パッシブ光ネットワークのチュートリアル
ッシブ光ネットワーク(PON)は、国内および商業的に最終消費者に光ファイバを提供するために使用される電気通信技術であり、ISP(インターネット・サービス・プロバイダー)と顧客の間の「ラスト・マイル」と呼ばれることが多いです。このPONアーキテクチャーは、銅線ネットワークに比べて効率的で費用対効果が高いため、ますます普及しています。複数のFTTxアプリケーションを持つPONは、通信技術とITインフラの状況を変えつつあります。この記事では、パッシブ光ネットワークについての包括的なチュートリアルを提供します。
PONネットワークの概要
パッシブ光ネットワークとは?
パッシブ光ネットワークは、ポイント・ツー・マルチポイント・トポロジーの形をした光ファイバネットワークの一種で、光スプリッターを利用して単一の伝送ポイントから複数のユーザー・エンドポイントにデータを伝送します。ユーザーエンドポイントとの間で、アップストリームとダウンストリームの両方向に同時に信号を伝送するために使用されます。
「パッシブ」は、ファイバとスプリット/結合部品の無電源状態を示します。このように、PONとAONとPONのネットワークなど他のネットワーク構造との違いは、PONネットワークがその経路で電力を供給する機器を使用しないという点なのです。銅線ネットワークに比べて電磁干渉の影響を受けにくいため、計画された距離にわたって信号の完全性が保たれ、実際の運用ではネットワークの信頼性が高まるだろう。
PONが採用する技術とは?
PONの運用では、レーザー光の波長(WDM)に基づいてデータストリームを分離するために、革新的な波長分割多重(WDM)が採用されています。ある波長はダウンストリームデータ伝送用で、別の波長はアップストリームデータ伝送用になります。これらの専用波長は、使用するPON規格によって異なります。
時分割多重アクセス(TDMA)は、特定の時間帯に各エンドユーザーにアップストリームの帯域幅を割り当てるために適用される別の技術であり、複数のデバイスが同時にアップストリームにデータを送信する場合に、PONスプリッタまたは端末でのデータの衝突を防ぐのに役立ちます。
パッシブ光ネットワーク・アーキテクチャとは?
PONシステムは、サービス・プロバイダーのセントラル・オフィスにある光回線端末(OLT)と、エンド・ユーザーの近くにある多数の光ネットワーク・ユニット(ONU)または光ネットワーク端末(ONT)で構成され、OLTとONU/ONTの間には光ディストリビューション・ネットワーク(ODN)があります。
「ポイント・ツー・マルチポイント」(P2MP)は、パッシブ光ネットワークが持つ明確な特徴のひとつで、1本の光ファイバで複数のエンドポイントにサービスを提供することを意味します。PONでは、ハブと顧客の間に個別のファイバを用意する必要がないため、ポイント・ツー・ポイントのアーキテクチャと比較して、ファイバとセントラル・オフィス機器の量が大幅に削減されます。
PONの部品とデバイス
前述の光ファイバとスプリッターは、PONネットワークでは電力を必要としない、まさに「パッシブ」です。これらのパッシブ部品の他に、PONネットワークの展開を実現するためには、アクティブ・エンド・デバイスも必要です。
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OLT:ファイババックボーンに接続されたコアコンポーネントが、サービスプロバイダのエンドポイントとして機能します。OLTはONUにデータを送信し、レンジングプロセスを開始および制御し、レンジング情報を記録します。ONUに帯域幅を割り当て、ONUの送信データの開始時間と送信ウィンドウ・サイズを制御します。
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ONU/ONT:ファイバで伝送された光信号を電気信号に変換し、個々の利用者に電気信号を送信する重要なコンポーネントです。さらに、ONUは顧客から送られてくるさまざまな種類のデータを送信、集約、グルーミングし、OLTにアップストリームで送信することができます。
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ODN:PONシステム全体の不可欠な部分です。主な役割は、OLTとONU/ONT間に光伝送路を提供することです。フィーダ光ファイバ、ケーブル配線、光ファイバのホーム回線、光ファイバ端末が4つの主要なサブシステムです。
PONの仕組み:OLT、ONU、ONTおよびODNについてでは、PONネットワークにおけるこれらの部品の機能をさらに詳しく説明します。
パッシブ光ネットワークの種類
PONネットワーク・トポロジーは過去数十年間発展し続けています。かつてのパッシブ光ネットワークの種類は、GPONやEPONのような先進的な後発組によって徐々に抑制されてきた。主なPONタイプを以下に示します。
APON/BPON
APONの「A」はATM(Asynchronous Transfer Mode:非同期転送モード)の略で、ATM上に構築された電気レイヤーを持つ最初のPONシステムです。ダウンストリーム伝送にWDMを採用したBPON(ブロードバンドPON)は、APONを改良したもので、動的な帯域幅分配や保護機能などが追加されています。現在ではAPONよりもBPONの方が一般的で、イーサネットアクセス、ビデオ伝送、高速専用線などのサービスを提供しています。
GPON
GPON(ギガビットPON)は、新世代のブロードバンド受動光アクセスのためのITU-T標準に基づいています。最大2.5Gbpsの広帯域ダウンリンクレートを提供するGPONの非対称機能は、ブロードバンドデータサービス市場の需要を満たすことができます。また、キャリアグレードの技術標準として、GPONはアクセスネットワークレベルの保護メカニズムと完全なOAM機能を提供し、FTTHネットワークに広く導入されています。
EPON
