Организация широкополосного доступа с использованием технологии PON

1550/1310

(1480/1310)

1550/1310

(1310/1310)

1550/1310

(1480/1310)

Динамическое распределение полосы

есть

поддержка

есть

IP-фрагментация

есть

нет

есть

Защита данных

шифрование открытыми ключами

нет

шифрование открытыми ключами

Резервирование

есть

нет

есть

Оценка поддержки голосовых приложений и QoS

высока

низкая

высока

3.3 Области применения PON, актуальность технологии, доступные сервисы

В 1995 году компании British Telecom, Bell South, Bell Canada, NTT и пять других международных телекоммуникационных компаний собрались, чтобы сформировать консорциум Full-Service Access Network (FSAN), который был создан для облегчения развития стандартов для оборудования сетей доступа. В 1996 году в Соединенных Штатах был подписан Телекоммуникационный Акт «для поддержки и уменьшения регулирования, защиты низких цен, повышения качества обслуживания американских потребителей телекоммуникационных услуг и поощрения скорейшего внедрения новых телекоммуникационных технологий».

Международный союз электросвязи (ITU) обратил спецификации FSAN в рекомендации. В 1998 году спецификации FSAN для ATM-PON стали международным стандартом и были приняты ITU как рекомендации G.983.1.

В 2001 году был сформирован Совет FTTH, призванный поддержать развитие FTTH в Северной Америке и выступать в роли консультанта для законодательства США. В результате это привело к появлению в 2001 году акта о доступе к Интернету и широкополосным услугам, который обеспечил налоговые льготы для компаний, которые инвестируют в широкополосное оборудование следующего поколения.

В 2003 году Федеральная комиссия связи США (FCC) отменила требования по развязыванию цен на FTTx сетях (обязательство RBOC разрешать CLEC использовать свою сеть) делая, таким образом, эту технологию более привлекательной для основных операторов. Это означает, что RBOC могут инвестировать в волоконную инфраструктуру на последней миле, без обязательства предоставлять ее своим конкурентам, что должно побудить к массовому развертыванию FTTx сетей. По некоторым оценкам размер рынка составляет один миллиард долларов только для RBOC компаний.

Как результат всех этих последних действий, интерес к FTTx увеличился экспоненциально:

1. малый бизнес и абоненты жилого сектора требуют большую пропускную способность и большее количество услуг

2. FTTx имеет большую пропускную способность оптического волокна и предлагает большое разнообразие услуг (передачу данных, телефонию, видео) за умеренную плату, из-за того что большое количество конечных пользователей совместно используют пропускную способность одного волокна, и потому что все полевое оборудование является пассивным.

3. новые стандарты, которые были установлены ITU и институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE) значительно улучшили унифицированность, емкость, выживаемость, безопасность и гибкость PON открыли возможность широкомасштабной экономии и резкого снижения стоимости, которые невозможно было представить до этого.

4. теперь FTTx предлагается многими типами операторов: традиционными операторами местной связи (ILEC) и региональными операторами, сельскими операторами связи (RLEC), компаниями, предоставляющими коммунальные услуги, муниципалитетами и т.д.

В таблице 3.5 приведены возможные сервисы, которые могут быть обеспечены с помощью PON.

Таблица 3.5.

Данные	- высокоскоростной Интернет; - данные корпоративных пользователей; - частные линии; - Frame Relay; - соединения АТМ; - интерактивные игры; - системы безопасности и мониторинга; - будущие сервисы
POTS	- одна или несколько телефонных линий
Видео	- цифровое и аналоговое широковещательное видео - телевидение высокой чёткости (HDTV) - видео-по-требованию (VоD) - интерактивное TV/платное TV

PON для triple play

Большинство крупных российских операторов фиксированной связи сегодня выбирают технологии PON с целью внедрения широкополосных услуг, и прежде всего triple play.

Вектор развития современного рынка услуг связи все более смещается от количественного показателя, ориентированного на увеличение емкостных показателей к качественному, нацеленному на расширение сетевых возможностей. Если еще 10-15 лет назад основной задачей телекоммуникационного рынка России было удовлетворение спроса на услугу телефонии, а наиболее важным показателем развития сетей связи считался уровень телефонной плотности, то сегодня эта проблема в основном решена, и дальнейшее развитие телекоммуникаций связывается с расширением спектра предоставляемых услуг. Всё возрастающая конкуренция за конечного пользователя не только со стороны операторов фиксированной связи, но и операторов мобильных сетей, сетей передачи данных, сетей кабельного ТВ требует эффективных маркетинговых и технических решений по созданию новой сетевой инфраструктуры. Одним из таких решений для операторов фиксированной связи является triple play - в техническом плане это означает создание универсальной сетевой инфраструктуры, ориентированной на массовое предоставление комплекса широкополосных услуг связи. Переход к новой концепции сетевого развития на основе NGN предполагает кардинальную модернизацию инфраструктуры существующих сетей связи и требует серьезных инвестиций. Среди наиболее затратных этапов - создание инфраструктуры сети доступа. До последнего времени при модернизации сетей доступа основным постулатом было максимальное сохранение существующей инфраструктуры, что для оператора фиксированной связи, как правило, означало максимальное сохранение существующих абонентских линий. Достигалось это за счет внедрения xDSL-технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии и сделать доступным предоставление таких ресурсоемких услуг, как широкополосный доступ в Интернет, IPTV, VoD и др.

