Разработка проекта распределительной сети провайдера

Современные технологии доступа в сети Интернет. Беспроводные системы доступа. Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы. Существующие топологии сетей. Выбор топологии, оптического кабеля и трассы прокладки. Экономическое обоснование проекта.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 17.04.2014
Размер файла 2,9 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

  • Введение
  • 1. Техническое обоснование проекта
  • 2. Разработка проекта распределительной сети провайдера
  • 2.1 Характеристики объекта проектирования
  • 2.2 Современные технологии доступа в сети Интернет
  • 2.3 Беспроводные системы доступа в сеть Интернет
  • 2.4 Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы
  • 2.5 Выбор технологий для реализации проекта
  • 2.5.1 Технология пассивных оптических сетей
  • 2.5.2 Сравнение технологий xPON
  • 2.5.2.1 История развития технологий GPON и GEPON
  • 2.5.3 Выбор технологии xPON
  • 2.6 Расчёт скорости передачи данных в сети PON
  • 2.7 Существующие топологии сетей PON
  • 2.7.1 Точка-точка (P2P)
  • 2.7.2 Топологическое кольцо
  • 2.7.3 Дерево с активными узлами
  • 2.7.4 Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)
  • 2.8 Выбор топологии
  • 2.9 Выбор трассы прокладки ВОК
  • 2.10 Выбор оптического кабеля. Линейные сооружения
  • 2.10.1 Оптические кабели марки ДОЛ и ОК-НРС
  • 2.10.2 Оптический кабель ОК-НРС
  • 2.10.3 Оптический кабель ШОС
  • 2.11 Внутризоновая муфта типа МТОК
  • 2.11.1 Кассета КТ
  • 2.12 Выбор оборудования
  • 2.12.1 Станционный терминал TurboGEPON LTE-8Х
  • 2.12.2 Абонентские терминалы TurboGEPON ONT
  • 2.13 Домовые кроссы на базе шкафов ШКОН-КПВ
  • Кроссовый модуль
  • 2.14 Оптические разветвители
  • 2.15 Этажные кроссы
  • 2.16 Абонентская розетка ШКОН-ПА-1
  • 2.17 Внутридомовая сеть
  • 2.18 Размещение оборудования в зданиях
  • 2.18.1 Станционный участок
  • 2.18.2 Абонентский участок
  • 2.19 Расчет потерь оптического бюджета на наиболее протяженной ветви
  • 3. Экономическое обоснование проекта
  • 3.1 Расчёт капитальных вложений на строительство телекоммуникационной сети доступа
  • 3.2 Расчет на проектирование распределительной сети провайдера
  • 3.2.1 Расчет фонда оплаты труда
  • 3.2.2 Расчет страховых взносов во внебюджетные фонды РФ
  • 3.2.3 Расчёт материальных затрат
  • 3.2.4 Расчёт затрат на оплату электроэнергии
  • 3.2.5 Расчёт амортизационных отчислений
  • 3.2.6 Расчёт прочих и транспортных расходов
  • 3.3 Расчет доходов
  • 3.3.1 Расчет прибыли от реализации проекта
  • 3.4 Определение эффективности проекта
  • 4. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда.
  • 4.1 Меры безопасности при прокладке кабеля
  • 4.2 Прокладка кабеля в кабельной канализации
  • 4.3 Меры безопасности при работе с оптическим волокном
  • 4.4 Лазерная безопасность
  • 4.5 Пожарная безопасность
  • Заключение
  • Список использованных источников

Введение

Обращаясь в Интернет, мы пользуемся услугами Интернет-провайдера ISP (Internet Service Provider) - это специализированная организация, которая имеет собственную сеть, называемую магистральной, к которой подключается большое количество клиентов. Сеть провайдера соединяется с другими сетями по всей планете, что позволяет иметь связь с любой точкой планеты.

ISP-провайдеры имеют в нескольких населенных пунктах так называемые точки присутствия (POP - Point of Presence) - точки в которых расположено аппаратное обеспечение для подключения к Интернету его клиентов.

Пользователь ПК дозванивается до провайдера и устанавливает связь с одним из модемов провайдера (модемный пул). После подключения он становится частью его сети. На своих серверах провайдер представляет пользователям различные услуги.

Магистральную сеть провайдера часто называют опорной сетью или бэкбоуном (backbone).

Так как сети провайдера обслуживают множество пользователей, они должны иметь высокоскоростные сети и обеспечивать большой трафик (объем данных передаваемый по сети). Провайдер может арендовать высокоскоростные линии у более крупной коммуникационной компании, а также протянуть свои.

В Интернете действуют сотни крупных Интернет-провайдеров, их магистральные сети связаны через NAP (Network Access Points, точки сетевого доступа).

В основе объединения малых и больших сетей лежит цепь договорных соглашений.

Провайдеры узлов агрегации и центрального узла, рассматриваются следующие вопросы:

Вопросы построения центрального узла связи рассматриваются отдельным обычно делятся на международные (MindSpring EarthLink), национальные (Global Internet - одна из крупнейших в России сетей доступа в Интернет), региональные (Краснет).

Сеть передачи данных (СПД), как правило, состоит из центрального узла связи провайдера, узлов агрегации трафика, линейно-кабельных сооружений, базовых станций беспроводного доступа и узлов домовых распределительных сетей.

- При проектировании сети передачи данных, состоящей из линейно-кабельных сооружений, томом и рассмотрены большей частью в статье проектирование узлов ПД и ТМ. Центральный узел связи представляет собой ядро СПД, предназначенное для предоставления клиентам СПД услуг передачи данных и телематических служб, доступа в сеть Интернет, посредством подключения ЦУС к магистральному оператору, предоставления в аренду каналов связи, передачи данных для целей голосовой информации (телефония по сетям ПД), учета и монетизации услуг с помощью систем АСР (биллинга). Проектные решения по размещению, электропитанию и организации центрального узла связи оформляются отдельным томом и описываются в составе общей пояснительной записки на СПД.

