GPON-verkkoratkaisut​

GPON-tekniikan käyttö optisissa liityntäverkoissa on Suomessa voimakkaassa kasvussa. Eri puolilla maailmaa tätä ja muita PON-tekniikoita on käytetty jo varsin pitkään, mutta Suomessa sen käyttöä on vierastettu, koska tätä tekniikkaa ei ole kunnolla tunnettu ja koska on totuttu toteuttamaan liityntäverkot yksinkertaisemmalla point-to-point- eli P2P-tekniikalla. Nykyisin tilanne on toinen, kun on oivallettu PON-tekniikan tuomat edut.

PON-tekniikoiden periaatteet

PON-tekniikka tulee sanoista Passive Optical Network. PON-verkon periaatteellinen rakenne on kuvattu kuvassa 1. Verkon looginen topologia on point-to-multipoint, jonka lyhenne on P2MP. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että yksi laitetilassa oleva keskuspääte syöttää useita asiakkaiden puoleisissa päissä olevia verkkopäätteitä. Keskuspäätteestä käytetään lyhennettä OLT (Optical Line Terminal) ja asiakkaiden verkkopäätteistä nimitystä ONU (Optical Network Unit).

Useimmat PON-verkot toimivat yhdellä kuidulla/yhteys. Liityntäsolmusta lähtevä syöttö-/runkokuitu jaetaan usean asiakkaan kesken käyttäen optista jaotinta. Jakosuhde voi olla esimerkiksi 32, jolloin yksi OLT ja yksi runkokuitu palvelevat 32 ONU-laitetta. ONU-laitteet voivat puolestaan palvella yhtä tai useaa asiakasta. Tietoliikenne on mahdollista samassa kuidussa molempiin suuntiin, kun käytetään eri siirtosuunnissa eri aallonpituutta. Siirtosuuntaa keskuspäätteeltä (OLT) verkkopäätteelle (ONU) kutsutaan myötäsuunnaksi ja vastakkaista siirtosuuntaa kutsutaan paluusuunnaksi.

Lyhenteen PON edessä olevalla kirjaimella ilmaistaan tarkemmin, minkä tyyppisestä PON-verkosta on kysymys. Tunnetuimmat PON-verkot ovat:

• GPON (Gigabit-capable PON); 2,5 Gbit/s / 1,2 Gbit/s
• XG-PON (10 Gigabit-capable PON); 10 Gbit/s / 2,5 Gbit/s
• EPON (Ethernet-PON); 1 Gbit/s / 1 Gbit/s
• 10G-EPON; 10 Gbit/s / 1 Gbit/s ja 10 Gbit/s / 10 Gbit/s
• WDM-PON.

Näistä tekniikoista GPON, XG-PON, EPON ja 10G-PON perustuvat TDM- eli aikajakotekniikkaan, jossa paluusuunnan liikenteessä kukin verkkopääte (ONU) lähettää vuorollaan vain tiettyinä aikaväleinä. WDM-PON-verkoissa jokainen ONU vastaanottaa ja lähettää omalla aallonpituudellaan. Tällä hetkellä PON-tekniikoista GPON on yleisin, mutta muutkin edellä mainitut tekniikat ovat yleistymässä, kun niille oleva laitetarjonta kehittyy ja halpenee. Varsinkin XG-PON-tekniikka on herättänyt Suomessa runsaasti kiinnostusta ja sitä jo jonkin verran käytetäänkin, koska se on selkeä hyppäys ja päivitys GPON-tekniikasta suurempiin siirtonopeuksiin.

GPON

GPON-tekniikka tukee suurta joukkoa digitaalisia tietoliikennesovellutuksia. Tekniikan keskeisimmät ominaisuudet ovat seuraavat:

• siirtonopeudet 1,2 ja 2,5 Gbit/s myötäsuuntaan ja paluusuuntaan 0,16, 0,62, 1,24 tai 2,5 Gbit/s
• aallonpituudet: 1260…1360 nm paluusuuntaan ja 1480…1500 nm myötäsuuntaan
• liikennetyypit: kaksisuuntainen digitaalinen tietoliikenne
• kuitumäärä: yksi tai kaksi kuitua
• jakosuhde: enintään 1:64 riippuen verkon kokonaisvaimennuksesta
• verkon kokonaisvaimennus välillä OLT–ONU sisältäen kuidun, jatkokset, liittimet ja jaottimet:
  • Class A: 5…20 dB
  • Class B: 10…25 dB
  • Class B+: 13…28 dB
  • Class C: 15…30 dB
  • Class C+: 17…32 dB
• maksimietäisyys: 20 km DFB-laserilla, 10 km Fabry-Perot-laserilla.