Таким образом, на основе существующей кабельной инфраструктуры доступа качественное и массовое предоставление услуг triple play становится проблематичным и перед оператором встает задача поиска новых технологических решений по созданию современной инфраструктуры доступа. Важная составляющая этой задачи - выбор физической среды передачи. В настоящее время распространены три типа линий связи - на основе металлического кабеля, волоконно-оптического кабеля и радиотракта. При этом металлический кабель уступает волоконно-оптическому как по техническим характеристикам, так и по стоимости. Радиотракт эффективен с точки зрения скорости развертывания и стоимости, но его слабое место - пропускная способность. Кроме того, он требует получения разрешений на использование, а это увеличивает стоимость внедрения и, что еще важнее, - эксплуатации. Поэтому самым привлекательным решением для оператора фиксированной связи оказывается использование волоконно-оптических структур. беспроводной оптическая сеть абонентский

На сегодняшний день наиболее известны пять технологий PON, развивающиеся в двух направлениях. Первое - эволюционная ветка решений на основе протокола ATM, включающая в себя технологии APON, BPON и GPON, второе - эволюционная ветка на базе Ethernet-решений, куда входят технологии EPON и GEPON. Эволюционное развитие PON-технологий описаны в п.п 3.2., поэтому сразу обратимся к верхним ступеням их развития - GPON и GEPON.

Технология GPON разработана под эгидой ITU-T и стандартизована в рекомендации G.984, принятой в 2005 г., технология GEPON создавалась в рамках IEEE и регламентируется стандартом 802.3ah, принятым в 2004 г.

Отметим, что в разных источниках, в целом одинаково определяющих GPON, по-разному описаны возможности GEPON3, 4. Наиболее серьезные разночтения встречаются при определении коэффициента разветвления, покрываемого расстояния, поддержки механизмов обеспечения QoS, безопасности и технической эксплуатации (OAM). Коэффициент разветвления в GPON определяется рекомендацией G.984 и не может превышать 1:128. На рынке сегодня доступны решения с коэффициентом разветвления 1:32, реже - 1:64. В GEPON стандарт не определяет максимальный коэффициент разветвления, на практике же используются в основном решения с коэффициентом 1:32 и в отдельных реализациях 1:64. Поддержка механизмов QoS на физическом уровне опирается на механизмы динамического распределения полосы (DBA). Реализации DBA в GEPON и в GPON различны с точки зрения стандартов, но практически идентичны в функциональном плане и регламентируют правила распределения общей полосы между абонентским окончанием (ONT) в сегменте (дереве) PON, а также обеспечивают гарантированную и максимально доступную полосу для каждого ONT. Приоритезация различных типов трафика для GEPON полностью соответствует стандартам сетей Ethernet (802.1p, DSCP), так как GEPON обеспечивает передачу IP-пакетов без какой-либо инкапсуляции.

В GPON реализация механизмов QoS зависит от технологии, применяемой для передачи информации, и может базироваться как на АТМ-, так и на GEM-протоколе. И в том и в другом случае показатели качества обслуживания лучше, чем при использовании протоколов Ethernet. Однако если через сеть доступа GPON не передаются потоки Е1, то такая функциональность становится избыточной, поскольку и со стороны IP-сети оператора, и со стороны абонента приоритезация трафика осуществляется в соответствии со стандартами сетей Ethernet. При этом сеть доступа GPON с точки зрения QoS становится обособленным фрагментом, и если переход от IP QoS к АТМ QoS был отработан производителями на DSLAM, то протокол GEM является новым для сетей передачи данных и нужно обратить внимание на корректную обработку QoS в точках подключения к GPON-сети.

Таблица 3.6. Технические характеристики технологий GPON и GEPON

Характеристика	GEPON (IEEE 802.3ah)	GPON (ITU-T G.984)
Скорость физическая: upstream/downstream, Гбит/с	1,25/1,25	1,25/2,5
Коэффициент разветвления	1:16/1:32/1:64	1:32/1:64/1:128
Скорость при разветвлении 1:32 upstream/downstream, Гбит/с	0,91/0,96	1,1/2,3
Кодирование, бит	128	128
Протокол	Ethernet	ATM или GEM
Дальность действия, км	10/20	20
Безопасность	AES (up/downstream)	AES (только downstream)
Обеспечение QoS	DBA+802.1p	DBA+ATM или GEM
OAM	IEEE 802.3ah OAM	OMCI, FCAPS в соответствии с ITU-T G.984
Транспорт TDM	Circuit Emulation поверх Ethernet	ATM ,GEM или Circuit Emulation поверх Ethernet

Поддержка функций безопасности и OAM в GPON - неотъемлемая часть стандарта G.984. В стандарте IEEE 802.3ah такие функции в явном виде не прописаны, однако это не означает, что они не поддерживаются. Дело в различных подходах к стандартизации: ITU-T в G.984 определяет все атрибуты технологии, а IEEE - только функциональность, необходимую для реализации Ethernet-сети «точка-многоточка», которой, по сути, и является дерево GEPON. Методы OAM и другие протоколы более высокого уровня уже определены в стандартах IEEE для Ethernet-сетей.

Заметим, что для GEPON использование 128-битного шифрования возможно как в направлении downstream, так и upstream, что вызвано необходимостью защиты легко читаемых при перехвате IP-пакетов, передаваемых в Ethernet-сети. Для сетей GPON благодаря применению ATM- или GEM-инкапсуляции распознавание информации в этом случае затруднительно, поэтому 128-битное шифрование применяется только для downstream.

Итак, основные технические преимущества GPON перед GEPON - более высокая скорость в потоке downstream и более эффективные механизмы для передачи трафика сетей с коммутацией каналов (TDM). Технология GEPON не имеет явных технических преимуществ перед GPON, но она значительно проще и понятнее с точки зрения межсетевого взаимодействия с существующими сетями оператора и абонентскими устройствами. При равном коэффициенте разветвления на абонента сети GPON приходится вдвое большая скорость передачи downstream по сравнению с абонентом сети GEPON. То есть при коэффициенте разветвления 1:32 абонент GPON получит полосу 73 Мбит/с, а абонент GEPON - 30 Мбит/с, а при распределении 1:64 - соответственно 36 Мбит/с и 15 Мбит/с. Таким образом, технологии GPON и GEPON предоставляют пользователю практически одинаковый ресурс при условии, что в одном PON-дереве сети GPON вдвое больше пользователей. Но так как основная часть стоимости системы приходится на оптические модемы, а эффект от уменьшения количества волокон и портов на OLT за счет перехода от разветвления 1:32 к 1:64 сглаживается усложнением распределительной сети, то в реальных сетях для обеих технологий обычно используется распределение 1:32.

