چگونه دستگاه‌های XPON ONU و OLT با هم کار می‌کنند تا شبکه‌های دسترسی پهن باند مدرن مدرن را تامین کنند؟

XPON به چه معناست و چرا برای دسترسی پهن باند اهمیت دارد

XPON یک اصطلاح کلی است که خانواده استانداردهای شبکه نوری غیرفعال (PON) را در بر می گیرد که برای ارائه داده های باند پهن با سرعت بالا به خانه ها، مشاغل و شرکت ها استفاده می شود. "X" یک مکان نگه‌دارنده نسل‌ها و انواع مختلف این فناوری است، از جمله EPON (PON اترنت)، GPON (PON گیگابیتی)، XGS-PON (PON متقارن 10 گیگابیتی)، و NG-PON2 (نسل بعدی PON 2). هر استاندارد سرعت، طول موج و پروتکل‌های مورد استفاده را تعریف می‌کند، اما همگی معماری اساسی یکسانی دارند: یک شبکه فیبر نوری که داده‌ها را از یک دفتر مرکزی به چندین کاربر نهایی با استفاده از اجزای نوری کاملاً غیرفعال منتقل می‌کند – بدون تجهیزات برقی بین صرافی و مشترک.

این معماری غیرفعال همان چیزی است که پهنای باند مبتنی بر PON را از نظر اقتصادی و فنی نسبت به شبکه‌های نوری فعال یا زیرساخت‌های DSL مبتنی بر مس سنتی برتری می‌دهد. هیچ گره برقی یا تقویت کننده فعال در شبکه توزیع وجود ندارد که هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد، نقاط خرابی مربوط به توان را حذف می کند و نیازهای تعمیر و نگهداری را به طور چشمگیری کاهش می دهد. برای ارائه دهندگان خدمات اینترنت (ISP) و اپراتورهای شبکه، استقرار یک سیستم XPON به معنای کاهش قابل توجهی هزینه کل مالکیت در مقایسه با فناوری های دسترسی قدیمی در سطوح عملکردی مشابه یا برتر است.

در قلب هر شبکه دسترسی پهن باند XPON دو قطعه کلیدی از تجهیزات فعال هستند - یکی در هر انتهای پیوند فیبر: OLT (ترمینال خط نوری) در دفتر مرکزی یا مرکز ارائه دهنده خدمات، و ONU (واحد شبکه نوری) یا ONT (ترمینال شبکه نوری) در محل مشترک. درک نقش و اصل کار هر کدام - و آنچه تولیدکنندگان توانمند را از تامین کنندگان کالا جدا می کند - برای هر کسی که زیرساخت دسترسی پهنای باند را مشخص، استقرار یا ارزیابی می کند، ضروری است.

OLT: کنترل کننده مرکزی و مدیر ترافیک شبکه

پایانه خط نوری مرکز مرکزی یک سیستم دسترسی باند پهن XPON است. این در محل حضور ارائه‌دهنده خدمات - معمولاً یک دفتر مرکزی، مرکز داده، یا کابینت کنار خیابان - قرار دارد و به عنوان رابط بین شبکه IP اصلی اپراتور و شبکه توزیع نوری غیرفعال عمل می‌کند که برای مشترکین طرفدار دارد. هر بسته داده ای که وارد PON می شود یا از آن خارج می شود از طریق OLT می گذرد، که آن را به مهم ترین جزء از نظر عملکرد و متراکم ترین جزء در کل معماری دسترسی تبدیل می کند.

انتقال پایین دست: پخش به همه ONU ها

در جهت پایین دست (از OLT به مشترکین)، OLT داده ها را به عنوان یک سیگنال پخش پیوسته روی یک طول موج نوری اختصاصی - برای مثال 1490 نانومتر برای داده ها در GPON، منتقل می کند. این سیگنال در تنه فیبر حرکت می کند و توسط تقسیم کننده های نوری غیرفعال در شبکه توزیع تقسیم می شود، با نسبت های تقسیم معمولاً از 1:32 تا 1:128. هر ONU متصل به PON کل سیگنال پایین دستی را دریافت می کند، اما هر ONU فقط فریم های داده خطاب شده به خود را پردازش و رمزگشایی می کند، بدون توجه به بقیه. رمزگذاری AES-128 در GPON و XGS-PON استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که یک مشترک با وجود دریافت سیگنال نوری یکسان نمی تواند داده های دیگری را بخواند.