Vaikka GPON-tekniikka on määritelty vain digitaalisille sovellutuksille, voidaan verkossa tarjota myös kaapeli-tv-palvelut käyttäen aallonpituusaluetta 1550…1560 nm. Tällöin data- ja kaapeli-tv-signaalien yhdistämiseksi ja erottamiseksi samasta kuidusta käytetään WWDM-tekniikkaa. Kuvassa 2 on esitetty kaapeli-tv-signaalin siirtoperiaate GPON-verkossa.

Liityntäverkkojen toteutus PON-tekniikalla

PON-tekniikkaan perustuvat liityntäverkot voidaan toteuttaa joko järjestelmäriippumattomiksi tai PON-tekniikkaan pohjautuviksi. Mikäli verkot toteutetaan järjestelmäriippumattomiksi, eli ne voidaan toteuttaa sekä point-to-point (P2P) - että PON-tekniikalla, kaikki verkon jaottimet sijoitetaan laitetiloihin, jolloin kaikki tilaajakuidut tulevat laitetiloihin saakka. Tämä on ollut Traficomin suositus, mutta Traficom hyväksyy nykyisin myös PON-tekniikkaan pohjautuvat ja kustannuksiltaan edullisemmat verkkoratkaisut, joissa jaottimia sijoitetaan laitetilojen lisäksi reiteillä oleviin jakamoihin. Nämä toteutukset poikkeavat siis jaottimien sijoituksessa, kuva 3.

Jaottimien sijainti voi olla PON-verkoissa edellä mainitun kuvan mukaan jokin seuraavista.

• Laitetilan optisissa kytkentä- eli ODF-telineissä:
  • Jos kaikki jaottimet sijoitetaan laitetilaan, verkko toteutetaan järjestelmäriippumattomaksi.
  • Tämä vaihtoehto sopii myös silloin, kun etäisyydet laitetilasta tilaajille ovat lyhyet.
• Jakamoissa etäämpänä laitetilasta olevissa jakamoissa:
  • Tämä vaihtoehto sopii parhaiten silloin, kun etäisyys laitetilasta verkon palvelemille alueille on pitkähkö
• Asuinkerrostalon tai rivitalon talojakamossa:
  • Tämä ratkaisu on hyvin käyttökelpoinen silloin, kun kiinteistöissä on optiset nousukaapelit ja kun kiinteistössä sovelletaan PON-tekniikkaa.

Jaottimien sijoitus tulee aina harkita tapauskohtaisesti ja ottaen huomioon jaottimien sijoituspaikkojen tarkoituksenmukaisuus. Näkökohtia ovat asutustyyppi, rakennusten sijainti ja määrä, etäisyydet, tulevaisuus ja toteutuksen ja ylläpidon kustannukset. Jaottimia voidaan myös ketjuttaa verkon eri kohtiin siten, että usealla pienen jakosuhteen jaottimella toteutetaan tarvittava kokonaisjakosuhde.

Jaottimien käytössä tulee huomioida niiden aiheuttama jakovaimennus, kun valoteho jaetaan monen kuidun kesken, kuva 4. Jaottimien käytössä tulee huomioida myös jakosuhteen vaikutus paluusuunnan liikennöintinopeuteen eli mitä suurempi on jakosuhde, sen harvemmin tilaajan verkkopääte ONU saa oman aikavälinsä lähettää oma datapakettinsa keskuspäätteelle.

Jaottimia komponentteina voidaan verrata aktiivilaitteisiin, vaikka ne ovatkin täysin passiivisia. Tämän vuoksi on suositeltavinta käyttää koteloituja ja liittimin varustettuja jaottimia, jotka asennetaan 19”:n tai ODF-1000-mekaniikan telineisiin, kuva 5. Jaottimien portit liitetään verkkoon kytkentäkaapeleilla, jolloin selvät liitinrajapinnat helpottavat verkon ylläpitoa ja vianhakua. Jaotinta ei siis tulisi hitsata kiinteästi suoraan verkon kuituihin, vaikka jaottimet sen mahdollistaisivatkin. Varsinkin jatkoskoteloiden sisään sijoitetut ja kiinteästi hitsatut jaottimet ovat verkon ylläpidon ja vianhaun kannalta hankalia.

Liittimien osalta jaottimien tulee olla varustettuja APC-hiotuilla SC- tai LC-liittimillä. APC-hionta minimoi jaottimien kytkemättömistä porteista heijastuvan valon pääsyn takaisin keskuspäätteelle.