При анализе эффективности использования ресурса следует отметить еще один аспект. В настоящее время для построения ядра мультисервисной сети применяются, как правило, решения на базе Ethernet, которые используют стандартные интерфейсы в 1 Гбит/c и 10 Гбит/c. Технология GEPON, базирующаяся на 1 Гбит/с-потоках, значительно лучше адаптирована к организации взаимодействия с интерфейсами подключения к оборудованию ядра сети, чем технология GPON, использующая нестандартные для Ethernet 2,5/1,25 Гбит/c-потоки. В предельном случае, если от оборудования OLT реализуется одно PON-дерево, для поддержки его в GEPON потребуется 1 Гбит/c-интерфейс в направлении ядра, а в технологии GPON - три таких интерфейса.

GPON и GEPON для triple play

Проанализируем возможности технологий GPON и GEPON для поддержки услуг triple play, под которыми сегодня понимается совокупность услуг телефонии, доступа в Интернет и передачи видеоинформации, предоставляемых в одной сетевой точке и с использованием одного типа носителя информации. Достаточно мощный профиль услуг triple play можно сформулировать так: одному конечному пользователю должны быть доступны три канала IPTV - один HDTV (15 Мбит/c) и два SDTV (2x4 Мбит/c), доступ в Интернет (2 Мбит/c), доступ к локальным ресурсам (1 Мбит/c), три линии VoIP (0,3 Мбит/c). То есть общий ресурс на одного пользователя составляет порядка 28 Мбит/c, при условии, что он пользуется всеми сервисами одновременно. Такой профиль услуг может поддерживаться в одном PON-дереве как для 32 пользователей GEPON, так и для 64 пользователей GPON. На самом же деле передаваемый в многопользовательском режиме (Multicast) трафик, включающий трафик IPTV, в дереве PON для каждого пользователя не дублируется, поэтому все абоненты одного дерева PON могут одновременно смотреть все транслируемые в нем IPTV-каналы. В результате услуги IPTV фактически не налагают ограничений на коэффициент разветвления, а реальная полоса, доступная абоненту, значительно шире. В GEPON реализация режима Multicast в дереве PON, стандартизованная IEEE, базируется на обработке пакетов с Multicast-адресами и близка к технологиям, применяемым в Ethernet-сетях. В GPON поддержка Multicast в дереве PON стандартизована ITU-T только для ATM-протокола. При использовании GEM каждый производитель GPON реализует режим Multicast, базируясь на различных дополнениях к протоколу GEM, разрабатываемых самостоятельно либо на основе сторонних патентов.

Помимо технических характеристик технологий, при выборе того или иного решения важными, а зачастую и определяющими, являются такие показатели, как стоимость оборудования, возможность последующей модернизации, организация взаимодействия с существующими сетями связи, особенности технического обслуживания и эксплуатации, распространенность технологических решений. Рассмотрим эти аспекты подробнее.

Стоимость оборудования определяется рядом факторов - как объективных, так и субъективных. К объективным факторам относятся сложность технологии производства, стоимость компонентов, объемы производства. К субъективным можно отнести маркетинговую политику поставщика оборудования и действия госорганов по регулированию рынка. Влияние субъективных факторов на стоимость производства плохо предсказуемо и не может являться основанием для объективной оценки, поэтому рассмотрим подробнее объективные факторы.

С точки зрения технологии производства решения GEPON более простые, поскольку базируются на уже отработанных технологиях производства оборудования для Ethernet-сетей и менее требовательны к параметрам используемых компонентов. Компоненты технологии Ethernet значительно дешевле компонентов ATM, что определяется как большими объемами производства (решения Ethernet используются в каждом ПК), так и менее жесткими требованиями к поддержке параметров на уровне элементной базы. Например, требования к параметрам лазеров, используемых в GEPON, в несколько раз ниже, чем в GPON. Программное обеспечение для Ethernet-решений также дешевле в силу своей массовости и универсальности.

Что касается объемов производства конечного продукта, т.е. ONT и OLT, то сегодня на каждый продаваемый ONT для GPON приходится 10 ONT для GEPON5. Для определения перспективного объема производства можно использовать данные о потенциальном объеме рынка каждого из решений. Для GPON в настоящее время основными являются рынки Северной Америки и частично Европы. Технология GEPON распространена в Юго-Восточной Азии (Япония, Китай, Корея и др.), Латинской Америке и частично Европе. При сравнении численности населения в каждой из этих групп видно, что аудитория потенциального распространения GEPON в несколько раз выше, чем у GPON. В любом случае по объективным показателям стоимость производства решений для GEPON оказывается ниже, чем для GPON, что и подтверждается рыночной ценой на оборудование: для решений GEPON она примерно вдвое ниже, чем для GPON. С другой стороны, эти сравнения относятся к стоимости активного оборудования (ONT и OLT), а при создании инфраструктуры доступа существенная доля затрат приходится на линейно-кабельные сооружения, которые, как было показано, технологией GPON используются в два раза эффективнее. Проанализируем возможности развития этих технологий.

GPON или GEPON?

Технология GEPON базируется на стандартах Ethernet, которые уже работают со скоростями 10 Гбит/c и имеют приемлемую стоимость. Разработан стандарт 10GEPON и эволюция платформ GEPON до 10 Гбит/c скорости передачи. Исследования ITU-T в части развития GPON показали нецелесообразность увеличения скорости в одной длине волны. Поэтому исследования ITU-T связаны с WDM-PON, где каждый ONT работает на своей длине волны, что позволяет в несколько раз увеличить общую скорость передачи.

Решения GEPON используют достаточно простые процедуры конфигурирования и управления, во многом аналогичные процедурам, выполняемым в обыкновенных Ethernet-сетях. Специалистов, занимающихся администрированием Ethernet-сетей, на рынке труда достаточно, и они легко могут освоить администрирование решений PON. Решения GPON, в свою очередь, базируются на совокупности технологий SDH, ATM/GEM и Ethernet, что предъявляет повышенные требования к администрированию сетевой инфраструктуры в целом и к эксплуатирующему персоналу в частности.

