الشبكة الضوئية السلبية (PON): البنية ونسب الانقسام ومسار ترقية GPON-إلى-XGS-PON

تقوم الشبكة الضوئية المنفعلة (PON) بتوصيل محطة خط بصري (OLT) في الطرف الأمامي لعشرات المشتركين من خلال مقسمات غير مدعومة وألياف مشتركة. لا توجد إلكترونيات ميدانية بين OLT وONT في كل مبنى - فقط الزجاج والموصلات والوصلات والمقسمات السلبية. يعمل قرار التصميم الفردي هذا على تقليل لفات الشاحنات، والتخلص من تغذيات الطاقة في الخزانة، ويمنح المشغلين مصنعًا يدوم أكثر من أجيال متعددة من تكنولوجيا الوصول. يتعامل GPON مع 2.488 جيجابت في الثانية للأسفل و1.244 جيجابت في الثانية للأعلى؛ يدفع XGS-PON سرعة متماثلة تبلغ 9.953 جيجابت في الثانية على نفس المحطة الخارجية عندما تسمح الميزانية الضوئية بذلك.

 

لماذا أصبحت PON هي بنية FTTH الافتراضية

في منتصف-العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، واجه المشغلون الذين يختبرون الألياف-إلى-المنزل-مشكلة واضحة: كان تشغيل الألياف المخصصة لكل مشترك مكلفًا، كما أدى إدخال المفاتيح النشطة في خزائن الشوارع إلى إضافة نقاط فشل وفواتير كهرباء. قام PON بحل كلتا القضيتين في وقت واحد. تغادر إحدى ألياف التغذية المكتب المركزي، وتصطدم بمقسم سلبي في الإغلاق أو القاعدة، وتخرج المراوح إلى 32 أو 64 قطرة - بدون بطاريات، ولا مراوح، ولا إدارة عن بعد للإلكترونيات الميدانية.

أثبت هذا النموذج أنه متين. عشرات الملايين من مشتركي FTTH في أمريكا الشمالية يجلسون الآن خلف شكل من أشكال PON، وفقًا لبيانات نشر Fiber Broadband Association. تعمل وحدات MDU للشقق، ومجمعات الأعمال، ومنشآت الضيافة، والحرم الجامعي، ومشاريع البناء- الذكية جميعها على تشغيل أشكال مختلفة من نفس البنية-المقسمة السلبية. السؤال الذي يطرحه معظم مخططي الشبكات اليوم ليس ما إذا كان PON يعمل -، بل هو ما هو جيل PON الذي يناسب مزيج حركة المرور وإلى أي مدى يمكن أن تمتد شبكة التوزيع الضوئية الحالية (ODN).

 

 

كيف تتحرك حركة المرور في اتجاه المصب والمنبع على الألياف المشتركة

في اتجاه مجرى النهر، يبث OLT نحو كل ONT على الفرع. يقرأ كل ONT منفذ GEM أو رؤوس XGEM، ويقبل الإطارات الخاصة به، ويتجاهل الباقي. يحافظ تشفير AES-128 على خصوصية حركة مرور المشتركين على الرغم من وصول الإشارة الضوئية فعليًا إلى كل جهاز على الشجرة.

المنبع أصعب. تشترك العديد من ONTs في مسار ألياف واحد مرة أخرى إلى OLT، لذلك لا يمكنها الإرسال جميعًا مرة واحدة. يقوم OLT بتشغيل محرك تخصيص النطاق الترددي الديناميكي (DBA) الذي يعين فترات زمنية - تخبر كل ONT بشكل أساسي بموعد إطلاق الليزر الخاص به وإلى متى. يعوض النطاق اختلافات المسافة بحيث تصل الدفقات دون تداخل. إن نظام الجدولة هذا هو ما يجعل الألياف المنبع المشتركة تعمل على نطاق واسع بدلاً من أن تتحول إلى تصادمات.

من خلال خبرتنا في تشغيل فروع PON للمباني متعددة الاستخدامات-، فإن الجدول الزمني الأولي هو المكان الذي تظهر فيه المشكلات أولاً. لا يتصرف الفرع الذي يحمل تصفحًا سكنيًا خفيفًا مثل الفرع الذي يتعامل مع عمليات النسخ الاحتياطي السحابي وكاميرات مراقبة IP ومستأجر العمل المشترك الذي يجري مكالمات الفيديو في وقت واحد. يعد الحصول على معلمات DBA وعقود المرور بشكل صحيح أكثر أهمية مما تقترحه معظم أوراق المواصفات.