- узлы агрегации служат для сбора трафика с узлов домовых распределительных сетей (УДРС), расположенных в районе обслуживания узла, и последующей передачи его на ЦУС. Вопросы, возникающие при проектировании аналогичны стандартному узлу ПД и ТМ. Проектные решения по размещению, электропитанию и организации агрегационных узлов оформляются отдельным томом и описываются в составе общей пояснительной записки на СПД.

- линейно-кабельные сооружения СПД представляют собой волоконно-оптические и медные линии связи, прокладываемые по зданиям, опорам освещения, в проектируемой либо существующей телефонной канализации и в траншеях. Подробнее вопросы строительства ВОЛС рассматриваются в разделе проектирование линий связи.

- размещение и электропитание узлов домовых распределительных сетей (УДРС). Как правило, узлы домовых распределительных сетей состоят из кросса, коммутатора, медиаконвертера либо трансивера, ИБП (либо без него, так как УДРС допустимо запитывать по 3 категории надежности электроснабжения, от подъездного РЩ) и антивандального шкафа. Порты коммутатора используются для подключения абонентов. К типовым решениям по размещению УДРС в жилых домах относятся: размещение на лестничных площадках 4-5 этажей (для 5 этажек), на лестничных площадках 9 этажей, на чердаках либо тех. этажах зданий.

В административных зданиях УДРС размещаются, как правило, на лестничных клетках, в коридорах, либо других местах предварительно согласованных с собственниками зданий. В процессе проектирования, необходимо получить разрешительные документы на размещение УДРС, их электропитание и прокладку кабелей связи от управляющих компаний, ТСЖ и администраций зданий, в которых планируется предоставлять услуги связи.

1. Техническое обоснование проекта

Тема дипломного проекта является актуальной, так как создание распределительной сети обеспечивает доступ предприятий и жилых домов к информации, а также подключение к сетям провайдера недавно введенных в эксплуатацию и существующих зданий.

Во всем мире стремительно растет потребность в информационных сетях, особенно в сфере бизнеса и IT технологий. Пользователи с разветвленной распределительной сетью смогут получить доступ к информации всегда и везде могут работать гораздо более производительно и эффективно.

Получить доступ к сети Интернет можно, используя различные коммуникационные технологии. При этом следует учитывать, что для различных людей понятие "получение доступа" имеет совершенно разный смысл. Это, прежде всего, конечные пользователи, желающие получить доступ в сеть Интернет в дополнение к, например, обычной телефонной связи. Также можно выделить телекоммуникационные компании (работающие в области телефонной, мобильной, спутниковой связи и т.д.) и провайдеров, обеспечивающих доступ в сеть Интернет и другие услуги по передаче данных. Следует заметить, что телекоммуникационные компании больше не хотят терять потенциальные прибыли и постепенно вливаются в ряды провайдеров, стирая между ними и собой все различия.

Альтернативы доступа могут предложить телекоммуникационные компании и провайдеры своим пользователям

В данном дипломном проекте будут:

- рассмотрены современные технологии доступа к глобальной компьютерной сети Интернет;

- произведен выбор способов подключения нового жилого района к сети Интернет;

провайдер распределительная сеть интернет

- осуществлен выбор оборудования и разработана структурная схема его размещения.

2. Разработка проекта распределительной сети провайдера

2.1 Характеристики объекта проектирования

Объектом проектирования является городской микрорайон с жилыми домами, часть из которых введены в эксплуатацию в текущем году, а часть - 7-10 лет назад. Жители старых домов имеют доступ к услугам телефонной связи. Новые дома на настоящее время не подключены к сетевым услугам провайдера, действующего на территории города.

План застройки городского микрорайона представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - План застройки нового городского района в масштабе 1 см на плане соответствует 100 м на местности

Типовые планы жилых домов: 1) П-46М; 2) II-49; 3) И-155С; 4) П-55.

Количество пользователей квартирного сектора:

1) 12 эт. * 3 кв/эт. = 36 кв. * 2 под. = 72кв.;

2) 9 эт. * 4 кв/эт. = 36 кв. * 2 зд. = 72 кв. * 4 зд. = 288кв.;

3) 22 эт. * 4 кв/эт. = 88 кв. * 3 под. = 264 кв. * 4 зд. = 1056 кв.;

4) 16 эт. * 4 кв/эт. = 64 кв.

Количество жителей жилого сектора - 1480 квартир.

Количество точек доступа для пользователей делового сектора - 12.

Расстояние до здания, в котором размещается оборудование провайдера - 2120 метров.

Провайдер планирует обеспечить доступ новым абонентам к современным услугам triple play:

- телефонного сервиса;

- доступа в Интернет;

- телевидения.

Для этого необходимо создать распределительную сеть для подключения нового жилого района к оборудованию, расположенному в центральном узле.

Требуется разработать:

- структурную схему сети доступа для обеспечения доступности широкополосного (в том числе беспроводного) доступа к информационно - телекоммуникационной сети "Интернет" жителям нового городского микрорайона;

- план размещения оборудования провайдера в жилых и административных зданиях;

- выбрать сетевые технологии и оборудование для реализации проекта.

2.2 Современные технологии доступа в сети Интернет

Технологии обеспечения доступа в сеть Интернет можно разделить на три категории, в зависимости от того, какой носитель (т.е. канал или среда передачи) используется для передачи данных. К ним относятся:

витая пара телефонных проводов;

беспроводные системы (например, системы сотовой, радиорелейной или спутниковой связи).