Таким образом, выбор в пользу решения GPON или GEPON в условиях конкретной сети связи должен определяться не только параметрами пропускной способности, но и рядом других аспектов, которым на начальном этапе придают мало значения, что затем негативно сказывается на эксплуатации и развитии сети.

Преимущества архитектуры PON:

- отсутствие промежуточных активных узлов;

- экономия волокон в абонентских оптических кабелях;

- экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле;

- легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).

- возможность предоставления трех видов информации (согласно концепции Triple Play) - голоса, видео и данных;

- отсутствует необходимость электропитания сетевых элементов (кроме оконечных);

- небольшие затраты на обслуживание;

- возможность динамического расширения полосы - увеличение скорости передачи работающих абонентов за счет неработающих в данный момент;

- дальнейшее увеличение скорости передачи (до 10 Гбит/с) и выше без замены оборудования линейного тракта (оптические кабели, разветвители, соединители);

- последующая возможность значительного увеличения скорости передачи для каждого пользователя за счет применения технологии оптического мультиплексирования (CWDM или DWDM).

3.4 Общее описание оборудования PON , функциональное описание

Оборудование линейной части

Линейная часть состоит из оборудования и компонентов, расположенных между СО и помещениями абонента. Она включает в себя как оптические, так и не оптические компоненты сети и представлена на рисунке 3.4.



Рисунок 3.4. Оборудование линейной части

Оптические компоненты составляют оптическую распределительную сеть (ODN), которая включает в себя: волоконно-оптические кабели, WDM мультиплексоры, соединительные шнуры, сварные соединения, коннекторы, разветвители и оконечные терминалы. Не оптические компоненты включают в себя: уличные тумбы, колодцы, патч-панели и различное вспомогательное оборудование.

Оборудование линейной части включает следующее:

- Волоконно-распределительные модули (или патч-панели) в СО;

- Волоконно-оптические кабели.

Питающие кабели составляют участок между СО и первым разветвителем. Распределительные волокна связывают разветвитель с оконечными терминалами, расположенными рядом с абонентами. Оконечные кабели соединяют отдельные ОNT с оконечными терминалами.

Примечание: вследствие влияния Рэлеевского рассеяния, макро- и микроизгибов и т.п., волоконно-оптические кабели вносят потери (затухание) сигнала, которые пропорциональны их длине. На рисунке 3.5. показано затухание типичного оптического волокна.



Рисунок 3.5. Спектральное затухание

- Волоконно-распределительный хаб включающий шкафы, тумбы, муфты (воздушные или в грунте), разветвитель(и), патч-панели

- Оконечные терминалы

- Коннекторы: SC/APC (с углом 8⁰для уменьшения отражений, типичные потери 0,5 дБ)

Разветвители

Устройство, используемое в PОN, работающее в двух направлениях и имеющее один входной порт и несколько выходных портов называется разветвителем. Входящий оптический сигнал (прямой поток) распределяется между выходными портами, что позволяет многим пользователям совместно использовать одно оптическое волокно и, следовательно, пропускную способность. В обратном направлении оптические сигналы от многих ONT объединяются в одном волокне.

Разветвители являются пассивными устройствами, т.к. они не требуют внешнего источника питания. Они являются широкополосными и вносят потери из-за того, что они разделяют мощность входного (прямого) потока. Эти потери называются потерями на разветвителе или коэффициентом деления, которые обычно выражаются в дБ и зависят в основном от количества выходных портов.

Таблица 3.7. Зависимость коэффициента деления от количества портов

Количество портов	Потери на разветвителе (дБ) (исключая коннекторыи дополнительные потери разветвителя)
2	3
4	6
8	9
16	12
32	15
64	18

Разветвитель также добавляет приблизительно те же потери и для сигналов, следующих в обратном направлении.

В зависимости от сетевой топологии в FTTx сети может располагаться один разветвитель или несколько разветвителей соединенных каскадами. В настоящее время рекомендациями ITU-T С.983 разрешается деление до 32, а рекомендации G.984 увеличивают это значение до 64 делений.

Разветвители могут иметь различные формы и размеры в зависимости от применяемой технологии изготовления, представлены на рисунке 3.6. Наиболее часто встречающиеся типы это плоский волновод (обычно для большого количества ветвлений), сварные биконические разветвители (FBT) (обычно для малого количества ветвлений). Оба типа изготавливаются для монтажа в муфту.

Рисунок 3.6. Разветвители

Активное оборудование включает следующее:

- OLT (приемник/передатчик данных и голоса), расположенный в СО

- Видео оборудование (передатчик) и легированный эрбием волоконный усилитель (EDFA), применяемый для предварительного усиления видеосигнала перед вводом в WDM мультиплексор

- ONT, его источник питания и резервное питание, которые расположены в помещениях абонента.

К активному оборудованию относятся оконечные оптические блоки: станционный (OLT) и абонентский.

В качестве OLT возможно использование одного из двух оконечных комплектов BBS4000+ и BBS1000+, которые отличаются количеством подключаемых абонентов и некоторыми функциональными особенностями.

Оптические кабели и муфты для PON.

Согласно требованиям Рекомендации ITU-T G.983, для строительства PON должны применяться кабели с одномодовыми оптическими волокнами типа G.652 или совместимые с ними (например, G.657А).

Поскольку PON использует оптические кабели, прокладываемые на различных участках (магистральный, распределительный, абонентский) и в различных условиях (в канализации, подвеска на опорах, в зданиях абонентов), то и конструкции кабелей для этой сети могут отличаться достаточно сильно.

