パッシブ光ネットワーク (PON): アーキテクチャ、分割比、GPON-から-XGS-PON へのアップグレード パス

パッシブ光ネットワーク (PON) は、電力の供給されていないスプリッターと共有ファイバーを介して、ヘッドエンドの 1 つの光回線端末 (OLT) を数十の加入者に接続します。各施設の OLT と ONT の間にフィールド電子機器はなく、ガラス、コネクタ、スプライス、パッシブ スプリッタのみが存在します。-。この 1 つの設計上の決定により、トラック ロールが削減され、キャビネットへの給電が不要になり、オペレータは複数世代のアクセス テクノロジよりも長持ちするプラントを実現できます。 GPON は下り 2.488 Gbps、上り 1.244 Gbps を処理します。 XGS-PON は、光バジェットが許せば、同じ外部プラント上で対称 9.953 Gbps をプッシュします。

 

PON がデフォルトの FTTH アーキテクチャになった理由

2000 年代半ば、-2000 年代半ば、-家庭--への光ファイバーをテストする通信事業者は、単純な問題に直面していました。すべての加入者に専用の光ファイバーを敷設するには費用がかかり、アクティブ スイッチを街路のキャビネットに詰め込むと、障害点が増え、電気代がかかるという問題でした。 PON は両方の問題を一度に解決しました。 1 つのフィーダ ファイバが中央局から出て、クロージャまたはペデスタルのパッシブ スプリッタに到達し、32 ドロップまたは 64 ドロップにファンアウトします。バッテリもファンも、フィールド電子機器のリモート管理もありません。

そのモデルは耐久性があることが証明されました。 Fiber Broadband Association の展開データによると、北米の数千万の FTTH 加入者が現在、何らかの形式の PON を利用しています。アパートの MDU ライザー、ビジネス パーク、ホスピタリティ施設、大学のキャンパス、スマート ビルディング プロジェクトはすべて、同じパッシブ分割アーキテクチャのバリエーションを実行しています。-今日、ほとんどのネットワーク プランナーが尋ねている質問は、PON が機能するかどうかではなく、どの PON 世代がトラフィック ミックスに適合するか、既存の光配信ネットワーク (ODN) がどこまで拡張できるかということです。

 

 

ダウンストリームとアップストリームのトラフィックが共有ファイバー上で移動する仕組み

ダウンストリームでは、OLT はブランチ上のすべての ONT にブロードキャストします。各 ONT は GEM ポートまたは XGEM ヘッダーを読み取り、独自のフレームを受け入れ、残りのフレームを破棄します。 AES-128 暗号化により、光信号がツリー上のすべてのデバイスに物理的に到達しても、加入者のトラフィックはプライベートに保たれます。

上流の方が厄介です。複数の ONT は OLT に戻る 1 つのファイバー パスを共有するため、すべてが同時に送信することはできません。 OLT は、タイム スロット - を割り当てる動的帯域幅割り当て (DBA) エンジンを実行し、基本的に各 ONT にレーザーをいつ発射するかを指示します。レンジングにより距離の差が補正されるため、バーストが重なり合うことなく到着します。このスケジューリング規律により、共有アップストリーム ファイバーが衝突に発展するのではなく、大規模に機能するようになります。

混合用途の建物に PON ブランチを委託した経験から、上流のスケジュールで問題が最初に表面化します。{0}住宅用の軽いブラウジングを行うブランチは、クラウド バックアップ バースト、IP 監視カメラ、ビデオ通話を同時に実行しているコワーキング テナントを処理するブランチと何ら変わりません。 DBA パラメータとトラフィック コントラクトを適切に取得することは、ほとんどの仕様書が示す以上に重要です。

 

 

コア PON コンポーネントの概要

すべての PON 導入は 4 つの構成要素に依存します。 OLT はヘッドエンド - に位置し、ONT の認証、帯域幅許可の管理、QoS ポリシーの適用、コアへのトラフィックの集約を行います。 ODN はパッシブ プラントそのものです。OLT からのフィーダー ファイバー、スプリッター後の分配ファイバー、および各施設へのドロップ ケーブルです。スプリッタは光パワーを分割します - 1:32 スプリッタでは約 17 dB の損失が発生しますが、1:64 スプリッタでは約 20 dB が追加されます。 ONT (または MDU シナリオでは ONU) は光パスを終端し、イーサネット、POTS、または RF ビデオを加入者に渡します。各コンポーネントは長期的なコストを形成しますが、埋設ファイバーまたは空中ファイバーの交換はラインカードの交換よりもはるかに破壊的であるため、ODN が支配的です。-

