העולם החדש של הסיבים לבתים ולעסקים: PON - Passive Optical Network

דף הבית >> סקירות טכנולוגיות >> העולם החדש של הסיבים לבתים ולעסקים: PON - Passive Optical Network
העולם החדש של הסיבים לבתים ולעסקים: PON (Passive Optical Network)
מאת: צבי שחם, 22.11.14, 18:50

מטרת המאמר היא "לעשות סדר" בתקני ה-PON, לסקור את התפתחותם, תכונותיהם ויכולותיהם השונות.סיבים
 
המעבר לרשתות גישה אופטיות
PON היא ארכיטקטורה של רשת גישה (Access Network), שמסוגלת לספק תקשורת דו- כיוונית רחבת-סרט לכמות גדולה של משתמשים על תשתית אופטית פסיבית משותפת.

ה"פסיביות" של הרשת מתבטאת בכך, שכל רכיבי הרשת (למעט 2 הקצוות) הם פסיביים ואינם דורשים התקנה, חשמל, תחזוקה ומיזוג אוויר. לכן, ארכיטקטורה זו היא מאד אטרקטיבית לספקי התקשורת בכל העולם. בישראל, Unlimited משתמשת בתצורת רשת אחרת הנקראת PtP, גישת יישום די נדירה בעולם. בזק והוט תלכנה, ככל הנראה, במסלול ההתפתחות הטכנולוגי של PON. 
 
הדרישה לרוחב-סרט גדלה והולכת בצורה משמעותית בשנים האחרונות עם הרחבת השימוש בסמארטפונים, מחשבים נישאים, טלוויזיות 4K/8K/3D, חיבור ל"עננים", רפואה מרחוק, משחקים ויישומים ניידים אחרים. באופן מפתיע, חוק נילסן (Nielsen's Law), שנכתב לפני כ-30 שנה (בשנת 1983), עדיין תואם למציאות: גידול שנתי של 50% בחיבור לאינטרנט של משתמש מסוג High-end, כלומר: Mbps 130 בשנת 2016.
 
עולמנו הופך להיות "מחובר" יותר ויותר: מעריכים, שבשנת 2020 יהיו יותר מ-50 מיליארד אלמנטים מחוברים לרשת (נייחת או ניידת). דו"ח, שפורסם בתחילת 2014 ע"י חברת סיסקו (כאן), צופה גידול שנתי (CAGR) של 61% בתנועת הנתונים הניידת בעולם אפילו יותר מחוק נילסן, שהוזכר לעיל. ראה איור 1 להלן.
 
ציור 1
 
ברור, שהגידול הזה יוצר לחץ על הרשתות של מפעילי התקשורת השונים. פתרונות הגישה המקובלים (כגון xDSL, VDSL, Cable Modem) מגיעים לגבול היכולת העליון שלהם ולא יוכלו עוד לספק את הדרישה הגוברת לרוחבי-סרט. לכן, התעורר הצורך במציאת פתרון מסוג אחר והוא – מעבר ממערכות גישה מבוססות נחושת למערכות גישה אופטיות.
 
ואכן, בשנים האחרונות קיימת פעילות רבה בנושא PON הן בתקינה והן בהתקנות, חיבור לקוחות וניסוי מערכות חדשות. מספר תקנים פורסמו, עודכנו ושודרגו בזה אחר זה, כגון: APON, BPON, GPON, GE PON, 10G PON, 10G EPON.
תקנים אלה שונים זה מזה בקצבי העבודה, אורכי הגל, מבנה המסגרת ולרוב גם אינם תואמים.
 
מטרת מאמר זה היא "לעשות סדר" בתקני ה-PON, לסקור את התפתחותם, תכונותיהם ויכולותיהם השונות.   
 
מבנה רשתות  PON
 
רשתות PON שייכות לקטגוריה של FTTH (Fiber-to-the-home) או  FTTP (Fiber-to-the-premise).
 
