Vable חלופה עבור הדור הבא FTTH - WDM-PON
מבוא
בשנים האחרונות, רוב הפריסות של FTTH התבססו על טכנולוגיות סטנדרטיות בתעשייה, דוגמת Gigabit Ethernet Passive Optical Network (GEPON) ו- Gigabit PON (GPON). ההצלחה של פריסות אלה הובילה לחידוש משמעותי הן בארכיטקטורת המערכת והן ברכיבים המשמשים לבניית מערכות אלו, והדור הבא של רשתות אופטיות פסיביות יהיה בהכרח מתקדם הרבה יותר ממה שנמצא כיום.
בחזית הפיתוח של PON היו שתי גישות נפרדות, המתחרות על מערכות הדור הבא: 10 Gbps PON (10G EPON או 10G GPON) ו- WDM-PON. לכל גישה יש יתרונות משלה וסוגיות משלה, אך ההתקדמות עם שתי הטכנולוגיות החדשות מואצת בשנים האחרונות. במאמר זה נתמקד WDM-PON , ולבחון כמה אתגרים וטכנולוגיות חדשות שהופכים אותו מתחרה קיימא מאוד עבור פלטפורמות הדור הבא. בעוד ש- WDM-PON כבר הצליחה בשלב מוקדם בקוריאה, האימוץ שלה בחלקים אחרים של העולם הואט בעלויות גבוהות יחסית בהשוואה לטכנולוגיות GEPON ו- GPON. זה נראה שינוי כמו WDM-PON מתחרה ראש אל ראש עם 10G PON ו Point-to-Point (P2P) מערכות עבור הדור הבא FTTH פריסות.
ארכיטקטורה
ארכיטקטורת המערכת ברשת WDM-PON אינה שונה משמעותית מזו של מערכת GEPON או GPON מסורתית יותר, אם כי בדיוק איך פועלת הרשת שונה לחלוטין. אמנם לא נדון בכל הפרטים הטכניים במאמר זה, התוצאה הסופית של WDM-PON היא אורך גל לכל מנוי. זה בניגוד ארכיטקטורות PON מסורתיים יותר שבו אחד הזנה אופטי משותף בין 32 או יותר משתמשים. במקרה זה כל בית פועל באותו אורך גל, והוא מוקצה חריץ 1/32 nd זמן על הסיבים העיקריים. ב WDM-PON לכל בית מוקצה אורך הגל שלו יש שימוש מתמשך של סיבים באורך גל זה. תצוגה ברמה גבוהה מאוד של רשת WDM-PON מתואר באיור שלהלן.
במערכת PON סטנדרטי, סיב בודד פועל מן המשרד המרכזי (CO) לשכונה, שבה נקודת מפצל 1 × 32 פסיבית מחלק את האות האופטי ל 32 בתים שונים. כמעט כל טכנולוגיות PON להסתמך על צורה כלשהי של אורך גל חטיבת (WDM) כדי לאפשר תקשורת דו כיוונית (BiDi). לדוגמה, במערכת GPON טיפוסית, התקשורת במעלה פועל ב 1310 ננומטר גל, בעוד התנועה במורד הזרם פועל ב 1490 ננומטר. אורך גל שלישי ב 1550 ננומטר משמש כיסוי וידאו. אז ניצול של WDM במערכות PON כבר נפוץ מאוד. עם זאת, ב GPON טיפוסי או מערכת GEPON כל המנויים להשתמש באותם אורכי גל משותף. זה אומר שהם צריכים לחלוק את התשתית סיבים, אשר נעשה באמצעות זמן ריבוב multiplexing (TDM). כל אחד מאותם 32 בתים משדר על אותו סיב, אבל הזמן שבו הם רשאים "לכבוש" את הסיבים מוקצה על ידי מסוף קו אופטי (OLT) ב CO. בעוד הציוד בכל בית הוא מסוגל לשדר ב מעל 1250 Mbps, הוא יכול לעשות זאת רק במהלך הזמן המוקצב על סיבים, ולכן זה לא נדיר עבור כל מנוי במערכת מורשת PON רק כדי להשיג שיעורי נתונים מתמשכים של כ 30 Mbps.
