수동형 광 네트워크(PON)
다양한 유형의 PON, PON의 다양한 애플리케이션, PON의 이점, PON 아키텍처 등을 포함한 수동 광 네트워크에 대해 알아보세요.
패시브 광 네트워크란 무엇입니까?
PON(수동형 광 네트워크)은 P2MP(점대다점 토폴로지)와 광 분배기를 활용하여 단일 전송 지점에서 여러 사용자 엔드포인트로 데이터를 전달하는 광섬유 네트워크입니다. 이 맥락에서 수동이란 광섬유 및 분할/결합 구성 요소의 전원이 공급되지 않는 상태를 의미합니다.
능동형 광 네트워크와 달리 전력은 송신 및 수신 지점에서만 필요하므로 PON은 운영 비용 측면에서 본질적으로 효율적입니다. 수동 광 네트워크는 사용자 엔드포인트와 업스트림 및 다운스트림 방향으로 동시에 신호를 전송하는 데 사용됩니다.
수동 광 네트워크 구성 요소 및 장치
광섬유와 스플리터는 전력 공급이 필요 없는 PON의 진정한 "수동" 빌딩 블록입니다. 광 분배기(평면 광파 회로)는 파장 선택성이 없으며 단순히 광 파장을 다운스트림 방향으로 분할합니다. 물론 광 신호를 분할하면 신호가 분할되는 방식의 수에 따라 전력 손실이 발생합니다. 분배기는 활성 네트워크 구성요소(예: 광 증폭기)에 내재된 냉각 또는 기타 지속적인 유지 관리가 필요하지 않으며 방해받지 않으면 수십 년 동안 지속될 수 있습니다.
PON 네트워크를 완전히 생성하려면 수동 구성 요소 외에도 활성 최종 장치가 필요합니다.
OLT(Optical Line Terminal)는 수동형 광 네트워크의 출발점입니다. 이더넷 플러그형을 통해 코어 스위치에 연결됩니다. OLT의 주요 기능은 PON 네트워크에 대한 신호를 변환, 프레임화 및 전송하고 공유 업스트림 전송을 위해 ONT(광 네트워크 터미널) 다중화를 조정하는 것입니다.
팁:
ONU(광 네트워크 장치)라고 하는 최종 사용자 장치를 볼 수도 있습니다. 이는 ONT를 사용하는 ITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector)와 ONU를 사용하는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)라는 두 주요 표준 기관 간의 용어 차이일 뿐입니다. 두 용어는 효과적으로 상호 교환 가능하지만 사용되는 PON 서비스 및 표준에 따라 다릅니다.
ONT는 네트워크의 반대편(사용자) 끝에 있는 수동 광 네트워크 시스템의 전원 공급 장치이며 홈 장치 또는 네트워크 연결을 위한 이더넷 포트를 포함합니다.
패시브 광 네트워크 아키텍처
PON 네트워크는 광 분배기를 활용하여 단일 OLT의 다운스트림 신호를 최종 사용자에게 전달되는 여러 다운스트림 경로로 나누는 P2MP(Point-to-Multipoint) 아키텍처를 채택하고, 동일한 스플리터는 최종 사용자의 여러 업스트림 경로를 다시 OLT로 결합합니다.
점대다점은 광섬유 공유의 고유한 효율성과 저전력 소비를 갖춘 광 액세스 네트워크를 위한 가장 실행 가능한 PON 아키텍처로 선택되었습니다. 이 아키텍처는 1998년 ATM-PON G.983.1 사양을 통해 표준화되었습니다.
현재 ATM(비동기 전송 모드)이 더 이상 사용되지 않기 때문에 G-PON에 대한 ITU-T G.984 표준이 ATM 표준을 대체했습니다.
PON 다운스트림 TDM 메커니즘
사용자에게는 시간 슬롯이 할당되며, 이 시간 동안 원격 터미널에서 데이터를 전송할 수 있습니다.
PON 업스트림 TDM 메커니즘
PON 네트워크는 일반적으로 로컬 또는 CO(중앙 사무실)로 알려져 있거나 때로는 교환기 또는 헤드엔드라고도 하는 서비스 공급자 소스 위치의 OLT(광선 터미널)로 시작됩니다. 거기에서 광섬유 피더 케이블(또는 피더 광섬유)은 백업 광섬유(사용되는 경우)와 함께 수동 스플리터로 라우팅됩니다. 그런 다음 분배 광섬유는 스플리터에서 거리 캐비닛이나 구덩이, 전신주 또는 건물 측면에 장착된 견고한 하우징에 위치할 수 있는 드롭 터미널에 연결됩니다. 그런 다음 드롭 파이버는 드롭 터미널 포트에서 최종 사용자 ONT/ONU까지 최종 일대일 연결을 제공합니다. 어떤 경우에는 둘 이상의 스플리터가 직렬로 사용되는데, 이를 계단식 스플리터 아키텍처라고 합니다.
