XPON ONU と OLT デバイスはどのように連携して最新のブロードバンド データ アクセス ネットワークを強化しますか?

XPON の意味とブロードバンド アクセスにとって XPON が重要な理由

XPON は、家庭、企業、および企業に高速ブロードバンド データを配信するために使用されるパッシブ オプティカル ネットワーク (PON) 標準ファミリーを包括する包括的な用語です。 「X」は、EPON (イーサネット PON)、GPON (ギガビット PON)、XGS-PON (10 ギガビット対称 PON)、NG-PON2 (次世代 PON 2) など、テクノロジーのさまざまな世代とバリアントを表すプレースホルダーです。各規格は、使用される速度、波長、およびプロトコルを定義していますが、すべて同じ基本アーキテクチャを共有しています。つまり、完全に受動的な光コンポーネントを使用して中央局から複数のエンドユーザーにデータを伝送する光ファイバー ネットワークです。交換局と加入者の間には電力供給装置がありません。

このパッシブ アーキテクチャにより、PON ベースのブロードバンドがアクティブな光ネットワークや従来の銅線ベースの DSL インフラストラクチャよりも経済的および技術的に優れています。配電ネットワークには電力を供給されるノードやアクティブなアンプが存在しないため、運用コストが削減され、電力関連の障害点が排除され、メンテナンスの要件が大幅に軽減されます。インターネット サービス プロバイダー (ISP) およびネットワーク オペレーターにとって、XPON システムの導入は、同等または優れたパフォーマンス レベルの従来のアクセス テクノロジと比較して、総所有コストが大幅に削減されることを意味します。

あらゆるものの中心に XPONブロードバンドアクセスネットワーク アクティブ機器の 2 つの重要な部分は、ファイバー リンクの両端に 1 つずつあります。 OLT（光回線終端装置） サービスプロバイダーの電話局またはヘッドエンド、および ONU (光ネットワークユニット) または加入者の構内の ONT (光ネットワーク端末)。それぞれの役割と動作原理、そして有能なメーカーと商品サプライヤーを分けるものを理解することは、ブロードバンド アクセス インフラストラクチャを指定、導入、評価する人にとって不可欠です。

OLT: ネットワークの中央コントローラーおよびトラフィック マネージャー

光回線ターミナルは、XPON ブロードバンド アクセス システムの中心ハブです。これは、サービス プロバイダーの拠点 (通常は電話局、データ センター、または街頭キャビネット) に設置され、通信事業者のコア IP ネットワークと、加入者に広がるパッシブ光配信ネットワークの間のインターフェイスとして機能します。 PON に出入りするすべてのデータ パケットは OLT を通過するため、OLT はアクセス アーキテクチャ全体の中で最もパフォーマンスが重要で機能密度の高いコンポーネントとなります。

ダウンストリーム送信: すべての ONU へのブロードキャスト

ダウンストリーム方向 (OLT から加入者へ) では、OLT は専用の光波長 (たとえば、GPON のデータの場合は 1490 nm) で連続ブロードキャスト信号としてデータを送信します。この信号はファイバ トランクを伝わり、分配ネットワーク内のパッシブ光スプリッタによって分割され、通常、分割比は 1:32 ～ 1:128 の範囲になります。 PON に接続されているすべての ONU はダウンストリーム信号全体を受信しますが、各 ONU は自分宛てのデータ フレームのみを処理して復号し、他のすべてを無視します。 GPON および XGS-PON では AES-128 暗号化が使用されており、同じ光信号を受信して​​いるにもかかわらず、ある加入者が別の加入者のデータを読み取ることができません。

上り伝送：時分割多元接続制御

上流方向 (ONU から OLT に戻る) には、より複雑な課題が生じます。すべての ONU は単一のアップストリーム波長 (GPON では 1310 nm) を共有しますが、衝突せずに同時に送信することはできません。 OLT はこれを解決します。 時分割多元接続 (TDMA) : 動的帯域幅割り当て (DBA) と呼ばれるプロセスを使用して、各 ONU に正確な送信ウィンドウを割り当てます。各 ONU は割り当てられたタイム スロット内でのみ送信し、OLT のバースト モード受信機はすべての ONU からのアップストリーム トラフィックをコヒーレントなデータ ストリームに再構築します。 DBA アルゴリズムにより、OLT は未使用の帯域幅を動的に再配分できるため、トラフィック需要の高い ONU が追加容量を受け取り、アイドル状態の ONU が共有アップストリーム リソースを無駄にしないようにできます。

OLT管理およびサービス機能

光トランスポートを超えて、経験豊富な XPON メーカーの高品質 OLT は、広範なレイヤー 2 およびレイヤー 3 機能を実行します。これには、サービス分離のための VLAN 管理、ベストエフォート データより音声およびビデオ トラフィックを優先するための QoS 強制、IPTV 配信のためのマルチキャスト管理、および IP アドレス割り当てのための DHCP リレーが含まれます。エンタープライズ グレードの OLT は、リモート ONU 管理のための TR-069 と NETCONF/YANG、ネットワーク監視のための SNMP と syslog、キャリア グレードの信頼性のための冗長アップリンク インターフェイスもサポートしています。

