Разработка проекта сети доступа по технологии GPON микрорайона №5 г. Минусинска

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

1. Введение

Тенденция развития телекоммуникационной сети начала ХХI века должна отвечать времени, то есть быть высокоорганизованной, интеллектуальной, автоматизированной, соответствовать техническому уровню высокоразвитых стран мира, обеспечивать передачу разнообразных сообщений и предоставление пользователям широкого спектра услуг с высоким качеством и надежностью.

Технический облик сети определяет внедрение передовых технологий, обеспечивающих ее модульность, гибкость, экономичность и высочайшие потенциальные возможности.

Хотя телефония и сейчас остается наиболее востребованной услугой, значительно вырос спрос на услуги Интернет не только среди офисных центров, но и среди домашних пользователей. Популярная в последнее время концепция «тройной услуги» (Triple Play) предусматривает предоставление пользователям телефонии, передачи данных и видеоинформации через одну сеть. Причем высокоскоростной Интернет и видео требуют широкополосности сетевых ресурсов. Кроме того, повышение спроса на широкополосный доступ определяется развитием новых технологий: видео по запросу (VоD), потоковое видео, интерактивные игры, видеоконференции, передача голоса в компьютерных сетях (VoIP),телевидение высокой четкости (HDTV) и другие.

При выборе технологии широкополосного доступа должны быть учтены потребности пользователей, их расположение, основные запрашиваемые услуги, различные экономические аспекты.

На развивающемся телекоммуникационном рынке опасно как принимать поспешные решения, так и дожидаться появления более современной технологии. Тем более что, 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 и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов. Все абонентские узлы являются терминальными, то есть отключение или выход из строя одного из них никак не влияет на работу остальных. Каждый абонентский узел рассчитан на обычный жилой дом или офисное здание и может охватывать сотни абонентов.

Сети PON значительно изменяют баланс сил на телекоммуникационном рынке, предлагая прагматичную модель работы. В случае их применения оператор может быть в большей степени уверен в компенсации финансовых затрат, прокладывая оптическое волокно от телефонного узла до района с группой потенциальных клиентов -- предприятий или индивидуальных пользователей.

Таким образом, технология PON представляет особый интерес в плане расширения сферы применения цифровых широкополосных сетей.

В данном дипломном проекте представлен проект сети доступа технологий GPON (Passive optical network) микрорайона №5 г. Минусинска. Цель данного проекта заключается в разработке схемы организации связи, выборе трассы прокладки оптического кабеля, выборе и установке необходимого оборудования на центральном и терминальных узлах. Рассмотрены вопросы безопасности при строительстве сети.

2. Варианты построения сети доступа

Развитие сети интернет, 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 сегодня им необходимо учитывать разнообразие потребностей абонентов, потенциал дальнейшего развития сети и ее экономичность.

Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа: «точка-точка», «кольцо», «дерево с активными узлами», «дерево с пассивными узлами».

2.1 «Точка-точка» (P2P)

Рисунок 2.1 - Топология «точка-точка» логического соединения в сетях доступа

Наиболее простая архитектура. Основной минус связан с низкой эффективностью кабельных систем. Необходимо вести отдельный ВОК из центрального офиса в каждое здание или каждому корпоративному абоненту. Данный подход может быть реализуем в том случае, когда абонентский узел (здание, офис, предприятие), к которому прокладывается выделенная кабельная линия, может использовать эти линии рентабельно.

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до каждого абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для абонентов в лице крупных корпоративных клиентов.

2.2 «Кольцо»

Рисунок 2.2 - Топология «кольцо» логического соединения в сетях доступа

Кольцевая топология на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях. Однако в сетях доступа не все обстоит так же хорошо. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее знать, где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратиться в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений. Подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную. Так называемые «сжатые» кольца (collapsed rings) значительно снижают надежность сети. А фактически главное преимущество кольцевой топологии сводится к минимуму.

2.3 Дерево с активными узлами

Рисунок 2.3 - Топология «дерево с активными узлами» логического соединения в сетях доступа

Дерево с активными узлами -- это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Оно хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Стандарт IEEE 802.3 Ethernet давно перестали ограничивать нишей корпоративных сетей. Строящиеся по этому принципу сети могут иметь достаточно сложную и разветвленную древовидную архитектуру. Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

2.4 Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)

Рисунок 2.4 - Топология «дерево с пассивным оптическим разветвителем» логического соединения в сетях доступа

Частным случаем, когда в качестве пассивного оптического элемента выступает оптический разветвитель, является сеть PON, использующая топологию «точка-многоточка» P2MP (point-to-multipoint). К одному порту центрального узла может быть подключен целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом оптические разветвители, устанавливаемые в промежуточных узлах дерева, полностью пассивны и не требуют питания и специализированного обслуживания.

