FTTH (Fiber to the Home)
למה צריך גישה אופטית לבתים?
הדרישה לרוחב-סרט הולכת וגדלה בצורה משמעותית בשנים האחרונות, לאור הרחבת השימוש בסמארטפונים, כגון אייפון וסמסונג גלקסי, מחשבים נישאים (Notebook, IPAD) ובמיוחד יישומי וידיאו רגילים ותלת-ממדיים. לדוגמה, בדו"ח, שפורסם ביוני 2012 ע"י חברת סיסקו נמצא, כי קצב ההורדה הממוצע העולמי של משקי הבית המחוברים לרשת גישה רחבת סרט צפוי לגדול מ- 9 מגהביט לשנייה בשנת 2011 ל- 34 מגהביט לשנייה בשנת 2016, כלומר כמעט פי 4. תחזית אחרת, שפורסמה אף היא בשנת 2012 ע"י FTTH Council Europe, מוצגת באיור 1, ובה מתוארים הקצבים למטה (Downstream) ולמעלה (Upstream) הממוצעים והשיאיים בחלוקה לשנים. קצב הגידול, שהם חוזים, הוא X10 בכל 5 עד 6 שנים!
איור 1: התפתחות קצבי הגישה
פתרונות הגישה המקובלים כיום (כגון xDSL, VDSL, Cable Modem) הגיעו לקצה גבול היכולת שלהם, ולא יוכלו עוד לספק את הדרישה הגוברת לרחבי-סרט. בנוסף, פתרונות אלה פועלים לרוב בשיטה א-סימטרית, כלומר רוחב סרט גדול למטה וקטן מאד למעלה, ולכן אינם מתאימים לדרישות הקיימות והעתידיות.
התעורר הצורך במציאת פתרון מסוג אחר, והוא – מעבר ממערכות גישה מבוססות נחושת (כפי שצוינו לעיל) למערכות גישה אופטיות, הנקראות באופן כוללני FTTx. מערכות אופטיות אלה מסוגלות לספק רחבי סרט גדולים מאד, סימטריים וא-סימטריים, ומאפשרות תמיכה במגוון שירותים במקטע של ה- Last-Mile (נכון יותר ה- First-Mile, כי הלקוח תמיד ראשון...).
ואכן, בשנים האחרונות קיימת פעילות רבה בנושא הגישה האופטית, בתקינה, בהתקנות, חיבור לקוחות וניסוי מערכות חדשות. רשימה מפורטת של רשתות גישה אופטיות בארצות שונות בעולם ניתן למצוא כאן, ממנה ניתן להתרשם מהפעילות הענפה בתחום זה. בארצנו (כידוע) יש לחברות התקשורת הגדולות רשתות גישה אופטיות משלהן, ורשת נוספת מתוכננת בקרוב על סיבים שישולבו ברשת החשמל (מיזם חברת החשמל ושותפותיה).
במקביל, גם העולם הסלולרי מתפתח בקצב מהיר עם הכניסה של מערכות מהדור החדש LTE/4G. הגישה האופטית תאפשר גם כאן חיבור תאים סלולריים בקצבים גבוהים לליבת הרשת, שיטה הנקראת Fiber-to-the-Cell (FTTc). איור 2 מתאר את התפתחות הקיבול של תאים סלולריים: תא בטכנולוגיית HSPA (5 מה"צ) דורש קצב ממוצע של 15 Mbps, וקצב שיאי של 43 Mbps, ואילו תא בטכנולוגיית LTE (10 מה"צ) דורש קצב ממוצע של 37.5 Mbps וקצב שיאי של 258 Mbps. מספרים אלה מוכפלים כאשר התא פועל ברוחב סרט של 20 מה"צ (75 ו- 516 Mbps בהתאמה).
איור 2: התפתחות קיבול תאים סלולריים (מקור: FCC)
מהי רשת FTTH?
רשת FTTH היא רשת גישה מבוססת סיבים אופטיים, שמחברת מספר רב של משתמשי קצה לצומת גישה (Access Node) הנקראת גם POP (Point-of-Presence). צומת הגישה מכילה את כל הציוד האלקטרוני האקטיבי הדרוש לאספקת השירותים והיישומים למנויי ה- FTTH, ומחוברת מצידה השני לרשת אופטית מטרופוליטנית (כגון מטרו-אתרנט או MPLS).
רשת FTTH עשויה לחבר סוגים שונים של לקוחות קצה, כגון:
- מנויים הגרים בבתים פרטיים או בתים משותפים MDUs (multi-dwelling units).