оптико-волоконные кабели (к этой категории также следует отнести системы, в которых вместе с оптико-волоконными кабелями используются также и коаксиальные кабели);

Рассмотрим все три категории более подробно, начнем с удобных в освоении и эксплуатации витым парам телефонных проводов к наиболее дорогим беспроводным и оптико-волоконным системам.

Использование витой пары абонентских телефонных проводов для организации доступа в сеть Интернет

Витая пара телефонных проводов является главным (в нашем случае единственным) носителем, который в настоящее время используется для подключения всех абонентов (независимо от их юридического статуса) к оборудованию телефонной сети. Одно только это должно вызывать здоровый энтузиазм у разработчиков систем высокоскоростной передачи данных по данному носителю.

Каждый абонент телефонной сети имеет отдельную физическую пару проводов в кабеле, идущем от телефонной станции, которая соединяет его телефонный аппарат с коммутационным оборудованием, установленным на телефонной станции. Каждая пара в кабеле является витой (т.е. провода пары свиты друг с другом), что позволяет снизить нежелательные помехи. При осуществлении обычной телефонной связи каждая пара кабеля на абонентском участке кабельной сети поддерживает один голосовой канал. Также витые пары проводов используются для соединения персональных компьютеров в ЛВС (локальных сетях).

Существует три основных решения при организации доступа в сеть Интернет по витой паре абонентских телефонных проводов. Речь идет об аналоговых модемах, предназначенных специально для передачи данных по телефонным каналам, об ISDN и о технологиях, объединенных под общим названием xDSL.

Аналоговые модемы хорошо известны и понятны большинству пользователей современных домашних компьютеров Рисунок 2. Принцип их работы основан на использовании диапазона голосовых частот витой пары абонентских телефонных проводов для передачи данных. Для этого используются технологии передачи, известные как "частотная модуляция" и "квадратурная амплитудная модуляция". Аналоговый модем позволяет достигать скорости передачи данных до 56 Кбит/с.

Рисунок 2 - Подключение с помощью аналогового модема

Невысокая цена и совместимость практически с любой телефонной линией сделали аналоговые модемы основным выбором индивидуальных пользователей. К сожалению, скорость передачи аналогового модема в значительной мере зависит от качества телефонной линии и установленного соединения. Непрофессиональные пользователи сети Интернет могут использовать и аналоговые модемы, но рано или поздно любой из них сталкивается с проблемами, связанными с низким качеством соединения и перегрузками телефонной сети общего пользования. Эта сеть, в своем существующем на данный момент виде, совершенно не предназначена для того, чтобы передавать трафик сети Интернет.

Более высокоскоростной альтернативой аналоговым модемам служит ISDN (рисунок 3). ISDN (не совсем по-русски называемая цифровой сетью связи с интеграцией служб) представляет собой цифровую технологию, позволяющую передавать данные со скоростью 144 Кбит/с. Для этого используется схема кодирования 2В1Q. Скорость передачи данных 144 Кбит/с складывается из двух каналов В по 64 Кбит/с каждый, используемых для передачи голоса и данных, и одного служебного канала D 16 Кбит/с для передачи управляющих сигналов. Каналы В могут использоваться как два отдельных голосовых канала, два канала передачи данных со скоростью 64 Кбит/с, как два отдельных канала передачи голоса и данных, а также совместно для передачи данных со скоростью 128 Кбит/с.

Рисунок 3 - Цифровая сеть с интеграцией служб

Технологии xDSL позволяют значительно увеличить скорость передачи данных по медным парам телефонных проводов, при этом, не требуя глобальной модернизации абонентской кабельной сети. Именно возможность преобразования существующих телефонных линий, при условии проведения определенного объема подготовительных технических мероприятий, в высокоскоростные каналы передачи данных и является основным преимуществом технологий xDSL.

Данные технологии позволяют значительно расширить полосу пропускания медных абонентских телефонных линий. Любой абонент, пользующийся обычной телефонной связью, является потенциальным кандидатом на то, чтобы с помощью одной из технологий xDSL значительно увеличить скорость своего соединения с сетью Интернет. При этом предусмотрено и сохранение нормальной работы обычной телефонной связи, вне зависимости от "общения" пользователей с сетью Интернет (рисунок 4).

Рисунок 4 - Технология xDSL

Многообразие технологий xDSL позволяет пользователю (с учетом определенных ограничений, связанных с длиной и качеством абонентской линии) выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных - от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Современные технологии xDSL дают возможность организовать высокоскоростной доступ в сеть Интернет для каждого индивидуального пользователя или каждого небольшого предприятия, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы.

xDSL включает в себя целый набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию, которые различаются по расстоянию, на которое передается сигнал, скорости передачи данных, а также по разнице в скоростях передачи "нисходящего" (от сети к пользователю) и "восходящего" (от пользователя в сеть) потока данных.

xDSL объединяет следующие технологии:

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия). Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием "постоянно установленного соединения" (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет. Технология ADSL обеспечивает скорость "нисходящего" потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость "восходящего" потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с (помните о зависимости данных технологий от длины линии).

R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения), которая обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов.

SDSL (Single Line Digital Subscriber Line - однолинейная цифровая абонентская линия) также, как и технология HDSL, обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Е1, но при этом используется только одна витая пара проводов.

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) является наиболее "быстрой" технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных "нисходящего" потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных "восходящего" потока в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. В симметричном режиме поддерживаются скорости до 26 Мбит/с. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя.