תפיסה זו של משתמשים רבים המשתפים סיבים נפוצים מסייעת למזער את תשתית הסיבים הדרושה לפריסת FTTH. עם זאת, שיתוף זה של סיבים הוא אחד הגורמים העיקריים להגבלת שיעורי נתונים גבוהים יותר למנויים. WDM-PON מאפשר ביעילות את אותה תשתית סיבים לשימוש, תוך מתן אפשרות לכל מנוי לגשת ל -1250 Mbps מלאים הזמינים להם. קיימים מספר שינויים ברשת הדרושים כדי לאפשר שינוי זה. הראשון מחייב את המפצלים הפסיביים 1 × 32 להיות מוחלפים על-ידי מדדים פסיביים של ערוץ 1 × 32 (לדוגמה, ערוץ 32 DWDM DEMUX), בדרך כלל Athermal Araveed Waveguide Gratings (AWGs), כפי שמוצג באיור לעיל. זה מאפשר 32 אורכי גל שונים להיות מועבר למטה סיבים נפוצים, ולאחר מכן כל בית מוקצה אורך הגל שלה.
יתרונות
ישנם מספר יתרונות לאדריכלות WDM-PON על מערכות PON מסורתיות יותר.
ראשית, רוחב הפס של רשת WDM-PON זמין לכל מנוי.
שנית, רשתות WDM-PON מספקות אבטחה טובה יותר ומדרגיות, שכן כל בית מקבל רק את אורך הגל שלו.
שלישית, שכבת ה- MAC ב- WDM-PON היא פשוטה יותר, שכן WDM-PON מספק חיבורי נקודה לנקודה (P2P) בין OLT ו- ONT, ואינו דורש את בקרי הגישה למדיה מרובת אתרים (P2MP) רשתות PON אחרות.
לבסוף, כל אורך גל ברשת WDM-PON הוא למעשה קישור P2P, ומאפשר לכל קישור להריץ מהירות ופרוטוקול שונים עבור גמישות מקסימלית ו-לשלם לך לגדול שדרוגים.
מחיר האתגר
האתגר העיקרי עם WDM-PON הוא עלות . מאז כל מנוי מוקצה באורך הגל שלו זה מצביע על כך OLT חייב לשדר על 32 אורכי גל שונים לעומת אחד באורך גל משותף נמצא מערכות PON מסורתיים יותר. כמו כן, זה דורש שכל אחד 32 בתים על הקישור לפעול באורך גל נפרד המציע כי כל ONT דורש לייזר מתכוונן יקר שניתן לכוונן את אורך הגל הנכון עבור בית מסוים. זה יהיה מאוד עלות אוסרני, במיוחד בעלויות הגדרת הראשונית, והוא היה מכשול מרכזי בעיצוב מוקדם של מערכות WDM-PON.
ברוב מערכות WDM-PON, מקור אור בפס רחב ב CO שולח איתות זרע פס רחב לתוך משדרי OLT לנעול את השידור שלהם לאורך הגל הנכון כמו הנתונים שלהם מועברים את הסיבים העיקריים. ב 32 ערוצים AWG DEMUX בתחום, זה האות מתחלק 32 סיבים שונים, גל אחד הולך לכל סיב. כל סיב מוביל OT נפרד. ארכיטקטורה זו אינה דורשת לייזרים מתכווננים באתר ONT, מה שהופך את ONTs מאוד תחרותי, ולמעשה פונקציונלית מאוד דומה יותר GPON ONTs מסורתיים.
R-SOA פתרון האתגר עלות
רוב מערכות WDM-PON המודרניות כיום מסתמכות על טכניקה הנקראת לייזר הזרקת נעילה, המאפשר זולה יחסית פאברי-סוג לייזרים לפעול כמעט בכל אורך גל הרצוי. לייזר חיצוני נקרא רפלקטיבית מוליכים למחצה אופטי מגבר (R-SOA).