انتقال بالادست: کنترل دسترسی چندگانه تقسیم زمان

جهت بالادستی (از ONU ها به OLT) چالش پیچیده تری را ارائه می دهد. همه ONU ها یک طول موج بالادستی مشترک دارند - 1310 نانومتر در GPON - اما نمی توانند به طور همزمان بدون برخورد ارسال کنند. OLT این را از طریق حل می کند دسترسی چندگانه تقسیم زمانی (TDMA) : پنجره های انتقال دقیق را با استفاده از فرآیندی به نام تخصیص پهنای باند پویا (DBA) به هر ONU اختصاص می دهد. هر ONU فقط در بازه زمانی اختصاص داده شده خود ارسال می کند و گیرنده حالت انفجاری OLT ترافیک بالادستی را از همه ONU ها به یک جریان داده منسجم جمع می کند. الگوریتم‌های DBA به OLT اجازه می‌دهند پهنای باند استفاده‌نشده را به صورت پویا توزیع کند، و تضمین می‌کند که ONU‌های با تقاضای ترافیک بالا ظرفیت اضافی دریافت می‌کنند در حالی که ONU‌های غیرفعال منابع مشترک بالادستی را هدر نمی‌دهند.

توابع مدیریت و سرویس OLT

فراتر از حمل و نقل نوری، یک OLT با کیفیت بالا از یک سازنده باتجربه XPON عملکردهای گسترده لایه 2 و لایه 3 را انجام می دهد. اینها شامل مدیریت VLAN برای جداسازی سرویس، اجرای QoS برای اولویت دادن به ترافیک صوتی و تصویری نسبت به داده‌های بهترین تلاش، مدیریت چندپخشی برای تحویل IPTV و رله DHCP برای تخصیص آدرس IP است. OLTهای درجه سازمانی همچنین از TR-069 و NETCONF/YANG برای مدیریت ONU از راه دور، SNMP و syslog برای نظارت بر شبکه و رابط‌های uplink اضافی برای قابلیت اطمینان در درجه حامل پشتیبانی می‌کنند.

ONU: تبدیل سیگنال های نوری به خدمات مشترک قابل استفاده

واحد شبکه نوری نقطه پایانی سیستم XPON در سمت مشترک است. این سیگنال نوری پایین دستی را از OLT از طریق شبکه توزیع فیبر غیرفعال دریافت می کند، آن را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند و خدمات اینترنتی، صوتی و تصویری را به دستگاه های کاربر نهایی ارائه می دهد. در جهت بالادست، داده‌ها را از شبکه محلی مشترک جمع‌آوری می‌کند، آن‌ها را به پالس‌های نوری تبدیل می‌کند و در پنجره‌های زمان‌بندی دقیقی که توسط سیستم DBA OLT اختصاص داده شده است، به OLT ارسال می‌کند.

ثبت و احراز هویت ONU

هنگامی که یک ONU روشن می شود و به PON متصل می شود، وارد فرآیند ثبت می شود که توسط OLT کنترل می شود. در GPON، این فرآیند توسط استاندارد ITU-T G.984 تعریف شده است و شامل ONU است که شماره سریال منحصر به فرد خود (SN) را به OLT در یک پنجره ساکت و زمانی که هیچ ONU دیگری ارسال نمی کند، ارسال می کند. OLT یک هویت کانتینر انتقال موقت (T-CONT) را به ONU اختصاص می‌دهد و پس از تأیید SN در برابر فهرست ارائه‌شده یا از طریق کشف خودکار، به ONU یک شناسه واحد نوری شبکه دائمی (ONU-ID) اختصاص می‌دهد. این فرآیند ثبت تضمین می‌کند که فقط ONUهای مجاز به شبکه دسترسی پیدا می‌کنند و رابطه زمان‌بندی را ایجاد می‌کند که هماهنگی TDMA بالادستی را ممکن می‌سازد.

