A távközlésben kezdeti időktől eltekintve, hozzávetőlegesen húsz évvel ezelőttig a telefónia uralma volt a jellemző. Az adatjelek továbbítása a továbbított forgalom töredékét tette csak ki. Az internet robbanásszerű fejlődése, a munkahelyi adminisztrációba belépő informatikai rendszerek hozták magukkal az igényt, hogy munkahelyeket, otthonokat nagy sávszélességű adatvonalakkal össze kell kapcsolni. Az otthoni ügyfelek világhálóra történő csatlakoztatására kézenfekvő megoldás a telefonközpontok köré épített rézhálózat alkalmazása. Az alapvetően hangtovábbításra tervezett réz érpárak szélessávú kihasználása a számos, akár forradalmi újításnak is nevezhető, technikai megoldás ellenére a hálózat legszűkebb keresztmetszetét jelentik. E szűk keresztmetszet nyomása alól – vezetékes területen – a fényvezető szálak alkalmazásával lehet kibújni. Ebben a tanulmányban áttekintést adunk az előfizetői hálózatokról és részletesebben ismertetjük, hogy a fényvezetős technika milyen szerepet tölt, tölthet be az előfizető hálózatokban.
1. Hozzáférési hálózati megoldások
1.1. Hagyományos réz érpáron működő rendszerek
A hagyományos telefonközpontok köré épített réz érpárokkal kialakított előfizetői, vagy más szóval hozzáférési hálózat, legfeljebb 5–6 kilométer sugarú körben képes jó minőségű telefonszolgáltatás nyújtására. Az elmúlt évtizedekben kiépült kábelhálózat szinte mindenhol jelen van, és igen jelentős értéket képvisel. A 0,4…0,5 mm átmérőjű rézvezetékből álló, polietilén szigetelésű kábelek kialakításuk révén, kiváló átviteli tulajdonságokkal bírnak a hangfrekvenciás sávban. Az alapvetően hangfrekvenciás átvitelre tervezett kábeleken ötletes modulációs technikák, visszhang kioltás, különböző zajcsökkentési és kompenzálási eljárások segítségével a rézkábel minőségétől, és az áthidalandó távolságtól függően a különböző xDSL technikák akár 80 Mbit/s-os hozzáférési sebességet is kínálnak. A nyújtható sávszélesség a távolság függvényében azonban drasztikusan csökken. A központokból 5–6 kilométerre lévő előfizetőknek szélessávú szolgáltatás gyakorlatilag már nem nyújtható. További korlátozást jelent, hogy szélessávú szolgáltatások nyújtására a kábelek kapacitásának csak 50…65% használható fel. Nagyobb kihasználtság esetén, a kábelen üzemelő rendszerek egymásra hatásai (áthallások) olyan mértékűek, hogy drasztikusan csökkentik, végső soron lehetetlenné teszik a szélessávú kapcsolatok létrehozását. A probléma megoldásához azokat az aktív eszközöket, amelyek eredetileg a központokban voltak elhelyezve, közelebb kell vinni az előfizetőkhöz, így csökkentve a rézhurkok hosszát. Az előfizetői multiplexerek utcai kabinetekben, esetleg föld alatt történő elhelyezése jelentős többletkiadást okoz a hálózat üzemeltetőjének. A kvázi kültéri elhelyezés miatt a hőmérséklet ingadozásnak jól ellenálló berendezésekre van szükség, és tápellátást is kell biztosítani. Nagyobb előfizető számot kiszolgáló berendezések esetén a kabinetek klimatizálására is szükség van. Önmagában a klimatizálás is jelentős többlet energia felhasználással jár, ráadásul a berendezések rendszeres karbantartást igényelnek. Az központokból utcai kabinetekben elhelyezett berendezésekig a forgalomtovábbítást fényvezetős hálózattal lehet csak biztosítani. Az 1. ábrán egy összehasonlítás látható, hogy a különböző technológiákkal milyen letöltési sebességek érhetők a távolság függvényében. Látható, hogy optika esetében a távolság korlát valahol már a diagramon kívül esik. Optika esetében az ábrázolt 95 Mbit/s nem a lehetőségek felső határát jelenti, inkább csak illusztráció.
1.2. Hibrid fényvezetős-koax rendszerek (HFC)
A hozzáférési hálózatokban jelentős potenciált képviselnek a kábel TV hálózatok. Ezek hibrid struktúrák. Az optikai és koaxiális kábelekből, erősítőkből felépített rendszeren az egyes TV csatornák helyén digitális jeltovábbítás is lehetséges. Több csatorna összefogásával szélessávú internetkapcsolat hozható létre. Az EuroDocsis szabványokban leírt megoldásokkal a rézérpáras megoldásokhoz képest kissé költséghatékonyabban valósítható meg szélessávú hozzáférés. Az nyújtható sávszélességet érzékenyen befolyásolja a hálózat minősége. A hálózatban található – gyakran kültéri – csatlakozók, egyéb hálózatelemek meghibásodásai állandó odafigyelést igényelnek az üzemeltető személyzet részéről. A hálózatban növekvő sávszélesség igényeket folyamatosan monitorozni kell, hogy szükség esetén ún. szegmentálással, bővítéssel elejét lehessen venni a forgalmi torlódásoknak.
1. ábra – Elérhető bitsebességek lefelé irányban
1.3. Rádiós megoldások
A közelmúltban hatalmas fejlődésen mentek keresztül a különféle rádiós elérési megoldások is, amelyek viszonylag nagy kapacitásukkal, mobilitást biztosító lehetőségükkel egyre nagyobb népszerűségnek örvendenek. A rendelkezésre álló korlátos erőforrások (értsd: frekvenciák), a zavartatás, interferenciák miatt a rádiós összekötetések is jelentős technikai nehézséggel kell, hogy szembe nézzenek. A mobilhálózatokon jelenleg alkalmazott ún. harmadik generációs rendszerek megfelelő sávszélességet képesek biztosítani általános internetezési szokások kielégítésére. A 3G összefoglaló elnevezés, több új megoldást és szabványt takar. A 3G UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) rendszer kifejezetten mobil adat- és hangtovábbításra optimalizált. A hazai szolgáltatóktól is ismert 3G/HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) protokoll az UMTS hálózat egy fejlődési fázisának tekinthető. A HSDPA elméletileg 14,4 Mbit/s elérését képes biztosítani letöltés irányban. Meg kell azonban jegyezni, hogy alkalmazások számára ennek a sávszélességnek mintegy a fele érhető el. A hálózat relatív nagy késleltetése néhány erre érzékeny alkalmazást (pl. online gaming) negatívan érint. A negyedik generációsnak tekintett, és bevezetési fázisban lévő LTE (Long Term Evolution) rendszer még nagyobb sávszélességet, és a jelenleginél lényegesen kisebb hálózati késleltetést fog biztosítani. A nagyobb sávszélességet új megoldású antenna rendszerek, a mindenkori környezeti viszonyokhoz rendkívül gyorsan alkalmazkodni képes modulációs eljárások használatával éri el a rendszer. E téren komoly versenyfutás tapasztalható az egyes gyártók és a hálózatukba a rendszert bevezetni szándékozó szolgáltatók között. A versenyfutás igazi győztesei a felhasználó lesznek. Nagyobb területi lefedettségekről azért még korai álmodozni, hiszen a 3G rendszerek kiépítettsége sem érte még el a kívánt mértéket.
