GPON - особенности технологии подключения к интернету

Стандартных кабельных линий уже не хватает для стабильного просмотра 4K-видео, современных онлайн-игр и быстрой работы с тяжелыми файлами. Надежная и высокоскоростная альтернатива, которая решает эти проблемы – технология GPON (гигабитная пассивная оптическая сеть).

В этой статье мы подробно разбираем всё, что нужно знать о передовом оптоволоконном интернете:

• Как устроена эта сеть и какое оборудование потребуется для ее подключения.
• В чем заключаются главные преимущества (скорость до 2.5 Гбит/с, независимость от радиопомех) и недостатки технологии.
• Чем GPON отличается от привычного Ethernet-подключения, xPON, EPON, GEPON и мобильных сетей.

Что такое GPON – общее понятие

Расшифровка аббревиатуры GPON – от английского “Gigabit Passive Optical Network” или гигабитная пассивная оптическая сеть.

Пассивность указывает на то, что при ее построении не используют активные устройства, маршрутизаторы и переключатели, требующие обслуживания и подвода питания. Упрощение архитектуры не сказывается на скорости, она остается очень высокой, более двух гигабит в секунду, но значительно повышает надежность, отказоустойчивость.

Как работает GPON - особенности и принцип работы

Центральный сетевой компонент OLT (от английского Optical Line Terminal или оптический линейный терминал) находится на провайдерской стороне. Он управляет потоками информации, принимает и обрабатывает пользовательские сигналы, отправляет данные.

Со стороны абонентов (в квартирах, коттеджах) расположены ONT (от английского Optical Network Terminal или оптические сетевые терминалы). Это компактные устройства, напоминающие классические Wi-Fi роутеры, но вместо привычного Ethernet-порта у них – ввод для оптики.

Архитектура

Для современных сетей характерна древовидная архитектура, состоящая из:

1. Магистрального оптоволоконного кабеля, протянутого от провайдерского OLT.
2. Пассивных разветвителей, делящих магистральную линию на несколько абонентских.
3. Райзер-кабелей. Отходят от разветвителей. По сути – общие абонентские линии, проложенные в подъездах многоквартирных жилых комплексов.
4. Дроп-кабелей. Линии, проложенные к конкретным абонентам, квартирам, частным домам.

Специфика разводки системы GPON зависит от объекта подключения. Например, для квартиры в многоэтажном доме провайдер заводит магистральный кабель в подъезд, делит его через разветвитель. Райзер-кабели протягивают вертикально, по стоякам, дропы – горизонтально, по квартирам.

За городом используют иной принцип. Магистрали идут к отдаленным населенным пунктам под землей. Такой метод монтажа повышает общую надежность. Оптика защищена от механических и атмосферных нагрузок, опасность обрыва минимальна. Если подземная установка невозможна, используют воздушную – с самонесущим оптическим кабелем.

Области применения

GPON востребован при подключении следующих объектов:

• Многоквартирные, частные жилые дома.
• Коммерческие, административные и другие организации, предъявляющие особые требования к скорости доступа интернета, работающие с большими файлами.
• Промышленные предприятия. Монтаж медных кабелей типа витая пара, по которым информация передается в виде электрических импульсов, в таком случае затруднен или невозможен из-за выраженного негативного воздействия ЭМ-помех.
• Гостиницы, отели, где одновременно в сеть выходят десятки и сотни пользователей, что создает высокую нагрузку на канал.
• Комплексы безопасности: от локальных до систем типа “Умный город”. Пропускная способность оптоволокна достаточна для сбора данных с датчиков и камер, в том числе – высокой четкости, формата 4K.

Характеристики сети

Пропускная способность GPON – до 2.488 гигабит в секунду при скачивании информации, 1.244 – при отправке на сервер. Это общий максимум для абонентов, подключенных через один разветвитель. Фактическая скорость, доступная клиенту, зависит от тарифного плана, нагрузки на сеть, коэффициента деления сплиттера.

Предусмотрена поддержка технологии мультиплексирования, WDM (от английского Wavelength Division Multiplexing или спектральное уплотнение каналов). Входящий и исходящий потоки разделены физически. Для первого используется длина волны 1490 нм, для второго – 1310. Допустимо подключение цифрового телевидения на 1550 нм.