SHDSL (G. shdsl) (Single - pair High - speed Digital Subscriber Line - высокоскоростная цифровая абонентская линия по 1 паре) - самая "дальнобойная" технология DSL.

Обеспечивает передачу данных по 1 паре со скоростью 192 Кбит/с - 2,320 Мбит/с или по 2 парам со скоростью в 2 раза большей. Хорошо подходит для таких приложений, как организация многоканальной телефонной связи (технология VoDSL), поддерживает до 36 стандартных голосовых каналов по 1 паре.

Схема доступа в сеть Интернет с использованием технологий xDSL может быть несколько модернизирована, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5 - Модернизация xDSL

Использование оптико-волоконного кабеля для подключения к узлу доступа абонентов, находящихся от этого узла на большом расстоянии, выгодно тогда, когда количество потенциальных пользователей, которым необходим высокоскоростной доступ в сеть Интернет, позволяет заполнить (следовательно, и оплатить) всю полосу пропускания кабеля.

Все пользователи, имеющие доступ в сеть Интернет или собирающиеся его получить, хотят, чтобы системы доступа обеспечивали высокую и постоянно растущую скорость передачи данных по разумной цене. Причем многие пользователи также не только не против, но и стремятся к тому, чтобы их доступ в сеть Интернет был, как можно теснее связан с теми средствами, которые позволяют им получать доступ к другим службам. Получить доступ в Интернет позволяют многие телекоммуникационные технологии и системы, имеющие свои плюсы и минусы, но наиболее простым методом организации доступа являются именно те технологии, которые позволяют "наложить" новейшие достижения на уже существующую инфраструктуру. В частности это относится к технологиям xDSL, которые позволяют передавать голос и данные по существующей абонентской кабельной сети, и наилучшим образом отражают потребность пользователей в организации высокоскоростного доступа в сеть Интернет. Они позволяют создать постоянно установленное соединение, обеспечивают высокую скорость передачи данных и оставляют возможность одновременного с работой в сети Интернет использования обычной телефонной связи.

Технологии xDSL предоставляют телекоммуникационным компаниям возможности, от которых они просто не могут отказаться. Они создают быстрый и недорогой метод дополнительного использования существующей кабельной сети, а также базу для перехода к технологиям будущего. Игнорировать это было бы просто глупо.

2.3 Беспроводные системы доступа в сеть Интернет

Развитие беспроводных систем доступа идет в двух основных направлениях. Это спутниковые системы, наземные СВЧ-системы и системы персональной сотовой связи, которые позволяют обеспечить доступ мобильных пользователей.

Разумеется, каждое из этих средств имеет свои достоинства и недостатки.

Например, доступ в сеть Интернет может быть организован посредством существующей системы сотовой связи с использованием аналоговых модемов (модемов для передачи по телефонным каналам) Рисунок 6. Так как каналы сотовой связи имеют достаточно узкую полосу частот, скорость передачи данных будет невелика (в процессе постепенного развития систем сотовой связи и усовершенствования технологий скорость передачи данных также постепенно росла от 9,6 Кбит/с до 19,2 Кбит/с). Определенного увеличения скорости передачи данных можно достичь за счет использования временно свободных каналов (по которым не ведутся телефонные разговоры).

Рисунок 6 - Беспроводная связь через аналоговый модем

Плюсы и минусы использования сотовой связи для доступа в сеть Интернет очевидны. Главное достоинство заключается в мобильности и возможности выхода в сеть Интернет из любого места, а не только из квартиры или офиса, которые с помощью кабеля привязаны к провайдеру. К недостаткам можно отнести достаточно высокую стоимость услуг сотовой связи, а также не стопроцентный охват территории компаниями сотовой связи и наличие зон неуверенной связи.

По мере того, как увеличивалась потребность в расширении количества линий междугородней связи, разрабатывались системы, способные удовлетворить такие потребности. Одной из таких систем были радиорелейные линии, в которых в качестве носителя сигнала использовался не кабель, а радиоканал. Работая на очень высоких частотах (диапазон СВЧ), одна радиорелейная линия способна поддерживать работу тысяч телефонных каналов и нескольких телевизионных каналов одновременно. Использование данного диапазона частот приводит к необходимости размещать ретрансляторы на небольшом расстоянии друг от друга (до 30 километров) в пределах прямой видимости (сверхвысокочастотный сигнал не может завернуть за угол или перепрыгнуть даже через небольшую горку). Необходимость строить через определенное расстояние ретрансляционные вышки с антеннами делает данную технологию достаточно дорогой при организации связи на большое расстояние, но… Данная технология может найти свое применение, например, для организации фиксированного радиодоступа - высокоскоростной передачи данных между двумя зданиями (со скоростью от 2 Мбит/с и выше). Во многих случаях такое решение будет иметь меньшую стоимость по сравнению с прокладыванием между зданиями оптико-волоконного кабеля (например, в городах, где проложить кабель не всегда просто, или в том случае, когда эти здания разделяет река).

В условиях недостатка частотного ресурса были созданы, успешно применяются и развиваются беспроводные системы фиксированного доступа, работающие в инфракрасной области (на основе ИК светодиодов и полупроводниковых лазеров). Они обеспечивают рабочую дальность от 300 м до 1-3 км при скорости передачи до 155 Мбит/с. Все основные недостатки этих систем (сравнительно высокая стоимость и некоторая зависимость от погодных условий и загрязнения оптики) с лихвой окупаются отсутствием необходимости получения разрешения на использование радиочастоты, а также быстротой и простотой монтажа.

