شبکه نوری پسیو (PON)

معرفی PON (Passive Optical Network)

شبکه هایی که از عناصر Passive استفاده میکنند از ظرفیت بالا، هزینه بهره برداری و نگهداری بسیار پایین و انعطاف پذیری بسیار بالا برخوردار هستند. اضافه کردن عناصر Active برای شبکه های مخابراتی و کامپیوتری نه تنها باعث افزایش هزینه های استقرار شبکه می گردد بلکه بهره برداری و نگهداری از این نوع شبکه ها، نیاز‌مند مدیریت و تمرکز آن توسط نرم افزار و سخت افزار هایی در همان سطح است. معماری PON این هزینه های غیرضروری را کاهش داده و در نتیجه استفاده از PON مزایای بسیاری در هنگام طراحی، نصب، راه اندازی، توسعه، تعمیر و نگهداری به همراه دارد .

شبکه نوری غیرفعال یا PON یک شبکه ی مخابراتی است که ارتباط را از یک نقطه به نام OLT به چندین نقطه به نام ONU برقرار می کند. این ارتباط در بستر فیبر نوری انجام می شود که در آن نسبت به معماری های ارتباطی P2P تعداد فیبر کم تر و تجهیزات مرکزی کم تری به کار گرفته خواهد شد. در PON ساختار شبکه ‎Point to Multipoint‏ (PMP) می باشد.

در ﺷﺒﻜﻪ نوری، ﺟﻬﺖ ﺑﺮﻗﺮاری ارﺗﺒﺎط ﺑﻴﻦ دﻓﺘﺮ ﻣﺮکزی ﺑﺎ ﻣﺸﺘﺮکین از ﻓﻴﺒﺮ ‫نوری اﺳﺘﻔﺎدﻩ ﻣﯽ گردد که ﺑﺮای دﺳﺘﺮﺳﯽ ﻣﺸﺘﺮکین ﺑﻪ اﻃﻼﻋﺎت و دادﻩ ها ﺑﺎید ﻓﻴﺒﺮ نوری ‫را ﺗﺎ خانه یا اداره ادامه داد. ﺑﺎ این حال این ﺑﺎ ﺻﺮﻓﻪ ﺗﺮین راﻩﺣﻞ نمی باشد ﭼﺮا که ﺑﺮ ﺣﺴﺐ‫ ﭘﻴﭽﻴﺪﮔﯽ و ﻇﺮﻓﻴﺖ ﭘﺮدازش اﻃﻼﻋﺎت ﻣﺸﺘﺮکین، ﻓﻴﺒﺮ اختصاصی ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ نوﻋﯽ زیاده ‫روی ﺑﺎﺷﺪ. یک راﻩ ﺣﻞ ﻣﻌﻘﻮل ﺗﺮ، اﺷﺘﺮاك ﻇﺮﻓﻴﺖ ﺑﺎﻻی ﻓﻴﺒﺮ ﻣﻴﺎن ﮔﺮوهی از ﻣﺸﺘﺮکین می باشد.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

‫ﺑﺪینوﺳﻴﻠﻪ ﺳﺮویس دهنده هزینه ﺗﺠﻬﻴﺰات و ﺗﺴﻬﻴﻼت را ﻣﻴﺎن ﺗﻌﺪاد زیادی از ﻣﺸﺘﺮکین ‫ﺳﺮﺷﻜﻦ ﻣﯽکند و ﭘﻬﻨﺎی ﺑﺎند نیز ﺑﺼﻮرت کارا و انعطﺎف ﭘﺬیر اﺳﺘﻔﺎدﻩ ﺷﺪﻩ و ﺑﺼﻮرت ‫ﭘﻮیا اختصاص ﻣﯽ یاﺑﺪ.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