Виды GPON

В семейство пассивных оптических сетей входят и другие стандарты, в частности:

1. XG-PON. Модернизированная версия. Скорость приёма – до 10 гигабит в секунду, отдачи – до 2.5.
2. XGS-PON. Симметричный стандарт. В обоих направлениях сигнал идет со скоростью в 10 гигабит в секунду.
3. NG-PON2. Многоволновой метод, дающий до 40 гигабит в секунду.

Все стандарты совместимы на физическом уровне. Для перевода абонентов на улучшенные тарифные планы провайдеру не нужно менять оптоволокно, достаточно установить соответствующие OLT и ONT-терминалы.

Преимущества и недостатки технологии

Достоинства

• Скорость. 2.5 гигабит в секунду хватит даже для просмотра потокового видео в формате 8K без задержек, зависаний. Лимит GPON на “отдачу” вдвое меньше, но и его достаточно для быстрой выгрузки в облачное хранилище крупного файла, рабочего проекта. Даже при подключении к ONT-терминалу нескольких устройств им “достанется” около 500-600 мегабит в секунду.
• Надежность. Архитектура сетей проста, не предполагает использования промежуточного активного оборудования, требующего настройки и электропитания. Чем меньше сложной техники – тем выше общая отказоустойчивость.
• Стабильность. Световая волна не подвержена влиянию электромагнитных полей, радиопомех. Связь остается стабильной в грозу, при прокладке оптики по соседству с мощным силовым кабелем. Витые пары и коаксиальные кабели более требовательны к условиям монтажа, соседство с мощными приборами допустимо только при соответствующем экранировании.
• Универсальность. GPON допускает подключение нескольких услуг – интернета, IP-телевидения и телефонии по общей линии. Удобно и абонентам, и провайдерам.
• Безопасность. Поддержка технологий шифрования делает перехват данных бессмысленным.
• Минимум оборудования. Возле входной двери – только компактный ONT-терминал и небольшой отрезок кабеля. Это упрощает монтаж, не требует сверления множества отверстий, прокладки дополнительных проводов. Главное – использовать терминалы, поддерживающие беспроводную передачу. Иначе – потребуется подключение роутера через витую пару.

Минусы

Для технологии Джипон характерны и некоторые минусы:

1. Низкая распространенность (только в крупных городах). Предельное расстояние от OLT до ONT – 20 километров. Увеличение требует установки дорогого активного оборудования, ретрансляторов, повторителей. Протяжка линии в деревню для подключения пары абонентов экономически невыгодна для провайдера.
2. Хрупкость кабеля. Стеклянный световод хрупок, уязвим для механических воздействий, изгибов. В отличие от витой пары или коаксиального кабеля, он требует максимально бережного обращения.
3. Подключение невозможно без ONT-терминала. Это относительно дорогие устройства, редко встречающиеся в свободной продаже, требующие сложной настройки. Не удастся просто подвести Ethernet-кабель к сетевому порту и прописать IP через браузер, как в случае с роутером. Без специалиста часто не обойтись.

Оборудование и устройства для подключения

Основа – OLT, провайдерский линейный оптический терминал. Его задачи – формирование потока данных, его распределение по магистральной линии. Для разделения магистрального кабеля на ответвления, идущие к абонентам, устанавливают сплиттеры. Это пассивные устройства, простые в настройке, не требующие обслуживания, отдельного электропитания.

Абонентское устройство, принимающее сигнал от OLT – ONT, оптический сетевой терминал. Он преобразует световой импульс в электрический, “понятный” большинству конечных устройств, будь то роутер, сетевая карта ноутбука или ПК, смартфон.

Современные ONT функциональны, поддерживают беспроводное соединение, подключение цифрового телевидения. Иногда, впрочем, для комфортного использования сети нужно вспомогательное оборудование, в частности:

• Wi-Fi роутер. Для “раздачи” беспроводного интернета. С ONT его соединяют витой парой. Оптимальны скоростные роутеры, поддерживающие Wi-Fi 4-й, 5-й и более современных версий. В противном случае, не удастся реализовать исходные возможности оптической линии – скорость будет сильно ограничена.
• Приставка IPTV. Нужна, если запланировано подключение цифрового телевидения.
• VoIP-адаптер. Для интернет-телефонии.

