GPON ONU, ONT ja OLT: kaikki PON-arkkitehtuurista

FTTH-kuituverkot nojaavat lähes kaikki samaan perusinfrastruktuuriin: passiiviseen optiseen verkkoon eli PON. Tämän tekniikan taustalla on kaksi keskeistä laitetta —OLT operaattorin puolella ja ONU/ONT asiakkaan puolella — joiden hallinta on välttämätöntä jokaiselle kuitu-asentajalle, verkkovastaavalle ja FTTH-hankkeissa työskentelevälle integroijalle. Tässä oppaassa kerrotaan kummankin rooli, GPON-, EPON- ja XGS-PON-variantit sekä miten valita oikea laite infrastruktuurisi mukaan.

PON-arkkitehtuuri: miksi GPON?

Verkko, joka on PON (Passive Optical Network) on optisen kuidun jakeluinfrastruktuuri, joka ei käytä yhtään aktiivilaitetta operaattorin keskuksen ja asiakkaan tilojen välillä. Siirto nojaa yksinomaan passiivisiin optisiin jakajiin — komponentteihin, jotka eivät tarvitse sähköä ja jotka jakavat signaalin.

Tärkein etu on taloudellinen: yksi kuitu OLT:ltä voi palvella jopa 128 asiakasta (suhde 1:128 GPONissa) jakamalla signaalin jakajissa. Tämä pienentää asennuskustannuksia huomattavasti verrattuna pisteestä pisteeseen -arkkitehtuuriin, jossa jokainen asiakas tarvitsisi oman kuidun keskukseen asti.

FTTH-GPON-rakentaminen kustantaa keskimäärin 30–40 % vähemmän kuin vastaava pisteestä pisteeseen -arkkitehtuuri, koska siirtokuitu on yhteiskäytössä.

Tekniikka GPON (Gigabit Passive Optical Network) on ITU-T G.984:ssä määritelty standardi ja nykyään vallitseva tekniikka FTTH-rakentamisessa Euroopassa ja Ranskassa. Se tarjoaa 2,5 Gbit/s laskevaan suuntaan (operaattori → asiakas) ja 1,25 Gbit/s nousevaan suuntaan, jaettuna saman PON-portin asiakkaiden kesken.

GPON-ONU ja -ONT: päätelaite asiakkaan puolella

L'ONU (Optical Network Unit) tai ONT (Optical Network Terminal) on asiakkaan luo asennettu laite. Se muuntaa kuidun optisen signaalin käytettäviksi sähköisiksi liitännöiksi (Ethernet, analoginen puhelin, WiFi). Käytännössä ONU ja ONT tarkoittavat usein samaa laitetta — tekninen vivahde on, että ONT on kytketty suoraan päätelaitteeseen (boksi), kun taas ONU syöttää aliverkkoa Ethernet-kytkimen kautta.

Yleisimmät ONU/ONT-kokoonpanot:

• 1GE ONU — yksi Gigabit-Ethernet-portti, pelkistetty kokoonpano yksinkertaisiin kotiasennuksiin
• 1GE + 3FE ONU — 1 Gigabit-portti + 3 Fast Ethernet -porttia, ihanteellinen pieniin taloihin tai liikehuoneistoihin
• 1GE + 3FE + PoE ONU — sisäänrakennetulla PoE-syötöllä WiFi-tukiasemien tai IP-kameroiden suoraan syöttämiseen
• ONU, jossa WiFi on sisäänrakennettu — 2,4/5 GHz:n WiFi-moduulilla, kaiken kattaviin kotiasennuksiin
• CATV-ONU — RF-portilla koaksiaalikaapelitelevisiolle, yleinen yhdistelmäasennuksissa

ONU:n optinen liitin on aina SC/APC (vihreä liitin, 8°:n kulma). Juuri tämä liitin kytketään kuitukytkentäkaapeliin, joka tulee PTO:sta (optinen päätepistoke) FTTH-asunnoissa.

GPON-OLT: keskitin operaattorin puolella

L'OLT (Optical Line Terminal) on PON-verkon keskuslaite, joka asennetaan verkon alkupäähän — tyypillisesti operaattorin NRO:hon (optinen liityntäsolmu) tai DSLAMiin, tai yksityisverkon palvelinhuoneeseen (kampus, hotelli, hallinnoitu kiinteistö). OLT on koko arkkitehtuurin ainoa aktiivilaite: se hoitaa aikasynkronoinnin (TDMA) jokaiseen ONU:hun ja niistä pois.

OLT:n päätoiminnot:

• PON-keskitys — jokainen PON-portti hallitsee jopa 64 tai 128 ONU/ONT-laitetta samanaikaisesti
• Kaistanleveyden hallinta — dynaaminen jako (DBA) jokaisen asiakkaan tarpeen mukaan
• ONU:n tunnistus — päätelaitteiden rekisteröinti sarjanumerolla tai LOIDilla
• VLAN ja QoS — internet-, puhe- ja IPTV-liikenteen erottelu
• Verkkoon nousu — GbE- tai 10GbE-uplink-portit runkoverkkoon (reititin, BRAS)

Elfcamin 4-porttinen PON-OLT voi siis hallita jopa 256 asiakasta samanaikaisesti (4 × 64) yhdessä räkkiyksikössä. 16-porttinen versio laajentaa tämän kapasiteetin lukemaan 1 024 asiakasta — riittää kokonaisen kaupunginosan tai suuren kampuksen FTTH-rakentamiseen.