Конструкции кабелей определяются, в первую очередь, условиями прокладки кабеля (прокладка в грунт, в кабельную канализацию, подвеска на опорах, прокладка во внутренних каналах и стояках здания и т.п.), а также необходимым числом волокон. Здесь лишь коротко отметим, что при числе волокон до 12…24 экономически целесообразно использование кабелей с однотрубчатым сердечником (типа UT), а при большем количестве - с модульным сердечником (типа LT). При подземной прокладке кабеля принципиально важно иметь защиту от грызунов (обычно - броня из стальной гофрированной ленты) и попадания влаги (толстая полиэтиленовая оболочка, влагозащитный барьер, гидрофобное заполнение сердечника), а также от растягивающих усилий, случайных механических повреждений и других факторов. Для подвесных оптических кабелей очень важным является стойкость к растягивающим усилиям (обеспечивается подбором несущего троса или другими силовыми элементами) и перепадам температур (обеспечивается, в основном, материалом и конструкцией наружной оболочки). К основным требованиям к кабелям, прокладываемым внутри помещений, относятся: нераспространение горения (применяются не поддерживающие горение оболочки) и гибкость, а также легкость, защита от случайных ударов, растягивания, скручивания, сдавливания.

В таблице 3.8. указаны факторы, которые воздействуют на оптические кабели, проложенные в различных условиях и конструктивные методы защиты от них.

Таблица 3.8.

Условия прокладки	Основные воздействующие факторы	Конструктивные методы защиты
Непосредственно в грунт	Атаки грызунов	Броня
	Растягивающее усилие	Продольные силовые элементы
	Случайные удары	Броня
	Проникновение влаги	Влагозащитный барьер, гидрофобный заполнитель
	Раздавливающее усилие	Конструкция сердечника, броня
В кабельной канализации	Проникновение влаги	Влагозащитный барьер, гидрофобный заполнитель
	Растягивающее усилие	Продольные силовые элементы
	Скручивание	Наружная оболочка
	Атаки грызунов	Броня, прокладка в защитных трубках
Подвеска на опорах	Растягивающее усилие	Продольные силовые элементы
	Перепады температур	Оболочки
	Проникновение влаги	Влагозащитный барьер, гидрофобный заполнитель
	Случайные удары	Броня, оболочки, арамидные нити
	Ультрафиолетовое облучение	Наружная оболочка
Кабельные вводы в дом	Возгорание	Оболочка из LSZH или PVC
	Атаки грызунов	Броня
	Проникновение влаги	Влагозащитный барьер
	Растягивающее усилие	Продольные силовые элементы
Внутри помещений	Возгорание	Оболочка из LSZH или PVC
	Изгиб с малым радиусом	Оболочки
	Растягивающее усилие	Арамидные нити
	Случайные удары	Оболочки, арамидные нити
	Раздавливающее усилие	Оболочки, арамидные нити

При соединении длин кабеля между собой или в местах разветвления кабельных линий устанавливаются кабельные муфты. Их основная задача - разместить и защитить соединения оптических волокон. Конструкции муфт содержат сплайс-кассеты, в которых размещаются сварные соединения в защитных термоусаживаемых гильзах. Внутри кассет, с допустимым радиусом изгиба (не менее 30 мм), укладывается запас оптических волокон. Корпус муфты должен защищать волокна и сростки от проникновения влаги, механических и климатических воздействий.

По расположению вводов различают проходные муфты (кабельные вводы сделаны с противоположных сторон) и тупиковые (вводы с одной стороны). Конструкция корпуса также может быть плоской или круглой. Выбор типа корпуса муфты во многом определяется условиями ее установки. Плоские муфты, например, удобнее крепить к стенам в подвалах, на чердаках домов, в колодцах. Тупиковые муфты удобны при подводе кабеля с одной стороны, например, для установки на опорах (осветительных, контактной сети транспорта и др.) с помощью металлической скобы или для крепления на стенах с помощью металлического кронштейна. Проходные муфты больше пригодны для прокладки в грунт в колодцах кабельной канализации (укладка на консолях), а также для воздушных кабелей при подвеске на несущем тросе с помощью специальных скоб.

Кабельные вводы в муфты должны быть герметизированы надежно, не зависимо от перепадов наружных температур, доступа влаги и других долговременного влияющих факторов. Наиболее популярна организация ввода с помощью термоусаживаемых трубок. Усадка производится достаточно быстро и, при правильном выполнении всех операций, обеспечивает надежную герметичность вводов. Однако усадку желательно производить специальным монтажным феном, для чего еще требуется электропитание. В крайнем случае, применяется горелка, что предполагает работу с открытым пламенем. Другой способ предполагает использование герметизирующей ленты, которая наматывается на наружную оболочку кабеля в месте его ввода в муфту. После зажима накидной гайки на вводной втулке мягкая лента заполняет все свободное пространство в месте ввода, надежно его герметизируя. Такой способ не требует горячих методов монтажа, но здесь важна аккуратность и тщательность проведения монтажных операций. Кроме того, муфты с такими вводами не желательно использовать в местах постоянного воздействия влаги.

Кроссовые и распределительные устройства для PON.

Введенные в здания оптические кабели прокладываются по внутренним стоякам и каналам и заканчиваются подключением к оконечным кабельным устройствам (боксам). В боксах производится соединение волокон оптических линейных кабелей с соединительными кабелями или шнурами, подключающимися к абонентским терминалам (ONU). В оптических боксах также может производиться разветвление кабельных линий.

Оптические боксы конструктивно состоят из закрываемого корпуса с кабельными вводами, внутри которого размещаются сплайс-кассеты. В корпусе также имеются отверстия с уплотнителями для вывода соединительных шнуров (пигтейлов, патч-кордов) или одноволоконных кабелей. Боксы могут содержать панель для установки разъемных адаптеров.

Способ размещения боксов зависит от реальных условий в помещениях заказчиков. Устройство может располагаться как в технических нишах, шкафах, так и просто крепиться к стенам, балкам, опорам, колоннам во всех доступных помещениях.

При выборе нужной конструкции в первую очередь следует учитывать количество выводимых одноволоконных кабелей (или шнуров), а также тип их соединений с линейным оптическим кабелем. При сварных соединениях сростки размещаются прямо в сплайс-кассете, а при разъемных - бокс должен содержать лицевую панель с необходимым числом адаптеров. В зависимости от конкретного места и способа установки подбирают габариты боксов и материал корпуса (см таблицу 3.9.)