1.4. Fényvezetős rendszerek
A sávszélesség-éhes alkalmazások egyre feljebb tolódó kapacitásigényei rézérpárral, koax kábelek alkalmazásával, vagy akár 3G mobilmegoldással az előbb-utóbb jelentkező fizikai korlátok miatt nem szolgálhatók ki. Napjaink leg sávszélesség igényesebb alkalmazása a TV jelátvitel. Jó minőségű HD nyalábok továbbítása legalább 8 Mbit/s sávszélességet foglal le. De a szárnyait bontogató 3D tévézés ennek a sávszélességnek a többszörösét fogja felemészteni. Jelenlegi ismereteink szerint az üvegszál az egyetlen olyan hordozó közeg, amely hosszútávon képes szinte korlátlan sávszélesség biztosítására. A fényvezetős rendszerek a gerinchálózatokban már régóta egyeduralkodók. A fényvezetők több-hullámhosszas (WDM – Wavelength Division Multiplexing) kihasználásával már ma is Terabit/sec közeli sávszélesség érhető el egyetlen szálpáron. A fényvezető kábelek és az aktív berendezések drasztikus árcsökkenése lehetővé tette, hogy a hozzáférési hálózatokban is teret hódítson az optikai átvitel.
Régóta tudjuk, hogy az igazi, jövőbiztos megoldás az ügyfelek elérésére az optikai hordozót használó alkalmazások köre. A kérdés az, hogy mi a leggazdaságosabb módja a fényvezetőszál előfizetői hozzáférésben történő alkalmazásának. A fényvezetős alkalmazások nagy előnye az egyszerűség, amely az üvegszál hordozó előnyös tulajdonságaiból adódik. Nincs szükség bonyolult modulációs eljárásokra, elhanyagolhatóak a különböző zavartatási problémák, a fényvezető nyújtotta nagy sávszélesség nem tesz szükségessé adatkompressziót. A továbbiakban egy körképet szeretnénk nyújtani a jelenlegi helyzetről, és a közeli jövő lehetőségeiről.
2. Fényvezetős előfizetői rendszerek
Az átviteli rendszerek kulcseleme maga a fényvezető szál. A mindössze 125 mikron átmérőjű üvegszál 8…9 mikron átmérőjű, eltérő törésmutatójú magjában terjedő fényimpulzusok továbbítják az információt. Az impulzusok rendkívül alacsony csillapítással és minimális torzítással érkeznek a vétel helyére. A továbbítás során a fényvezetőre nem hatnak a külső zavarok, az egy kábelben futó szálak között nincsen semmilyen zavaró kölcsönhatás. Mindössze néhány mW fényteljesítmény szálba juttatásával többször tíz kilométeres távolság hidalható át. A hajszálnál vékonyabb fényvezetőket megfelelő védelemmel ellátva kábelként alkalmazzák. A robosztus nehéz rézkábelekhez képest a fényvezetős kábelek elenyésző tömegűek, és jellemző átmérőjük is csak 0,5…1,5 cm. Egy 1,5 cm átmérőjű kábelben akár 96 fényvezetőszál is elhelyezhető. Egy ilyen kábel tömege 60…80 kg/km, míg egy nálánál több nagyságrenddel alacsonyabb átviteli kapacitást biztosító 400 érpáras rézkábel kilometrikus tömege több mint egy tonna. A fent leírtakat illusztrálja a 2. ábra.
2. ábra – Fényvezetős és rézkábel
A rendszerek fényimpulzusait félvezető lézerek állítják elő és a detektálásukat is félvezető elemek végzik. Az egészen nagysebességű (>10 Gbit/s) vagy nagyon nagy távolságú több-hullámhosszas rendszerektől eltekintve a modulációs eljárás nagyon egyszerű. A fényimpulzus az optikai szálban megfelel egy bináris 1-esnek, az impulzusok közötti szünetek pedig 0-kat jelentenek.
A fenti mondatok arra kívántak rávilágítani, hogy milyen előnyös tulajdonságokkal bír egy fényvezető szál mondjuk egy rézkábelhez képest és, hogy maga jeltovábbítás elve is milyen egyszerű.
Korábban szó volt arról, hogy rézkábeles rendszerekkel szélessávú szolgáltatások néhány kilométerig nyújthatók, illetve 30…50 Mbit/s sávszélesség kiszolgálása csak néhány száz méterig lehetséges. Fényvezetők alkalmazásával a távolság nem jelent többé korlátozást: 20…60 km nagyságrendben lehet gondolkodni.
A fényvezetős hozzáférési hálózat kialakítása különböző topológiai kialakítású lehet. A topológia mellett fontos megkülönböztető szempont, hogy az elosztó hálózatban alkalmaznak‑e aktív elemet vagy nem. A továbbiakban tekintsük át az alapeseteket.
2.1. Pont-pont topológia
A központi helyszínen elhelyezett aktív berendezés és az előfizetői végpontok között közvetlen pont-pont kialakítású hálózat van kiépítve (3. ábra). Az elosztó hálózatban nincs aktív berendezés. A topológia jellemzője, hogy a központ oldalról nagyszámú fényvezetőt kell kiépíteni, a rendszer meglehetősen pazarlóan bánik az optikai szálakkal. A központi helyszínen nagy alapterületet foglalnak el a fényvezető kábelek végződtetésére szolgáló rendezők és az aktív berendezések. Minden előfizetőhöz önálló lézer fényforrással rendelkező interfész tartozik. Rendszertechnikailag ez a legegyszerűbb felépítés, hiszen egymástól független pont-pont összeköttetésekről van szó. Rendszerint egy előfizető elérése egy fényvezetővel történik. A fel- és le irányok szétválasztása hullámhossz osztásos módszert alkalmaznak. A továbbított protokoll szinte kizárólag a jól bevált Ethernet. A topológia alkalmazása kisebb, néhány ezres előfizető szám esetén megfelelő megoldás lehet.
3. ábra – Pont-pont topológia
2.2. Aktív pont-többpont topológia
A központi helyszínről csak néhány fényvezetőszál indul az ellátandó terület irányába. Az ellátandó terület közelében egy vagy több lépcsőben aktív berendezések vannak, tipikusan utcai kabinetekben elhelyezve. Ezekből az aktív elosztó pontokból vannak az egyes előfizetők kiszolgálva (4. ábra). Az ilyen hálózatok általában Ethernet alapúak, az aktív hálózati eszköz egy erre a célra optimalizált Ethernet kapcsoló. Az Ethernet switch, elektronikusan is feldolgozza az információt, és csak annak a felhasználónak továbbítja a tartalmat, aki a címzett. Ez növeli az üzemeltetési költségeket, ugyanakkor menedzselhetővé (jobb sávszélesség-kihasználás, hibakezelés) teszi a hálózatot, aminek az architektúrája így logikailag pont-pont – vagy esetleg gyűrű – jellegűvé válik. Az elektronikus átalakítás és a jelek újragenerálása miatt az áthidalható távolság nagyobb, mint a passzív esetben. Az aktív hálózatok szimmetrikusak, upstream és downstream irányban 100 Mbit/s érhető el. A rendszertechnika legnagyobb előnye, hogy a központi oldalon kevés berendezést, interfészt kell elhelyezni, az optikai rendezők kevés alapterületet foglalnak el. Ezáltal a központi berendezések költségei lényegesen alacsonyabbak az előző megoldáshoz képest. Hátrányként kell értékelni, hogy az elosztó hálózatban, jó környezetállósági tulajdonságokkal rendelkező aktív eszközöket kell használni. Tápellátásra is szükség van, szükség van a kabinetek átszellőztetésére, esetleg klímára is. Téli időszakban fűtést is igényelhetnek az eszközök. A személyes felügyelet nélküli üzemeltetés miatt nagyobb a szándékos vagy szándékolatlan rongálás veszélye. Mindazonáltal a megoldás egyszerű, és jól bevált.