- מנויים עסקיים ומסחריים.
- תחנות WiFi .
- תחנות בסיס סלולריות (כפי שצוין לעיל).
- מבנים ציבוריים (בתי ספר, בתי חולים, מוסדות ממשל).
- אמצעי בטחון ואבטחה (מצלמות, מערכות אזעקה, מערכות בקרה).
נהוג לסווג מערכות FTTx במספר אופנים, בהתאם לאופי המקטע האחרון: FTTH, FTTB, FTTC וכו'. במאמר זה נתמקד בטכנולוגיות FTTH, שבהן הסיב מגיע עד הבית.
רשתות FTTH נחלקות לשלוש קטגוריות עיקריות:
- Passive Optical Networks (PON), בטופולוגית עץ (tree), או נקודה- להרבה נקודות point-to-multipoint.
- Point-to-Point, לרוב בשיטת Ethernet Point-to-Point .
- טופולוגיה מעורבת ((Hybrid Model המשלבת את שתי הקודמות.
רשתות PON (Passive Optical Networks)
רשתות PON פועלות בטופולוגיה של עץ (tree), שבה כל המרכיבים (למעט הציוד בקצוות) הם פסיביים, ומכאן בא השם. איור 3 מתאר מערכת PON טיפוסית (במקרה זה GPON).
איור 3: מערכת GPON
במערכות אלה סיב בודד מחבר את צומת התקשורת (OLT) למפצל אופטי פסיבי (passive optical splitter) המותקן באזור, וכל מנוי מחובר למפצל בסיב ייעודי. בבית המנוי מותקן ציוד יעודי הנקרא ONT (או ONU) המתאם בין הסיב האופטי לציוד הקצה, ומסוגל לתמוך בשירותי דיבור, נתונים ווידיאו. לאורך כל המסלול קיימת הפרדה בין אורכי הגל של השידור והקליטה (downstream, upstream), כך שכל האותות פועלים בצוותא על אותה תשתית אופטית.
אורך גל השידור למטה הוא 1480-1500 nm, ואורך הגל למעלה הוא 260-1360 nm1. בנוסף יש אפשרות לשדר אותות וידאו נוספים למטה בתחום 1550 - 1560 nm. הפיצול הפסיבי יכול להיות בעל 16, 32 או 64 יציאות.
קיימת גם אפשרות לוותר על המפצל האופטי, ולחבר כל מנוי ישירות לצומת בסיב נפרד, אבל במקרה זה נדרשים יותר סיבים ועלות התשתית גבוהה יותר. כמובן, שניתן להפעיל במקביל "עץ" נוסף היוצא מאותה צומת, למשל, לצורך חיבור שכונה אחרת. כמו-כן, ניתן להמיר את הממיר הבודד באיור 3 במספר ממירים משורשרים, כמתואר באיור 4, לצורך הרחבת הפריסה הגיאוגרפית.
איור 4: רשת PON עם מפצלים משורשרים
מאפייני ה- PON הם:
- רוחב הסרט נחלק בין כל מנויי העץ – השידור למטה הוא TDM (כלומר מרובב על ציר הזמן), ולמעלה השידור הוא בשיטת TDMA (Time Division Multiple Access), שבה ה- OLT מקצה חריצי זמן לכל מנוי לפי הצורך.
- נדרשת הצפנה למניעת זליגת מידע בין המנויים, דבר המחייב תקורה (overhead) גבוהה ומקטין את רוחב הסרט האפקטיבי.
- כל ציוד קצה (ONT) צריך לפעול בקצב הגבוה של הרשת (לדוגמה 2.5 Gbps) למרות שהוא מספק למנוי קצב נמוך בהרבה (למשל 100 Mbps בלבד). כתוצאה מכך, ציוד הקצה יחסית יקר.
- בגלל הפיצול הפסיבי נדרש הספק אופטי (Optical budget) יחסית גבוה. לדוגמה, עבור מפצל של 1:32 ברשת GPON נדרש הספק אופטי של 28 dB והטווח הוא 20 ק"מ. עבור מפצל של 1:16 הטווח גדל ל-30 ק"מ.
- במוצא של המפצל נדרש ODF (Optical Distribution Frame) יחסית גדול (לדוגמה 64 או 32 נקודות), שיש להתקינו במקום מוגן.