 

 

لمحة سريعة عن مكونات PON الأساسية

يعتمد كل نشر PON على أربع وحدات أساسية. يقع OLT في الرأس - حيث يقوم بمصادقة ONTs، وإدارة منح النطاق الترددي، وتطبيق سياسات جودة الخدمة، وتجميع حركة المرور نحو النواة. ODN هو المصنع السلبي نفسه: ألياف التغذية من OLT، وألياف التوزيع بعد المقسم، وكابلات التوصيل إلى كل مبنى. تقوم المقسمات بتقسيم الطاقة الضوئية - حيث يقدم المقسم 1:32 خسارة قدرها 17 ديسيبل تقريبًا، بينما يضيف المقسم 1:64 حوالي 20 ديسيبل. ينهي ONT (أو ONU في سيناريوهات MDU) المسار البصري ويسلم فيديو Ethernet أو POTS أو RF إلى المشترك. يشكل كل مكون تكلفة طويلة المدى-، ولكن شبكة ODN هي المهيمنة نظرًا لأن استبدال الألياف المدفونة أو الهوائية يكون أكثر إزعاجًا بكثير من تبديل بطاقة الخط.

يمكن للقراء أن يبدأوا ببناء صورة أوسع حول المكان الذي يتناسب فيه ODN داخل طبولوجيا الألياف المختلفةنماذج نشر FTTxثم ارجع إلى هنا للحصول على طبقة التصميم المحددة لـ PON-.

 

GPON مقابل XGS-PON: اختيار الجيل المناسب

يستهدف GPON وXGS-PON حقائق حركة مرور مختلفة. يوضح الجدول أدناه الاختلافات الرئيسية التي تدفع قرارات الاختيار.

	غبون (G.984.x)	XGS-بون (G.9807.1)
المصب / المنبع	2.488 جيجابت في الثانية / 1.244 جيجابت في الثانية	9.953 جيجابت في الثانية / 9.953 جيجابت في الثانية (متماثل)
الطول الموجي المصب	1490 نانومتر	1577 نانومتر
الطول الموجي المنبع	1310 نانومتر	1270 نانومتر
فئة البصريات النموذجية	الفئة B+ (ميزانية 28 ديسيبل)	N1/N2 (ميزانية 29-31 ديسيبل)
أفضل ملاءمة	النطاق العريض السكني،-يوفر البث المباشر لقاعدة كبيرة من المشتركين مع طلب تحميل معتدل	طبقات جيجابت متماثلة، واتفاقيات مستوى الخدمة للأعمال، والوصلات المتنقلة، والتحميل-الاستخدام المختلط المكثف
النظام البيئي للمورد	ناضجة جداً؛ تفاعل واسع النطاق عبر بائعي OLT وONT	النضج بسرعة. انخفضت تكاليف ONT بشكل ملحوظ منذ عام 2022، مدفوعة بكميات الإنتاج المرتفعة ودخول العديد من موفري شرائح ONU إلى السوق (مجموعة Dell'Oro / الشبكة الشرسة، أكتوبر 2022; زون / فايبر كونيكت 2023)
التعايش	يمكن مشاركة ODN مع XGS-PON عبر معدد إرسال الطول الموجي	يمكن مشاركة ODN مع GPON عبر مُضاعِف الطول الموجي

أين يتناسب EPON؟ يظل EPON (IEEE 802.3ah) قويًا في الأسواق الموحدة بالفعل على Ethernet-الإطار الأصلي - خاصة في شرق آسيا وبيئات مشغلي الكابلات-المتوافقة مع معايير IEEE. كان XG-PON (G.987.x) بمثابة نقطة انطلاق بسرعة 9.953 جيجابت في الثانية للأسفل ولكن 2.488 جيجابت في الثانية للأعلى فقط، ويتم استبداله إلى حد كبير بـ XGS-PON في عمليات النشر الجديدة.

الفكرة العملية: إذا كانت قاعدة المشتركين لديك لا تزال تتجه نحو استهلاك البث مع التحميل المتواضع، فقد يعمل GPON جيدًا لسنوات. إذا كنت تقوم بتأهيل مستأجرين تجاريين، أو بيع طبقات جيجابت متماثلة، أو التخطيط لتوصيل الأجهزة المحمولة على نفس ODN، فإن XGS-PON هو الهدف.