קטגורית FTTH/FTTP נחלקת באופן עקרוני ל-3 ארכיטקטורות, כמתואר באיור 2:
  1. רשתות PTP (Point-to-point), שבהן כל מנוי/בית מחובר בסיב יעודי לצומת התקשורת.
  2. רשתות Curb-switched,שבהן מתג אקטיבי (כגון אתרנט) מותקן בשכונה וממנו יוצאים סיבים ייעודיים לכל מנוי. המתג מחובר בסיב בודד לצומת התקשורת המרוחקת.
  3. רשתות PON, שבהן סיב בודד מחבר את צומת התקשורת למפצל אופטי פסיבי (Passive optical splitter) המותקן באזור וכל מנוי מחובר למפצל בסיב ייעודי. לאורך כל הדרך קיימת הפרדה בין אורכי הגל של השידור והקליטה. כך, ש-2 האותות פועלים בצוותא על אותה תשתית אופטית.
כפי שנראה בציור 2-c, ה-PON מייצג כאן טופולוגיה של P2MP (Point-To-Multi-Point). כלומר, נקודה מרכזית אחת להרבה נקודות קצה. הארכיטקטורה של רשתות ה-PON היא פשוטה יחסית, אינה דורשת התקנים אקטיביים ברשת הגישה ולכן היא זכתה להצלחה בקרב ספקי התקשורת בעולם.

לפי דו"ח עדכני של חברת Infonetics (כאן) סופק ציוד PON בערך של 1.4 מיליארד דולרים ברבעון השלישי של 2014, שמהווה גידול של 20% לעומת הרבעון המקביל של 2013.
 
איור 2
 
המונח CO (Central Office) באיור 2 מתייחס לאתר התקשורת המרחבי. במקרה של PON הציוד המותקן באתר המרחבי נקרא OLT (Optical Line Terminal) וציוד הקצה באתר הלקוח נקראONU (Optical Network Unit)  או ONT. איור 3 מתאר מבנה קלאסי של רשת PON  במבנה של עץ, בעלת מפצל(Splitter)  בודד.
 
איור 3
                                                                
תקני PON
 
2 גופי תקינה עיקריים עוסקים בתקינת PON והם:ITU-T  ו-IEEE.
 
תקנים שנוצרו ע"י ITU-T:
  1. הפעילות הראשונה בנושא PON החלה בשנת 1995, כאשר מספר מפעילים וספקי ציוד תקשורת הקימו את הקונסורציום הנקרא FSAN (Full Service Access Networks), במטרה להגדיר תקן מוסכם למערכות PON. התוצאה הייתה תקן APON (ATM PON), שפעל בקצב של STM-1) 155 Mbps) ואומץ מאוחר יותר ע"י ארגון ITU (G.983.1,2) בשנת 1998.  
  2. התקן APON שודרג בשנת 2002 למשפחת תקני BPON (Broadband PON) הנקראים  G.983.3-5. השינוי נעשה כדי לציין, שה-PON תומך לא רק ב-ATM אלא גם באותות אחרים, כמו אתרנט ווידיאו. קצב השידור למטה (downstream) הועלה ל-622 Mbps והקצב למעלה (upstream) נשאר 155 Mbps. כמו כן, נוספו עוד כמה שיפורים כמו הקצאה דינאמית של רוחב-סרט ואפשרות לגיבוי הסיב הראשי. המפצל היה בעל 32 יציאות (מנויים שונים) והטווח המקסימאלי היה 20 ק"מ.  
  3. בשנת 2004 (עם שינוי מקיף בשנת 2008)  אושרה משפחת תקנים חדשה, שנקראה GPON (G.984.x), במטרה להעלות את קצבי העבודה ולשפר את נצילות הרשת. קצבי העבודה הם: 2.488/2.4882.488/1.244, 2.488/6221.244/1.244 ועוד קומבינציות בקצבים נמוכים יותר (המספר השמאלי הוא הקצב למטה, הימני – הקצב למעלה ב-Mbps). השידור למטה (וכן למעלה) הוא TDM, מורכב ממסגרות גדולות באורך קבוע של 125 us. כל מסגרת גדולה מכילה כותרת מיוחדת ולאחריה מספר מסגרות מידע (כגון אתרנט או TDM) המיועדות ל- ONT שונים ברשת. בראש כל מסגרת מידע יש כותרת המציינת למי המסגרת נועדה, מה אורכה, סוג המידע וכן שדה HEC (Header Error Correction). המסגרות יכולות להיות בעלות אורכים שונים. כך, שנצילות התמסורת היא גבוהה. השידור למעלה נעשה בשיטת TDMA (Time Division Multiple Access). כל ONU מקבל הקצאה של חריץ זמן, שבה הוא יכול לשדר. אורך חריץ הזמן מותאם לדרישת השידור, וניתן לקבל כמה חריצי זמן באותה מסגרת גדולה.
 