さまざまなファイバー トポロジ内で ODN がどこに適合するかについて、より広範なイメージを構築している読者は、次のことから始めることができます。FTTx 導入モデルここに戻って、PON 固有の設計レイヤーに進みます。{0}

 

GPON と XGS-PON: 適切な世代の選択

GPON と XGS-PON は、異なる交通状況を対象としています。以下の表は、選択の決定要因となる主な違いをまとめたものです。

	GPON (G.984.x)	XGS-PON（G.9​​807.1）
下流/上流	2.488Gbps / 1.244Gbps	9.953 Gbps / 9.953 Gbps (対称)
下り波長	1490nm	1577nm
上り波長	1310nm	1270nm
典型的な光学クラス	クラス B+ (28 dB のバジェット)	N1/N2 (29 ～ 31 dB の予算)
ベストフィット	住宅用ブロードバンド、ストリーミング-中程度のアップロード需要を持つ大量の加入者ベース	対称ギガビット階層、ビジネス SLA、モバイル バックホール、アップロード{0}}ヘビーミックスユース
ベンダーエコシステム	とても成熟しています。 OLT ベンダーと ONT ベンダー間の広範な相互運用性	急速に成熟します。 ONT コストは、大量生産と複数の ONU チップセット プロバイダーの市場参入により、2022 年以降大幅に低下しました (Dell'Oro Group / Fierce Network、2022 年 10 月; ゾーン / ファイバーコネクト 2023)
共存	波長マルチプレクサを介して ODN を XGS-PON と共有できます	波長マルチプレクサ経由でODNをGPONと共有可能

EPON はどこに適合しますか? EPON (IEEE 802.3ah) は、イーサネット-ネイティブ フレーミング - ですでに標準化されている市場、特に東アジアや IEEE 標準に準拠したケーブル事業者環境-で強力な地位を維持しています。 XG- PON (G.987.x) は下り 9.953 Gbps を実現しましたが、上りは 2.488 Gbps にとどまり、新しい導入では主に XGS- PON に取って代わられています。

実際的なポイント: 加入者ベースが依然としてアップロードが控えめなストリーミング消費に偏っている場合、GPON は何年にもわたってうまく機能する可能性があります。ビジネス テナントをオンボーディングしている場合、対称ギガビット層を販売している場合、または同じ ODN 上でモバイル バックホールを計画している場合は、XGS-PON がターゲットとなります。

 

波長の共存: 本当のアップグレードの手段

PON 移行を経済的に実行可能にするのは、波長計画です。 GPON は 1490 nm でダウンストリームに送信し、1310 nm でアップストリームを受信します。 XGS-PON はダウンストリーム 1577 nm とアップストリーム 1270 nm を使用します。これらの帯域は重複しません。つまり、適切に設計された ODN は、OLT 側の波長マルチプレクサ (WM) を使用して GPON と XGS- PON トラフィックの両方を同時に伝送できます。

この共存モデルには本当にお金の価値があります。パッシブ プラント - フィーダ ルート、スプライス エンクロージャ、スプリッタ、およびドロップ ケーブル - は通常、総 FTTH 構築コストの最大の割合を占めており、FTTH Council Europe などの団体による業界の見積もりによれば、多くの場合半分をはるかに超えています。加入者ごとのスケジュールで OLT ブレードと ONT を交換しながらそのプラントを再利用することで、フォークリフト アップグレードが段階的な移行に変わります。{4}}

中西部の通信事業者が、移行期間中の 18+ か月間、GPON/XGS-PON ブランチを混合して運営し、最初にビジネス加入者をアップグレードし、ONT コストの低下に伴い個人ユーザーを移行しているのを確認しました。このアプローチは機能します-が、元の ODN がクリーンなコネクタ、文書化されたスプリッタの位置、および追加の WM 挿入損失 (通常 0.5 ～ 1.0 dB) を吸収するのに十分な光マージンを使用して構築されている場合に限られます。

シングルモード ファイバーでさまざまな波長ウィンドウがどのように動作するかを詳しく調べるには、-850 nm、1310 nm、1550 nm の透過率の比較共存計画の背後にある光学物理学を埋めます。

 

分割比、光学バジェット、および設計が破綻する場所

分割比率は、アクセスの経済性と光工学が衝突する部分です。分割数を増やすと、加入者ごとのインフラストラクチャ コスト - が削減されますが、より多くの光バジェットを消費し、共有容量のプレッシャーも増加します。-適切な比率は、距離、コネクタ数、トラフィック プロファイルによって異なります。