GPON-tekniikan tuomat edut

GPON-tekniikan käyttö tuo mukanaan useita etuja, vaikka verkko toteutettaisiin järjestelmäriippumattomaksi eli kaikki jaottimet sijoitettaisiin laitetiloihin. Tällöin etuna on pienempi laitteiden määrä, josta etuina ovat:

• kustannussäästö laiteinvestoinneissa sekä laitteiden ylläpitokuluissa
• pienempi lämmön tuotto, jolloin erillistä jäähdytystä ei tarvita
• pienempi sähkön tarve
• vähemmän vikapisteitä
• vihreämpi tekniikka, sillä teho liittymää kohti on varsin pieni, alle 1 W/liittymä.

Mikäli jaottimia sijoitetaan reittien varrelle sijoitettuihin jakamoihin, kuva 8, tulee mukaan edellisten lisäksi seuraavia etuja:

• Verkot voidaan toteuttaa pienemmillä kaapeli- ja kuitumäärillä. Tämä tuo kustannussäästöjä.
• Tarvitaan vähemmän jatkostöitä, mikä tuo kustannussäästöjä.
• Syöttö- eli runkokaapeleiden kuidut saadaan riittämään, vaikka reittien varsille tulisi uusia asuinalueita lisäämällä reiteille jaottimia.
• Syöttö- eli runkokaapeleiden samoja kuituja voidaan käyttää reittien varsilla moneen kertaan yhteyksillä jakamoista tilaajille.
• Laitetilasta lähtee runko- eli syöttökaapeleiden lisäksi jakokaapeleita lähialueiden hitsausjakamoille. Lähialueiden tilaajat kytketään laitetilassa oleviin jaottimiin.
• Syöttökaapeleista haaroitetaan hitsausjakamoilla tarvittavat määrät kuituja jakamoilta lähteviin jako- ja talokaapeleihin huomioiden haaroituksissa kaapeleissa käytetty 12 kuidun ryhmitys.
• Hitsausjakamo voi olla suoraan maahan tai kaapelikaivoon sijoitettu jatkoskotelo tai jatkoskaappi.
• Ristikytkentäkaapeilla syöttökaapelista päätetään kummastakin suunnasta 12 viimeistä vapaata kuitua liittimiin, joista tulosuunnan kuiduista osa on jaottimia varten ja osa kytketään eteenpäin.
• Syöttökaapelista voidaan päättää liittimiin myös tarvittavat määrät aiemmin jaottimille kytkettyjä.

GPON-tekniikan varjopuolia

GPON-tekniikan monien etujen vastapainona on myös jonkin verran varjopuolia. Näitä GPON-verkkojen käyttäjät ovat kokeneet seuraavasti:

• Vianhaku ja verkon ylläpito on haasteellisempaa kuin P2P-verkoissa.
• Yhteys on epäsymmetrinen, kun kuituyhteyksiä jaetaan jaottimilla.
• Skaalautuvuus ja päivitettävyys korkeammille nopeuksille on ainakin tällä hetkellä haasteellista ja kallista.
• Miten kriittisten yhteyksien priorisointi on toteutettavissa?
• Verkon ylläpito vaatii erikoisosaamista enemmän kuin perinteisessä P2P-verkoissa.

Loppupäätelmiä

Yleisesti voidaan sanoa, että GPON-tekniikan käyttö kokonaisuutena säästää investoinneissa ja verkon käyttökuluissa. Lisäksi tekniikka on täysin riittävä verrattuna P2P-tekniikkaan, ja kapasiteettia voidaan kasvattaa tulevaisuudessa moninkertaiseksi erilaisten PON-tekniikoiden kehittyessä. Näistä syistä PON-tekniikoiden ja tällä hetkellä sen yleisimmän GPON-tekniikan käyttö on vääjäämättä lisääntymässä.

Naficonin tuotteet GPON-verkkoihin

Naficonilla on ollut tarjolla jo pitkään GPON-verkkoihin erilaisia jaottimia ja PON-WDM-komponentteja sekä erikseen että koteloituina 19”:n ja NAF1000-mekaniikkaan. Nyt tuotteistoa on laajennettu sisältämään kaikki GPON-verkkojen passiiviset tuotteet laitetilojen erilaista jaotinratkaisuista ulkoverkkojen jakamoratkaisuihin. Alla on kuvia uusista tuotteista.

Lähteet

FTTX – Optiset liityntäverkot. Nestor Cables 2015.

ST-käsikirja 24 – Optiset liityntäverkot. Sähkötieto ry 2020.

Keskustelut JAPO:n ja Kalajoen Kuidun henkilöiden kanssa.