Guida alla rete ottica passiva

Una rete ottica passiva (PON) è una tecnologia di telecomunicazione utilizzata per fornire fibra al consumatore finale a livello nazionale e commerciale, spesso definita "ultimo miglio" tra un ISP (Internet Service Provider) e il cliente. Questa architettura PON sta diventando sempre più popolare per la sua efficienza ed economicità rispetto alle reti in rame. I PON con molteplici applicazioni FTTx stanno cambiando il panorama della tecnologia delle comunicazioni e delle infrastrutture IT. Questo articolo vi fornirà una guida completa alla rete ottica passiva.

Rete PON: Veloce panoramica

Cosa è una rete ottica passiva?

Una rete ottica passiva è un tipo di rete in fibra ottica in forma di topologia point-to-multipoint, utilizzante splitter ottici per fornire dati da un singolo punto di trasmissione a più punti finali dell'utente. Viene utilizzata per trasmettere segnali simultaneamente in entrambe le direzioni, upstream e downstream, da e verso i punti finali dell'utente.

"Passivo" indica la condizione non alimentata della fibra e dei componenti di divisione/combinazione. Pertanto, ciò che distingue una PON da altre strutture di rete, come discusso in reti AON e PON, è che una rete PON non utilizza apparecchiature alimentate elettricamente nel suo percorso. Poiché non è vulnerabile alle interferenze elettromagnetiche rispetto alla rete in rame, preserverà l'integrità del segnale per tutta la distanza prevista, rendendo la rete più affidabile nella pratica.

Quale tecnologia usa una PON?

L'innovativo wave division multiplexing (WDM) viene adottato per separare i flussi di dati in base alla lunghezza d'onda (colore) della luce laser nelle operazioni PON. Una lunghezza d'onda è destinata alla trasmissione dei dati downstream, mentre un'altra trasporta i dati upstream. Queste lunghezze d'onda dedicate variano a seconda dello standard PON in uso.

L'accesso multiplo a divisione di tempo (TDMA) è un'altra tecnologia applicata per assegnare la larghezza di banda upstream a ciascun utente finale per un periodo di tempo specifico, il che aiuta a prevenire le collisioni di dati presso gli splitter PON o il terminale quando più dispositivi trasmettono dati upstream allo stesso tempo.

Cosa è un'architettura di rete ottica passiva?

Un sistema PON è costituito da un terminale di linea ottico (OLT) presso la sede centrale del fornitore di servizi e da un certo numero di unità di rete ottica (ONU) o terminali di rete ottica (ONT) in prossimità degli utenti finali, con una rete di distribuzione ottica (ODN) tra l'OLT e le ONU/ONT.

Il concetto di "point-to-multipoint" (P2MP) è una delle caratteristiche distintive di una rete ottica passiva, il che significa che una singola fibra ottica viene utilizzata per servire più punti terminali. Una PON non deve fornire fibre individuali tra l'hub e il cliente, riducendo notevolmente la quantità di fibra e di apparecchiature per la sede centrale rispetto alle architetture point-to-point.

Componenti e dispositivi PON

La fibra ottica e gli splitter sopra citati sono veramente "passivi" nella rete PON, senza bisogno di alimentazione elettrica. Oltre a questi componenti passivi, per realizzare una rete PON sono necessari anche dispositivi finali attivi.

 

• OLT: Un componente core collegato alla dorsale in fibra funge da endpoint del service provider. L'OLT invia i dati all'ONU, avvia e controlla il processo di ranging e registra le informazioni di ranging. Alloca la larghezza di banda all'ONU e controlla l'ora di inizio e la dimensione della finestra di trasmissione dei dati di trasmissione dell'ONU.

• ONU o ONT: Un componente chiave che converte i segnali ottici trasmessi in fibra in segnali elettrici, per poi inviare i segnali elettrici ai singoli abbonati. Inoltre, l'ONU può inviare, aggregare e gestire diversi tipi di dati provenienti dal cliente e inviarli a monte all'OLT.

• ODN: Parte integrante dell'intero sistema PON. Il suo ruolo principale è quello di fornire un canale di trasmissione ottico tra l'OLT e l'ONU/ONT. La fibra ottica di alimentazione, il cablaggio dei cavi, la linea domestica di fibra ottica e il terminale in fibra sono i quattro sottosistemi principali.

ABC del PON: Capire OLT, ONU, ONT e ODN illustrerà ulteriormente le funzioni di questi componenti nella rete PON.

Tipi di rete ottica passiva

La topologia di rete PON ha continuato a svilupparsi negli ultimi decenni. I precedenti tipi di rete ottica passiva sono stati gradualmente superati da prodotti successivi avanzati come GPON ed EPON. I principali tipi di PON sono illustrati di seguito:

APON/BPON

APON, la cui "A" sta per "ATM" (Asynchronous Transfer Mode), è il primo sistema PON che ha raggiunto una significativa diffusione commerciale con un livello elettrico costruito su ATM. Adottando il WDM per la trasmissione downstream, BPON (Broadband PON) è la versione migliorata di APON, aggiungendo la distribuzione dinamica della larghezza di banda, la protezione e alcune altre funzioni. Oggi BPON è più comune di APON, fornendo servizi come l'accesso Ethernet, la trasmissione video e le linee in lease ad alta velocità.

GPON

GPON (Gigabit PON) si basa sullo standard ITU-T per le nuove generazioni di accesso ottico passivo a banda larga. Fornendo una velocità di downlink ad alta larghezza di banda fino a 2,5 Gbps, le caratteristiche asimmetriche di GPON possono soddisfare la domanda del mercato dei servizi dati a banda larga. Essendo uno standard tecnologico di livello carrier, GPON fornisce anche un meccanismo di protezione a livello di rete di accesso e funzioni OAM complete, che sono state ampiamente implementate nelle reti FTTH.

