PON — passiivinen optinen verkko: johdanto, tyypit ja sovellukset

Tekniikka PON (Passive Optical Network) on se optisen kuituverkon arkkitehtuuri, johon koko maailman FTTH-rakentaminen nojaa. Sen periaate — jakaa signaali keskuspisteestä monelle asiakkaalle täysin passiivisten jakajien kautta — on mullistanut liityntäverkkojen talouden. Tämä johdanto-opas esittelee PONin toiminnan, sen kehityksen APONista XGS-PON 10G:hen sekä kriteerit oikean standardin valintaan hankkeeseesi.

Mikä on PON?

Verkko, joka on passiivinen optinen verkko on optisesta kuidusta tehty tietoliikenneverkko, joka yhdistää keskuslaitteen (OLT) moniin asiakaslaitteisiin ( ONU) ilman yhtään sähköllä toimivaa osaa siirtoreitillä. Signaalin jakelu tapahtuu laitteilla, jotka ovat passiiviset optiset jakajat — puhtaasti mekaanisia osia, jotka jakavat valonsäteen fyysisesti.

Määre »passiivinen« on PONin keskeinen ominaisuus: operaattorin keskuksen ja asiakkaan asunnon välillä ei ole kytkintä, vahvistinta eikä mitään laitetta, joka tarvitsisi sähköä tai aktiivista huoltoa. Vain lasikuidut ja optiset jakajat täyttävät tämän osuuden — tyypillinen käyttöikä on 25–30 vuotta ilman toimenpiteitä.

PON-topologiaa kutsutaan nimellä pisteestä moneen pisteeseen (P2MP) : yksi kuitu OLT:ltä jakautuu vaiheittain sarjaan kytkettyjen jakajien kautta tavoittaen jokaisen asiakkaan erikseen. Se on vastakohta pisteestä pisteeseen -verkolle (P2P), jossa jokainen asiakas tarvitsisi oman kuidun keskukseen asti.

PON-rakentaminen antaa palvella 64 asiakasta yhdellä siirtokuidulla 64 kuidun sijaan — eli tarvittavan kuidun määrä vähenee 98 % keskuksen ja ensimmäisen jakelusolmun välillä.

PON vs. AON: passiivinen verkko vastaan aktiivinen verkko

PONin vaihtoehto on AON (Active Optical Network) — pisteestä pisteeseen -verkko, jossa jokaisella asiakkaalla on oma kuitu ja jokaisessa jakelusolmussa sähköllä toimiva aktiivinen kytkin. Perustavat erot ovat nämä:

Käytännössä PON on vallitseva kotitalouksien FTTH-rakentamisessa ja kampusverkoissa taloudellisten etujensa ansiosta. AON on varattu kriittisille yhteyksille, jotka vaativat taatun oman kaistanleveyden — konesalien väliset yhteydet, teollisuus- ja sotilasinfrastruktuurit.

PON-verkon osat

Tavalliseen PON-verkkoon kuuluu kolme laiteryhmää:

OLT (Optical Line Terminal) — operaattorin puolen ainoa aktiivilaite. Se sijaitsee NRO:ssa (optinen liityntäsolmu) tai palvelinhuoneessa ja hallitsee kaikkia siirtoja: TDMA-synkronointi, kaistanleveyden jako (DBA), ONU-laitteiden tunnistus ja palveluiden reititys (internet, VoIP, IPTV). 16-porttinen PON-OLT voi palvella jopa 1 024 asiakasta samanaikaisesti.

Passiiviset optiset jakajat (PLC) — PON-arkkitehtuurin ydin. Nämä tasomaiseen tekniikkaan (Planar Lightwave Circuit) perustuvat jakajat jakavat optisen signaalin N:ään samanlaiseen virtaan ilman sähköistä muunnosta. Yleisimmät kokoonpanot: 1×4, 1×8, 1×16, 1×32, 1×64. Kaksi sarjaan kytkettyä jakajatasoa antaa saavuttaa suhteen 1:128 (esim. 1×8 + 1×16). Niiden käyttöikä on rajaton — ei virransyöttöä, ei kulumista.

ONU / ONT (Optical Network Unit / Terminal) — asiakkaan puolen aktiivilaite. Se vastaanottaa kuidun optisen signaalin porttinsa kautta, joka on SC/APC, purkaa sen ja jakaa sen Ethernetinä, WiFinä, puheena tai CATV-signaalina kokoonpanonsa mukaan. Se on ainoa aktiivilaite, jota asiakas (tai asentaja) joutuu hallinnoimaan kentällä.

Standardien kehitys: APON, BPON, EPON, GPON, XGS-PON

PON-tekniikka on kehittynyt useiden sukupolvien kautta 1990-luvulta lähtien, ja jokainen uusi standardi on moninkertaistanut käytettävissä olevat nopeudet:

APON — ATM PON (1990-luvun loppu)

Ensimmäinen PON-standardi, määritelty ITU-T G.983:ssa. ATM-protokollaan (Asynchronous Transfer Mode) perustuva, ja se tarjosi 155 Mbit/s:n tai 622 Mbit/s:n nopeudet. Tekniikka on nyt vanhentunut ja korvattu kaikissa toimivissa verkoissa.

BPON — Broadband PON (2000-luvun alku)

APONin kehitysversio, edelleen ATM-pohjainen, mutta nopeudet nousivat 622 Mbit/s:ään ja se tuki lisäpalveluja (CATV, Ethernet-liittymä, kiinteät vuokralinjat). Myös tämä on vanhentunut mutta esiintyy edelleen joissakin vanhoissa infrastruktuureissa.