איור 4 מתאר מבנה עקרוני של GPON. אורך גל השידור למטה הוא 1480-1500 nm (1490 ± 10) ואורך הגל למעלה הוא              1260-1360 nm (1310 ± 50). בנוסף, יש אפשרות לשדר אותות וידאו למטה בתחום 1550 - 1560 nm. הפיצול הפסיבי יכול להיות בעל 16, 32 או 64 יציאות.
 
איור 4
 
4. התקן הבא מבית ITU-T התפרסם ביוני 2010 ונקרא 10G PON, NG-PON או בשמו התקני G.987.x. הוא מאפשר פעולה א-סימטרית בקצבים (Mbps 9.95/2.48 (XG-PON1 או סימטרית בקצבים Mbps 9.95/9.95 (XG-PON2). יש לשים לב, שהקצבים אינם 10G או 2.5G אלא קצבים התואמים לקצבי SDH. בדומה ל-GPON גם 10G PON עובד למטה בשיטת TDM ולמעלה בשיטת TDMA, אם כי בקצבים הרבה יותר גבוהים. אורכי הגל של השידורים נקבעו כך, שתהיה תאימות אחורה לתקנים הקודמים. 10G PON משדר למטה באורך גל 1577 nm ולמעלה באורך גל של 1270 nm. כך, שניתן להפעילו בצוותא על אותה תשתית יחד עם GPON. ראה איור 5.  

איור 5

5. בשנת 2012 החליטו ב-FSAN/ITU-T להעלות את רף הביצועים ולדלג על התקן XG-PON2 דהיינו: 10/10 במספרים עגולים, לטובת תקן מהיר יותר (40/10 או 40/40), שיאפשר בנוסף גם מעבר לקצבים גבוהים עוד יותר. התקן החדש נקרא NG-PON2 (ראה איור 6).
 
איור 6
 
הטכנולוגיה שנבחרה היא Time- and wavelength-division multiplexed (TWDM) PON. כלומר, שילוב של TDM עם WDM. אפשר לראות את TWDM כמו כמה מערכות מסוג XG-PON1 הפועלות בצוותא על אותה תשתית אבל בזוגות אורכי-גל שונים. איור 7 מתאר מערכת TWDM-PON, שבה יש הפרדה בין שירותים שונים המסופקים באורכי-גל נפרדים (אפילו ע"י ספקים שונים) וכל זאת במקביל לפעולת רשת GPON קיימת. כמובן, שבעתיד יהיה ניתן להוסיף אורכי-גל ולהגדיל את הקיבול, השירותים ומספר המשתמשים בצורה ניכרת.
 
איור 7
 
 פעילות התקינה נמצאת בעיצומה ע"י ארגון ITU-T (תקן G.989.x) ואמורה להסתיים ב-2015.
כמה חברות כגון: ,Alcatel-Lucent, Huawei, ZTE, Adtran כבר הכריזו על דור ראשון של מוצרים, שעובדים במעבדה, וכנראה יופעלו בשטח בשנה הבאה.
 