В топологии P2MP за счет оптимизации размещения разветвителей можно достичь значительной экономии оптических волокон и снижения стоимости кабельной инфраструктуры. Абонентские узлы не влияют на работоспособность сети в целом. Подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных.

Преимущества архитектуры PON сводятся, во-первых, к отсутствию промежуточных активных узлов и экономии волокон. Во-вторых, экономятся оптические приемопередатчики в центральном узле. В-третьих, нужно отметить легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети. К недостаткам можно отнести возросшую сложность технологии PON и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

Решения на основе архитектуры "дерево с пассивными узлами" используют логическую топологию типа "точка-многоточка" P2MP (point-to-multipoint) , которая положена в основу технологии PON, к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания. Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре, за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, так как на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии - сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Между тем экономия от второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной.

Итак, можно сделать вывод, что применение архитектуры "дерево с пассивными узлами" является более предпочтительным, ввиду следующих причин:

1. Структура оптимальна по количеству волокон;

2. Оптимальное решение по количеству оптических приемо-передатчиков;

3. Легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания;

4. Отсутствие промежуточных активных узлов;

5. Функционирование сети среднее по сложности.

В топологии "точка - множество точек" за счет оптимизации размещения сплиттеров может достигаться значительная экономия оптических волокон и снижение стоимости кабельной инфраструктуры. Все абонентские узлы являются терминальными, и отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не влияет на работу остальных. Каждый волоконно-оптический сегмент подключается к одному приемо-передатчику в центральном узле (в отличие от топологии "точка-точка"), что также дает значительную экономию в стоимости оборудования. Развитие сети может происходить плавно, в любых направлениях по мере необходимости.

3. Описание технологии PON

PON (пассивные оптические сети) -- это семейство быстро развивающихся, перспективных технологий широкополосного мультисервисного доступа по оптическому волокну. Суть технологии PON вытекает из ее названия и состоит в том, что ее распределительная сеть строится без использования активных компонентов: разветвление оптического сигнала в одноволоконной оптической линии связи осуществляется с помощью пассивных разветвителей оптической мощности -- сплиттеров.

3.1 Примеры построения сетей PON

Определение основных терминов

Центральный узел OLT (optical line terminal) - устройство, устанавливаемое в центральном офисе, оно принимает данные со стороны магистральных сетей через интерфейсы SNI (service node interfaces) и формирует нисходящий поток к абонентским узлам (прямой поток) по дереву PON.

Абонентский узел ONT (optical network terminal) имеет, с одной стороны, абонентские интерфейсы, а с другой, - интерфейс для подключения к дереву PON - передача ведется на длине волны 1310 нм, а прием - на длине волны 1550 нм. ONT принимает данные от OLT, конвертирует их и передает абонентам через абонентские интерфейсы UNI (user network interfaces).

Оптический разветвитель - это пассивный оптический многополюсник, распределяющий поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. В общем случае у разветвителя может быть M входных и N выходных портов. В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1xN с одним входным портом. Разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну.

Основная идея архитектуры PON - использование всего одного приемопередающего модуля в центральном узле OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них.

Структурно любая пассивная оптическая сеть состоит из трех главных элементов -- станционного терминала OLT, пассивных оптических сплиттеров и абонентского терминала ONT. Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеет необходимые интерфейсы взаимодействия с абонентской стороны. На основе архитектуры PON возможны решения с использованием логической топологии «point-to-multipoint». К одному порту центрального узла можно подключить целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом пассивные оптические разветвители (сплиттеры) устанавливаются в промежуточных узлах дерева и не требуют питания и обслуживания.

В современном мире, при постоянном росте объемов передаваемого трафика (мультимедиа, голос, телевидение, в том числе и высокого разрешения) и тенденции к увеличению требований потребителей к скорости доставки информации, требуемые скорости, при массовом охвате населения, в большей степени, чем другие, способна обеспечить технология PON. Быстро развиваясь, она становится одним из основных каналов доставки пользователю услуг широкополосного доступа.