EPON — Ethernet PON (2004, IEEE 802.3ah)

Teknologinen murros: ATM hylättiin natiivin Ethernetin hyväksi. Symmetriset 1,25 Gbit/s:n nopeudet, jakosuhde jopa 1:64. Vallitseva Aasiassa (Japani, Korea, Kiina), edelleen käytössä Euroopassa joissakin yritysverkoissa. Lue oppaamme: ONU EPON GEPON — toiminnot ja tyypit.

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

Euroopan viitestandardi. Nopeudet 2,5 Gbit/s laskevaan / 1,25 Gbit/s nousevaan suuntaan, suhde jopa 1:128, valmistajakohtainen GEM-protokolla. Orangen, SFR:n ja Bouyguesin asettama standardi kaikessa FTTH-rakentamisessa Ranskassa. Lue oppaamme: GPON-verkot — arkkitehtuuri ja rakentaminen.

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

PONin 10G-sukupolvi. XG-PON: 10G laskeva / 2,5G nouseva (epäsymmetrinen). XGS-PON: 10G symmetrinen — versio, joka vakiintuu uusissa verkoissa. Toimii rinnakkain GPONin kanssa samassa infrastruktuurissa eri aallonpituuksien ansiosta. Freebox Ultra käyttää XGS-PONia vuodesta 2024.

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

Next Generation PON 2: yhdistää neljä XGS-PON-aallonpituutta saavuttaen 40 Gbit/s kuitua kohden. Rakentaminen on käynnissä konesaleissa ja 5G-mobiiliverkoissa (fronthaul). Vielä marginaalinen kotitalouksien liityntäverkoissa.

PON-standardien vertailutaulukko

PONin sovellukset: FTTH, yritys ja kampus

PON suunniteltiin kotitalouksien FTTH:ta varten, mutta sen hyvät puolet — matala kustannus, passiivinen infrastruktuuri, pitkä kantama — ovat laajentaneet sen moniin muihin käyttöyhteyksiin:

Kotitalouksien FTTH / FTTB — historiallinen ja vallitseva sovellus. Operaattorit asentavat OLT-laitteita NRO:hon ja palvelevat kokonaisia kaupunginosia passiivisten GPON-verkkojen kautta. Jokaisessa asunnossa on ONT tai boksi, jossa on GPON-liitäntä. Ranskassa Orange, SFR, Bouygues ja Free ovat kaikki siirtyneet GPONiin tai XGS-PONiin.

Yritys- ja kampusverkot — PON korvaa edullisesti kerroskytkimet suurissa rakennuksissa. Yksi OLT keskusräkissä syöttää jokaista työhuonetta, neuvotteluhuonetta ja yhteistilaa pienikokoisten ONU-laitteiden kautta. Tulos: välitiloissa ei ole yhtään huollettavaa aktiivilaitetta.

Hotellit ja palveluasuminen — jokaisessa huoneessa on oma ONU (laajakaistainternet, puhelin, IPTV) ja hallinta on keskitetty OLT:n EMS-ohjelmistoon. Passiivinen kuitu nousujohdossa korvaa kymmeniä kerroskytkimiä.

Maaseutuverkot ja julkiset alueverkot (RIP) — GPONin 20 kilometrin kantama antaa palvella kaukaisia kyliä ja taloryhmiä yhdestä NRO:sta ilman sähköllä toimivia välilaitteita.

5G-fronthaul — 5G-mobiiliverkot käyttävät PON-yhteyksiä (XGS-PON, NG-PON2) liittääkseen Radio Access Network -antennit (RAN) tukiasemaan. PONin kaistanleveys ja matala viive tekevät siitä sopivan alustan tähän kriittiseen käyttötapaukseen.

Miten valita PON-standardi?

PON-standardin valinta riippuu kolmesta päätekijästä:

1. Maantieteellinen ja operaattorikonteksti

Ranskassa ja Euroopassa, jos liityt julkisen operaattorin verkkoon (Orange, SFR, Bouygues, Free), standardi on annettu: GPON tai XGS-PON. Valinnanvaraa ei ole — ONU-laitteidesi on oltava yhteensopivia operaattorin OLT:n kanssa. Aasiassa EPON on edelleen yleinen.

2. Nyt ja viiden vuoden kuluttua tarvittavat nopeudet

Tavalliseen kotikäyttöön (suoratoisto, pelaaminen, etätyö): GPON riittää hyvin lyhyellä aikavälillä. Ammattikäyttöön (intensiivinen pilvi, etävarmistus, monen toimipaikan videoneuvottelu) tai infrastruktuurin tulevaisuuden varmistamiseen: valitse suoraan XGS-PON, joka toimii rinnakkain GPONin kanssa samassa kuidussa.

3. Asiakkaiden määrä ja budjetti

Yksityisverkko (talo, kampus, hotelli), jossa on alle 64 asiakasta, saa hyvän palvelun 4-porttisella GPON-OLT:llä. Sen yli 8- tai 16-porttisella OLT:llä. GPON-OLT-laitteiden hinta on nykyään hyvin edullinen — alkaen 1 700 €:sta 4-porttisesta OLT:stä, joka pystyy palvelemaan 256 asiakasta.

Usein kysytyt kysymykset — passiivinen optinen verkko PON