ONU: 光信号を利用可能な加入者サービスに変換する

光ネットワーク ユニットは、XPON システムの加入者側の終端ポイントです。 OLT からパッシブ ファイバー配信ネットワーク経由でダウンストリーム光信号を受信し、それを電気信号に変換し、インターネット、音声、およびビデオ サービスをエンドユーザーのデバイスに提供します。アップストリーム方向では、加入者のローカル ネットワークからデータを収集し、それを光パルスに変換し、OLT の DBA システムによって割り当てられた正確なタイミングのウィンドウ内で OLT に送信します。

ONU の登録と認証

ONU の電源がオンになり、PON に接続されると、OLT によって制御される登録プロセスに入ります。 GPON では、このプロセスは ITU-T G.984 標準によって定義されており、他の ONU が送信していない静かなウィンドウ中に、ONU が一意のシリアル番号 (SN) を OLT に送信することが含まれます。 OLT は、ONU に一時的な送信コンテナ (T-CONT) ID を割り当て、プロビジョニングされたリストまたは自動検出によって SN を検証した後、ONU に永続的な光ネットワーク ユニット識別子 (ONU-ID) を割り当てます。この登録プロセスにより、許可された ONU のみがネットワークにアクセスできるようになり、アップストリーム TDMA 調整を可能にするタイミング関係が確立されます。

サービス配信インターフェースと機能

大手メーカーの最新の XPON ONU は、数種類の加入者サービスを同時に提供できるマルチサービス デバイスです。フォーム ファクターとターゲット市場 (住宅、中小企業、または企業) に応じて、ONU には次のものが含まれる場合があります。

• GE/2.5GE イーサネット ポート ルーター、スイッチ、または PC への直接ブロードバンド インターネット配信用。
• Wi-Fi 5 または Wi-Fi 6 (802.11ax) インターフェイス 光終端ユニットと無線アクセス ポイントを組み合わせた ONT バリアントです。
• POTS (Plain Old Telephone Service) ポート ファイバー接続を介して電話サービスを提供するための VoIP 処理が組み込まれています。
• RF同軸出力 1550 nm の RF オーバーレイ波長を含む GPON 展開でブロードバンドとともに放送ケーブル TV 信号を配信します。
• USBポート ストレージデバイスを共有したり、管理ツールをローカルに接続したりするために使用します。

XPON 標準の比較: メーカーがサポートする必要があるもの

XPON ONU および OLT のメーカーを評価する際の最も重要な考慮事項の 1 つは、その機器がサポートする PON 規格の範囲です。ネットワーク オペレータは多世代ネットワークを導入することが多く、単一の OLT プラットフォームで複数の標準をサポートする能力、または異なる PON 世代間で動作できる ONU をサポートする能力は、長期的な投資保護に直接影響します。

大手 XPON OLT メーカーは現在、別々の波長を使用して、同じ物理 PON ポート上で GPON および XGS-PON ONU に同時にサービスを提供できるコンボ PON ライン カードを提供しています。この機能は、設置されている ONU ベース全体を交換せずに GPON から XGS-PON に移行する通信事業者にとって重要です。これは、新しい高速サービス層を有効にしながら、既存の加入者の投資を保護する移行パスです。

大手 XPON メーカーと商品サプライヤーを分けるもの

XPON ブロードバンド アクセス機器の世界市場には、大規模な統合ベンダーから小規模な ODM/OEM サプライヤーに至るまで、数十のメーカーが参加しています。製品の品質、相互運用性、ソフトウェアの深さ、長期サポート能力には大きな違いがあります。ネットワーク オペレータにとって、単価のみに基づいてメーカーを選択すると、相互運用性の障害、リモート管理機能の制限、パッチが適用されないソフトウェアの脆弱性などが発生する可能性があります。

相互運用性と標準準拠

本物の XPON 相互運用性 (あるメーカーの ONU が別のメーカーの OLT と正しく動作する機能) を実現するには、光レイヤーと OMCI (ONU 管理および制御インターフェイス) プロトコル レイヤーの両方で ITU-T および IEEE 規格に厳密に準拠する必要があります。 OMCI は、OLT が ONU を構成および監視するための管理チャネルであり、その実装品質はメーカーによって大きく異なります。評判の良い XPON 機器サプライヤーは、BBF (ブロードバンド フォーラム) の相互運用性テスト イベントに参加し、自社の機器がマルチベンダー環境で正しく動作することを検証する認定を取得しています。

ソフトウェアの深さとリモート管理

大規模なブロードバンド展開の場合、OLT と ONU の両方で実行されるソフトウェア スタックは、少なくともハードウェアと同じくらい重要です。 OLT ソフトウェアは、自動 ONU プロビジョニング、ONU ごとの光パワー読み取りによるリアルタイムのパフォーマンス監視、自動アラーム管理、標準 API を介した OSS/BSS システムとの統合をサポートする必要があります。 ONU ソフトウェアは、構成プッシュの失敗によるサービス停止を防ぐために、リモート ファームウェア アップグレード (OMCI ベースまたは TR-069)、リモート診断、構成ロールバックをサポートする必要があります。