‫‪ ‪ ‫ PON(Passive Optical Network)یک ﺷﺒﻜﻪ نوری یک نقطه ﺑﻪ ﭼﻨﺪ نقطﻪ اﺳت که ﺑﻪ ﺳﺮویس دهندﮔﺎن این امکان را ﻣﯽ دهد که یک ﻓﻴﺒﺮ‫نوری را ﻣﻴﺎن ﭼﻨﺪین خانه یا ﺳﺎختمان ﺑﻪ اﺷﺘﺮاك ﺑﮕﺬارند. هیچ ﺟﺰ ﻓﻌﺎلی ﻣﺎ ﺑﻴﻦ دﻓﺘﺮﻣﺮکزی و ﻣﺸﺘﺮك وﺟﻮد ندارند و ﺑﺪینوﺳﻴﻠﻪ هزینه ﺗﻮان‫الکتریکی و ﻓﻀﺎ و نگهداری ﺗﺠﻬﻴﺰات الکترونیکی ﺣﺬف ﻣﯽ گردد.
‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬
ﺑﻌﺪ از آنکه ﺷﺒﻜﻪ های نوری ﺑﻪ ﻋﻠﺖ کارﺑﺮدشان ﮔﺴﺘﺮش یاﻓﺘﻨﺪ، ﻣﺴﺌﻠﻪ ای که ﭘﻴﺶ ‫ﺁﻣﺪ نحوﻩ دﺳﺘﺮﺳﯽ ﺑﻪ این ﺷﺒﻜﻪ ها ﺑﻮد ﺗﺎ ﻣﺠﺒﻮر نباﺷﻨﺪ ﻓﻴﺒﺮ را ﺗﺎ ﻣﺤﻠﻬﺎی ﻣﻮرد نظر ادامه دهند. PONکه یک ﺷﺒﻜﻪ نوری Passive ناﻣﻴﺪﻩ ﻣﯽ ﺷﻮد این ﻣﺸﻜﻞ را ﺗﺎ ﺣﺪودی رﻓﻊ کرده است.‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

PON (پان) یک ساختار شبکه نوری است که از توپولوژی های مختلف فیبر نوری برای ارائه یک شبکه broadband استفاده می کند. یک شبکه فیبر که به جای تجهیزات Active مانند amplifiers و repeaters و shaping circuits فقط از فیبر و تجهیزات passive مانندsplitter ها و کابلهای فیبر نوری استفاده می کند. هزینه این گونه شبکه‌ها به طور قابل توجه کمتر از شبکه هایی است که تجهیزات Active را مورد استفاده قرار می دهند.

تاریخچه PON

اولین تحقیقات روی PON از سال ۱۹۹۵ آغاز گردید. اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU) این تحقیقات را پیگیری کرد و توانست دو نسل از این نوع شبکه را استاندارد سازی نماید. نسل اول آن با نام APON معرفی گردید و پس از مدتی با توسعه ی آن نسل دوم موسوم به BPON به وجود آمد. هر دو نسل APON و BPON توانایی دانلود اطلاعات را با نرخ ۶۲۲ مگابیت بر ثانیه و آپلود اطلاعات را با نرخ ۱۵۵ مگابیت بر ثانیه داشتند. پس از BPON نسل پر‌سرعت ارتباط فیبر نوری به نام GPON عرضه گردید. شرکت Verizon در اواسط سال ۲۰۰۸ بیش از ۸۰۰ هزار از این نوع ارتباط را در سرویس های خود به کار گرفت.

با پیشرفت فناوری یکی از پر سرعت ترین بستر های ارتباطی تحت عنوان ۱۰G-PON به دنیا معرفی شد . از آن جا که در کنار افزایش سرعت می بایستی به امنیت ارتباط نیز توجه می شد، در سال ۲۰۰۹ نسخه ی امن شبکه نوری غیر فعال یا SPON ایجاد شد. با فراگیر شدن این روش ارتباطی IEEE نسخه ی Ethernet آن را با نام EPON در سال ۲۰۰۴ طراحی کرد. نسخه ی اترنت دارای این ویژگی است که سرعت دانلود و سرعت آپلود در آن یکسان می باشد. نرخ تبادل داده در GEPON و ۱۰G-EPON به ترتیب به ۱ گیگابیت بر ثانیه و ۱۰ گیگابیت بر ثانیه می رسد.