2.3. Passzív pont-többpont topológia
A PON (Passive Optical Netwok) rendszerek olyan optikai összeköttetések, melynél egy központi helyen lévő interfész több előfizetői interfészt lát el. A hálózatban nincsenek elhelyezve aktív berendezések, a fény útjában csak passzív elemek találhatók. A csomópontokban passzív optikai osztókat (splitter) használnak, amelyekkel az eszköz osztásarányában szétosztják a központ oldalról érkező optikai teljesítményt az egyes végpontok számára. A hálózat felépítését mutatja a 5. ábra. A központ oldalon ebben a megoldásban is kevés berendezést kell elhelyezni, nincs szükség nagy optikai rendezőkre. Az elosztó hálózatban nincsenek tápellátást, hűtést, fűtést igénylő berendezések. Az optikai osztók mérete mindössze néhány centiméter, így könnyedén elhelyezhetők akár egy kötésszerelvényben is. A központ oldalon elhelyezett berendezés és a passzív osztási pontok között a fényvezetőszálat osztott közegnek kell tekinteni. Ez bonyolítja a berendezések felépítését, hiszen meg kell oldani a fel- és le irányú forgalmak szétválasztását, meg kell oldani az osztott közegen az egyes előfizetőktől érkező forgalmak ütközésmentes továbbítását. A rendszerek evolúciója folyamán a fenti problémák megoldására számos ötletet ültettek a gyakorlatba. Végül a felfelé és lefelé irányú forgalmak egyszerűen alkalmazható hullámhossz multiplexerekkel történő szétválasztása bizonyult a legjobb megoldásnak. Felfelé irányban az üzenetcsomagok ütközését elkerülendő a végponti berendezések üzemének összehangolása szükséges. Erre az időosztásos (TDMA – Time Division Multiple Access) módszer vált be. A módszer minden egyes előfizetőhöz dedikált időrést rendel. A központ oldalon elhelyezett berendezések biztosítják az időrések szinkronizációját, így a különböző végpontok forgalma nem ütközhet, minden egyes előfizetőhöz dedikált időrés van rendelve. Az időosztás lehet fix, vagy dinamikusan változtatható. A lefelé irányú forgalom műsorszórás jellegű, a végpontokon minden felhasználó láthatja az összes felhasználó jelét. A forgalom szeparálása csak titkosítással biztosítható. Hátránya a rendszernek a korlátozott sávszélesség (még dinamikusan változtatható időrés allokáció esetén is), ennek ellenére a gazdaságos hálózatkialakítás miatt ez a technológia széles körben elterjedt és GPON rendszer néven vált ismertté.
4. ábra – Aktív optikai hálózat
5. ábra – Passzív pont-többpont hálózat
2.4. Optikai hozzáférési struktúrák
Az architektúrát a központban és az előfizetőknél vagy azok közelében elhelyezett aktív eszközök pozíciója határozza meg. Ebben tekintetben megkülönböztetünk FTTH (Fiber-To-The-Home) és FTTN (Fiber-To-The-Neighborhood) hálózatokat. FTTH esetben a fényvezető egészen az otthonokig van kiépítve, míg FTTN esetben valahol az előfizetők közelében végződik, és innen az előfizetők réz hálózaton keresztül veszik igénybe a szolgáltatásokat. Az FTTN hálózatok több altípusra oszthatók annak függvényében, hogy az optikai végződtető pont hol helyezkedik el. Ezeket az eseteket szemlélteti a 6. ábra.
Az fényvezetős hozzáférési hálózatoknban a központ oldalon elhelyezett eszközt, az optikai vonalvégződést szokás OLT-nek (Optical Line Terminal) nevezni, míg az előfizetőnél vagy annak közelében elhelyezett aktív vonalvégződtető eszközöket ONT-nek (Optical Network Terminal) vagy ONU-nak –(Optical Network Unit) nevezik. ONU-ról akkor beszélünk, ha a végződtető egységből több előfizetőt szolgálnak ki és az előfizetőket valamilyen egyéb technológiával (például VDSL) érik el.
Fiber-To-The-Cabinet
Az FTTCab architektúrában az ONU-k a felhasználóktól néhány száz méterre elhelyezkedő kültéri szekrénybe telepítik, ahonnan a jelet – általában a már létező – réz érpáron juttatják el a felhasználókhoz.
Fiber-To-The-Curb
Hasonlóan az FTTCab-hoz FTTC esetén is kültéri szekrényben helyezik el az ONU-t, ami ebben az esetben a felhasználóhoz még közelebb, 100…250 méterre van. Innen – a már telepített – rézhálózat továbbítja a tartalmat a felhasználókhoz.
Az FTTCab és FTTC architektúrák közös előnye, hogy felhasználják a már meglévő réz elosztó hálózatot, és így alacsonyabb telepítési költséggel építhető ki a szolgáltatás. Ugyanakkor az átalakítás helyén az elektronikus berendezések jelenléte miatt távtáplálás szükséges.
Fiber-To-The-Building
FTTB esetén a PON egészen az előfizető épületéig, illetve a házáig ér. A nagyobb épületben, például egy irodaházban az ONU-n kívül esetleg még optikai osztók is elhelyezhetők. A rézhálózat az épület belső kábelezésére korlátozódik, ami növeli nyújtható szolgáltatás maximális átviteli sebességét, és csökkenti az üzemeltetési költségeket.
Fiber-To-The-Home
Az FTTH architektúra az előfizetőnél végződteti az optikai hozzáférési hálózatot ONT-k által. Ez az architektúra magas telepítési költségeket igényel, azonban minden szélessávú szolgáltatás nyújtását lehetővé teszi hosszútávon is.
6. ábra – Különböző hozzáférési hálózati struktúrák
(forrás: FTTx Triple-Play Technologies and Applicatoins, JDSU poster)
3. Korszerű PON rendszerek, előzmények
A passzív optikai rendszerek előfizetői hálózatban történő alkalmazásával már a ’90-es évek eleje óta foglalkoztak. Felismerve a szabványosítás jelentőségét és a távközlésben a nemzetközi szabványosítást végző ITU lassúságát, néhány berendezésgyártó és távközlési szolgáltató elhatározásából létrejött az FSAN (Full Service Access Network) nevű konzorcium (először G7 csoportnak nevezték magukat az alapítók számára utalva). Nem kevesebbet, mint azt tűzték ki célul maguk elé, hogy egy általánosan használható, az akkor ismert szolgáltatási igényeknek megfelelő, de további szolgáltatások befogadására és hordozására is egyszerűen alkalmassá tehető fényvezetős hozzáférési szabványt alkossanak. Az akkori idők nagy slágere volt az ATM, mely akkor úgy tűnk, hogy a jövő sziklaszilárd távközlési protokollja lesz. Természetes volt, hogy ATM alapokon indultak el az első fejlesztések.