Однако, как ясно из сказанного, все упомянутые выше системы фиксированного беспроводного доступа годятся только для организации связи между двумя объектами (соединение "точка-точка"). Поэтому следующим этапом развития систем фиксированного радиодоступа явилось создание таких протоколов обмена информацией между приемо-передатчиками, которые позволили организовать подключение многих объектов к одному (соединение "точка-многоточка"), что наиболее соответствует задачам организации доступа в Интернет (рисунок 7). Кроме того, были созданы различные механизмы (например, пакетная передача, работа на изменяющейся частоте), которые позволили увеличить пропускную способность, скорость передачи и эффективность использования частотного ресурса.

Рисунок 7 - Топология "точка-многоточка"

Обеспечивая среднюю скорость передачи данных, системы данного типа позволяют организовать канал передачи на достаточно большое расстояние. В то же время подверженность внешним помехам и зависимость от географических условий (обязательная необходимость прямой видимости) делают применение таких систем не всегда целесообразным.

Для организации передачи данных используются и спутниковые системы. Причем варианты могут быть различными - от низкоскоростных индивидуальных каналов для отдельных пользователей до высокоскоростных каналов, одновременный доступ к которым может иметь большое количество пользователей (коллективный доступ). В первом случае может применяться двунаправленный канал (но это по карману только очень богатым организациям). Во втором случае спутник служит только для передачи нисходящего потока данных, поступающих из сети Интернет к пользователю (рисунок 8). Пользователю необходимо обязательно установить спутниковую антенну, СВЧ-ресивер и карту декодера прямо в персональный компьютер. Для организации восходящего потока данных (от пользователя в сеть Интернет) используется линия телефонной связи и модем.

Рисунок 8 - Беспроводная спутниковая связь

Спутник охватывает большую зону на поверхности Земли и является наиболее "широко охватывающей" технологией доступа в Интернет с географической точки зрения. Спутниковые системы доступа имеют не очень высокую скорость передачи данных (порядка 400 Кбит/с по направлению к пользователю) и работают не очень быстро. Представьте себе, что вы хотите загрузить какой-либо материал на экран вашего компьютера. Щелкнув на него мышью своего компьютера, вы подали сигнал запроса, который должен пройти по вашей телефонной линии, через провайдера и по обычному тракту в сети Интернет, а после ответа сигнал передается на спутник вверх и вниз, что в общей сложности составляет около 70 тысяч километров. Даже обладая скоростью света, данное средство доступа в Интернет остается достаточно медленным. Это особенно заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени.

Несмотря на широкую зону охвата, спутниковые системы имеют ряд недостатков, связанных, в частности, с необходимостью приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования. Впрочем, существует целый ряд экстремальных ситуаций, когда невозможно организовать доступ в сеть Интернет никаким другим образом, кроме как через спутник (простой пример - корабль, находящийся посреди океана, тут простой морзянки уже недостаточно).

2.4 Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы

Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы изначально создавались для кабельного телевидения и передачи видеосигнала. Благодаря тому, что эти системы по определению являются широкополосными, разрабатывалась именно такая технология, которая позволила бы использовать данное преимущество для высокоскоростной передачи данных, в основном для организации доступа в Интернет частных пользователей.

Оптико-волоконные кабели, безусловно, можно считать наилучшим носителем для высокоскоростной передачи данных. В то время как обычные медные кабели позволяют использовать полосу частот в несколько мегагерц, системы передачи по оптико-волоконному кабелю могут использовать частоты в миллион раз выше. Это является еще одним подтверждением того, что основная разница между электромагнитными и световыми волнами заключается в частоте. Совершенно обычной для нашего времени уже является скорость передачи в 10 Гбит/с. При такой скорости передачи Большая Советская Энциклопедия может быть передана за считанные секунды. Конечно же, проложить оптико-волоконный кабель, относительно одного километра, значительно дороже, чем проложить медный кабель. Однако если пересчитать эту стоимость относительно возможностей кабеля (полоса частот, скорость передачи данных, количество передаваемых каналов - телефонных, телевизионных и других), то оптическое волокно находится вне конкуренции.

В то же время, если абонентская линия прокладывается прямо до квартиры или дома пользователя, т.е. когда по ней будет организовано максимум 2 или 3 канала передачи данных, такое удовольствие становится слишком дорогим. Трезво поразмыслив и просчитав все с экономической точки зрения, можно прийти к выводу: оптико-волоконная сеть должна прокладываться до тех пор, пока остается выгодной благодаря использованию всего частотного спектра (например, до многоквартирного или офисного здания с большим количеством потенциальных пользователей), а дальнейшая разводка должна выполняться с использованием медных носителей (коаксиальных кабелей или кабелей, состоящих из витых пар проводов) с использованием соответствующих технологий (например, xDSL, о чем было еще рассказано выше).

Коаксиальный кабель имеет значительно более широкую полосу пропускания, чем обычная витая пара, но меньшую, чем оптико-волоконный кабель. Он состоит из одного медного проводника, находящегося в центральной оси кабеля, который отделен от внешнего проводника, выполняющего роль экрана, изолятором из вспененного материала или другого диэлектрика. Благодаря такой конструкции коаксиальный кабель имеет широкую полосу пропускания, достаточную для передачи сигналов десятков телевизионных каналов (а каждый канал при этом занимает полосу частот 6 МГц). К большому сожалению, использование коаксиальных кабелей имеет определенные ограничения, прежде всего базирующиеся на свойствах самого кабеля (например, каждый конец кабеля должен быть подключен на согласованную нагрузку, с кабелем при монтаже необходимо обращаться осторожно, чтобы при изгибе не повредить изоляцию между проводниками кабеля и не изменить его электрические характеристики), что оказывает свое влияние на использование таких кабелей.