אולם, צפויים גם קשיים ביישום. אחד מסימני השאלה הגדולים הוא: מה יהיה מחיר ציוד הקצה? מערכות TWDM דורשות כוון מדויק בשטח של אורכי-הגל המשודרים והנקלטים ב-ONU, שמשמעותו ציוד יקר ומיומנות טובה של הטכנאים. סביר להניח, שככל שהמערכות תיפרסנה בפועל – עלויות ההתקנה והתחזוקה תורדנה.
 
תקנים שנוצרו ע"י IEEE:
  1. תקן GE PON / EPON (Gigabit Ethernet PON) הנקרא גם 802.3ah, שהושלם כבר בשנת 2004 כחלק מפעילות ה- EFM - Ethernet First Mile. ה-EPON משתמש במסגרות אתרנט רגילות והדבר לא מפתיע לאור הפעילות רבת-השנים של IEEE בתחום הזה. קצבי השידור הם סימטריים: 1 Gbps לכל כוון, ואורכי הגל הם 1490 nm למטה, ו-1310 nm למעלה (כמו GPON). גם כאן ניתן להוסיף ערוץ טלוויזיה יורד באורך גל של 1550 nm.
  2. התקן המתקדם ביותר של IEEE הוא 10G EPON (802.3av), שאושר ב-2009. התקן מאפשר עבודה סימטרית בקצבים 10G/10G או אסימטרית בקצבים 10G/1G. קיימת תאימות אחורה לתקן EPON  עי"כ, שאורך גל השידור למטה של 10G EPON הוא 1577 nm ואורך הגל למעלה הוא 1270 nm. איור 8 מתאר רשת 10G EPON אסימטרית (10G/1G) הפועלת בצוותא עם רשת GE PON. לקוחות גדולים (כמו בתים משותפים, עסקים) מקבלים קצב של 10G ולקוחות אחרים "מסתפקים" בקצב של 1G.  
איור 8
  
סיכום
כפי שראינו, קיימות היום 2 משפחות תקניות של רשתות PON: משפחת ה-ITU-T ומשפחת IEEE. בתוך כל משפחה קיימת אפשרות של שדרוג והרחבה, אבל בין מוצרי 2 המשפחות אין תאימות. התקן החדש והמבטיח ביותר בשוק העולמי הוא כאמור TWDM-PON (או NG-PON2) מבית ITU וצפוי, שגם ארגון IEEE יצטרף ליזמה הזאת.
 
ה-PON לא הולך לישון...
 
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
 
צבי שחם
 
צבי שחם, M.Sc.
נובמבר 2014
zvi.shacham@gmail.com
www.zvish.com
 
 
 
 



 
 
Bookmark and Share


 


לוח מודעות
יזמים? יש לכם רעיון מבריק? נפתחה ההרשמה למחזור הראשון של TLV Generator. ההרשמה - כאן

חנות המוצרים המובילה מסין -Chinabuy בעברית ובמחירי מבצע מטורפים

ניוזלטר שלישי של האתר הופץ לנרשמים לאתר - ניתן לצפייה כאן.

ניוזלטר שני של האתר הופץ לנרשמים לאתר - ניתן לצפייה כאן.

ניוזלטר ראשון של האתר הופץ לנרשמים לאתר - ניתן לצפייה כאן.

מחפש מחקרים? מאות מחקרים עדכניים מהשנה האחרונה מצויים כאן

מחפש תוכנות חופשיות? תוכל למצוא משחקים, תוכנות לפרטיים ותוכנות לעסקים, תוכנות לצילום ותמונות, הכל בחינם.


מעוניין לבנות ולתפעל אתר אישי או עסקי מקצועי? לחץ כאן.

לוח אירועים וכנסים של עולם ההיי-טק - כאן.
 




לוח האירועים המלא לגולשים מצוי כאן.