 

التعايش مع الطول الموجي: رافعة الترقية الحقيقية

ما يجعل هجرة PON مجدية اقتصاديًا هو تخطيط الطول الموجي. يرسل GPON اتجاه المصب عند 1490 نانومتر ويستقبل المنبع عند 1310 نانومتر. يستخدم XGS - PON 1577 نانومتر في اتجاه مجرى النهر و 1270 نانومتر في اتجاه المنبع. لا تتداخل هذه النطاقات، مما يعني أن ODN المصمم بشكل صحيح يمكنه حمل حركة مرور GPON وXGS-PON في وقت واحد باستخدام معدد إرسال الطول الموجي (WM) على جانب OLT.

إن نموذج التعايش هذا يستحق أموالاً حقيقية. عادةً ما تمثل مسارات تغذية المصنع السلبي - ومرفقات التوصيل والمقسمات وكابلات الإسقاط - الحصة الأكبر من إجمالي تكلفة إنشاء FTTH، وغالبًا ما تزيد عن النصف وفقًا لتقديرات الصناعة من هيئات مثل FTTH Council Europe. تؤدي إعادة استخدام هذا المصنع أثناء تبديل شفرات OLT وONTs وفقًا لجدول زمني لكل -مشترك إلى تحويل ترقية الرافعة الشوكية إلى ترحيل مرحلي.

لقد رأينا مشغلين في الغرب الأوسط يقومون بتشغيل فروع GPON/XGS-PON مختلطة لمدة 18+ من الأشهر خلال الفترات الانتقالية، وترقية المشتركين التجاريين أولاً وترحيل المستخدمين المقيمين مع انخفاض تكاليف ONT. يعمل هذا الأسلوب - ولكن فقط عندما يتم إنشاء ODN الأصلي بموصلات نظيفة ومواقع مقسمة موثقة وهامش بصري كافٍ لاستيعاب خسارة إدخال WM الإضافية (عادةً 0.5-1.0 ديسيبل).

لإلقاء نظرة أعمق على كيفية تصرف النوافذ ذات الأطوال الموجية المختلفة في الألياف ذات الوضع الفردي-،هذه المقارنة بين 850 نانومتر و1310 نانومتر و1550 نانومتريملأ الفيزياء البصرية وراء التخطيط للتعايش.

 

نسبة الانقسام، والميزانية البصرية، وأين تتعطل التصاميم

نسبة الانقسام هي المكان الذي تتصادم فيه اقتصاديات الوصول والهندسة البصرية. تعمل عمليات التقسيم الأعلى على تقليل تكلفة البنية الأساسية -لكل مشترك - ولكنها تستهلك أيضًا المزيد من الميزانية الضوئية وتزيد من ضغط السعة-المشتركة. تعتمد النسبة الصحيحة على المسافة وعدد الموصلات وملف حركة المرور.

 

دليل اختيار نسبة الانقسام

1:16 - بيئات منخفضة الكثافة أو عالية الهامش-.يقدم ما يقرب من 14 ديسيبل من فقدان الخائن. شائع في عمليات النشر الريفية البعيدة المدى-حيث تستهلك مسافات وحدة التغذية معظم الميزانية الضوئية، أو في فروع PON التجارية التي تركز على -والتي تحتاج إلى أقصى قدر من المساحة لترقيات الخدمة المستقبلية.

1:32 - الافتراضي السائد.ما يقرب من 17 ديسيبل من فقدان الخائن. يوازن بين كثافة المشتركين والميزانية الضوئية لغالبية مباني FTTH في الضواحي والحضر. يعمل بشكل مريح مع بصريات GPON Class B+ على مسافات مترو نموذجية (أقل من 15 كم من المسار الإجمالي) ويترك مساحة لتعايش XGS-PON.

1:64 - التكلفة-كثافة عالية محسنة.ما يقرب من 20 ديسيبل من فقدان الخائن. تكلف عمليات القطع لكل-بنية أساسية للمشترك ما يقرب من النصف مقابل 1:32، ولكنها تتطلب انضباطًا صارمًا للموصل، ومسافات قصيرة، وخسارة دقيقة-للتحقق من صحة الميزانية. مناسب بشكل أفضل لوحدات MDU الصاعدة أو شبكات الحرم الجامعي أو المباني الحضرية الكثيفة حيث تكون مسارات الألياف قصيرة وعدد الموصلات منخفضًا.

