Тестирование сетей и устройств GPON

Для предоставления современных инфокоммуникационных услуг, включая широкополосный доступ в Интернет, цифровое телевидение и телефонию, все шире используются волоконно-оптические сети доступа типа FTTx. В этих сетях в основном применяются технологии Ethernet и пассивных оптических сетей (PON).

Поскольку в сетях PON (рис. 1) на участке между оптическим линейным терминалом (OLT), расположенным в центральном узле связи (CO), и абонентским оптическим сетевым терминалом (ONT) или оптическим сетевым устройством (ONU) активное оборудование не используется, эти сети значительно проще и дешевле инсталлировать и обслуживать. Посредством одного или нескольких пассивных разветвителей множество ONT/ONU подключают к одному линейному волокну, идущему от OLT. Вcю эту инфраструктуру, соединяющую OLT c ONT/ONU, называют оптической распределительной сетью (ODN). Трафик Интернетa и телефонии OLT передает и принимает (от ONT/ONU) на длинах волн 1490 и 1310 нм соответственно, а видеоданные вводятся в «дерево» PON посредством устройства спектрального уплотнения WDM и транслируются абонентам на длине волны 1550 нм.

Рис. 1. Сеть PON с одним разветвителем

На сегодняшний день имеется две наиболее распространенные технологии сетей PON: Gigabit PON (GPON) и Ethernet PON (EPON). Технология GPON определена в серии рекомендаций МСЭ-Т G.984. Она обеспечивает максимальные скорости передачи 1,244 и 2,488 Гбит/с в прямом канале (нисходящий поток) и от 155 Мбит/с до 2,488 Гбит/с в обратном канале (восходящий поток). Данная технология позволяет передавать ячейки ATM, а также, благодаря использованию собственного метода инкапсуляции GEM, трафик Ethernet и TDM. Есть реализации с поддержкой до 128 абонентов на линейное волокно. Технология EPON основана на стандарте IEEE 802.3ah-2004. Она использует кадры Ethernet для доставки данных с симметричной скоростью 1 Гбит/с. В стандартизации GPON принимали непосредственное участие ведущие телекоммуникационные операторы, поэтому она лучше отражает их потребности по сравнению со стандартом EPON. Поскольку требования к пропускной способности сетей продолжают расти, сравнительно недавно были разработаны 10-гигабитовые варианты технологий GPON и EPON — это 10G-PON (рекомендации МСЭ-T G.987) и 10G-EPON (стандарт IEEE 802.3av).

Технология GPON популярна в Европе и Северной Америке, а EPON — доминирующая разновидность PON в Азии. Российские операторы, использующие пассивные оптические сети доступа, остановили свой выбор на GPON. В нашей стране сети GPON активно развивают компании «Ростелеком» и МГТС. В сторону GPON смотрят «Компания ТрансТелеком» и ряд других операторов.

Всю совокупность операций тестирования решений для GPON можно разделить на две категории: оптические измерения (тестирование сети на физическом уровне) и анализ протокола GPON (выполняется с помощью специализированного анализатора). Приведенные ниже рекомендации по оптическим измерениям применимы ко всем разновидностям сетей PON.

см. также

Оптические измерения

Их необходимо осуществлять в ходе строительства, ввода в эксплуатацию и последующего технического обслуживания сетей PON, а также при подключении к ним новых ONT/ONU. Тестирование сегментов любой волоконно-оптической сети в процессе ее строительства позволяет до ввода ее в эксплуатацию выявлять проблемные соединения, загрязненные и поврежденные разъемы и другие дефектные компоненты, которые могут крайне негативно повлиять на обслуживание пользователей. В идеале сеть PON нужно тестировать после установки каждого ее базового компонента. Например, смонтировав разветвитель, следует проконтролировать параметры передачи сигнала между каждым его (разветвителя) выходом и СO. Рекомендуется тестировать на потери и отражение (оптические возвратные потери — ORL) все разъемные соединения. Это делается с помощью оптического рефлектометра (OTDR) с удлиняющим волокном. Нормальный уровень потерь в таком соединении (пара состыкованных разъемов) составляет 0,2–0,5 дБ, а нормальный уровень отражения находится в пределах от -45 до -65 дБ.