Az ATM alapú PON rendszer alapjait leíró dokumentumok 1999-re készültek el. Az APON lehet szimmetrikus, illetve aszimmetrikus. Maximálisan 20 km hosszú távolság áthidalását teszi lehetővé. A lefelé irányú sebesség 155 vagy 622 Mbit/s sebességű lehet, míg az upstream felfelé irányuló sebesség 155 Mbit/s. Egyszálas átvitel esetén a két irányban különböző hullámhosszokat használnak: 1,31 és 1,55 mikrométeren hullámhossz osztással, vagy a térosztásos (Space Division Multiplexing – SDM) kétszálas esetben az adás 1,31 mikrométeres hullámhosszon történik. Egy OLT egyszerre 16 vagy 32 végpontot képes kezelni. A felfelé irány időosztásos rendszerben működik.
A szélessávú passzív optikai hálózat (Broadband PON – BPON) fogalma az APON általánosításának tekinthető, amely kiterjed számos szélessávú szolgáltatásra, mint például az Ethernet hozzáférés vagy szélessávú multimédia forgalom szétosztása. A BPON hálózatokat szintén az FSAN csoport dolgozta ki és az ITU-T szabványosította (G.983.x ajánlás sorozat). A BPON szabvány szerint az átvitel során már használhatja az ATM PON kidolgozása során elért eredményeket, és a dinamikus sávszélesség kiosztás (DBA) technikát. A BPON rendszerek megbízhatóságának növelése érdekében redundáns hálózati kiépítéssel 1+1, illetve 1:1 védelem alakítható az OLT és az ONU-k között.
Az FSAN csoport kezdeményezésére szabványosította az ITU-T a gigabites átviteli sebességre képes passzív optikai hálózatokat (GPON Gigabit capable Passive Optical Network) a G.984.x sorozatú ajánlásokban. GPON nemcsak nagy átviteli sebességet biztosít, hanem lehetővé teszi a szolgáltatások (pl. adat, hang) megkülönböztetését is. Támogatja az Ethernet az ATM, valamint a TDM alapú átvitelt maximálisan 60 km távolságig. Az átviteli sebesség lehet szimmetrikus vagy aszimmetrikus, a lehetséges átviteli sebességek: 622 Mbit/s, 1,25 Gbit/s és a 2,5 Gbit/s. A rendszer a létesítéshez a fenntartás támogatásához széles körű menedzsment funkciókat biztosít. A gyakorlatban az a megvalósítás terjedt el, amikor lefelé irányban 2,5 Gbit/s-os, felfelé 1,25 Gbit/s-osbitsebességet használnak. A rendszer elvi felépítését mutatja a következő ábra.
A GPON rendszer működése
A GPON rendszerben a központi helyen elhelyezett OLT és a távoli előfizetők közelében elhelyezett egy-egy előfizetőt kiszolgáló ONT-k vagy több előfizető kiszolgálására alkalmas ONU-k között a hálózatban, az optikai útvonalban csak passzív optikai elemek vannak elhelyezve. Ezek a passzív elemek az osztók (splitter), amelyek osztásarányuknak megfelelően szétosztják az OLT-bőlérkező fényjeleket az egyes végpontok között. Ebből következően a lefelé irányuló kommunikáció üzenetszórás jellegű. Minden végpont minden üzenetet megkap, de csak a neki szóló üzenetet dolgozza föl és továbbítja az előfizető felé (8. ábra).
7. ábra – A GPON rendszer elvi felépítése
8. ábra – GPON rendszerben történő lefelé irányú kerettovábbítás
9. ábra – GPON rendszerben történő felfelé irányú kerettovábbítás nem megfelelő időzítés esetén
Visszafelé irányban az ONT/ONU-k-ból érkező jeleket összegzik, és továbbítják az OLT irányába. Ebben a tekintetben a fényvezető szál osztott közegként viselkedik. Az üzenetek ütközését elkerülendő a végponti berendezések üzemének összehangolása szükséges. Ez időosztásos többszörös hozzáféréssel történik. A hibás működés esetén fellépő ütközést szemlélteti a 9. ábra.
A fel és a le irányok szétválasztása hullámhossz osztásos módszert alkalmaznak. Az ITU-T a következő táblázatban található hullámhossz allokációt javasolja.
| Hullámhossz tartomány | Névleges értékek | Javasolt felhasználás |
| 1310 nm-es tartomány | 1260 – 1360 nm | Felfelé irány (Upstream) |
| Átmeneti tartomány | 1360 – 1480 nm | Jövőbeni felhasználásra fenntartva; Védősáv |
| Alapsáv | 1480 – 1500 nm | Lefelé (Downstream) |
| Kiemelt sáv, Opció 1. | 1539 – 1565 nm | További digitális szolgáltatások |
| Kiemelt sáv, Opció 2. | 1550 – 1560 nm | Videójel szétosztás |
| L sáv | 1560 – 1600 nm | Jövőbeni felhasználásra fenntartva |
A fenti táblázatból amellett, hogy látjuk azt, hogy a lefelé irányú kommunikáció 1310 nm-en, a felfelé irányú kommunikáció 1490 nm-en történik, az is látszik, hogy további fejlesztések számára vannak fenntartott hullámhossz tartományok és 1550 nm-en lehetőség van analóg videójel szétosztásra is. Ez utóbbi módja az, hogy az OLT kimenete után elhelyezett hullámhossz csatolóval a GPON jelfolyamhoz hozzáillesztik a TV jeleket. Ez a jelfolyam együtt utazik a GPON jelekkel az elosztó hálózaton, majd az ONT-kben optikai szűrővel leválasztják a GPON jelről a TV jeleket hordozó 1550 nm-es hullámhosszt, visszaalakítják elektromos tartományba, erősítik és megjelenik az ONT koax csatlakozóján. Meg kell jegyezni, hogy bár a módszer használata kézenfekvő, és az OLT mellett elhelyezett hullámhossz csatoló, valamint az ONT-kben megvalósított RF áramkörök alig jelentenek többlet költséget, a gyakorlatban mégsem terjedt el. Ennek legfontosabb oka, hogy a TV jelek IP protokollon történő továbbítására (IPTV) a megfelelő kódolás és a jelszétosztásra a hatékony multicast megoldás rendelkezésre áll. Így az éppen nézni kíván SD vagy HD csatornák eljuttatása az végpontokra nem jelent problémát. Ráadásul az IPTV jelek feldolgozását végző úgynevezett set-top-boxok olyan kényelmi szolgáltatásokat nyújtanak, mint az elektronikus műsorújság, a rögzítési funkció, az elő műsorok megállíthatósága stb.