رابط ها و قابلیت های ارائه خدمات

XPON ONU های مدرن از تولید کنندگان پیشرو دستگاه های چند سرویسی هستند که قادر به ارائه چندین نوع خدمات مشترک به طور همزمان هستند. بسته به فاکتور شکل و بازار هدف - مسکونی، تجاری کوچک یا شرکتی - یک ONU ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• پورت های اترنت GE/2.5GE برای تحویل اینترنت پهن باند به روترها، سوئیچ ها یا مستقیماً به رایانه های شخصی.
• رابط های Wi-Fi 5 یا Wi-Fi 6 (802.11ax). در انواع ONT که واحد پایان نوری را با یک نقطه دسترسی بی سیم ترکیب می کند.
• پورت POTS (سرویس تلفن قدیمی ساده). با پردازش VoIP داخلی برای ارائه خدمات تلفنی از طریق اتصال فیبر.
• خروجی کواکسیال RF برای ارائه سیگنال های تلویزیون کابلی پخش در کنار باند پهن در استقرار GPON که شامل طول موج پوشش RF در 1550 نانومتر است.
• پورت های USB برای اشتراک گذاری دستگاه های ذخیره سازی یا اتصال ابزارهای مدیریتی به صورت محلی.

مقایسه استانداردهای XPON: آنچه تولیدکنندگان باید پشتیبانی کنند

یکی از مهمترین ملاحظات هنگام ارزیابی تولیدکنندگان XPON ONU و OLT، محدوده استانداردهای PON است که تجهیزات آنها پشتیبانی می کند. اپراتورهای شبکه اغلب شبکه‌های چند نسلی را مستقر می‌کنند، و توانایی پشتیبانی از استانداردهای متعدد بر روی یک پلتفرم OLT - یا ایجاد ONUهایی که می‌توانند در نسل‌های مختلف PON کار کنند - مستقیماً بر محافظت از سرمایه‌گذاری بلندمدت تأثیر می‌گذارد.

سازندگان پیشرو XPON OLT اکنون کارت های خط ترکیبی PON را ارائه می دهند که می توانند GPON و XGS-PON ONU را به طور همزمان در یک پورت PON فیزیکی یکسان و با استفاده از طول موج های جداگانه ارائه دهند. این قابلیت برای اپراتورهایی که از GPON به XGS-PON بدون جایگزینی کل پایه ONU نصب شده مهاجرت می‌کنند، حیاتی است - مسیری مهاجرت که از سرمایه‌گذاری‌های مشترک مشترک محافظت می‌کند و در عین حال سطوح خدمات پرسرعت جدید را فعال می‌کند.

آنچه تولیدکنندگان پیشرو XPON را از تامین کنندگان کالا جدا می کند

بازار جهانی تجهیزات دسترسی باند پهن XPON شامل ده‌ها تولیدکننده است، از فروشندگان بزرگ یکپارچه گرفته تا تامین‌کنندگان کوچک ODM/OEM. تفاوت در کیفیت محصول، قابلیت همکاری، عمق نرم افزار و قابلیت پشتیبانی طولانی مدت قابل توجه است. برای اپراتورهای شبکه، پیامدهای انتخاب سازنده بر اساس قیمت واحد به تنهایی می‌تواند شامل خرابی قابلیت همکاری، توانایی مدیریت از راه دور محدود و آسیب‌پذیری‌های نرم‌افزاری باشد که هرگز اصلاح نمی‌شوند.