 

スプリット比選択ガイド

1: 16 - 低密度または高マージン環境-。約 14 dB のスプリッタ損失が発生します。フィーダの距離が光予算のほとんどを消費する田舎の長距離導入や、将来のサービス アップグレードに備えて最大のヘッドルームが必要なビジネス中心の PON ブランチで一般的です。-

1:32 - が主流のデフォルトです。スプリッター損失は約 17 dB。郊外および都市部の FTTH 構築の大部分について、加入者密度と光バジェットのバランスをとります。一般的な地下鉄距離 (総経路 15 km 未満) では GPON クラス B+ 光学系で快適に動作し、XGS- PON の共存のための余地を残します。

1: 64 -コスト-最適化された高密度。スプリッター損失は約 20 dB。 -加入者あたりのインフラストラクチャのコストは 1:32 と比べてほぼ半分に削減されますが、厳格なコネクタ規律、短距離、慎重な損失予算の検証が必要です。- MDU ライザー、キャンパス ネットワーク、またはファイバーの配線が短くコネクタ数が少ない密集した都市の建物に最適です。

 

GPON クラス B+ 光学系は 28 dB の損失バジェットをサポートします。一般的なファイバ減衰（フィーダと配電距離が 15 km にわたる 1310 nm で 0.35 dB/km）、コネクタ損失（おそらく 4 ～ 6 個の接続で嵌合ペアごとに 0.3 ～ 0.5 dB）、接続損失、およびスプリッタ挿入損失を差し引くと、残りのマージンは急速に薄くなる可能性があります。一般に、すべての損失を計算した後、少なくとも 3 dB の動作マージンを維持することをお勧めします -。これにより、バッファは、サービス コールをトリガーすることなく、経年劣化、汚れたコネクタ、および将来のパッシブ追加を吸収します。

 

現場で遭遇する一般的な設計の失敗は、いくつかの繰り返し発生するパターンに分類されます。コネクタの品質と接続数が予算をサポートできない領域では、分割比が 1:64 に押し上げられます。障害の切り分けがほぼ不可能な場所にスプリッタが配置されている。既存の損失バジェットがより高速な光ファイバーと共存ハードウェアを処理できるかどうか誰も検証せずに、「XGS-PON は後で」と参照するアップグレード計画。-また、家庭用ストリーミング向けにサイズ設定されたブランチ設計には、後でビジネス SLA や上流の大量の IoT トラフィックがロードされます。{4}}これらはそれぞれ、計画の近道として始まり、運用上の悩みの種として終わります。

 

 

PON とアクティブ イーサネット: それぞれに意味がある場合

アクティブ イーサネット (AE) は、すべての加入者にスイッチド インフラストラクチャ上の専用ファイバまたは専用波長を提供します。このモデルは、厳格なトラフィック分離、確定的な帯域幅、規制上の分離を要求する環境に適合します。-マルチテナントのデータセンター、金融キャンパス、または厳格なコンプライアンス境界を持つ病院ネットワークを考えてください。-

PON はフィールドのシンプルさで勝利を収めます。ミッドスパン電力がなくなり、ヘッドエンドと構内間の障害点が減り、密度プレーにおける加入者あたりのコストが低くなります。実際の決定は、通常、次の 3 つの運用上の問題に帰着します。インテリジェンスをどこに置くべきか?どこに電力が必要ですか?メンテナンスのリスクはどこまで許容されますか?これらに答えると、アーキテクチャはほとんど自動的に選択されます。

 

 

XGS-PON の需要が加速している理由

複数の市場原理が XGS{0}}PON をロードマップのスライドから注文書まで押し進めています。住宅用アップロード トラフィックは過去 2 年間で大幅に増加しており -、ビデオ会議、クラウド ゲームのアップロード、ホーム セキュリティ ストリームによって牽引されています -。いくつかの Tier{5}}1 通信事業者は上流での年間増加率が 25～35% の範囲であると報告しています。-中小企業は、ベースラインとして対称ギガビット サービスを期待することが増えています。-グリーンフィールド FTTH を構築している地方自治体や地方の電力協同組合は、中期アップグレード サイクルを回避するために、初日から XGS-PON を指定しています。

10G PON 後にアクセス層がどこへ向かうのかを追跡するプランナー向け、これは将来の FTTx ネットワークの方向性についての考察です製品カタログにいきなり飛び込むことなく、25G PON、50G PON、ポイントツー-のマルチポイント コヒーレント光学系をカバーします。

 

 

よくある質問