Az OLT-ből az ONT/ONU-k felé az információ továbbítás úgynevezett keretekbe szervezetten történik. Ez a TC (Transmission Convergence) réteg felel meg az adatkapcsolati rétegnek az OSI modellben. Ezek a keretek adott hosszúságú bájtok sorozatából állnak. A keretben a bájtok száma 38880, és egy keret 125 mikroszekundumig tart. A keretalapú jeltovábbítás jó sávszélesség kihasználást, alacsony késleltetést, transzparens adattovábbítást eredményez. A keretek felépítésük tekintetében két fő részre oszthatók. Van egy kisebb, fejrésznek nevezett tartomány és egy nagyobb egység, az úgynevezett rakomány vagy idegen szóval payload. A fejrészben kerülnek továbbításra a rendszer működtetéséhez, vezérléséhez szükséges információk. A fejrész információknak az épsége a rendszer működése szempontjából alapvető fontosságú. E miatt néhány információ a fejrészen belül duplikáltan kerül továbbításra és speciális hibajavító kódolást is alkalmaznak. A rakomány rész szállítja a hasznos információkat. Opcionálisan ez a rész is ellátható hibajavító kódolással, ezt nevezik FEC-nek (Forward Error Correction). A rakomány részen az OLT-be a hálózat felsőbb részéről érkező információk keretekbe illesztésére az úgynevezett GEM (Gigabit Encapsulation Method) enkapszulációt alkalmazzák. A GEM szolgál a hagyományos TDM jelek és az Ethernet keretek továbbítására, míg az ATM jelek natív módon kerülnek továbbításra. A GPON rendszer a GEM segítségével tetszőleges protokollok továbbítására alkalmassá tehető. Ez a lehetőség biztosítja a rendszer jövőállóságát. A mai gyakorlat szerint TDM és ATM jelek továbbítására nem nagyon van szükség, hiszen a klasszikusnak tekinthető 3play szolgáltatások jeleit (VoIP, internet, IPTV) az internet protokoll hordozza, amely IP csomagok Ethernet keretekben utaznak. A payload területen az egyes végpontok számára továbbított rakomány részek egy további 5 bájtos fejrésszel vannak ellátva. Az 5 bájtos fejrész tartalmazza azt az azonosítót, amely azt jelöli, hogy a rakomány mely ONT/ONU számára szól. Biztonsági okokból a műsorszórás jelleg miatt a lefelé irányú forgalmat titkosítják. Így az egyes végpontok csak a nekik küldött információkat tudják értelmezni. A titkosításhoz a 128 bites AES módszert használják. E titkosítási eljárásra egyelőre nincs ismert feltörési algoritmus. Az adat titkosítás biztonságát növeli az is, hogy a titkosításhoz alkalmazott kulcsot meglehetősen gyakran, mintegy 5 percenként cseréli a rendszer.
Az ONT/ONU-kból felfelé irányban küldött forgalom szintén keretszervezésű. A legfontosabb feladat a forgalom szervezéssel kapcsolatban az időszelet kiosztás meghatározása. Nem megfelelő működés esetén az egyes végpontok keretei a közös szakaszon ütköznek egymással, amely ellehetetleníti a rendszer működését. Az időszelet kiosztás meghatározására szolgál az OLT-kben alkalmazott ranging mechanizmus. Az OLT a mechanizmus segítségével megméri az egyes végpontok távolságát. A rendszerben az információ a fényvezetőszálon ismert és állandó sebességgel (fénysebességgel) továbbítódik. Így a távolságmérés időmérésre visszavezethető. Időmérés a rendszerben nagy pontossággal megoldható. Az OLT tehát tudja, hogy az egyes ONT-k milyen időtávolságra vannak. Tud készíteni egy időzítés kiosztást, hogy mely végpont milyen időintervallumokban küldhet információkat, hogy az ütközés a közös szakaszon elkerülhető legyen. Az időzítés információk a lefelé irányú keretek fejrészébe ágyazva eljutnak minden ONT-hez. Minden ONT csak a neki kiosztott időintervallumban indíthat adást. A rendszerbe újonnan bejelentkező ONT-k addig nem szólalhatnak meg, míg az OLT által periódikusan végzett bejelentkeztetési procedúra fel nem fedezi őket, és ranging mechanizmus által nem kapnak időszeletet a kommunikációra. Normál működés esetén a rendszerben nem lép fel ütközés. A nem megfelelő időszeletben kommunikáló ONT-ket az OLT azonosítja és hibásan működő ONT-t az optikai adó távolról történő tiltásával kizárja a rendszerből.
A felfelé irány sávszélességén akár 128 ONT is osztozhat. A hatékony és „igazságos” sávszélesség kiosztásról egy dinamikus sávszélesség allokáló algoritmus gondoskodik (DBA – Dinamic Bandwidth Allocation). A DBA kétféle képen képes működni. Az egyik módszer szerint az OLT figyeli az egyes ONT-k felfelé irányú forgalmát. Ha úgy találja, hogy az adott ONT folyamatosan kihasználja a neki biztosított sávszélességet, akkor fokozatosan több és több sávszélességet (hosszabb időszeletet) oszt a nagy forgalmú végpont számára. Ha a végpont csak kevés információt küld, akkor folyamatosan csökkenti a rá kiosztott sávszélességet. A másik módszer szerint az ONT-k a felfelé irányú keret fejrészében egy státusz riportot küldenek az egyes portjaikon fellépő esetleges torlódásról. A DBA a riportok alapján állítja be az egyes végpontok számára a megfelelő sávszélességet. A fix sávszélességet igénylő forgalmak – mint pl. a menedzselési információk, VoIP (Voice over IP)– nem vesznek rész a dinamikus sávszélesség kiosztásban. Összefoglalva, a DBA eljárás néhány milliszekundum alatt képes a szükséges mértékben beavatkozni a rendszer sávszélesség kiosztásába. Ennek eredményként – különösen az internetezésre fordított sávszélességgel – kitűnően lehet gazdálkodni. Hiszen e-mail küldéshez, internet böngészéshez minimális felfelé irányú sávszélesség elegendő. Ugyanakkor egy videó tartalom, vagy egy-egy nagyobb fájl feltöltésekor észrevehetetlenül rövid idő alatt rendelkezésre áll az adott előfizető csomagjának megfelelő nagyságú sávszélesség.
Az egyes IP csomagok hang (VoIP), videó vagy internet adatokat hordoznak. A csomagtovábbítás szempontjából megkülönböztetetten kell kezelni a hang és videójel továbbítást. A hangtovábbításnál fontos, hogy az IP csomagok a lehető legalacsonyabb késleltetéssel és kis késleltetés ingadozással érjenek célba. Ennek a jó minőségű beszédátvitel miatt van jelentősége. A videójelekátvitelénél a késleltetés kevésbé kritikus, a késleltetés ingadozás annál inkább. A csomagvesztési rátát is a lehető legalacsonyabb szinten kell tartani. Ez utóbbi követelmény könnyedén tartható a GPON rendszerben, csomagvesztéssel gyakorlatilag nem kell számolni. Nagy csomagkésleltetés ingadozás a megjelenített TV kép minőségét negatívan befolyásolja: pillanatnyi zajbeütéseket és a kép kockásodást idézhet elő. Az internet forgalom minősége nem érzékeny a fent említett késletetés problémákra. A késleltetés és késleltetés ingadozás követelményeket egy speciális QoS (Qality of Service) szolgáltatás hivatott kezelni a GPON rendszerben. Felfelé irányban az egyes forgalmak úgynevezett T-CONT-okba (Transmission Container) vannak besorolva. Az T-CONT-okkülönböző tulajdonságokkal bírnak a késleltetés, késletetés ingadozás szempontjából és különböző mértékben vesznek rész a DBA működésében.