تفاوت معماری PON و AON

PON یک نوع معماری شبکه های نوری که شاخه ای از مخابرات نوری را ایجاد کرده است. نقطه مقابل این بحث یعنی AON مخففActive Optical Network که به معنای شبکه نوری فعال است .

Passive Optical Network(PON) در واقع شکلی از شبکه های فیبر نوری است که میزان فیبر نوری و سایر تجهیزات مربوط به آن و تعداد مراکز در ارتباط با end-user ها را نسبت به معماری P2P کاهش می دهد.

شبکه نوری پسیو (PON) از نوع نقطه به چند نقطه یا اصطلاحاpoint-to-multipoint می باشد. این دسته بندی بر اساس نوع و نحوه ارتباط مبدا و مقصد اطلاعات است که انواع دیگری نظیر نقطه به نقطه POINT-TO-POINT، چند نقطه به چند نقطه MULTIPONIT-TO-MULTIPOINT هم می باشد.

PON یک نوع معماری در شبکه های نوری است که کابل فیبر نوری یا سیگنال نوری را به درب منازل می‌آورد و این کار را با استفاده از مدل POINT-TO-MULTIPOINT انجام می دهد .در این روش اطلاعات رمزگذاری می‌شوند و از این راه امنیت آنها در ارسال از POINT به MULTIPOINT تامین می گردد.

در این معماری از تقسیم کننده های پسیو(غیرفعال) یا اصطلاحا(unpowered) استفاده می شود. چون قطعا برای ارتباط یک نقطه با چندنقطه به وسیله ای بنام Splitter (اسپلیتر یا تقسیم کننده) احتیاج داریم. نوع این اسپلیتر است که باعث ایجاد نام PON یا AON می شود یعنی اگر تقسیم کننده ای که در این گلوگاه استفاده می کنیم از نوع unpowered باشد پس معماری ما PON است و اگر از نوعpowered باشد معماری شبکه ما از نوع AON می باشد.

مزیت روش با معماری PON این است که هزینه های تجهیزات را در مقایسه با معماری point-to-point بشدت کاهش می دهد چون خود معماری PON بر اساس معماری و روش POINT-TO-MULTIPOINT می باشد.

استاندارد جی پان (GPON) از استاندارد PON تا حد زیادی متفاوت است در حالت جی پان GPON پهنای باند در حد گیگ که در خود اسم این معماری است و به پهنای باند بالا در این روش برمی گردد بمراتب افزایش یافته است. این افزایش پهنای باند در اصل با استفاده از بسته های اطلاعاتی با طول متغیر به نسبت بزرگتر انجام می شود.

معرفی P2P

دو معماری محبوب مورد استفاده با FTTH وجود دارد . (P2P) معماری اتصال نقطه به نقطه که مورداستفاده در تمام اجزای اکتیو در سراسر زنجیره است و معماری اتصال نقطه به چند نقطه (P2M) / پسیو نوری (PON) که با استفاده از جعبه تقسیم کابل نوری پسیو در لایه تجمع، همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده عمل میکند.
اگر با دقت نمودار بالا را ملاحظه فرمایید، متوجه می شوید که هر دو، معماری مشابهی در سمت مرکز مخابراتی (CO) و از طرف مجتمع مسکونی دارند و تنها تفاوت آنها در نقاط تجمع (در وسط) است.
معماری نقطه به نقطه (P2P) دارای یک سوئیچ هسته در مرکز مخابراتی است که باعث اتصال کابل های فیبر نوری به یک سوئیچ توزیع در نقاط توزیع می‌شود. این مکان ها معمولا گوشه و کنار خیابان، و غیره هستند.
سوئیچ توزیع دارای پورت‌های اپتیکال است و هر پورت به طور مستقیم به ONT که در مجتمعات مسکونی با استفاده از کابل‌های فیبرمتصل خواهد شد قرار داده شده است.
معماری PON همان است، به جز در نقاط توزیع. به جای سوییچ اکتیو با پورت های فیبر، از اسپلیتر پسیو استفاده می شود. این اسپلیتر به هیچ منبع تغذیه نیاز ندارد و آن‌ها می‌توانند یک سیگنال نوری را به ۳۲، ۶۴ و یا حتی ۱۲۸ اتصال تقسیم کنند. سیگنال مشابه به تمام خانه های خارج از اسپلیتر منتقل می‌شود، اما هر ONT در هر خانه است می‌داند که چگونه به کشف اطلاعات تنها برای خود بپردازد. البته، ONT مورد استفاده در P2P متفاوت از آن‌هایی که در P2M مورد استفاده هستند. در P2M کل پهنای باند بین تمام این ارتباطات به اشتراک گذاشته می‌شود.