光学性能と信頼性

XPON ONU および OLT 内の光学コンポーネント (レーザー、光検出器、トランシーバー モジュール) は、システムの到達距離、電力バジェット、長期信頼性を決定します。 GPON のクラス B およびクラス C の光バジェット (それぞれ 28 dB および 32 dB を許容) では、正確に特性化された送信機の出力パワーと受信機の感度が必要です。厳密にテストされた光コンポーネントを使用し、高温でバーンイン テストを実施するメーカーは、現場での故障率が目に見えて低い機器を製造しています。これは、導入された数万台の ONU を管理するオペレータにとって重要な要素です。

導入シナリオと各シナリオにおける XPON 機器の役割

XPON ONU および OLT 機器は、幅広いブロードバンド アクセス シナリオにわたって導入されており、それぞれに個別の技術要件と運用要件があります。これらの導入コンテキストを理解すると、機器とそのメーカーに課せられる特定の要求が明確になります。

• FTTH (ファイバー・トゥ・ザ・ホーム): 住宅用ブロードバンドの最も一般的な導入モデル。 ONU は加入者の家の内部、通常は内壁または棚に設置されます。このシナリオにおける住宅用 ONU の重要な要件は、コンパクトなフォーム ファクター、低消費電力、内蔵 Wi-Fi アクセス ポイントです。
• FTTB (建物へのファイバー): 単一の ONU が集合住宅またはオフィス街全体にサービスを提供し、ONU から個々の加入者への最後のセグメントは、建物内の既存の銅線またはイーサネット ケーブルを介して配信されます。このシナリオでは、統合 DSLAM またはイーサネット スイッチ機能を備えたマルチポート ONU が使用されます。
• FTTC (ファイバー・トゥ・ザ・キャビネット): ONU は街頭キャビネットに設置され、加入者は短い VDSL2 または G.fast 銅線ループを介して接続されます。このシナリオの ONU 機器は、広い動作温度範囲や湿気や電圧サージからの保護など、屋外環境向けに耐久性を持たせる必要があります。
• エンタープライズおよびビジネス サービス: 企業顧客向けに導入された ONU には、サービス レベル アグリーメントによるビジネス グレードの接続を提供するために、SFP アップリンク、静的ルーティング、レイヤー 3 機能、および MPLS サポートが必要です。一部のエンタープライズ ONU には、統合されたファイアウォールおよび NAT 機能も含まれています。
• 5G フロントホールとミッドホール: XGS-PON および NG-PON2 は、5G 基地局をコア ネットワークに接続するために使用されることが増えています。このアプリケーションは、極めて低く決定的な遅延、高精度のタイミング配信 (IEEE 1588v2 / SyncE)、および高いアップストリーム容量を要求します。これらの要件は、最も技術的に高度な OLT プラットフォームのみが満たすことができます。

XPON 機器メーカーを選択する際の主要な評価基準

XPON ONU および OLT サプライヤーを評価するネットワーク オペレーターおよびシステム インテグレーターは、主要仕様や単価設定を超えた構造化された一連の基準を適用する必要があります。大規模で長期的なブロードバンド アクセスの導入をサポートできるメーカーと、小規模または複雑さの低い導入のみに適したメーカーとを区別する要因は次のとおりです。

• PON標準幅: OLT プラットフォームは、NG-PON2 への移行パスを備えた同じシャーシ上の GPON、XGS-PON、および 10G-EPON をサポートしていますか?
• ONU ポート密度と拡張性: OLT はシャーシごとにいくつの ONU ポートをサポートしますか? また、フォークリフト アップグレードなしで数万の加入者にサービスを提供できるように拡張できますか?
• OMCI 準拠の深さ: ONU は、VoIP、IPTV マルチキャスト、QoS などのマルチサービス配信に必要な完全な OMCI ME (管理対象エンティティ) セットをサポートしていますか?
• セキュリティ機能: OLT はダウンストリーム トラフィックに AES 暗号化を適用しますか? また、ONU は接続されたデバイスの 802.1X ポート認証をサポートしますか?
• 長期的なソフトウェア サポートのコミットメント: メーカーが定めているファームウェアのサポート ライフサイクルは何ですか?また、セキュリティ パッチはどのくらいの頻度でリリースされますか?
• サードパーティの相互運用性テストの結果: メーカーは、ブロードバンド フォーラムまたは通信事業者主導のサードパーティ OLT および ONU との相互運用性テストの結果を公開または共有していますか?

XPON ブロードバンド アクセス インフラストラクチャは長期にわたる投資です。現在設置されている OLT プラットフォームは、10 年以上加入者にサービスを提供し、家庭や企業に導入されている ONU は、製品の品質とメーカーの信頼性に関する何百万もの個別の決定を表しています。単価だけではなく、厳密な技術的および商業的評価に基づいて XPON 機器メーカーを選択することは、ファイバー ブロードバンド アクセス プロジェクトにおいて最も重要な決定であり、その決定の質は、ネットワーク パフォーマンス、加入者の満足度、および今後数年間の運用コストに反映されます。