Központ oldali GPON berendezések
Az OLT berendezések tipikusan épületen belül a szolgáltatók távközlési célokra kialakított helyiségeiben vannak elhelyezve. Gyakran ezek az objektumok szolgálnak, vagy szolgáltak a közelmúltig a telefonközpontok elhelyezésére. Ezért is emlegetjük gyakran úgy őket, mint központ oldali eszközök. A kapcsolatot a hálózat más részeivel az OLT-k általában egy vagy két 10 Giga Ethernet interfészen keresztül tartják. Természetesen ezek optikai interfészek, amelyek az IP gerinchálózat egy útvonalválasztójára (router) csatlakoznak. Vannak kisebb és nagyobb kapacitású eszközök. A jelenleg alkalmazott legnagyobb OLT berendezések 128 PON porttal rendelkeznek. Egy-egy port 128 ONT képes ellátni. Ezt azt jelenti, hogy a berendezés 128×128=16 384 előfizető bekapcsolását tenné lehetővé. Azért a feltételes mód, mert a bekapcsolások erősen függenek a területi adottságokról, és csak meglehetős bizonytalansággal számítható ki egy-egy lefedett területen a szolgáltatást igénybe venni szándékozók száma.
A berendezések kártyás felépítésűek. Ez azt jelenti, hogy egy kezdeti kis kiépítettség egyszerűen és gyorsan bővíthető szükség esetén. A fent említett kapacitású OLT-ből egy szokásos 300×600 mm alapterületű, 2200 mm magas építőszekrénybe („keretbe”) kettő helyezhető el. Ez igencsak jó alapterület kihasználásnak számít. A Huawei nevű gyártó OLT berendezését mutatja a 10. ábra.
Az OLT-k által ellátott terület nagyjából egy 10-12 km átmérőjű körrel jellemezhető. Ugyan az elméleti legnagyobb áthidalható távolság 60 km a GPON rendszerben, de ezt a távolságot a jelenleg alkalmazott optikai interfészekkel nem lehet biztosítani (figyelembe véve a jelenleg alkalmazott optikai osztási arányokat). Ekkora távolság eléréséhez már külső aktív eszközökre, optikai erősítőkre, vagy regenerátorokra van szükség. Ezek gyakorlati alkalmazása egyelőre nem jellemző. Meg kell említeni azt a korlátot is, hogy az egyes végpontok között nem lehet nagyobb 20 km távolságkülönbség. Ennek magyarázata a felfelé irányban alkalmazott időosztásos technológiában keresendő. 20 km-nél nagyobb távolság különbség akkora késleltetés különbséget okozna a hálózatban, amely már nem tenné lehetővé az ütközésmentes időszelet kiosztást.
10. ábra – Huawei gyártmányú OLT berendezés
Előfizetői eszközök
FTTH alkalmazások esetén az előfizetőknél ONT-ket helyezünk el. Az ONT az a vonallezáró eszköz, amely a megfelelő interfészt/interfészeket biztosítja az otthoni felhasználás számára. Az eszközök fizikai méret tekintetében egy vagy két tenyérben elférő nagyságúak, függően gyártmánytól és az interfészek számától (11. ábra).
Az otthoni szolgáltatások nyújtására kétfajta „dobozkoncepciót” különböztethetünk meg. Képzeljünk el egy szolgáltatót amely 3play szolgáltatást nyújt egy előfizetőnek. Lehetősége van egy olyan integrált ONT alkalmazására, amely több Ethernet portot is tartalmaz. Ha az ONT képes úgynevezett routed üzemmódú működésre, ami azt jelenti, hogy bármelyik portján bármelyik szolgáltatás igénybe vehető, akkor mondjuk két portján lehet igénybe venni egy-egy set-top-boxszon keresztül IPTV szolgáltatást, a másik két Ethernet port igénybe vehető egy-egy számítógép csatlakozására, internetezésre. A VoIP szolgáltatáshoz az ONT rendelkezik egy vagy két hagyományos telefonkészülék csatlakoztatására alkalmas aljzattal. Képzeletbeli ONT-nk rendelkezhet még vezeték nélküli (WLAN, WiFi) lehetőséggel is, így további számítógépek is kapcsolódhatnak a kialakult kis helyi hálózathoz. Az ONT-n található USB port alkalmas lehet egy hálózati tároló eszköz csatlakoztatására, vagy működhet például printer szerverként is.
11. ábra – Különböző méretű és szolgáltatásúONT-k
A fenti esetben sok funkció található meg egyben egy ONT-be integrálva. Talán az előfizető szempontjából egy kényelmesebb megoldás, hiszen egy dobozt kell otthon elhelyeznie, egy doboznak van szüksége tápellátásra stb. A másik esetben csak egy nagyon egyszerű, az előzőnél lényegesen kisebb méretű egyetlen Ethernet portot tartalmazó ONT-t telepítünk az ügyfélhez, és az előző példában említett funkciókat egy úgynevezett home gateway (HGW) eszközzel (második doboz) biztosítjuk. Ez esetleg kevésbé szimpatikus megoldás az előfizető szempontjából, bár a változás például a kábelezés terén nem drámai. Ez a második megoldás gyakran előnyösebb lehet szolgáltatói szemszögből nézve. Az egyszerű ONT árban sokkal kedvezőbb az integrált megoldásnál, és a GPON hálózatban sokkal ritkábban következnek be változások, upgradek, mint a többféle szolgáltatási interfészt biztosító HGW esetében. Ez azt is jelentheti, hogy egy-egy egyszerű ONT a HGW-k több generációját is kiszolgálhatja, úgy magában a GPON rendszerben nagyobb változások történnének.
Európában nem jellemző, hogy ONT-ket kültérben, pl. épület falán helyeznének el. A amerikai földrészen gyakori látvány, hogy a gáz és villanyóra mellett az épületeken kívül helyezik el az optikai vonallezárásokat.