За рубежом, особенно в Соединенных Штатах, где сети кабельного телевидения имеют высокий уровень развития и широкий охват, для организации доступа в Интернет используется несколько комбинированных кабельных систем, состоящих из оптико-волоконных и коаксиальных кабелей (две из них для примера показаны на рисунках ниже).

Рисунок 9 - Совместное использование оптики и медного кабеля

На рисунке 9 показана гибридная система кабельного телевидения, построенная на комбинации оптико-волоконных и коаксиальных кабелей. Данная система из-за определенных внутренних ограничений обеспечивает передачу только нисходящего потока данных (из сети Интернет к пользователю). По тем же зарубежным источникам, такие системы имеют полосу пропускания от 50 МГц до 550/750 МГц, которая поделена на каналы 6 МГц. Для передачи данных в нисходящем направлении используются кабельные модемы. При этом один видеоканал с номинальной полосой частот 6 МГц может использоваться для передачи данных из сети Интернет со скоростью до 30 Мбит/с. Восходящий сигнал (от пользователя в сеть Интернет) организуется по существующей телефонной линии с помощью аналогового модема или ISDN.

Рисунок 10 - Совместное использование оптики и кабеля

На рисунке 10 показана система, позволяющая организовать высокоскоростную передачу данных в обоих направлениях. Такая двунаправленная система кабельного телевидения позволяет передавать нисходящий поток передачи данных в полосе частот от 50 МГц до 750 МГц, которая поделена на каналы 6 МГц. Полоса частот, выделенная для восходящего потока данных, делится между всеми пользователями, к которым проложен коаксиальный кабель. Обычно это частотный диапазон от 5 МГц до 40 МГц.

Один видеоканал, имеющий номинальную полосу частот 6 МГц, может использоваться для передачи данных из сети Интернет со скоростью до 30 Мбит/с. Общая скорость восходящего потока данных до 10 Мбит/с, но практикуемый метод коллективного использования в реальности для каждого отдельного пользователя дает гораздо меньшее значение.

Казалось бы, все хорошо. И почему бы не развивать оптико-волоконную технологию доступа пользователей в сеть Интернет? Все очень просто - развитие оптико-волоконной техники и развертывание сетей оптико-волоконных кабелей является очень дорогим удовольствием. Особенно если сравнивать внедрение этой технологии с другими технологиями. Имеет ли смысл прокладывать новые дорогие линии связи до каждого пользователя, если подавляющая часть этих пользователей уже подключена как минимум к одной телекоммуникационной компании - телефонной. Гораздо целесообразней обратить свое основное внимание (не отставая при этом, разумеется, от технического прогресса) на то богатство, которое имеется у нас под ногами - кабельную телефонную сеть, состоящую из витых пар проводов.

2.5 Выбор технологий для реализации проекта

2.5.1 Технология пассивных оптических сетей

Все 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. Однако использование xDSL имеет свои ограничения, среди которых:

- недостаточная для качественного предоставления некоторых услуг связи скорость передачи информации на расстояниях более 2 км;

- снижение пропускной способности линий xDSL и деградация качества соединения при одновременном использовании в одном кабеле более 40% xDSL-линий;

- состояние существующих абонентских линий, не позволяющее использовать xDSL или существенно снижающее пропускную способность.

Рисунок 11 - Сравнение технологий xDSL с учетом стандартов телевещания.

При новом строительстве технология xDSL становится неконкурентоспособной даже экономически. Стоимость одного 400-парного медного кабеля превысит стоимость всей небольшой разветвленной оптической сети. Что касается применения гибридных волоконно-коаксиальных технологий (HFC), то они достаточно хорошо себя проявили только в сетях кабельного телевидения (КТВ). Использование оптической магистрали в сочетании с распределительной внутридомовой сетью на коаксиальном кабеле успешно используется местными операторами КТВ.

Развитие сети Internet, в том числе появление новых услуг связи, способствует росту передаваемых по сети потоков данных и заставляет операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных сетей. При выборе решения необходимо учитывать:

- разнообразие потребностей абонентов;

- потенциал для развития сети;

- экономичность.

На развивающемся телекоммуникационном рынке опасно как принимать поспешные решения, так и дожидаться появления более современной технологии. Такая технология уже появилась - это технология пассивных оптических сетей PON (passive optical network).

Распределительная сеть доступа PON, основанная на древовидной волоконной кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, возможно, представляется наиболее экономичной и способной обеспечить широкополосную передачу разнообразных приложений. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания, как узлов сети, так и пропускной способности в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Уже сейчас, используя реальные оптические технологии (Passive Optical Network, Active Ethernet, Micro SDH и др.), возможна организация высокоскоростных потоков 1 - 2,4 Гбит/с до абонента. А применение технологий волнового мультиплексирования позволит передавать такие потоки на каждой из нескольких оптических несущих. Причем оптические технологии постоянно совершенствуются и удешевляются.

Ее идея заключается в построении сети доступа с большой пропускной способностью при минимальных капитальных затратах. Это решение предполагает создание разветвленной сети (преимущественно древовидной топологии) без активных компонентов - на пассивных оптических разветвителях. Информация для всех пользователей передается одновременно с временным разделением каналов от головной станции - оптического линейного терминала (OLT, Optical Line Terminal) - до оконечных оптических сетевых блоков (ONT, Optical Network Terminal).

Передача и прием в обоих направлениях производятся, как правило, по одному оптическому волокну, но на разных длинах волн. В прямом потоке (от абонента к станции) используют длину волны 1310 нм (рисунок 12), а в обратном (от станции к абоненту) - 1490 нм или 1550 нм (рисунок 13).