EPON

EPON (Ethernet PON) adotta pacchetti Ethernet al posto delle celle ATM ed è stato sviluppato per garantire la compatibilità con i dispositivi Ethernet. Basato sullo standard IEEE 802.3, EPON non necessita di ulteriori protocolli di incapsulamento o conversione per connettersi alle reti basate su Ethernet, sia per la direzione di trasferimento dei dati a monte che a valle. EPON convenzionale può supportare velocità simmetriche fino a 1,25 Gbps in upstream e downstream. In GPON vs EPON si esegue un confronto tra le due scelte mainstream-GPON ed EPON in termini di velocità di trasmissione dati, rapporti di divisione, layering e servizio di accesso, QoS, OAM, costi, ecc.

XG-PON

La versione 10G di G-PON è nota come XG-PON, supportante 10 Gbps per il downstream e 2,5 Gbps per l'upstream. Sebbene la fibra fisica e le convenzioni di formattazione dei dati siano identiche alla versione G-PON originale, le lunghezze d'onda sono adattate e molto simili a 10G-E-PON (1577 nm per il downstream e 1270 nm per l'upstream), consentendo di utilizzare la stessa rete PON sia per GPON che per XG-PON contemporaneamente.

10G-E-PON

La versione migliorata dello standard 10G-E-PON aumenta la velocità a 10 Gbps sia in upstream che in downstream. Funziona a lunghezze d'onda diverse da quelle dell'E-PON, utilizzando 1577 nm in downstream e 1270 nm in upstream, il che consente di utilizzare lo stesso PON sia per l'E-PON che per il 10G-E-PON contemporaneamente.

NG-PON2

NG-PON2, o Beyond XG(S), utilizza WDM con più lunghezze d'onda 10G per fornire servizi a 40 Gbps per upstream/downstream. Allo stesso modo, NG-PON2, che utilizza lunghezze d'onda diverse, consente la coesistenza sulla stessa rete PON. GPON, XG-PON e NG-PON2, queste soluzioni PON ad alta velocità svolgeranno un ruolo importante in ambienti multi-tenant o business client di grandi dimensioni e come parte delle reti wireless 5G.

Vantaggi e limiti della rete ottica passiva

Evidentemente, il vantaggio principale della rete PON è l'eliminazione dei dispositivi attivi esterni: tutte le funzioni di elaborazione dei segnali sono completate negli switch e nelle apparecchiature dell'utente. Tuttavia, l'adozione di una rete ottica passiva presenta ancora alcuni svantaggi.

Vantaggi del PON

 

• Uso energetico efficiente: Nessun requisito di alimentazione per la rete di accesso. L'alimentazione è necessaria solo alla sorgente e alla ricezione.

• Implementazione semplificata: Non sono necessari armadi di cablaggio, infrastrutture di raffreddamento o elettronica midspan.

• Comoda manutenzione: È abbastanza facile identificare i guasti causati dai componenti passivi e attivi del PON, per una migliore manutenzione e risoluzione dei problemi.

• Facilità di aggiornamento: In caso di necessità di aggiornamento, solo i dispositivi endpoint (OLT, ONT/ONU) devono essere aggiornati o sostituiti, mentre la fibra ottica e lo splitter rimangono invariati.

• Budget più bassi: Da un lato, i costi degli elementi passivi sono molto più bassi di quelli attivi. Dall'altro lato, la rete PON ha ridotto notevolmente i costi di installazione degli elementi attivi.

Limiti di PON

 

• Distanza di trasmissione limitata: La portata delle PON è limitata a 20-40 km, mentre una rete ottica attiva può raggiungere i 100 km.

• Possibili rischi di guasto: La linea di alimentazione e l'OLT servono più utenti finali, potenzialmente fino a 128 nell'architettura P2MP. Con poca ridondanza, è possibile che si verifichi un taglio accidentale della fibra o un OLT difettoso.

Applicazioni della rete ottica passiva

La fibra ottica a domicilio è considerata la principale applicazione di PON. La riduzione dell'infrastruttura di cablaggio e la flessibilità di trasmissione dei media delle reti ottiche passive le hanno rese ideali per le applicazioni domestiche di Internet, voce e video. Inoltre, la rete PON è adatta anche in ambienti diversi, come campus universitari e complessi aziendali.

Le reti PON hanno anche un potenziale per le applicazioni fronthaul 5G: l'impiego di reti PON per completare le connessioni fronthaul può ridurre il numero di fibre e migliorare l'efficienza senza compromettere le prestazioni, soddisfacendo le richieste di larghezza di banda e latenza imposte dal 5G.

Conclusioni

La "parte" tra la rete dorsale e le reti locali è un problema nella maggior parte dei casi. Questo "ultimo miglio", menzionato nella parte introduttiva, è un collo di bottiglia che è necessario eliminare. È come se in un sistema autostradale nazionale, i tronchi e le strade regionali fossero stati costruiti in un'ampia autostrada di alto livello, ma la strada che porta alle famiglie e alle aziende della porta fosse ancora uno stretto sentiero tortuoso, l'efficienza della rete stradale non può essere sfruttata. Le reti ottiche passive possiedono vantaggi superiori per quanto riguarda la velocità, il consumo energetico, l'affidabilità e il costo di implementazione possono rompere il collo di bottiglia e fornire soluzioni economicamente vantaggiose.