Az ONU-k olyan optikai lezárások, amelyeket tipikusan utcai kabinetekben, épületek alagsorában helyeznek el. Ezek az úgynevezett FTTC(ab), FTTC(urb) FTTB, megoldások. Egy-egy ONU-val több előfizető elérését oldják meg olyan módon, hogy az ONU és az előfizetőhöz a szolgáltatást a meglévő hagyományos rézérpárakon juttatják el. A legfeljebb néhány száz méteres távolságokon VDSL technológiával 50…100 Mbit/s sebesség biztosítható. FTTB megoldásoknál, ahol az előfizetőkig a távolság legfeljebb 100 méter, lehetséges, hogy új, rézalapú Ethernet hálózatot építenek ki. Ilyen esetekben gyakran a telefon szolgáltatáshoz önálló interfészeket alakítanak ki az ONU-kon, és azok jeleit önálló érpárakon továbbítják az előfizetőkhöz. Egy ilyen kialakítású ONU látható a 12. ábrán. Tipikusan egy-egy ONU-ból 8–48 előfizetőnek nyújtható szolgáltatás. Az ONU-s megoldások kétségtelen előnye, hogy meglévő rézvezetékkel ellátott környezetben olcsóbban és egyszerűbben lehet a szolgáltatást kiépíteni. Ugyanakkor hátrányos, hogy az ONU-k elhelyezéséhez kabinetek, szekrények telepítésére van szükség, az ott lehelyezett berendezéseknek tápellátást kell biztosítani. A félig-meddig kültérinek számító berendezéseknek nagyobb hőmérséklet határok között kell tudni üzemelni, vagy klímát kell alkalmazni. Ez emeli a berendezések árait. Az előfizetőknél ugyanúgy szükség van VDSL modemek telepítésére, mint ha „normál” DSL technológiával nyújtott szolgáltatást vennének igénybe. Ráadásul a rendkívül megbízható és zavarérzéketlen fényvezetős összeköttetés utolsó szakasza érzékennyé válik a környezeti zajokra, áthallásokra, rontva a vállalható használhatósági paramétereket.
4. Az elosztó hálózat
A fényvezetős elosztó hálózat (ODN – Optical Distribution Network) megtervezése nagy körültekintést, tapasztalatot, hozzáértést igénylő feladat. Ez nem csak azért van így, mert az ODN az előfizetői hálózat messze legnagyobb költséggel megvalósítható eleme, hanem azért is, mert az elosztó hálózat hosszú évtizedekre meghatározza az adott terület infó-kommunikációs szolgáltatásokkal történő ellátottságát, aktív berendezések több generációját szolgálhatja ki.
12. ábra – GPON ONU Fast Ethernet és POTS interfészekkel
Az előfizetői hálózatok tervezése során számos összefüggő, de ellentétes hatású feltételrendszer szerint kell a megfelelő hálózati tervet kiválasztani. A komplex tervezési feladat megoldása általában a követelmények elemzése után, fokozatos közelítéssel történik, vagyis a legfontosabbnak tartott feltételek figyelembevételével kiválasztásra kerül néhány megoldási javaslat, majd a kiegészítő feltételek alapján fokozatosan javul a megoldás minősége. A PON hálózatok tervezésénél az első lépést a nyomvonali tervezés jelenti, majd a nyomvonalak meghatározása után következik a forgalmi tervezés, illetve a megtervezett hálózat kiértékelése.
A nyomvonal tervezés során figyelembe kell venni a meglévő adottságokat, például a meglévő és felhasználható alépítményeket. A forgalmi méretezést várható előfizetőszám és annak jövőbeni változásainak becslésével kell végezni. Az adott területen alkalmazható technológiát (pl. földalatti vagy földfeletti hálózat) a településszerkezet, a beépítettség határozza meg. Az optikai kábelek szükséges szálszámait megfelelő tartalékok, esetleg hatósági előírások (hálózat megosztási kötelezettség) figyelembevételével kell tervezni.
A passzív optikai osztókat alapvetően kétfajta módon építik be a hálózatba. Az egyik lehetőség szerint hegesztett kötéseket alkalmaznak a splitterek bekötésére és a splittereket a kötésszerelvényekben helyezik el (13. ábra). Optikai csatlakozó csak a hálózat belépési pontján az OLT mellett elhelyezett optikai rendezőn és az előfizetői végponton található. Az így felépített hálózat nagyon stabil, alacsony csillapítású, megbízható, viszonylag alacsony költséggel építhető. Ennek ára hálózat teljes rugalmatlansága, bármilyen átalakítás technikailag nehézkesen és költségesen valósítható meg. Az ilyen felépítésű hálózatban a legnehezebb a keletkezett hálózati hibák megtalálására, izolálása.
13. ábra – Splitterek elhelyezésére is alkalmas kötésszerelvény
A másik koncepció szerint az optikai osztók csatlakozóval szerelve kerülnek a hálózatba. Ez megoldás nagyfokú rugalmasságot biztosít, és egyszerű hibakeresést tesz lehetővé. A splittereket így utcai kabinetekben, vagy esetleg nagyméretű kötésszerelvényekben lehet elhelyezni (14. ábra). Ezek az elemek és maguk az fényvezetős csatlakozók növelik a költségeket, némileg magasabb lesz a hálózat csillapítása, gyengébb lesz a hálózat használhatósági mutatója, hiszen csatlakozók megbízhatatlanabbak, mint a hegesztett kötések.
14. ábra – Splitterek elhelyezésére kabinetben, optikai csatlakozókkal
Gyakran alkalmaznak olyan hibrid megoldásokat, hogy a második osztási szint optikai csatlakozós megoldású. Léges hálózat esetén az előfizetői leágazási pont lehet csatlakozós megoldású. Így megfelelő előkészítettség esetén, egy felmerülő igényre történő bekapcsolás gyorsan és egyszerűen realizálható.
FTTH kialakítás esetén meglehetősen kritikus a házhálózat kialakítása. Leggyakrabban meglévő épületekben kell az épület adottságainak megfelelő építési technológiákat megtalálni. Az utóbbi években számtalan ötletes megoldást dolgoztak ki a gyártók a nehézségek leküzdésére, hogy épületen belüli munkavégzés a költséghatékonyan, esztétikusan, az épület használóinak legkisebb zavarásával kivitelezhető legyen. Többszintes épületekben a felszálló vezetékekről történő gyors, kis helyigényű lecsatlakozás lehetősége az egyik probléma. Gyakran használnak olyan megoldásokat, hogy a nagy szálszámú felszálló kábel meglékelése után a kábelben lazán elhelyezkedő fényvezetőket a kábelből óvatosan visszahúzva egy előre kiépített védőcsőben juttatják be azokat a lakásokba. Ekkor nem is kell kötést létesíteni a becsatlakozáshoz. Ha a becsatlakozáshoz kötést kell készíteni, akkor előszeretettel alkalmaznak mechanikus kötőelemeket a hegesztett kötés helyett. A mechanikus kötés, bár némileg nagyobb csillapítást okoz, de kivitelezése gyorsabb lehet, és nincs szükség drága hegesztőgép használatára.
Légkábeles bekötésekhez fejlesztettek olyan mindössze néhány négyzetmilliméter keresztmetszetű leágazó vezetékeket, amelyek rendkívül erősek, önhordóak, kellően merevek ahhoz, hogy az épület csatlakozásánál toldás nélkül, egy előre kiépített védőcsőbe betolhatók (15. ábra). A vezeték végére egyszerű eszközökkel optikai csatlakozó szerelhető.
Az utóbbi idők épületen belüli kábelezési megoldásihoz fejlesztett hajlításérzéketlen fényvezető szálak egészen kis hajlítási sugarat engednek meg. Az 5…8 mm-es hajlítási sugár a fényvezetős leágazó vezetékek olyan egyszerű kezelését teszi lehetővé, mintha azok közönséges rézvezetékek lennének.