הארכיטקטורה של רשתות ה-PON היא פשוטה יחסית, אינה דורשת התקנים אקטיביים ברשת הגישה, ולכן זכתה להצלחה בקרב ספקי התקשורת בעולם. מספר תקנים פורסמו, עודכנו ושודרגו בזה אחר זה, כגון: APON, BPON, GPON, GE PON, 10G PON, 10G EPON. התקנים שונים זה מזה בקצבי העבודה, אורכי הגל, מבנה המסגרת, ולא תמיד הם תואמים.
רשתות Ethernet Point-to-Point
בארכיטקטורה זאת, כל מנוי מחובר למתג אתרנט הנמצא בצומת הגישה, או משורשר דרך מתגים נוספים למתג הראשי. נקודת הפיצול היא אקטיבית (מתג אתרנט) ולכן השיטה נקראת גם Active Ethernet Network.
איור 5 מתאר רשת Ethernet Point-to-Point מרחבית, הכוללת את שכבות הגישה (Access), האיסוף (Aggregation) והליבה (Core), כולן מבוססות אתרנט. כל מנוי מחובר למתג גישה מסוים, המקושר לליבת הרשת דרך אתרי POP מרחביים. רשת כזאת יכולה לתמוך במנויים ביתיים, עסקיים ומבנים רבי קומות, כאשר כל מנוי מקבל את השירותים וקצב התקשורת המתאימים לו.
איור 5: רשת Ethernet P-t-P (מקור: סיסקו)
רוחב הסרט לכל מנוי יכול להיות שונה (סימטרי או א-סימטרי), ותואם לדרישותיו, עם אפשרות להגדילו בעתיד. ציוד הקצה יותר פשוט וזול מאשר במקרה הקודם, מאחר שהשימוש בציוד אתרנט סטנדרטי מוזיל את העלות הכוללת של הרשת ומאפשר שילוב ציוד של יצרנים שונים. השימוש בפרוטוקול אתרנט מבטיח תאימות לקצבים שונים, הפעלת יישומים עתידיים ופתרון בעיית זליגת המידע בין מנויים (למשל בעזרת VLAN). המערכת היא גמישה ומאפשרת הגדלה מודולרית ע"י הוספת מתגים בעתיד והגדלת קצבי העבודה. מאידך, נדרשים יותר סיבים בשכבת הגישה עקב הטופולוגיה הנל"נית.
רשתות הדור הבא
הפתרון המסתמן לרשתות הדור הבא של FTTH הוא WDM-PON, כלומר, ריבוב מספר אורכי גל על אותו הסיב, כמתואר באיור 6. פתרון זה מבטיח לשלב את הטוב שבשני העולמות – רשת פיזית של PON, עם קישור לוגי מסוג Point-to-Point.
איור 6: WDM-PON כשילוב של שני העולמות
משמעות הדבר היא אורך-גל יעודי לכל מנוי, בעל קצב תקשורת מאד גבוה, ללא תחרות (contention) עם מנויים אחרים על רוחב הסרט, ואבטחת מידע מובנית כאילו קיים סיב פרטי. במקום מפצלים אופטיים (splitters) משתמשים במסנני אורך-גל (wavelength filters) כדי למפות כל אורך-גל המגיע מהצומת לסיב יעודי המנותב למנוי מסויים.
יש לציין, כי תקני (Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM קיימים מזה כמה שנים (G.698.1 ו- G.698.2), ומגדירים את אורכי הגל המרובבים. לאחרונה נוסף עליהם תקן חדש G.698.3, המתייחס לשכבה הפיזית של 1 Gbps WDM. ברור, שהתקדמות התקינה מאפשרת לספקי התקשורת ליישם את הטכנולוגיה ביתר ביטחון, אבל נדרש תנאי נוסף והוא: מחיר סביר. הטכנולוגיות הדרושות ליישום WDM-PON קיימות כבר היום, אבל המרכיבים עדיין מאד יקרים (לדוגמה משדרי לייזר מדויקים ונשלטים מרחוק). נדרשת הורדת עלויות משמעותית כדי לראות אותן מופעלות בקנה מידה גדול בהתקנות מסחריות.
לאחר רשתות התשתית, גם רשתות הגישה מתקדמות במהירות לקראת יישום אופטי מלא, כפי שנאמר בכותרת: אדם לאדם סיב...
צבי שחם, M.Sc., מרץ 2013
מרצה ויועץ, מחבר הספר: תקשורת בעידן ה- IP
zvi.shacham@gmail.com
www.zvish.com
| | |  |
|
|