GPON vs. EPON: mitä eroa?

Kaksi suurta maailmanlaajuisesti käytössä olevaa PON-standardia ovat GPON (ITU-T G.984) ja EPON (IEEE 802.3ah). Vaikka ne täyttävät saman tehtävän, ne eroavat useissa teknisissä kohdissa eivätkä ole keskenään yhteensopivia — GPON-ONU ei voi toimia EPON-OLT:ssä eikä päinvastoin.

Ranskassa GPON on Orangen asettama standardi julkisessa FTTH-verkossaan. Myös SFR, Bouygues ja Free käyttävät GPONia infrastruktuureissaan. EPON on edelleen käytössä joissakin yrityslaitteissa ja teollisuusasennuksissa, erityisesti Aasiassa.

XGS-PON ja XGPON: siirtyminen 10G:hen

GPONin seuraava sukupolvi on XGS-PON (10-Gigabit Symmetric PON, ITU-T G.9807.1), joka nelinkertaistaa kuidun nopeudet: 10 Gbit/s laskevaan ja 10 Gbit/s nousevaan suuntaan. Tähän tekniikkaan eurooppalaiset operaattorit siirtyvät vaiheittain vastatakseen pilvi-, peli- ja 4K-videoneuvottelukäytön kaistanleveysvaatimuksiin.

XGS-PONin erityispiirre on sen rinnakkaiselo GPONin kanssa samassa kuituinfrastruktuurissa. Nämä kaksi tekniikkaa käyttävät eri aallonpituuksia, mikä antaa XGS-PON-OLT:n palvella samanaikaisesti GPON-ONU-laitteita (vanhat asiakkaat) ja XGS-PON-ONU-laitteita (uudet asiakkaat) samassa jakeluverkossa. Siirtymä on siis vaiheittainen, ilman kaapeleiden tai jakajien vaihtamista.

Huomaa: XGPON (G.987, 10G laskeva / 2,5G nouseva) on epäsymmetrinen variantti, jota on rakennettu vähemmän kuin XGS-PONia. Free käyttää erityisesti XGS-PONia Freebox Ultrassaan, jossa on asiakkaan puolella SFP+ 10G -portti.

GPON-SFP-moduulit: pienikokoinen vaihtoehto erillisille laitteille

Vaihtoehto erillisille ONU/ONT-laitteille on GPON-SFP-moduuli — tavallisen SFP-muodon lähetinvastaanotin, joka sisältää GPON-logiikan 1,25G:n tai 2,5G:n muotokertoimessa. Tällainen moduuli liukuu hallitun kytkimen tai yhteensopivan reitittimen SFP-porttiin ja muuttaa laitteen GPON-ONU:ksi ilman erillistä koteloa.

GPON-SFP-moduuleja on kahta tehoisuusluokkaa:

• PX20+ / PX20++ — optinen budjetti 29–32 dB, kattavuus jopa 20 km, tavalliseen kotitalouksien FTTH-rakentamiseen
• Class C++ — optinen budjetti 32–35 dB, pitkiin etäisyyksiin tai suuren jakosuhteen jakajiin (1:128)

SFP-OLT-moduulit (operaattorin puoli) ja SFP-ONU-moduulit (asiakkaan puoli) ovat erillisiä eikä niitä voi vaihtaa keskenään. GPON-SFP-OLT-moduuli, jonka TX on 1490 nm, on tarkoitettu asennettavaksi OLT:hen, kun taas SFP-ONU, jonka TX on 1310 nm, asennetaan asiakkaan laitteeseen.

PON-verkon mitoitus: jakosuhde ja optinen budjetti

PON-verkon mitoitus nojaa kahteen perusparametriin: siihen, mikä on jakosuhde ja optinen budjetti.

Tekniikka jakosuhde on OLT:n PON-porttien määrän ja palveltujen asiakkaiden määrän suhde. Suhde 1:64 tarkoittaa, että yksi PON-portti palvelee 64 ONU-laitetta. Mitä suurempi suhde, sitä pienempi on kaistanleveysbudjetti asiakasta kohden ja sitä suuremmat optiset häviöt on kompensoitava.

Tekniikka optinen budjetti on suurin hyväksyttävä häviö optisella reitillä OLT:n ja ONU:n välillä. Se lasketaan näin:

Optinen budjetti = kaapelihäviöt (0,35 dB/km × etäisyys) + jakajan häviöt (3,5 dB jakotasoa kohden) + liitinhäviöt (0,3 dB × lukumäärä) + marginaali (3 dB)

Tavallisessa GPON-rakentamisessa:

• Etäisyys OLT → asiakas: enintään 20 km
• Jakaja 1:64: vaimennus ≈ 18 dB
• Tyypillinen kokonaisbudjetti: 28 dB (luokka B+) tai 32 dB (luokka C++)

Jos hankkeesi ylittää tämän budjetin (pitkät etäisyydet, useita jakajia sarjassa), on käytettävä Class C++ -SFP-moduuleja tai lisättävä EDFA-vahvistin. Elfcamin vahvistetut kuituulkokaapelit G.657.A1/A2, joissa on PE-vaippa, ovat suositeltavia pitkiin yhteyksiin, jotka ovat alttiina UV-säteilylle ja lämpötilanvaihteluille.

Usein kysytyt kysymykset — GPON ONU, ONT ja OLT