Több gyártó biztosít olyan technológiai megoldást, amikor a hálózat kiépítésekor csak üres védőcsöveket telepítenek. Majd igény jelentkezésekor sűrített levegő befújásával juttatják be a fényvezető szálakat a védőcsövekbe. A néhány milliméter átmérőjű csőhálózat alacsony költségekkel kivitelezhető. A drágább fényvezetők bejutatására csak akkor kerül sor, amikor arra valóban szükség van.
5. Továbbfejlesztési lehetőségek
Az eddigi trendekből is világosan látszik, hogy az előfizető hálózatok fejlődése nem fog megállni, a sávszélesség igények folyamatos emelkedni fognak. Napjainkban ennek fő hajtóereje a nagy sávszélességet igénylő videójelek továbbítása. A HD TV mellett ma már bontogatja szárnyit a 3D televíziózás is a maga HD TV-nél is magasabb sávszélesség igényével. Napjainkban növekvő tendenciát mutat a videó tartalmak feltöltési igénye. Ez egyre inkább nagyobb sávszélesség igényeket támaszt feltöltési irányban is.
15. ábra – Önhordó előfizetői csatlakozó kábel (Corning)
5.1. 10 Gigabites PON rendszer
A PON hálózatok tekintetében két fő fejlesztési irányvonal alakult ki az elmúlt években. Az egyik teljesen alkalmazkodik a meglévő infrastruktúrához. A megépített hálózat (legköltségesebb elem!) érintetlenül hagyásával biztosít növekedést. Ez a megoldás a már nagymértékben szabványosított 10 Gigabites GPON rendszer. A szakirodalomban használ XG-PON elnevezésben az „X” a római tízes számra utal. A rendszer első szabványosított változata az XG-PON1, 10 Gbit/s-os letöltési sebességet és 2,5 Gbit/s-os feltöltési lehetőséget biztosít. A jelenlegi GPON technológiában alkalmazott 1:64 vagy 1:128-as osztási arány az XG-PON rendszerben akár 1:1024 arányra is növelhető. Ezzel a nagy kapacitással a rendszer igazi NGA (Next Generation Access network) technológiának számít. A szabványosítás során alapvető szempont volt a jelenlegi GPON rendszerrel való teljes kompatibilitás megőrzése. Az XG-PON rendszer nem ugyanazt a hullámhossz párt használja, mint a GPON rendszer, így azzal azonos optikai infrastruktúrán, azzal párhuzamosan is használható. Az XG-PON1 elődjéhez hasonlóan időosztásos multiplexelést használ, azonban növelni kellett az adó teljesítményét, a vevők érzékenységét. Emellett az ONT-nél biztosítani kellett az idegen hullámhosszak szűrését is.
A fejlesztési, szabványosítási fázisban lévő XG-PON2 rendszer szimmetrikus 10 Gbit/s sebességet fog biztosítani, de a jelenlegi GPON architektúrával nem kompatibilis.
5.2. WDM rendszer
A következő generációs optikai hozzáférési rendszerek másik nagy vonulata a hullámhossz osztásos (WDM) technológiára épül. Ez az egyre inkább versenyképes architektúra szakít a TDM megoldással és lehetőséget nyújt a fényvezető szál több THz-s sávszélességének kihasználására. A WDM megoldás használatakor az optikai elosztó hálózat már nem maradhat érintetlen. A splitterekethullámhossz szelektív, de továbbra is passzív optikai építőelemekre, szűrőkre, multiplexerekre, demultiplexerekre kell cserélni. Minden előfizető egy-egy önálló hullámhossz párt használ a rendszerben és így, ha virtuálisan is, de önálló pont-pont kapcsolat jön létre az OLT, és az ONT között (16. ábra). A TDM multiplexálás elmaradása, a forgalom szempontjából osztott közeghasználat megszűnése, a jelenleg alkalmazottnál egyszerűbb áramköri megoldásokat eredményez. A rendszer kulcskérdése a végponti rendszerekben a WDM hullámhossz-osztásának megfelelő pontos és stabil hullámhosszak előállítása. Léteznek, és nem túl költségesen előállíthatók a WDM rendszerekben a precíz hullámhosszakat előállító adóelemek. Azonban egy több százezer előfizetőt számláló rendszerben nagyon nehéz lenne naprakészen nyilvántartani, hogy az egyes végpontokon milyen hullámhosszúságú eszközök vannak elhelyezve, nem is beszélve karbantartás, eszközcserék által okozott bonyodalmakról. Másik lehetőség lehetne, hogy a ma már szintén rendelkezésre álló hangolható lézerek alkalmazásával felépíteni a hálózatot. Az ilyen lézerek rendkívül magas árai miatt ez a megoldás szóba sem kerülhet.
16. ábra – WDM PON rendszer
Szerencsére vannak olyan műszaki lehetőségek, amelyek a fentieken kívül megfelelő műszaki megoldást és elfogadható költséggel együtt tudják biztosítani. A rendszerben alapvetően csak szélessávú, a működési spektrumot teljesen lefedő fényforrásokat használnak. A fényforrások jeleiből az elosztó hálózatban elhelyezett szűrők csak egy keskeny spektrum részt engednek tovább a végponti lézeradók irányába. A lézeradók érzékelik ezt a spektrumszeletet és képesek automatikusan erre a hullámhosszra beállni, csúnya szóval rálockolni. Ezen a hullámhosszon azután az egyszerű intenzitás modulációval továbbítják az információkat a távoli végpont felé. A rendszerben a jeltovábbítás egy fényvezetőszálon történik, az adásra és a vételre külön sávok vannak kijelölve. A hálózatban elhelyezett szűrők AWG (Arrayed Waveguide Grating) technológiával készülnek. Az AWG olyan hullámhossz-szelektív optikai eszköz, amelyen a keresztülhaladó fénynyalábok csatolásba kerülnek egymással és olyan interferencia lép fel, hogy az egyes hullámhosszaknak pont a kimeneteknél lesz maximuma. Tehát funkciójukat tekintve egy multiplexernek, vagy demultiplexernek feleltethetőek meg. A leírt eljárást alkalmazva már több gyártó is jelen van a piacon. Access technológiákban élenjáró Dél-Koreában ezzel a WDM módszerrel már kiterjedt hálózatokat építettek és üzemeltetnek sikerrel.
Összefoglalás
A hozzáférési hálózatokban ma is használatos rézvezetékes, koax kábeles megoldások jelentős korlátokkal rendelkeznek. Hosszú távon nem lesznek képesek növekvő sávszélesség igényeknek megfelelni. Az állandóan megújulni képes mobil megoldások méltán népszerűek napjainkban. A 4G-s LTE hálózatok nagy sávszélesség biztosításukkal továbbra is versenyképes megoldással fognak szolgálni a szélessávú hozzáférésben. Az optikai hálózati megoldások közül méltán népszerű és elterjedt, a kiforrott, megbízható GPON rendszer. Az optikai rendszerek legújabb generációit a XG-PON rendszerek, és a már alkalmazásban lévő WDM PON rendszerek jelentik.
A szerző a Magyar Telekom Fejlesztési igazgatóságán dolgozik. Fő tématerülete az fényvezetős hozzáférési hálózatokkal kapcsolatos technológiák és méréstechnikai eljárások fejlesztése.