피더 광섬유를 통해 전달되는 신호는 신호를 변환하고 사용자에게 인터넷 액세스를 제공하는 ONU 또는 ONT를 통해 최대 128명의 사용자에게 서비스를 제공하기 위해 분할될 수 있습니다. 다운스트림 OLT 신호가 최종 사용자에게 도달하기 전에 분할되거나 분할되는 방식의 수는 분할기 또는 분할 비율(예: 1:32 또는 1:64)로 알려져 있습니다.
RF 비디오가 PON 데이터 서비스와 병렬로 방송되거나 추가 PON 서비스가 동일한 PON 네트워크에 공존하는 보다 복잡한 구성에서는 중앙/로컬 사무실에서 패시브(MUX) 결합기를 사용하여 비디오 오버레이 파장과 추가 PON 서비스 파장을 아웃바운드 OLT 피더 광섬유에 병합합니다.
패시브 광네트워크 운영
PON 작동에 필수적인 혁신 기술은 레이저 광의 파장(색상)을 기준으로 데이터 스트림을 분리하는 데 사용되는 파장 분할 다중화(WDM)입니다. 한 파장은 다운스트림 데이터를 전송하는 데 사용되고 다른 파장은 업스트림 데이터를 전송하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 전용 파장은 사용 중인 PON 표준에 따라 다르며 동일한 광섬유에 동시에 존재할 수 있습니다.
TDMA(Time Division Multiple Access)는 OLT에서 관리하는 특정 기간 동안 각 최종 사용자에게 업스트림 대역폭을 할당하는 데 사용되는 또 다른 기술로, 동시에 업스트림으로 데이터를 전송하는 여러 ONT/ONU로 인해 PON 스플리터 또는 OLT에서 파장/데이터 충돌을 방지합니다. 이는 PON 업스트림에 대한 버스트 모드 전송이라고도 합니다.
PON 서비스 유형
1990년대에 도입된 이후 PON 기술은 계속해서 발전해 왔으며 PON 네트워크 토폴로지가 여러 번 반복되어 구체화되었습니다. 원래의 수동 광 네트워크 표준인 APON 및 BPON은 점차적으로 새로운 버전의 대역폭과 전반적인 성능 이점을 제공했습니다.
PON 애플리케이션
PON은 때때로 공급자와 사용자 사이의 "라스트 마일"이라고도 하며, "x"는 광섬유가 끝나는 위치에 따라 집(FTTH), 건물(FTTB), 건물(FTTP) 또는 기타 위치를 의미하는 FTTx(Fiber to the x)라고도 합니다. 지금까지는 FTTH(Fiber-to-The Home)가 PON의 주요 애플리케이션이었습니다.
수동 광 네트워크의 감소된 케이블링 인프라(활성 요소 없음)와 유연한 미디어 전송 특성으로 인해 홈 인터넷, 음성 및 비디오 애플리케이션에 이상적으로 적합합니다. PON 기술이 지속적으로 개선됨에 따라 잠재적인 응용 분야도 확대되었습니다.
5G 출시가 계속되고 있으며 PON 네트워크는 5G 프런트홀을 갖춘 새로운 애플리케이션을 찾았습니다. 프런트홀은 셀 사이트의 베이스밴드 컨트롤러와 원격 무선 헤드 사이의 연결입니다.
5G에 따른 대역폭 및 대기 시간 요구로 인해 PON 네트워크를 활용하여 프런트홀 연결을 완료하면 성능 저하 없이 파이버 수를 줄이고 효율성을 향상시킬 수 있습니다. FTTH를 위해 소스 신호가 사용자 간에 분할되는 것과 거의 동일한 방식으로 베이스밴드 장치의 신호는 원격 라디오 헤드 배열로 배포될 수 있습니다.
수동 광 네트워크에 매우 적합한 추가 애플리케이션에는 대학 캠퍼스 및 비즈니스 환경이 포함됩니다. 캠퍼스 애플리케이션의 경우 PON 네트워크는 속도, 에너지 소비, 신뢰성 및 액세스 거리 측면에서 눈에 띄는 이점을 제공하지만 대부분 구축/배포 및 지속적인 운영 비용이 듭니다.
PON을 사용하면 전용 장비, 케이블링 및 관리 시스템을 줄여 건물 관리, 보안, 주차 등의 캠퍼스 기능을 통합할 수 있습니다. 마찬가지로 중대형 규모의 비즈니스 단지는 PON 구현을 통해 즉각적인 이점을 얻을 수 있으며 설치 및 유지 관리 비용이 절감되어 수익에 직접적인 영향을 미칩니다.