EPON(イーサネットPON)はATMセルの代わりにイーサネット・パケットを採用し、イーサネット・デバイスとのシームレスな互換性を目指して開発されました。IEEE 802.3規格に基づき、EPONはイーサネットベースのネットワークに接続するための追加のカプセル化や変換プロトコルを必要とせず、アップストリームとダウンストリームの両方のデータ転送方向に適用されます。従来のEPONは、アップストリームとダウンストリームで最大1.25Gbpsの対称速度をサポートできます。EPONとGPONの比較は、データレート、分割比率、レイヤリングとアクセスサービス、QoS、OAM、コストなどの観点から、GPONとEPONという2つの主流の選択肢を比較します。
XG-PON
G-PONの10GバージョンはXG-PONと呼ばれ、ダウンストリームで10Gbps、アップストリームで2.5Gbpsをサポートします。物理ファイバとデータフォーマットの規約はオリジナルのG-PONバージョンと同じですが、波長が調整され、10G-E-PONとほぼ同じ(ダウンストリームが1577nm、アップストリームが1270nm)であるため、同じPONネットワークをGPONとXG-PONの両方に同時に使用することができます。
10G-E-PON
拡張版10G-E-PON規格は、アップストリーム、ダウンストリームともに速度を10Gbpsに向上させます。ダウンストリームが1577nm、アップストリームが1270nmと、E-PONとは異なる波長で動作するため、同じPONをE-PONと10G-E-PONの両方に同時に使用できます。
NG-PON2
NG-PON2(Beyond XG(S))は、複数の10G波長を持つWDMを利用し、アップストリーム/ダウンストリームで40Gbpsのサービスを提供します。同様に、異なる波長を使用するNG-PON2も、同じPONネットワーク上での共存が可能です。GPON、XG-PON、NG-PON2、これらの高速PONソリューションは、大規模なマルチテナントやビジネス・クライアントの設定で、またワイヤレス5Gネットワークの一部として重要な役割を果たします。
パッシブ光ネットワークの利点と制限
明らかに、PONネットワークの最も顕著な利点は、屋外のアクティブデバイスを排除することです。すべての信号処理機能はスイッチとユーザーの設備内で完了します。ただし、パッシブ光ネットワークを採用する際にはまだいくつかの欠点があります。
PONの利点
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効率的な電力利用:アクセス・ネットワークへの電力供給は不要です。必要な電力は送信側と受信側のみです。
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シンプルな導入:配線クロゼット、冷却インフラ、ミッドスパンの電子機器は不要です。
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便利なメンテナンス:PONの受動部品や能動部品に起因する故障を特定するのは非常に簡単で、保守やトラブルシューティングに適しています。
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アップグレードが容易:アップグレードの必要がある場合、光ファイバとスプリッターはそのままで、エンドポイントデバイス(OLT、ONT/ONU)のみをアップグレードまたは交換する必要があります。
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低コスト:一方では、パッシブ素子自体のコストはアクティブ素子よりもはるかに低いです。また、PONネットワークは、アクティブ素子の設置コストを大幅に削減します。
PONの制限
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伝送距離の制限:PONの伝送距離は20~40kmに限られるが、アクティブ光ネットワークは100kmに達することができます。/p>
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潜在的な故障リスク:P2MPアーキテクチャでは、フィーダー回線とOLTが複数のエンドユーザーにサービスを提供するため、最大128台の可能性があります。冗長性がほとんどないため、ファイバの不慮の切断やOLTの故障が発生する可能性が高いです。
パッシブ光ネットワークの応用
ファイバ・ツー・ザ・ホームは、PONの主要なアプリケーションと見なされています。パッシブ光ネットワークのケーブル配線インフラの削減と柔軟なメディア伝送特性により、家庭でのインターネット、音声、ビデオ・アプリケーションに理想的に適合しています。さらに、PONネットワークは、大学のキャンパスやビジネス複合施設など、さまざまな環境にも適しています。
PONネットワークはまた、5Gフロントホール・アプリケーションの可能性も持っています。フロントホール接続を完了するためにPONネットワークを導入することで、ファイバ数を減らし、パフォーマンスを損なうことなく効率を向上させ、5Gが課す帯域幅と遅延の要求を満たすことができます。
結語
多くの場合、バックボーン・ネットワークとローカル・エリア・ネットワークの間の「部分」が懸念されます。冒頭で述べたこの「ラスト・マイル」がボトルネックとなり、これを断ち切る必要があります。まるで国道システムのように、幹線道路や地方道路は広いハイグレードな高速道路で建設されているが、ドアの家庭や企業への導線はまだ狭い曲がりくねった道であり、道路網の効率は発揮できません。パッシブ光ネットワークは、速度、エネルギー消費、信頼性、導入コストに関して優れた利点を持ち、ボトルネックを解消し、費用対効果の高いソリューションを提供することができます。
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