مزایای استفاده از تکنولوژی P2P در FTTH:

پهنای باند در هر پورت از سوئیچ به خانه ها اختصاص داده شده است و هیچ اشتراک گذاری پهنای باند وجود دارد. بنابراین، پهنای باند بالاتر در هر پورت (و از این رو در هر خانه) را می توان از طریق این تکنولوژی به دست آورد.
این تکنولوژی پهنای باند متقارن فراهم می کند (پهنای باند برابر برای دانلود و آپلود) . این مساله برای برخی از برنامه های کاربردی مانند HD ویدئو کنفرانس، اشتراک گذاری فایل، و غیره مهم است.
فناوری P2P یک فن آوری استاندارد است که می‌تواند پهنای باند کنترل شده را در هر پورت و خانه براساس یک سیاست از پیش تعیین شده متناسب با نیازهای خود داشته باشند.
تکنولوژی P2P می تواند سیگنال های بیش از یک فاصله طولانی تر با استفاده از فیبر (بیش از ۱۰۰ کیلومتر در مقایسه با P2M که حدود ۲۰ کیلومتر است) را انتقال دهد.
این فن آوری برای مشاهده ویدئوهای در حال انتشار بهتر است.

مزایای شبکه پسیو نوری (PON)

در معماری PON استفاده از فیبر نوری مانند سایر معماری ها از توپولوژی های ستاره یا درخت نیز استفاده می شود. دو مزیت مهم این ساختار صرفه جویی در هزینه پیاده سازی و ظرفیت و پهنای باند شبکه های نوری Passive می باشد. سایر مزایای این معماری عبارتند از :
• فراهم نمودن خدمات در مسافت های طولانی تا ۲۰ کیلومتر بین مراکز ارائه خدمات و کاربران (در حالی که با خط دیجیتال (DSL) حداکثر فاصله فقط ۵ کیلومتر می باشد )
• تقلیل هزینه ها در اجرا و تعمیر و نگهداری به دلیل استفاده از عناصر پسیو
• امکان استفاده از پهنای باند بسیار بالا برای استفاده از خدمات متنوع که این پهنای باند برای هر واحد استفاده کننده از شبکه PON به میزان ۵GBit/s می باشد.

معرفی ‫GPON

با گذشت سال ها، استانداردهای متفاوتی از PON مورد توسعه قرار گرفته اند، در اواخر ۱۹۹۰، اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU: International Telecommunications Union) استاندارد APON را ایجاد نمود ، که برای انتقال بسته اطلاعاتی در مسافت های طولانی، از پروتکل ATM استفاده می کرد.

پس از آن یک نسخه جدیدتر به نام broadband PON یا همان BPON ایجاد گردید. که با عنوان ITU-T G.983 تعریف گردیده است. این استاندارد برای downstream پهنای باندی معادل ۶۲۲Mbps و برای Upstream میزان ۱۵۵Mbps را فراهم تامین میکند.

در حالی که هنوز هم ممکن است BPON در برخی سیستم ها مورد استفاده باشد ، اکثر شبکه های فعلی GPON یا Gigabit PON را مورد استفاده قرار میدهند که استاندارد ITU-T مربوط به آن G.984 است و پهنای باند ۴٫۸۸Gbps برای downstream و ۱٫۲۴۴Gbps و برای Upstream ارائه میکند.

تکنولوژی GPON (جی پان) از سیستم طول موج نوری تسهیم شده (optical wavelength division multiplexing :WDM ) استفاده می کند، بنابراین یک تک فیبر را می توان برای هر دو جریان downstream و upstream استفاده نمود.