השינוי הגדול ביותר במערכת לעומת ארכיטקטורות PON אחרים מגיע ב OLT. A WDM-PON OLT הוא מורכב למדי בהשוואה GEPON או GPON עמיתיהם. מאז כל המנוי מקבל את היתרון של אורך גל מלא לביתם, זה גם דורש כי כל מנוי יש משדר ייעודי שלהם ב- OLT גם כן. שוב, נעילה הזרקת עושה את זה אפשרי. מארז OLT כולל מקור אור בפס רחב העובר דרך 32 ערוצים AWG, ובכך זרעים כל 32 R-SOAs נפרדים OLT. אלה R-SOAs הם מאופננים ישירות ב 1.25 Gbps, כל שהוקצתה למנוי מסוים. זה יוצר מה היא למעשה מערכת P2P highspeed, באמצעות צמח סיבים זולה יחסית PON.
בעוד R-SOAs הזרקת נעילה לעזור למזער את העלויות של WDM-PON, אין ספק כי רכיבי WDM-PON להישאר יקר יותר מרכיבים סטנדרטיים המשמשים ברשתות GEPON ו- GPON. עם זאת, אף אחת מתשתיות ה- PON הקיימות לא יכולה להציע כמעט את אותו קצב נתונים לכל מנוי, ולכן השוואה זו אינה הוגנת לחלוטין. נכון לעכשיו את החלופה PON דומה ביותר יהיה הדור הבא 10G PON, אבל אפילו 10G PON לא יכול להתאים את שיעורי הנתונים להשגה עם WDM-PON, שכן 10 Gbps הוא משותף בין 32 משתמשים. על בסיס עלות לכל Mbps, WDM-PON הוא אולי כבר את האפשרות הזולה ביותר עבור מערכות הדור הבא.
הפתרון PLC לאתגר עלות
פשוט tweaking רכיבים קיימים כדי להפחית את העלויות של מערכות WDM-PON לא יהיה מספיק כדי להפוך את WDM-PON תחרותי עם אחרים הדור הבא פתרונות PON. זה דורש טכנולוגיות רכיב חדש לחלוטין. הרבה מוקד עכשיו הוא להיות ממוקם על Planar Lightwave Circuit (PLC) כאמצעי התכווצות הגודל ומוריד את העלויות של WDM-PON ONTs ו OLTs. השימוש בטכנולוגיית PLC ביישומי PON אינו חדש.
PLC מבוסס ספליטר
כמעט כל מערכות PON להסתמך על 1 × 32 מפצלי PLC במפעל החיצוני, בשל העלות הנמוכה שלהם, גודל קטן, ופשטות. אלה מפצלים אופטי פסיבי לא דורשים כוח o perate על מגוון רחב מאוד של טמפרטורות.
משדר מבוסס PLC
השימוש במקמ"שים מבוססי PLC גם סייע בהפחתת העלויות של GEPON ו- GPON ONTs על-ידי קריסה של כל הפלטפורמות במעבר הזרם או במורד הזרם אל שבב אופטי. בקרים אלה הם הרבה יותר מורכבים מאשר מפצלים אופטי פסיבי, והם מכילים סינון WDM יחד עם לייזרים, גלאים, מגברים, וקבלים, כל היברידית משולבת על מצע PLC משותף. ההתקדמות הרבות בטכנולוגיית אינטגרציה של PLC במהלך העשור האחרון חוללה מהפכה אמיתית בפונקציונליות הקיימת על שבב אופטי.
PLC מבוסס AWG
רשתות WDM-PON מתחילות על-ידי החלפת מפצל הספק של 1 × 32 באמצעות AWG Athermal בעל 32 ערוצים. במקום פיצול הכוח האופטי בין 32 בתים שונים, AWG Athermal מפצל אורך גל אחד לכל בית. אלה הם כמובן גם רכיבים מבוססי PLC, ואת העיצוב האתרימלי שלהם לא דורש כוח. זה מאפשר AWG Athermal להחליף את 1 × 32 ספליטר כוח באותו מתחם בחוץ, כך תשתית סיבים בפריסה WDM-PON זהה לזה במערכת PON מסורתיים יותר. ה- AWGs המבוססים על PLC, המשמשים במערכות אלו, הם חשובים, שכן הם למעשה מבצעים שלוש פונקציות בו זמנית:
ראשית, הם לוקחים סיב אחד מן OLT ו demultiplex זה לשלוח אורך גל אחד לכל 32 משתמשים.