قابلیت همکاری و انطباق با استاندارد

قابلیت همکاری XPON واقعی - توانایی ONUهای یک سازنده برای کار صحیح با OLTهای تولیدکننده دیگر - مستلزم رعایت دقیق استانداردهای ITU-T و IEEE در لایه نوری و لایه پروتکل OMCI (ONU Management and Control Interface) است. OMCI کانال مدیریتی است که OLT از طریق آن ONU ​​ها را پیکربندی و نظارت می کند و کیفیت اجرای آن در بین تولیدکنندگان به طور قابل توجهی متفاوت است. تامین کنندگان معتبر تجهیزات XPON در رویدادهای تست قابلیت همکاری BBF (انجمن پهنای باند) شرکت می کنند و گواهینامه هایی دارند که کارکرد صحیح تجهیزات آنها را در محیط های چند فروشنده تایید می کند.

مدیریت عمق و از راه دور نرم افزار

برای استقرار پهنای باند در مقیاس بزرگ، پشته نرم افزاری که در OLT و ONU اجرا می شود حداقل به اندازه سخت افزار مهم است. نرم افزار OLT باید از تامین خودکار ONU، نظارت بر عملکرد در زمان واقعی با خوانش توان نوری در هر ONU، مدیریت زنگ هشدار خودکار و یکپارچه سازی با سیستم های OSS/BSS از طریق API های استاندارد پشتیبانی کند. نرم‌افزار ONU باید از ارتقاء سیستم‌افزار از راه دور (مبتنی بر OMCI یا TR-069)، تشخیص از راه دور و بازگشت پیکربندی پشتیبانی کند تا از قطع سرویس ناشی از فشارهای پیکربندی ناموفق جلوگیری کند.

عملکرد نوری و قابلیت اطمینان

اجزای نوری داخل XPON ONU و OLT - لیزرها، آشکارسازهای نوری و ماژول‌های فرستنده گیرنده - میزان دسترسی، بودجه انرژی و قابلیت اطمینان بلندمدت سیستم را تعیین می‌کنند. بودجه نوری کلاس B و کلاس C در GPON (به ترتیب 28 دسی بل و 32 دسی بل اجازه می دهد) به توان خروجی فرستنده و حساسیت گیرنده دقیقا مشخص شده نیاز دارد. تولیدکنندگانی که از قطعات نوری به‌شدت آزمایش‌شده استفاده می‌کنند و تست سوختگی را در دماهای بالا انجام می‌دهند، تجهیزاتی با نرخ شکست میدانی به میزان قابل‌توجهی پایین‌تر تولید می‌کنند - عاملی حیاتی برای اپراتورهایی که ده‌ها هزار ONU مستقر را مدیریت می‌کنند.

سناریوهای استقرار و نقش تجهیزات XPON در هر کدام

تجهیزات XPON ONU و OLT در طیف گسترده ای از سناریوهای دسترسی پهنای باند مستقر شده اند که هر کدام دارای الزامات فنی و عملیاتی مجزا هستند. درک این زمینه‌های استقرار، خواسته‌های خاصی را که بر تجهیزات و سازندگان آن گذاشته شده است، روشن می‌کند.

• FTTH (فیبر به خانه): رایج ترین مدل استقرار برای پهنای باند مسکونی. ONU در داخل خانه مشترک نصب می شود، معمولاً روی دیوار داخلی یا قفسه. ضریب فرم فشرده، مصرف انرژی کم، و نقطه دسترسی Wi-Fi داخلی، الزامات کلیدی برای ONU های مسکونی در این سناریو هستند.
• FTTB (فیبر به ساختمان): یک ONU به کل یک ساختمان آپارتمان یا بلوک اداری خدمت می‌کند، و آخرین بخش از ONU تا مشترکین فردی از طریق کابل‌های مسی یا اترنت موجود در ساختمان تحویل داده می‌شود. در این سناریو از ONU های چند پورت با قابلیت های DSLAM یا سوئیچ اترنت یکپارچه استفاده می شود.
• FTTC (فیبر به کابینت): ONU در یک کابینت خیابانی نصب می‌شود و مشترکین آن از طریق حلقه‌های کوتاه مسی VDSL2 یا G.fast متصل هستند. تجهیزات ONU در این سناریو باید برای محیط‌های بیرونی، از جمله محدوده دمای عملیاتی گسترده و محافظت در برابر رطوبت و نوسانات ولتاژ، مقاوم باشند.
• خدمات سازمانی و تجاری: ONUهایی که برای مشتریان سازمانی مستقر شده‌اند، به پیوندهای SFP، مسیریابی استاتیک، عملکرد لایه 3 و پشتیبانی MPLS نیاز دارند تا اتصال در سطح تجاری را با توافق‌نامه‌های سطح سرویس ارائه دهند. برخی از ONU های سازمانی همچنین دارای قابلیت های فایروال و NAT یکپارچه هستند.
• 5G Fronthaul و Midhaul: XGS-PON و NG-PON2 به طور فزاینده ای برای اتصال ایستگاه های پایه 5G به شبکه اصلی استفاده می شوند. این برنامه به تأخیر بسیار کم و قطعی، تحویل زمان بندی دقیق (IEEE 1588v2 / SyncE) و ظرفیت بالادستی نیاز دارد - الزاماتی که فقط پیشرفته ترین پلتفرم های OLT از نظر فنی می توانند برآورده شوند.