Если какое-либо соединение не соответствует техническим требованиям, необходимо отремонтировать его или заменить разъемы. Рекомендуется проводить и двухсторонние измерения потерь в каждом сплайсе, даже если потери при прохождении сигнала по всей ODN соответствуют норме. Дело в том, что со временем некачественный сплайс может стать источником сетевых проблем. Эти измерения делаются с помощью аналогичного рефлектометра.

Для паспортизации построенной ODN следует проводить три основных теста. Это двухсторонние измерения ORL, двухсторонние измерения затухания сигналов во всем тракте (end-to-end) и детальная характеристика всего тракта. В первых двух тестах используются ORL-измеритель и измеритель оптических потерь (OLTS) соответственно, а в последнем — рефлектометр. Некоторые OLTS способны определять и ORL, что делает ненужным применение специализированного ORL-тестера.

В отличие от OLTS, который измеряет общие потери в тестируемом волоконно-оптическом тракте, рефлектометр наглядно представляет информацию о распределении потерь по всей длине тракта, давая возможность техникам определять его длину, местонахождение любых неоднородностей в нем (дефекты, разъемные и неразъемные соединения), потери в соединениях и т. д.

Далеко не каждый рефлектометр пригоден для тестирования сетей PON. Подходящая модель должна иметь маленькую мертвую зону по событию (для контроля распложенных рядом друг с другом неоднородностей) и значительный динамический диапазон, поскольку тракты PON характеризуются большими потерями вследствие деления мощности сигнала в разветвителях.

Сетевым специалистам стоит обратить внимание на выпускаемую компанией Anritsu миниатюрную платформу MT9090A Network Master c μOTDR-модулем серии MU909014x/15x (рис. 2). Этот прибор весьма привлекателен тем, что при очень небольших габаритных размерах (190×96×48 мм) и массе (менее 700 г) он обладает высокими рабочими характеристиками, а также прост и удобен в использовании. Его возможностей вполне достаточно для полного и точного тестирования волоконно-оптических сетей доступа, а также городских и магистральных линий. Модуль μOTDR с динамическим диапазоном до 38 дБ позволяет проводить рефлектометрические измерения на сети PON через разветвители, имеющие до 64 выходов, и анализировать волоконно-оптические тракты протяженностью до 175 км. Мертвая зона по событию у этого модуля составляет менее 0,8 м, а разрешение по отсчетам — 2 см, что обеспечивает достаточно точное определение местоположения всех неоднородностей. В модуле μOTDR имеется встроенное удлиняющее волокно длиной 10 м, благодаря чему можно проверять начальные разъемы трактов без использования дополнительных волоконно-оптических кабелей. В ряде моделей этих модулей есть встроенный функционал измерителя оптической мощности, специального измерителя мощности для PON (определяет уровни сигналов на длинах волн 1490 и 1550 нм), источника излучения и OLTS. Данный рефлектометр можно дооснастить дефектоскопом и видеомикроскопом, который предназначен для проверки состояния наконечников оптических разъемов. Эта операция крайне важна, поскольку нередко именно загрязнение разъемов является причиной плохой работы волоконно-оптического тракта.

Рис. 2. Платформа MT9090A с модулем μOTDR

Помимо модулей μOTDR с разными рабочими характеристиками, для платформы MT9090A выпускаются и другие функциональные модули — Optical Channel Analyzer (для анализа сетей CWDM), Gigabit Ethernet (для тестирования сетей Ethernet) и Fault Locator (для локализации неисправностей коротких волоконно-оптических линий). С помощью модуля Optical Channel Analyzer можно контролировать уровень сигналов в сети PON, а модуль Fault Locator, представляющий собой рефлектометр с небольшим динамическим диапазоном (порядка 7 дБ) и рядом дополнительных функций, компания Anritsu рекомендует использовать для диагностики абонентских кабельных отводов в действующих сетях PON. Работая на длине волны 780 нм, этот модуль не мешает их функционированию. В комбинации с различными сменными модулями платформа MT9090A представляет собой идеальное решение для полевого тестирования волоконно-оптических сетей.