Различие GPON с другими технологиями

Для лучшего понимания особенностей технологии подключения GPON полезно сравнить ее с ближайшими альтернативами.

EPON и GEPON

Основа сетей EPON (Ethernet Passive Optical Network) и GEPON (гигабитная версия предыдущей) – Ethernet-протокол, что упрощает интеграцию в существующие сети. Дальность передачи без усиления и повторения сигнала такая же – 20 километров. Минусы – ограниченность полосы пропускания, скорость вдвое ниже – до 1.244 гигабит в секунду, и емкости подключения – 32 абонента. Методика оптимальна для построения небольших корпоративных сетей.

Сотовая сеть

Простыми словами – мобильный интернет. Актуальные технологии – 4G, до 100 мегабит в секунду, 5G – до гигабита. Конкретная скорость зависит от удаленности вышки, количества подключенных абонентов, выраженности ЭМ-помех, плотности физических препятствий, высоких зданий, деревьев, гор.

Плюсы связи – удобство и мобильность, со смартфона всегда можно выйти в интернет. Минусы – невысокая скорость, ненадежность, жесткая тарификация объема трафика. Не у каждого оператора есть доступные безлимитные тарифные планы. Для подключения домашних устройств, работы, учебы лучше подойдет GPON – стабильнее, надежнее, быстрее.

XG-PON

Не путать с xPON. Технология использует принцип работы GPON, но представляет собой ее развитие. Отличия следующие:

• Скорость приема увеличена до 9.95 гигабит в секунду, передачи – 2.48.
• Дальность передачи – до 100 километров.
• Емкость подключения – 256 абонентов.

В первую очередь, методика востребована в бизнес-среде, на предприятиях, предъявляющих особые требования к скорости доступа.

FTTB (Fiber to the Building)

Классическая технология подключения абонентов в многоквартирных домах. Оптический кабель подключают к общему ONU в подъезде, от него – прокладывают витые пары до абонентских роутеров. Плюсы – доступность, стабильность, минус – ограниченная скорость. Витая пара, даже высоких категорий, ограничивает исходные возможности оптики. На 2.5 гигабита в секунду, как с GPON, рассчитывать не приходится, максимум – на гигабит.

FTTH (Fiber to the Home)

Ввод оптики непосредственно в квартиру или частный дом. Если на стороне абонента установлен ONU, метод максимально близок к GPON, дает все его преимущества.

Сравнительная таблица технологий подключения к интернету

Параметр	GPON	FTTB	Мобильный интернет
Преимущества	Высокая скорость, стабильность связи, устойчивость к ЭМ-излучению и радиопомехам	Доступность, стабильность	Удобство
Минусы	Высокая цена	Ограниченная скорость, серьезные просадки при пиковых нагрузках	Нестабильность, проблемы с доступом вдали от вышек связи, низкая скорость при пиковых нагрузках и плохом сигнале сети, ограничения по объему трафика на большинстве тарифов
Применение	Бытовые, профессиональные задачи, стриминг, загрузка и скачивание больших файлов, просмотр фильмов в 4K и 8K	Бытовые задачи. Профессиональные – только на дорогих тарифных планах	Интернет на мобильных устройствах. Для профессиональных задач подойдет условно из-за невысокой надежности

Интернет по технологии GPON – перспективы развития

1. Увеличение скорости передачи данных

Увеличение пропускной способности – главное направление развития. 2.5 гигабита в секунду – впечатляющий показатель, но иногда и его оказывается недостаточно. Модернизированные версии – XG-PON и NG-PON2, где скорость увеличена до 10 гигабит. Выделяют и другие перспективы.

2. Расширение географии

Несмотря на высокие расходы, провайдеры все чаще прокладывают магистральные кабели даже до отдаленных малонаселенных пунктов. Реализация некоторых проектов ведется при поддержке федеральных, региональных властей. Все больше клиентов получает стабильный доступ к скоростному интернету.