Таблица 3.9. Оптические боксы

Тип бокса	Материал корпуса	Тип кас- сеты	Число кассет	Число сварных соединений	Число гильз в комп-лекте	Число выводов для шнуров (адаптеров)	Габариты, мм
			в ко-мпле-кте	макс.	в одной кассете	макс.
FOB-AM	пластик	-	-	-	-	6	6	4 адапт.	152 х 105 х 32
FOB-BM	металл	S037	1	2	6 / 12*	12 / 24*	6	12	210 х 110 х 50
FOB-DM	пластик	S037	1	2	6 / 12*	12 / 24*	6	12	198 х 112 х 45
FOB-B	металл	S024	1	2	6 / 12*	12 / 24*	12	24	303 х 143 х 50
FOB-D	пластик	S009	1	2	6 / 12*	12 / 24*	12	24	270 х 155 х 53
FOB-C	металл	S024	1	2	6 / 12*	12 / 24*	12	8 адапт.	353 х 170 х 50
FOB-SH	пластик	S016	1	3	8 / 16*	24 / 48*	12	48	320 х 145 х 50
FOB-G	металл	S016	2	4	8 / 16*	32 / 64*	32	32 адапт.	305 х 355 х 90

С другой, станционной стороны, оптические кабели подключаются к оптическим кроссовым устройствам, обычно устанавливаемым в 19-дюймовые стойки. Обычно такие станционные оптические боксы (ODF, Optical Distribution Frame) конструктивно состоят из корпуса с кабельными вводами, набором сплайс-кассет, организаторов для укладки модульных трубок кабелей и шнуров, и винтовых стоек для крепления металлических силовых элементов. Во фронтальной части корпуса крепятся лицевые панели с адаптерами для разъемов необходимого типа.

Оптические соединительные шнуры для PON.

Оптические шнуры являются важным элементом PON, поскольку используются в большом количестве и обычно на участках, где происходят различные манипуляции по перекоммутации. Таким образом, от их параметров передачи и надежности во многом зависит качественная работа всей сети.

Для соединения между двумя оптическими портами оборудования используются соединительные шнуры, оконеченные с двух сторон (патч-корды) диаметром 3 мм. Поверх волокна накладывается слой арамидных волокон и плотная наружная оболочка из поливинилхлорида (PVC) или негорючего малодымного безгалогенного пластиката (LSZH).

Для подключения оптических кабелей к оконечному или распределительному оборудованию применяются шнуры с одним коннектором и одним свободным волокном (пигтейлы). В них используются волокна в плотном покрытии диаметром 0,9 мм без наружной оболочки.

Технология пассивных оптических сетей, на сегодняшний день, является одной из наиболее развитых и совершенных для обеспечения абонентского доступа к трем основным типам информации (телефонии, передачи данных и телевидения). На сегодняшний день PON не является какой-то экзотической оптической технологией, а работает во многих областных и районных центрах страны. За последние несколько лет разработано достаточное количество надежных пассивных компонентов, а большой ассортимент активного оборудования OLT и ONU позволяет применять их для сетей различного типа, масштаба и передачи информации различных видов. Важно и то, что PON продолжает развиваться. Совершенствуется программное обеспечение OLT и его функциональные характеристики. Разрабатывается новый стандарт по расширенной версии PON (до 60 км).

Глава 4. Проект по строительству сети абонентского доступа на технологии пассивной оптической сети

Строительство оптической сети абонентского доступа в Санкт-Петербурге на базе технологии PON в зоне АТС-756

4.1 Общие данные

Настоящий проект по строительству сети абонентского доступа на новой технологии пассивной оптической сети (PON - Passive Optical Network) выполняется в связи с масштабными планами ОАО «Ростелеком» провести реконструкцию существующих абонентских сетей, построенных на морально и физически устаревших кабелях с медными жилами. Строительство современной оптической сети обеспечит возможность прокладки в каждую квартиру оптической линии и подключение качественных услуг телефонной связи, высокоскоростного доступа в Интернет и цифрового телевидения.

Данный раздел рабочего проекта «Строительство оптической сети абонентского доступа в Санкт-Петербурге на базе технологии PON в зоне АТС-756» разработан на основании:

1. Задания на разработку проекта;

2. Исходных данных и согласований;

3. Технической документации фирм-поставщиков оборудования, изделий и материалов;

Данный проект содержит решения по построению распределительной сети при организации пассивной оптической сети (PON) от АТС-756 к существующим жилым домам по адресам:

- Солдата Корзуна ул., д. 44;

- Солдата Корзуна ул., д. 42;

- Солдата Корзуна ул., д. 48.

В распределительную сеть PON входят участки сети от оптического распределительного шкафа (ОРШ) к этажным оптическим распределительным коробкам (ОРК) в трех домах. Схемы распределительной сети содержат решения по домовой прокладке оптических кабелей, по размещению ОРШ и ОРК непосредственно в жилых домах.

Схемы распределительной сети согласованы Петербургским филиалом ОАО «Ростелеком».

Процент охвата технологией PON в жилом доме - 100% квартир, что обеспечивает возможность подключения любой квартиры в доме к проектируемым ОРК.

Схемы распределительных сетей разработаны в соответствии со следующими основными положениями:

- ВОК по зданию проектируется в негорючей оболочке.

- ОРК в подъездах предусматриваются к установке на стене.

- Оптические разветвители (сплиттеры) резервируются по волокну.

-Резерв оптических волокон в распределительных кабелях к сплиттерам 1:32 предусмотрен из расчета 1 ОВ на 2-3 сплиттера.

- Прокладка проектируемого ВОК по подвалу и стенам с пробивкой межэтажных перекрытий предусмотрена в трубе из самозатухающего ПВХ пластика с креплением скобами.

- От межэтажных каналов до ОРК предусмотрены пластиковые кабель-каналы с креплением на стене.