Рисунок 12 - Передача данных от OLT к ONT

Прямой поток.

Прямой поток на уровне оптических сигналов, является широковещательным. Каждый ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, мы имеем дело с распределенным демультиплексором.

Все ONT синхронизируются от общего времязадающего источника и каждому ONT выделяется определенный временной домен. Каждый домен может использоваться для передачи нескольких кадров Ethernet. ONT должен буферизовать полученные от клиента кадры до тех пор, пока не придет его временной домен. Когда приходит его временной домен, ONT передает все накопленные в буфере кадры с максимальной канальной скоростью, которая должна соответствовать одному из стандартов Ethernet (10/100/1000Мбит/с). Если в буфере нет кадров, чтобы заполнить весь домен, передаются пустые 10-битовые символы. Возможны различные схемы выделения временных доменов, начиная от статических TDMA (Time-Division Multiple Access), до динамических, учитывающих мгновенное значение размера очереди в каждом ONT (схема статистического мультиплексирования).

Рисунок 13 - Передача данных от ONT к OLT

Обратный поток.

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа. Для того, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них выделяется свой тайм-слот или устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче донных с учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC для стандарта BPON, протокол МРСР для EPON.

Оптическая мощность с выхода OLT в узлах сети делится (равномерно или неравномерно) таким образом, чтобы уровень сигнала на входе всех ONU был примерно одинаков.

Оптическая сеть имеет древовидную архитектуру, которая используется и в сетях кабельного телевидения HFC. Поскольку архитектура сети PON и HFC совпадает, то прямой канал КТВ идущий, например, от головной станции кабельного телевидения, преобразуется в оптический 1550-нм сигнал, затем усиливается оборудованием, получившим название V-OLT (Video OLT) может передаваться в том же самом волокне, что и данные, что является несомненным плюсом данной технологии. Далее применяются усилители на волокне, легированном эрбием (EDFA), и далее с помощью WDM-каплера смешивается с основным 1490-нм сигналом и транслируется по дереву PON. Устройства ONT выделяют 1550-нм сигнал, преобразуют его в RF-формат и направляют на приемник (телевизор). Кабельные операторы могут эффективно использовать часть уже построенной волоконно-оптической инфраструктуры HFC, достроить её до входа в дом и подключить PON для дополнительных услуг.

В случае если наложенная трансляция видео не планируется, оборудование V-OLT и WDM не требуется, и оптические кабели с аппаратуры OLT подключаются непосредственно к оптическому кроссу. Используемые современными системами кабельного телевидения частотные ресурсы позволяют транслировать до 135 телеканалов, которые по 1550 нм каналу доставляются через сеть PON. Таким образом, сервис - провайдер может, используя имеющееся ТВ - оборудование, традиционным способом предоставлять видеоуслуги через сеть PON.

Один волоконно-оптический сегмент позволяет обслуживать до 64-х абонентских устройств ONT в радиусе до 20 км (рисунок 14). Все абонентские узлы являются терминальными, и отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не влияет на работу остальных.

Рисунок 14 - Структурная схема PON

Как видно из приведенной схемы, прямой поток содержит данные одновременно для всех ONU, но каждое оконечное устройство выделяет информацию только для своего терминала. В обратном направлении от абонентов каждое ONU передает информацию в свой момент времени, и после объединения общий поток содержит сигналы от всех пользователей.

Применение технологии PON в сетях доступа имеет немало преимуществ:

- экономия волокон в абонентских оптических кабелях;

- значительная экономия оптических излучателей на головной станции;

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

- отсутствует необходимость электропитания сетевых элементов (кроме оконечных);

- небольшие затраты на обслуживание;

- простая возможность подключения абонентов (даже без перерыва связи);

- 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).

На сегодняшний день PON является наиболее динамично развивающейся оптической сетевой технологией.

Её можно порекомендовать для строительства сетей PON по схеме FTTB для многоэтажной городской застройки или FTTH для частного сектора, коттеджных городков и офисных центров.

2.5.2 Сравнение технологий xPON

На базе сети PON новые стандарты обозначаются дополнительной буквой перед аббревиатурой PON. Наиболее распространенными сетями на сегодняшний день PON являются:

GPON (Gigabit-capable PON - пассивная оптическая сеть, обеспечивающая гигабитные скорости передачи данных),

GEPON (Ethernet PON - пассивная оптическая сеть, использующая технологию Ethernet).

Turbo-GEPON (Gigabit Ethernet PON) пассивная оптическая сеть PON, которая обеспечивает скорость передачи 2,5 Гбит/с.

Сейчас можно выделить две независимые технологии, реализующие PON: GPON и GEPON, именно между ними и идет борьба за влияние на российском рынке телекоммуникаций. Любой оператор, всерьез задумывающийся над строительством PON-сети, одним из первых, задает себе вопрос: какую технологию выбрать?

И здесь взвешенная оценка и обдуманный выбор действительно необходимы, так как эти технологии различны и будущее развитие сети будет зависеть от принятого решения.

2.5.2.1 История развития технологий GPON и GEPON

Конец 90-х - появление стандартов PON основанных на ATM: APON и BPON (МСЭ-Т G.983). Тогда эти технологии не получили большого распространения из-за высокой стоимости оборудования.

В 2004 г. - практически одновременное принятие стандартов GPON (МСЭ-Т G.984) и EPON или GEPON (IEEE 802.3ah). GPON - это развитие технологии PON, основанной на ATM, к слову сказать, несовместимое с BPON. GEPON - новая технология, основанная на Ethernet.