Более высокие технические характеристики (по сравнению с характеристиками модулей μOTDR для платформы MT9090A) имеют рефлектометры серии MT9083 ACCESS Master компании Anritsu (рис. 3). Эти устройства предназначены для тестирования волоконно-оптических линий ЛВС, сетей кабельного ТВ, доступа и городского масштаба. Модель MT9083C2 (с динамическим диапазоном до 46 дБ) позволяет проводить рефлектометрические измерения на сети PON через разветвители, имеющие до 128 (!) выходов, и анализировать ВОЛС протяженностью более 200 км.

Рис. 3. Рефлектометр MT9083x2 ACCESS Master

Рефлектометры серии MT9083 обеспечивают мертвую зону по событию менее 1 м и разрешение по отсчетам 5 см. Чтобы избавить техников от необходимости носить с собой несколько разных приборов, разработчики этих рефлектометров предусмотрели в них дополнительные функции OLTS, дефектоскопа и видеомикроскопа.

Перед запуском построенной сети PON в эксплуатацию необходимо убедиться в том, что центральный узел связи передает оптические сигналы достаточной мощности. Для этого отсоединяют линейное волокно от WDM и измеряют уровень оптических сигналов непосредственно на выходе последнего с помощью обычного измерителя оптической мощности или OLTS. При каждом подключении к сети PON нового ONT/ONU следует измерять мощность оптического сигнала в абонентском кабельном отводе.

Обслуживая действующие сети PON, приходится диагностировать и устранять неполадки в их работе. На рис. 4 представлена типовая методика поиска и устранения неисправностей в сети PON, когда не обслуживаются все абоненты и ли только некоторые из них.

Рис. 4. Методика поиска и устранения неисправностей в сети PON

К распространенным средствам диагностики сетей PON относятся OLTS, дефектоскопы и рефлектометры. Для поиска неисправностей в действующей сети PON можно задействовать модуль μOTDR или рефлектометр серии MT9083, работающий на длине волны 1650 нм, не используемой в PON, и имеющий встроенный фильтр, который не пропускает сигналы PON с длинами волн 1490 и 1550 нм, чтобы они не искажали результаты рефлектометирических измерений.

Анализ протокола GPON

Проблемы в работе сети GPON могут возникать отнюдь не только на физическом уровне, но и на уровне протокола GPON. Для диагностики этих проблем и проверки соответствия оборудования GPON техническим требованиям, предназначен многоуровневый анализатор GPON Xpert компании TraceSpan Communications.

С помощью этого модульного средства, выпускаемого в лабораторном и переносном вариантах, можно проверять совместимость оборудования GPON, выпускаемого разными производителями, и тестировать любые комбинации OLT с устройствами ONT/ONU на соответствие рекомендациям GPON. Анализатор GPON Xpert помогает находить первопричины проблем в работе сетей и устройств GPON, а также позволяет проверять работу важных сервисов, включая VoIP и IPTV, по сети GPON. Для тестирования устройств ONT/ONU этот прибор можно задействовать и в качестве эмулятора OLT.

Данный анализатор одновременно отображает нисходящий и восходящий потоки данных и показывает взаимосвязь между данными, переданными OLT и ONT/ONU. Он имеет функционально насыщенный графический пользовательский интерфейс, который представляет многоуровневую информацию в виде удобных для восприятия графиков и таблиц. На рис. 5 показаны возможные варианты подключения этого анализатора к сети GPON.

Рис. 5. Варианты подключения анализатора GPON Xpert к сети

Для автоматизации аттестационных испытаний (validation tests) в анализаторе GPON Xpert предусмотрены более 40 встроенных сценариев тестирования, определенных в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т G.984.3 (GPON MAC), G.984.4/G.988 (OMCI) и G.984.4 Implementer’s Guide. Выводя показатели типа «прошел/не прошел», эти сценарии позволяют быстро оценивать правильность функционирования различных процессов и сервисов в сети GPON. Кроме того, данный анализатор выдает информацию о маршрутизации VLAN, анализирует динамическое распределение полосы пропускания (DBA) и генерирует настраиваемые отчеты. К его важным преимуществам относится поддержка непрерывного анализа сети в реальном масштабе времени. Этот режим особенно полезен для диагностики перемежающихся проблем и/или проблем, которые возникают спустя большой промежуток времени после установления соединения между OLT и ONT/ONU.

Анализатор GPON Xpert весьма полезен сервис-провайдерам, производителям оборудования и разработчикам наборов микросхем.