패시브 광 네트워크의 이점
효율적인 전력 사용
PON 배포에 내재된 장점은 많습니다. 이러한 이점 중 가장 근본적인 것은 액세스 네트워크에 필요한 전원이 부족하다는 것입니다. 신호의 소스와 수신 끝에서만 전력이 필요하므로 시스템의 전기 구성 요소가 적어 유지 관리 요구 사항이 줄어들고 전력 장비 오류가 발생할 가능성이 줄어듭니다.
단순화된 인프라 및 손쉬운 업그레이드
또한 패시브 아키텍처는 배선실, 냉각 인프라 또는 미드스팬 전자 장치가 필요하지 않습니다. 기술이 발전함에 따라 광섬유 및 분배기 인프라가 일정하게 유지되므로 엔드포인트 장치(OLT, ONT/ONU)만 업그레이드하거나 교체해야 합니다.
인프라의 효율적인 사용
모든 사업자는 신규 또는 기존 인프라에서 최대한 많은 것을 얻고 기존 네트워크 공간에 비해 서비스 용량을 확보해야 합니다. RFoG(RF over Glass) 또는 RF 비디오 오버레이와 같은 서비스와 결합된 다양한 PON 표준은 동일한 PON에서 공존하여 여러 서비스(트리플 플레이)를 제공하고 동일한 광섬유를 통해 더 많은 대역폭을 얻을 수 있습니다.
유지 관리의 용이성
PON으로 대체되고 있는 구리 네트워크는 전자기 간섭과 잡음에 매우 취약합니다. 광학적 특성을 지닌 PON 네트워크는 이러한 간섭에 영향을 받지 않으며 계획된 거리 전체에서 신호 무결성을 잘 보존합니다. PON 네트워크에서는 능동 장치(ONT, ONU 및 OLT)가 타이밍과 신호 전송을 적절하게 관리하고 있는지, 수동 구성 요소가 너무 많은 신호 손실(광 감쇠)을 일으키지 않는지 주로 주의해야 합니다. 손실은 확인하기 쉽고 PON 요소의 원인을 식별하기 쉽기 때문에 이러한 네트워크를 쉽게 유지 관리하고 문제를 해결할 수 있습니다.
수동 광 네트워크의 한계
거리
수많은 이점에도 불구하고 능동형 광 네트워크와 비교할 때 수동형 광 네트워크에는 잠재적인 단점이 있습니다. PON의 범위는 20~40km로 제한되는 반면 활성 광 네트워크는 최대 100km에 도달할 수 있습니다.
테스트 액세스
PON을 설계할 때 테스트 액세스를 잊어버리거나 무시할 수 있으므로 일부 조건에서는 문제 해결이 어려울 수 있으며 테스트 도구는 동일한 PON의 다른 최종 사용자에 대한 서비스를 방해하지 않고 서비스 내 문제 해결을 허용해야 합니다. 테스트 액세스가 있는 경우 기존 PON 파장과의 충돌을 피하기 위해 1650nm와 같은 대역 외 파장을 사용하는 휴대용 또는 중앙 집중식 테스트 솔루션으로 테스트를 수행할 수 있습니다. 테스트 액세스가 계획되지 않은 경우 OLT 또는 ONT의 하나 또는 다른 엔드포인트에서 액세스를 얻어야 하거나 PON의 한 섹션을 일시적으로 서비스에서 제외해야 합니다.
피더 라인 또는 OLT의 고장에 대한 높은 취약성
P2MP 아키텍처로 인해 피더 라인과 OLT는 여러 최종 사용자(최대 128명)에게 서비스를 제공합니다. 중복성이 거의 없으며 이 경우 우발적인 광섬유 절단 또는 OLT 결함이 있는 경우 서비스 중단이 광범위할 수 있습니다.
전반적으로 수동 광 네트워크의 고유한 이점은 이러한 제한보다 훨씬 더 큽니다.
PON 기술이 지속적으로 향상됨에 따라 PON 배포의 전략적, 경제적 이점이 더욱 강력해졌습니다. 미래 세대의 설계자가 해결해야 할 과제에는 케이블 비용을 더욱 줄이기 위한 향상된 범위 기능과 더 높은 분배기 비율이 포함됩니다. 이러한 개선 사항은 현재 10Gbps 이상의 속도와 결합되어 패시브 광 네트워크를 내일의 연결된 세계를 구성하는 스마트 도시, 대학, 병원 및 기업으로 계속 확장하는 데 도움이 될 것입니다.