- Установку ОРШ необходимо произвести на 1 этаже в подъезде №4 по адресу ул. Солдата Корзуна, д. 44 в соответствии с привязкой.

-Заземление бронированного ОК предусмотрено в ОРШ путем присоединение металлической брони оптического кабеля к системе уравнивания потенциалов в жилом доме. Шкаф ОРШ имеет внутри два болта заземления. На один болт заводится провод ПВЗ-1х16 мм² в желто-зеленой изоляции от шины PEN главного вводно-распределительного щита (ГРЩ) дома. Провод ПВЗ-1х16 мм² прокладывается в гибкой гофрированной трубе по трассе совместно с телекоммуникационным кабелем по подвалу. Трасса прокладки уточняется по месту. Металлический бронепокров оптического кабеля заземляется в шкафу ОРШ на второй болт заземления. Перед проведением монтажных работ проверить систему повторного заземления PEN проводника на ГРЩ. Сопротивление контура должно быть не более 4 Ом для напряжения ~ 380В.

-Перечень оборудования, изделий, материалов и кабелей, предусматриваемых в данном разделе, представлен в спецификации. Все изделия имеют необходимые Декларации о соответствии, приведенные в отдельном томе материалов по проектированию.

4.2 Схема расположения распределительных участков ОРШ 756-063 представлена на чертеже 4.1

Чертеж 4.1. Схема расположения распределительных участков ОРШ 756-063

№ п/п	Наименование работ	Ед. изм.	Кол-во
			ОПС-012Т	ОПС-004Т
	Прокладка кабеля, в том числе:	м	105,0	150,0
1	В канализации на участках:
	ул. Солдата Корзуна, д.44 - ул. Солдата Корзуна, д.42	м	45,0
	ул. Солдата Корзуна, д.44 - ул. Солдата Корзуна, д.48	м		90,0
2	По зданиям	м	60,0	60,0

Примечание: кабель в канализации взят с учётом 5,7% на монтаж и укладку в колодцах

4.3 Схема распределительных участков абонентской сети PON ОРШ 756-063 (ул. Солдата Корзуна, д.44)

Чертеж 4.2. Схема кабельного ввода распределительной сети ОРШ 5 эт.80 кв.

Условные обозначения:

- ящик протяжной

- проектируемый трубопровод

П-25 П-50 - полиэтиленовые трубы диаметром 25, 50 мм

- количество жилых квартир на этаже

-оптическая распределительная коробка(ОРК) со сплиттером 1:32

-оптическая распределительная коробка(ОРК)

ОРК-12/4 - ОРК типоразм5ером 12 с 4- мя разъемами CS

Примечание: Распределительный кабель предусматривается к прокладке в существующем стояке; при отсутствии возможности - устанавливается параллельно второй закладной вертикальный трубопровод (проектом учтено)



Таблица 4.1. Объем работ по распределительной сети PON ОРШ 756-063 (ул. Солдата Корзуна, д.44)



Чертеж 4.3. План расположения оборудования: ул. Солдата Корзуна, д.44 подъезд №4 этаж 1

Чертеж 4.4. Схема распределения оптических волокон и разъемов в ОРК

Примечание: цветовые коды модулей и волокон ВОК указаны в отдельной таблице.



Условные обозначения:



Чертеж 4.5. Схема распределения оптических волокон и разъемов в ОРШ №756-063 ул. Солдата Корзуна, д.44



4.4 Схема распределительных участков абонентской сети PON ОРШ 756-063 (ул. Солдата Корзуна, д.42)

Чертеж 4.6. Схема кабельного ввода распределительной сети ОРШ 756-063 (ул. Солдата Корзуна, д.42) 9 этажей 251 квартира



Таблица 4.2. Объем работ по распределительной сети PON ОРШ 756-063 (ул. Солдата Корзуна, д.42)



Чертеж 4.7. Схема распределения оптических волокон и разъемов в ОРК



4.5 Схема распределительных участков абонентской сети PON ОРШ 756-063 (ул. Солдата Корзуна, д.48)

Чертеж 4.8. Схема кабельного ввода распределительной сети 5 эт. 70 кв.

Условные обозначения:

- Оптический распределительный шкаф ОРШ



Таблица 4.3. Объем работ по распределительной сети PON ОРШ 756-063 (ул. Солдата Корзуна, д.48)

Чертеж 4.9. Схема распределения оптических волокон и разъемов в ОРК ул. Солдата Корзуна, д.48 5 этажей 70 квартир



4.6 Спецификация оборудования, изделий и материалов



4.7 Таблицы цветовых кодов



Таблица соответствия цветовых кодов волокон и модулей ВОК

Примечание: кабели типа ОБГ имеют однотрубчатую конструкцию (один модуль)

Заключение

Данная дипломная работа посвящена применению оптических решений для организации широкополосного фиксированного доступа. Используя оптические технологии, а именно технологии PON, возможна организация высокоскоростных потоков 1 - 2,4 Гбит/с до абонента. Оптические технологии постоянно совершенствуются и удешевляются. Однако, медная витая пара по-прежнему широко используется на небольших расстояниях для соединения центральных распределительных узлов с абонентами.

Технология волокно-в-дом (Fiber-to-the-home - FTTH) представляет собой привлекательное решение для обеспечения широкополосных подключений между центральным офисом, жилыми помещениями или малыми и средними предприятиями и фирмами. FTTH является экономичным решением из-за применения пассивных оптических сетей (PON). Эти системы подчиняются тем же базовым принципам, что и обычные волоконно-оптические сети, таким образом, это позволяет использовать для строительства и обслуживания то же самое оборудование.

В процессе работы подробно рассмотрены основные моменты, касающиеся технологии PON, которая позволяет обеспечивать высокого оборудования исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку оптического кабеля и эксплуатацию кабельной сети.

Также проведён краткий анализ существующих технологий широкополосного доступа. На основании изученного материала разработан проект по строительству сети абонентского доступа, основанного на технологии пассивной оптической сети.