שנית, אותה פונקציה פועלת הזרע לייזר בכל אחד מאותם 32 ONTs, נעילה כל אורך הגל המתאים.
שלישית, מתברר כי AW- הלהקה C יכול גם להיות מתוכנן לפעול באותה מידה גם L- הלהקה, וזה מאפשר AWG אותו כדי לקבל את כל התנועה במעלה מ 32 משתמשים multiplex אותו על סיבים נפוצים חזרה ל ה - OLT. ומכיוון שזה AWG athermal, כל הפונקציות האלה לקרות באופן פסיבי עם כוח לא הולך המודול.
בעוד השימוש בקרים בצומת מפצל זה על כל מערכת PON הוא נפוץ, למעשה הנורמה, השימוש בקרים בחלקים אחרים של רשת WDM-PON גדל יותר ויותר. הבקרים יכולים לכווץ באופן משמעותי את גודל האופטיקה OLT, ומאפשרים להעביר את כל הרכיבים ללוח יחיד, ובכך להכפיל את הצפיפות של מודולי WDM-PON OLT.
טכנולוגיית PLC התבגרה בשנים האחרונות על מנת לספק פונקציונליות שלא הייתה אפשרית בעבר בגודלה הקטן. עבור יישומי WDM-PON, ההתמקדות העיקרית היא בהתמוטטות רכיבי המשדר והמקלט של 32 ערוצים למודולים משולבים קומפקטיים המאפשרים לכל הפונקציונליות של OLT להתאים את הלהב OLT יחיד. טכנולוגיית PLC מאפשרת 32 פוטודיודות, TIAs, קבלים, ורכיבי משנה אחרים להיות משולבים היברידית על שבב AWG עם תשואות גבוהות מאוד. זה יכול להיעשות על שבב סיליקון כי הוא רק כ שני ס"מ. האריזה והאלקטרוניקה מוסיפים טביעת רגל זו, אך התוצאה הסופית היא כפול צפיפות הנמל ב- OLT. באופן דומה, מודולי המשדר מבוססי PLC משלבים את כל 32 הערוצים של סינון WDM, יחד עם 32 משדרי R-SOA, וצגי כוח אופטיים תואמים עבור כל ערוץ. רמה זו של אינטגרציה פשוט לא ריאלי אפילו רק לפני כמה שנים, אבל עכשיו מאפשר כמה מן הדור הבא של רשתות WDM-PON להתחרות על בסיס עלות צפיפות בסיס עם 10G PON.
מנקודת מבט של רמת שירות, אין טכנולוגיית PON אחרת, כולל 10G PON, מציעה את אותו קצב סיביות לכל בית ש- WDM-PON יכול לספק. רוחב הפס של 1250 Mbps למשתמש הוא דומה רק עם מערכות P2P, אבל WDM-PON ממנף עלות נמוכה יותר סיבים צמח PON. האתגרים העיקריים שהשפיעו על פריסות WDM-PON, כלומר עלות וצפיפות הנמל, מתחילים כעת לטפל באמצעות רכיבים משולבים בעלות נמוכה יותר המבוססים על בקרים.
סיכום
אולי האתגר הגדול ביותר שנותר לפריסות WDM-PON מגיע לתקן WDM-PON, בדומה לתקני IEEE ו- ITU המכסים את GEPON ו- GPON, בהתאמה. בעוד פתרונות 10G PON יספקו המשך לחצי עלות משמעותיים, אימוץ תקן התעשייה עבור WDM-PON יעזור להתמקד במאמצי הפיתוח ולהפחית את עלויות רכיבי WDM-PON. כמו האתגרים הראשונים בעלויות ההתקנה הראשונית וצפיפות יציאת OLT מטופלים, פריסות WDM-PON ימשיכו לעלות. זה יציג מאוד חלופי המבוסס על חלופה סטנדרטית 10G PON ועוד הדור הבא FTTH פתרונות.