К 2008 г. - значительное снижение стоимости оборудования (50 %) и оптоволоконного кабеля (70 %) по сравнению с 2004 г. Объем инсталлированной базы GPON достиг примерно 2 млн. линий, а GEPON около 11 млн., причем основной прирост наблюдается в последние два года. Несложно заметить, что GEPON демонстрирует впечатляющую динамику.

Таблица 1 - Сравнение технологий GPON, GEPON, Turbo-GEPON

GPON

GEPON

Turbo-EPON

(Turbo-GEPON)

Стандарт

ITU-T G.984

IEEE 802.3ah

Стандарт отсутствует,

в основе лежит

IEEE 802.3ah

Дата принятия стандарта

октябрь 2003

сентябрь 2004

декабрь 2006

Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с

2488/1244

1250/1250

(950/950)

2500/1250

(1850/950)

Максимальное число абонентских окончаний на одно волокно

641

641

Максимальная дальность работы

до 20 км

Длины волн прямого/обратного потоков, нм

1490/1310

1550 (CaTV)

RF-overlay (CATV)

ДА

Стандартизация протокола управления OMCI

ДА

(протокол TR-069)

НЕТ

(или неполный TR-069)

Линейный код

NRZ

8B/10B

Безопасность

AES (только downstream)

AES (up/downstream)

Обеспечение QoS

DBA + ATM или GEM

DBA + 802.1p

Администрирование (OAM)

OMCI, FCAPS в соответствии с ITU-T G.984

IEEE 802.3ah OAM

Базовый протокол

ATM или GEM

Ethernet

Транспорт TDM

Circuit Emulation поверх Ethernet

ATM, GEM Circuit Emulation поверх

Ethernet

1 - (может быть ограничено производительностью чипсета или на практике - оптическим бюджетом)

Преимущества и недостатки GPON:

- Полностью стандартизированная технология (рекомендация ITU-T G.984);

- Полностью стандартизированный протокол управления OMCI (протокол TR-069);

- Использование линейного кода NRZ без избыточности ("честные" 2.5G);

- Более эффективные механизмы для передачи TDM-трафика;

- Более простой переход на 10G GPON;

- Более высокая стоимость, нежели GEPON;

- Более сложное конфигурирование оборудования.

Преимущества и недостатки Turbo-EPON (Turbo-GEPON):

- Более низкая цена за головной узел;

- Сравнительно простая настройка оборудования;

- Технология без стандарта (в основе лежит стандарт IEEE 802.3ah);

- Использование избыточного линейного кода 8B/10B ("чистая" полоса меньше на 25%).

2.5.3 Выбор технологии xPON

Пропускная способность к абоненту (Downstream) у технологии GPON в два раза выше, чем у GEPON 2,5 против 1,5 Гбит/с. Это основное преимущество GPON. И здесь следует сказать, что сейчас некоторыми производителями чипсетов GEPON разработаны частные решения, позволяющие достичь скорости в 2,5 Гбит/с.

Технология GPON основана на ATM и унаследовала от нее механизмы работы с трафиком и обеспечения качества обслуживания, в то время как GEPON основана на Ethernet и считается, что эти механизмы реализованы в ней не так хорошо. Реальность же такова, что реализация сервисов управления трафиком и обеспечения качества обслуживания в GEPON находится на уровне, позволяющем одновременно передавать данные, голос и видео с использованием унаследованных механизмов CoS и QoS, динамически выделять полосу под определенный вид трафика с помощью механизма DBA (Dynamic Bandwidth Assignment). Еще один довод: технология ATM, если и не мертва, то уже близка к этому. И практически везде ее теснит Ethernet: от магистральных сетей до мобильных сетей доступа (RAN).

Расширение до 10 Гбит/с довольно призрачно у GPON ввиду ее ATM-природы. Не удалось обнаружить каких-либо намеков на разработку в МСЭ-Т следующего поколения стандарта, реализующего скорость 10 Гбит/с. Что касается GEPON, то ему на смену IEEE разрабатывает стандарт IEEE 802.3av (в настоящее время это draft 1.8023), который предполагает не только достижение скорости 10 Гбит/с, но и обратную совместимость с сетями GEPON, что позволит плавно внедрить ее на уже существующей GEPON-сети. Принятие стандарта запланировано на 2009 г.

И последнее различие - цена: не смотря на то, что технологии дешевеют, до сих пор в целом решение на GPON на 20 - 40 % дороже решения на GEPON.

Как видим, технология GEPON практически не проигрывает технологии GPON, и что очень важно, она успешно и эволюционно развивается.

В связи с существующими тенденциями в данном дипломном проекте будет выбрана технология Turbo - GEPON.

2.6 Расчёт скорости передачи данных в сети PON

Расчёт скорости передачи данных в сети PON строится на том факте, что клиент не всегда находится в сети, а если и находится, то не всегда использует всю ёмкость отведённого под него канала. Расчёт будем производить исходя из предположения, что к одному PON-порту OLT подключено максимально возможное число ONU (64 единицы).

Скорость нисходящего потока составляет 2500 Mbps, значит, на одну ONU приходит 1250/64 = 40 Mbps. Допускаем, что одновременно в сеть включено 50% ONU - скорость на одну ONU возрастает до 80 Mbps. Учитывая тот факт, что не все пользователи активно используют канал связи (торрент и прочее), примем допущение, что из всех активных в единицу времени количество пользователей, активно качающих - 50%. По итогу, скорость на одну ONU составит около 80 Mbps. Во время Prime Time (время наименьшей загрузки сети, ранним утром с 4-х до 8-ми) каждая ONU может получать до 1Gbps. Необходимо также учитывать сезонные колебания клиентских требований (зимой больше клиентов активно в сети, особенно вечером, летом - меньше).


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.