3. Интеграция в городскую среду

GPON помогает делать города комфортнее. Камеры наблюдения, подключенные по оптике, передают картинку охранным организациям, помогают контролировать дорожное движение, оптимизировать графики общественного транспорта. Датчики – следят за состоянием воздуха, концентрациями опасных веществ, радиационным фоном.

4. Модернизация промышленности

GPON – основа автоматизированных, роботизированных сборочных линий, внедрение которых способствует росту производительности, улучшению качества продукции, снижению издержек.

5. Развитие социальной сферы

В первую очередь – здравоохранения и образования. GPON помогают в удаленной диагностике, проведении операций, отладке образовательного процесса. Независимо от географии, пациенты получают консультации лучших врачей, студенты – преподавателей, учебные материалы главных государственных библиотек и университетов.

Популярные вопросы и компетентные ответы

1. Что означает и как расшифровывается аббревиатура GPON?

Расшифровка – Gigabit Passive Optical Network, а перевод – гигабитная пассивная оптическая сеть.

2. PON и GPON – одно и то же?

Нет. Сети имеют родственную архитектуру, предполагающую применение пассивных устройств, но PON – разработка первого поколения, сильно уступающая актуальной. Скорость приема ограничена 622 мегабитами в секунду, передачи – 155, что в 4 и 8 раз меньше, чем у GPON. Вдобавок, не поддерживаются технологии шифрования и гибкой настройки полосы. При реализации новых проектов PON почти не используется. Разработка конца 90-х осталась в прошлом.

3. ГПОН – это оптоволокно или нет?

Нет. Это технология связи, при реализации которой используются оптоволокно.

4. Чем отличается обычный интернет от GPON?

Главным образом – скоростью и надежностью. Классические методы подключения, беспроводные или при помощи витой пары 6-й категории, дают, в среднем 100 мегабит в секунду. Нередки снижения до нескольких десятков из-за погоды, высокой нагрузки на канал, ЭМ-помех. Пропускная способность технологии ГПОН в разы выше, влияние внешних факторов – минимально.

5. FTTB / FTTH / FTTX и GPON – в чем разница?

В принципе подключения и среде передачи. FTTB – метод, предполагающий ввод оптики в общий терминал, расположенный в подъезде или на чердаке. К квартирам абонентов или в офисы идут витые пары, что ограничивает скорость. FTTH, при использовании оптической архитектуры, максимально приближен к GPON.

6. Что значит проводной интернет по GPON?

Это способ связи, предполагающий подключение абонента не медным проводом, а оптическим. Оптика дает максимальную скорость и стабильность.

7. Чем технология лучше интернета по медному кабелю (Ethernet)?

Скоростью и стабильностью. Максимум для витой пары Cat.6 – гигабит в секунду, для GPON – в 2.5 раза больше. Вдобавок, сигнал не подвержен влиянию ЭМ-помех, потери данных и обрывы соединения исключены.

Подводим итог

Главная ценность технологии GPON – в ее передовых технических характеристиках:

• Высокая скорость. GPON обеспечивает пропускную способность до 2.488 Гбит/с на скачивание и до 1.244 Гбит/с на отдачу, которой, например, с запасом хватает для просмотра видео в 8K.
• Стабильность и безопасность. Оптическая связь не подвержена влиянию непогоды, электромагнитных и радиопомех, а поддержка технологий шифрования делает бессмысленным перехват данных.
• Универсальность. По одной линии абонент получает доступ сразу к нескольким услугам: высокоскоростному интернету, цифровому телевидению и IP-телефонии.

Среди недостатков GPON выделяются высокая хрупкость стеклянного световода, ограничение дальности передачи сигнала без применения усилителей (до 20 км), а также необходимость профессиональной настройки абонентского терминала.

Несмотря на более высокие затраты по сравнению с GEPON или сетями FTTB, с помощью GPON активно подключатся жилые дома, коммерческие объекты и промышленные предприятия. Переход на оптику считается наиболее рациональным вложением, так как технология непрерывно масштабируется (стандарты XG-PON и NG-PON2 уже предлагают скорости от 10 до 40 Гбит/с), имеет высокое значение и служит надежной базой для развития цифровой среды, дистанционной медицины и образования.