 

تدعم بصريات GPON Class B+ ميزانية خسارة تبلغ 28 ديسيبل. بعد طرح التوهين النموذجي للألياف (0.35 ديسيبل / كم عند 1310 نانومتر، على سبيل المثال، 15 كم من وحدة التغذية والتوزيع)، وفقدان الموصل (0.3-0.5 ديسيبل لكل زوج متزاوج عبر ربما 4-6 اتصالات)، وفقدان الوصلات، وفقدان إدخال الفاصل، يمكن أن يصبح الهامش المتبقي رقيقًا بسرعة. ننصح بشكل عام بالاحتفاظ بما لا يقل عن 3 ديسيبل من هامش التشغيل بعد حساب جميع الخسائر - بحيث يمتص المخزن المؤقت التقادم والموصلات المتسخة والإضافات السلبية المستقبلية دون تشغيل مكالمات الخدمة.

 

تنقسم حالات فشل التصميم الشائعة التي نواجهها في الميدان إلى بضعة أنماط متكررة: تم دفع نسب الانقسام إلى 1:64 في المناطق التي لا تستطيع فيها جودة الموصل وعدد الوصلات دعم الميزانية؛ الفواصل الموضوعة في مواقع تجعل عزل الأخطاء شبه مستحيل؛ خطط الترقية التي تشير إلى "XGS-PON لاحقًا" دون أن يتحقق أي شخص من أن ميزانية الخسارة الحالية يمكنها التعامل مع -البصريات عالية السرعة وأجهزة التعايش؛ وتصميمات الفروع ذات الحجم المناسب للبث السكني والتي يتم تحميلها لاحقًا باتفاقيات مستوى الخدمة للأعمال وحركة مرور كثيفة على إنترنت الأشياء (IoT). يبدأ كل واحد من هذه الأمور كاختصار للتخطيط وينتهي كصداع تشغيلي.

 

 

PON مقابل Ethernet النشطة: عندما يكون كل منهما منطقيًا

توفر تقنية Active Ethernet (AE) لكل مشترك أليافًا مخصصة أو طولًا موجيًا مخصصًا على البنية التحتية المحولة. يناسب هذا النموذج البيئات التي تتطلب عزلًا صارمًا لحركة المرور، أو النطاق الترددي الحتمي، أو الفصل التنظيمي - فكر في مراكز بيانات متعددة-، أو مجمعات مالية، أو شبكات مستشفيات ذات حدود امتثال صارمة.

PON يفوز في بساطة المجال. لا توجد طاقة متوسطة المدى، ونقاط فشل أقل بين الرأس والمباني، وتكلفة أقل لكل مشترك في عمليات التشغيل ذات الكثافة. عادة ما يتلخص القرار الحقيقي في ثلاثة أسئلة عملية: أين يجب أن توضع الاستخبارات؟ أين يجب أن تكون الطاقة مطلوبة؟ أين تكون مخاطر الصيانة مقبولة؟ بمجرد الإجابة على تلك الأسئلة، تختار الهندسة المعمارية نفسها في الغالب.

 

 

لماذا يتسارع الطلب على XGS-PON

تعمل قوى السوق المتعددة على دفع XGS-PON من شريحة خريطة الطريق إلى أمر الشراء. لقد زادت حركة التحميل المنزلي بشكل ملحوظ على مدار العامين الماضيين - مدفوعة بمؤتمرات الفيديو، وتحميلات الألعاب السحابية، وتدفقات أمان المنزل - مع قيام العديد من مشغلي المستوى-1 بالإبلاغ عن نمو المنبع سنويًا-أكثر من-عام في نطاق 25-35%. تتوقع الشركات الصغيرة والمتوسطة-بشكل متزايد خدمة جيجابت المتماثلة كخط أساسي. تقوم البلديات وجمعيات الكهرباء الريفية- ببناء FTTH الجديدة بتحديد XGS-PON من اليوم الأول لتجنب دورة ترقية منتصف العمر.

بالنسبة للمخططين الذين يتتبعون أين تتجه طبقة الوصول بعد 10G PON،هذه نظرة على اتجاه شبكة FTTx المستقبليةيغطي 25G PON، و50G PON، ويشير إلى -البصريات المتماسكة متعددة النقاط دون القفز مباشرة إلى كتالوجات المنتجات.

 

 

التعليمات