15-16.2.17 - GLOBAL INVESTOR SUMMIT OurCrowd    

6-7.3.17 - BrainTech 2017 

22.3.17 - GEMIC - TLV

29/3/17 - Telco2017 - תערוכת מוקדים טלפוניים  

25-29/6/17 - Cyber Week 2017  

 

הכי ניצפים 

דירוג הסמאטרפונים הטובים ביותר בעולם לדצמבר 2016 עפ"י Business Insider - כאן

מה כן מקדם אתרים ועסקים באינטרנט? לא העלוקות שחיות סביב גוגל ופייסבוק - כאן

כל מה שלא מספרים לכם בתחום "השוק הסיטונאי" - פרק א': בזק - כאן

כל מה שלא מספרים לכם בתחום "השוק הסיטונאי" - פרק ג' - ההפסד הצרכני - כאן

כמה מפסידים בביצועים של הפס הרחב במעבר ל"שוק הסיטונאי"? - הרבה - כאן

מה שלא מספרים לכם: כיצד בזק תמרנה את מחירי השוק הסיטונאי עד 2018 - כאן

למה מבלבלים את המוח לציבור בנושא המכונה "שוק סיטונאי"? - כאן

למה בכלל צריך להחליף / לרכוש נתב במעבר ל"שוק סיטונאי"? - כאן

התרגיל לחיסול "השוק הסיטונאי" כבר כמעט מוכן, קוראים לו Vectoring - כאן

כל מי שכביכול "נטש את בזק" ב"שוק סיטונאי" יחזור לבזק תוך שנה-שנתיים - כאן

הפלופ הבא של "השוק הסיטונאי" שירות SLU (שבלעדיו הנוטשים יחזרו לבזק) - כאן

ביבי נתניהו הקשיב לקריאת Telecom News: פיטר לאלתר את אבי ברגר - כאן

חי בסרט: סמנכ"ל הכלכלה במש' התקשורת בטוח שהתכנית שחיבר תצא לפועל - כאן

מכרז התדרים ל-LTE הסתיים (בחלוקת תדרים) בדיוק כמו שהחל: בפלופ - כאן

חשיפת המספרים מאחורי משבר האנטנות: בשנה האחרונה פורקו 721 אנטנות - כאן

איך אני יודע כמה מגהרץ יש בחיבור LTE? מי ספק הסלולר המהיר בישראל? - כאן

חשיפת המחדל המדהים המוסתר מהציבור של הרס רשתות הסלולר - כאן

חשיפת מה שאילנה דיין לא פרסמה ב"ערוץ 2" על תעלולי השר משה כחלון - כאן

20 המובילים ומקבלי הצל"ש בשנת 2015 בעולם התקשורת וההייטק הישראלי - כאן

האם נטפליקס זקוקה לרישיון כדי לפעול, לשדר ולמכור שירותים בישראל? - כאן

איך רבע מיליון לקוחות נפלו בפח ועברו להסדר המכונה בטעות "שוק סיטונאי" - כאן

ההגנה המושלמת על הגלישה ניידת והנייחת ועל הפרטיות מפני כל תוקף - כאן

מבחן דרך: חיבור VPN - האם זו ההגנה המושלמת על הגלישה ועל הפרטיות? - כאן

איגוד האינטרנט התקין מערכת המסכנת את חברות האינטרנט וגולשי האינטרנט - כאן

TLV Generator נולד - התכנית שהופכת כל רעיון למוצר (MVP) תוך 120 יום - כאן

20 המובילים ומקבלי הצל"ש בשנת 2016 בעולם התקשורת וההייטק הישראלי - כאן
 
זרקור חברות
 
MediaVenus
 
TLV-Generator
 
 
Telecom Experts
 
NordVPN
 
עדן אימון עסקי
 
כמה זה? השוואת מחירים
 
TLV-Generator
 
ChinaBuy
 
טלי וייס
 
 
 
Slideshare Linkedin Twitter
Youtube Instagram Facebook
Google+ live Zappix
Bitly Vimeo Pinterest
אנדרואידאנדרואיד-ברקוד אפל ברקודאפל

 
 מפת הביטקוין   מהירות גלישה Your IP שירותנט
לייבסיטי - בניית אתרים