.989)

Next Generation PON 2: łączy 4 długości fali XGS-PON, aby osiągnąć 40 Gbps na włókno. Wdrożenia trwają w centrach danych i sieciach mobilnych 5G (fronthaul). Jeszcze marginalne w mieszkaniowych sieciach dostępowych.

Tabela porównawcza norm PON

Zastosowania PON: FTTH, firma i kampus

PON zaprojektowano pod FTTH mieszkaniowe, ale jego zalety — niski koszt, pasywna infrastruktura, duży zasięg — rozszerzyły go na wiele innych kontekstów:

FTTH / FTTB mieszkaniowe — zastosowanie historyczne i dominujące. Operatorzy stawiają OLT w NRO i obsługują całe dzielnice przez pasywne sieci GPON. Każde mieszkanie ma ONT albo router z wbudowanym interfejsem GPON. We Francji: Orange, SFR, Bouygues i Free — wszyscy przeszli na GPON/XGS-PON.

Sieci firmowe i kampusowe — PON z korzyścią zastępuje przełączniki piętrowe w dużych budynkach. OLT w szafie centralnej zasila każde biuro, salę spotkań i przestrzeń wspólną przez kompaktowe ONU. Efekt: zero urządzeń aktywnych do utrzymania w pośrednich pomieszczeniach technicznych.

Hotelarstwo i rezydencje z usługami — każdy pokój ma własne ONU (szerokopasmowy Internet, telefonia, IPTV), z centralnym zarządzaniem z oprogramowania EMS w OLT. Pasywny światłowód w pionie technicznym zastępuje dziesiątki przełączników piętrowych.

Sieci wiejskie i RIP (sieci inicjatywy publicznej) — zasięg 20 km w GPON pozwala obsłużyć odległe wsie i osady z jednego NRO, bez zasilanych urządzeń pośrednich.

Fronthaul 5G — sieci mobilne 5G używają łączy PON (XGS-PON, NG-PON2) do połączenia anten Radio Access Network (RAN) ze stacją bazową. Przepustowość i małe opóźnienie PON czynią go odpowiednim nośnikiem dla tego krytycznego zastosowania.

Jak wybrać swoją normę PON?

Wybór normy PON zależy od trzech głównych czynników:

1. Kontekst geograficzny i operator

We Francji i w Europie, jeśli przyłączasz się do sieci operatora publicznego (Orange, SFR, Bouygues, Free), norma jest narzucona: GPON albo XGS-PON. Nie masz wyboru — Twoje urządzenia ONU muszą być zgodne z OLT operatora. W Azji EPON pozostaje powszechny.

2. Przepustowości wymagane teraz i za 5 lat

Do standardowych zastosowań mieszkaniowych (streaming, gaming, praca zdalna) GPON na krótką metę w pełni wystarcza. Do zastosowań profesjonalnych (intensywna chmura, zdalne kopie zapasowe, wideokonferencje w wielu lokalizacjach) albo aby przygotować infrastrukturę na przyszłość: wybierz od razu XGS-PON które współistnieje z GPON w tym samym włóknie.

3. Liczba abonentów i budżet

Sieć prywatna (budynek, kampus, hotel) poniżej 64 abonentów będzie dobrze obsłużona przez OLT GPON z 4 portami. Powyżej — OLT z 8 albo 16 portami. Koszt urządzeń OLT GPON jest dziś bardzo przystępny — od 1 700 € za OLT z 4 portami zdolny obsłużyć 256 abonentów.

Często zadawane pytania — pasywna sieć optyczna PON