معیارهای کلیدی ارزیابی هنگام انتخاب سازنده تجهیزات XPON

اپراتورهای شبکه و یکپارچه‌کننده‌های سیستم که تامین‌کنندگان XPON ONU و OLT را ارزیابی می‌کنند، باید مجموعه‌ای ساختاریافته از معیارها را اعمال کنند که فراتر از مشخصات سرفصل و قیمت‌گذاری واحد است. عوامل زیر سازندگانی را که قادر به پشتیبانی از استقرار دسترسی باند پهن در مقیاس بزرگ و بلندمدت هستند از مواردی که فقط برای تاسیسات کوچک یا کم پیچیدگی مناسب هستند متمایز می کند:

• عرض استاندارد PON: آیا پلتفرم OLT از GPON، XGS-PON و 10G-EPON در یک شاسی با مسیر مهاجرت به NG-PON2 پشتیبانی می کند؟
• تراکم و مقیاس پذیری پورت ONU: OLT در هر شاسی چند پورت ONU را پشتیبانی می کند و آیا می تواند به ده ها هزار مشترک بدون ارتقاء لیفتراک خدمات رسانی کند؟
• عمق انطباق OMCI: آیا ONU مجموعه کامل OMCI ME (نهاد مدیریت شده) مورد نیاز برای تحویل چند سرویس شامل VoIP، IPTV چندپخشی و QoS را پشتیبانی می کند؟
• قابلیت های امنیتی: آیا OLT رمزگذاری AES را در ترافیک پایین دست اعمال می کند و آیا ONU از تأیید اعتبار پورت 802.1X برای دستگاه های متصل پشتیبانی می کند؟
• تعهد پشتیبانی بلند مدت نرم افزار: چرخه عمر پشتیبانی سیستم عامل اعلام شده توسط سازنده چیست و وصله های امنیتی چند بار منتشر می شوند؟
• نتایج تست قابلیت همکاری شخص ثالث: آیا سازنده نتایج حاصل از تالار گفتمان پهنای باند یا آزمایش قابلیت همکاری تحت رهبری اپراتور را با OLTها و ONUهای شخص ثالث منتشر کرده یا به اشتراک گذاشته است؟

زیرساخت دسترسی پهنای باند XPON یک سرمایه گذاری طولانی مدت است. پلتفرم‌های OLT که امروز نصب شده‌اند، برای یک دهه یا بیشتر به مشترکین خدمت خواهند کرد، و ONUهای مستقر در خانه‌ها و مشاغل نشان دهنده میلیون‌ها تصمیم فردی در مورد کیفیت محصول و قابلیت اطمینان سازنده است. انتخاب سازنده تجهیزات XPON بر اساس ارزیابی دقیق فنی و تجاری - به جای قیمت واحد به تنهایی - مهمترین تصمیم در هر پروژه دسترسی باند پهن فیبر است و کیفیت این تصمیم در عملکرد شبکه، رضایت مشترکین و هزینه های عملیاتی برای سال های آینده منعکس خواهد شد.