Список литературы

1. "Пассивные оптические сети PON Часть 2. Ethernet на первой миле", И.И. Петренко, Р.Р. Убайдуллаев, к.ф.-м.н., 2014 год

2. МСЭ-Т G.983.1 Оптические системы широкополосного доступа, базирующиеся на пассивной оптической сети (PON).

3. Журнал Сети и телекоммуникации, статья « Пассивные оптические сети: свыше гигабита в активе», #4, 2013.

4. IEEE, IEEE Std 802.3, "Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications," March 2002.

5. IEEE 802.3ah OAM Helps Bridge Ethernet Management Gap

6. Ethernet Passive Optical Network (EPON)) .

7. RFC-4837. Managed Objects of Ethernet Passive Optical Networks (EPON). L.Khermosh. July 2013.

8. Joint ITU-T/IEEE Workshop on Carrier=Class Ethernet (From 1 to 10 Gb/s in five years - The EPON Story), Geneva, May 2013.

9. Бакланов И. Г. Технологии ADSL/ADSL2+ теория и практика применения. - М: Метротек, 2013

10. Горальски В. ADSL. - Лори, 2013

11. Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика/Пер. с англ. - М: КУДИЦ-ПРЕСС, 2008

12. www.osp.ru - Сайт издательства «Открытые системы»



Аббревиатуры и сокращения

GFP - General Framing Procedure - общая процедура разбиения на кадр, которая обеспечивает адаптацию асинхронного трафика данных на основе кадров переменной длины к байт-ориентированному трафику SDH с минимальными задержками и избыточностью заголовков.

Код 8B/10B 8 бит кодируются 10-битным символом. Здесь 4-кратная избыточность (28=256; 210=1024), т.к. 256 возможных входных значений кодируются 1024 выходными. Этот код обеспечивает стабильное соотношение 0 и 1 в выходном потоке, не зависящем от входных данных. Это свойство актуально для лазерных оптических передатчиков. От данного соотношения зависит их нагрев и при колебании степени нагрева увеличивается количество ошибок приема. Применяется в гигабитной сети на оптоволокне.

WDM - Wavelength Division Multiplexing - технология для добавления двух или более оптических сигналов с разными длинами волн, передающихся одновременно по одному волокну и разделяемых на дальнем конце по длинам волн. Наиболее типичные приложения (2- канальный WDM) комбинируют длины волн 1310 нм и 1550 нм в одном волокне.

СЕМ - Метод инкапсуляции GPON

EEC - Прямая коррекция ошибок

ATM - Asynchronous Transfer Mode - асинхронный способ передачи данных

QoS - Quality of Service - качество обслуживания - этим термином в области компьютерных сетей называют вероятность того, что сеть связи соответствует заданному соглашению о трафике, или же, в ряде случаев, неформальное обозначение вероятности прохождения пакета между двумя точками сети.

FSAN - full service access network. Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PON с тем, чтобы производители оборудования и операторы, могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. На сегодня FSAN насчитывает 40 операторов и производителей и работает в тесном сотрудничестве с такими организациями по стандартизации, как ITU-T, ETSI и ATM форум.

LAN - Local Area Network - Локальная вычислительная сеть.

MAN - Metropolitan area network - Городская вычислительная сеть.

WAN - Wide Area Network - Глобальная компьютерная сеть.

10GEPON - 10 Gigabit Ethernet PON. Верхняя граница пропускной способности 10 Гб/с. Поддерживается как симметричный (10 Гб/с в обоих направлениях), так и асимметричный (10 Гб/с в нисходящем потоке и 1 Гб/с в восходящем) режимы.

MxU обозначает гостиницы, многоквартирные дома - MDU и деловые центры - MTU с множеством офисов, принадлежащих разным компаниям.

RBOC - Regional Bell Operating Company - региональная телефонная компания системы Bell.

CLEC - competitive local exchange carrier - конкурирующий поставщик местных телефонных услуг.

ILEC - Incumbent Local Exchange Carriers - традиционные операторы местной связи.

POTS - plain old telephone service - обычная старая телефонная связь.

OAM - Operation, Administration and Maintenance - система технической эксплуатации, технического обслуживания и административного управления.

DSCP - Differentiated Services Code Point - точка кода дифференцированных услуг - это поле в заголовке IP пакета, которое используется в целях классификации передаваемой информации.

GEM - GPON Encapsulation Method

DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer -- мультиплексор доступа цифровой абонентской линии xDSL.

OMCI - ONT Management and Control Interface - используется OLT для контроля ONT

FCAPS - модель Международной организации по стандартизации (ISO), в которой отражены ключевые функции администрирования и управления сетями: (F) Fault Management / Управление отказами

(C) Configuration Management / Управление конфигурацией

(A) Accounting Management / Учёт

(P) Performance Management / Управление производительностью

(S) Security Management / Управление безопасностью

SDTV - Standard-definition television - Телевидение стандартной четкости

HDTV - High-Definition Television - Телевидение высокой чёткости

VoD - Video on Demand - Видео по запросу

Backbone - магистральный канал передачи данных - высокоскоростная линия, соединяющая сетевые сегменты в единую систему. Осуществляет транспортировку данных на скоростях в сотни и тысячи мегабит/сек, обслуживая другие, менее производительные, каналы связи.

MPEG - Moving Picture Experts Group - Экспертная группа по движущемуся изображению - группа специалистов, сформированная международной организацией ISO для выработки стандартов сжатия и передачи цифровой видео и аудио информации.

K_u-диапазон - диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых в спутниковом телевидении. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 12 до 18 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 2,5 до 1,67 см). В спутниковой связи к этому диапазону также относят часть X-диапазона: в этом случае диапазон K_u- лежит между 10,7 и 18 ГГц.

STM - Synchronous Transport Module - Синхронный транспортный модуль - основной формат сигнала или единицы данных в SDH, используемый для передачи данных по оптическим (реже электрическим или радиорелейным) сетям. Скорость STM-1 составляет 155,52 Мбит/с.

Размещено на Allbest.ru