Технология TurboGEPON является одной из разновидностей технологии пассивных оптических сетей PON, которая обеспечивает скорость передачи 2,5 Гбит/с и позволяет строить сети доступа для многоквартирных домов, бизнес-центров, крупных предприятий, поселков и сельских учреждений, обладая при этом рядом преимуществ:

· оператор предоставляет по одному кабелю такие услуги как:

o высокоскоростной доступ в интернет,

o телефонию,

o IP-телевидение (в том числе HD),

· скорость доступа к услугам до 1 Гбит/с по одному волокну с использованием механизма DBA (динамическое распределение полосы).

· отсутствие обслуживаемых узлов с активным оборудованием - между станционным и абонентским оборудованием располагаются только пассивные разветвители.

· эффективное использование ресурса волоконно-оптического кабеля (до 64 абонентов на 1 волокно).

Рисунок 3.1 - Обобщенная структура построения городской сети PON



Рисунок 3.2 - Обобщенная структура построения сети PON в поселке

Рисунок 3.3 - Предоставление услуг абоненту

3.2 Виды технологий PON

В семействе PON существует несколько разновидностей, отличающихся, в первую очередь, базовым протоколом передачи.

Таблица 3.1 - Разновидности PON

Название	Стандарт ( Рекомендация )
APON (АТМ PON)	Рекомендации ITU-T G.983.x
BPON (Broadband PON)	Рекомендации ITU-T G.983.x
EPON (Ethernet PON)	Стандарты IEEE 802.3ah/ IEEE 802.3av
GPON (Gigabit PON)	Рекомендации ITU-T G.984.x

Первой в середине 90-х годов была разработана технология APON, которая базировалась на передаче информации в ячейке структуры АТМ со служебными данными. В этом случае обеспечивалась скорость передачи прямого и обратного потоков по 155 Мбит/с (симметричный режим) или 622 Мбит/с в прямом потоке и 155 Мбит/с в обратном (ассиметричный режим).

Во избежание наложения данных, поступающих от разных абонентов, OLT направляло на каждый ONU служебные сообщения с разрешением на отправку данных. В настоящее время APON в своем первоначальном виде практически не используется. Дальнейшее совершенствование этой технологии привело к созданию нового стандарта - BPON. Здесь скорость прямого и обратного потоков доведена до 622 Мбит/с в симметричном режиме или 1244 Мбит/с и 622 Мбит /с в ассиметричном режиме.

Предусмотрена возможность передачи трех основных типов информации (голос, видео, данные), причем для потока видеоинформации выделена длина волны 1550 нм. BPON позволяет организовать динамическое распределение полосы между отдельными абонентами. После разработки более скоростной технологии GPON, применение BPON практически утратило смысл чисто экономически.

Успешное использование технологии Ethernet в локальных сетях и построение на их основе оптических сетей доступа предопределило разработку в 2000 году нового стандарта EPON. Такие сети, в основном, рассчитаны на передачу данных со скоростью прямого и обратного потоков 1Гбит/с на основе IP-протокола для 16 (или 32) абонентов. Исходя из скорости передачи, в статьях и литературных источниках часто фигурирует название GEPON ( Gigabit Ethernet PON ), которое также относится к стандарту IEEE 802.3ah. Дальность передачи в таких системах достигает 20 км.

Для прямого потока используется длина волны 1490 нм, 1550 нм резервируется для видео приложений. Обратный поток передается на 1310 нм. Во избежание конфликтов между сигналами обратного потока применяется специальный протокол управления множеством узлов (Multi-Point Control Protocol, MPCP). В GEPON поддерживается операция обмена информацией между пользователями (bridging).

Для больших операторов, строящих большие разветвленные сети с системами резервирования, наиболее удачной считается технология GPON, которая наследует линейку APON- BPON, но с более высокой скоростью передачи -1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с (в ассиметричном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме).

За основу был принят базовый протокол SDH (а точнее протокол GFP). Возможно подключение до 32 (или 64) абонентов на расстоянии 20 км (с возможностью расширения до 60 км). GPON поддерживает как трафик АТМ, так и IP, речь и видео (инкапсулированные в кадры GEM - GPON Encapsulated Method), а также SDH. Сеть работает в синхронном режиме с постоянной длительностью кадра. Линейный код NRZ со скремблированием обеспечивают высокую эффективность полосы пропускания.

Единственным серьезным недостатком GPON является высокая стоимость оборудования.

Таблица 3.2 - Сравнительные характеристики трех видов PON

Характеристики	BPON	EPON (GEPON)	GPON
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	622/155 622/622	1000/1000	1244/1244 2488/1244 2488/2488
Базовый протокол	АТМ	Ethernet	SDH(GFP)
Линейный код	NRZ	8B10B	NRZ
Максимальное число абонентов	32	32(64)	32(64)
Максимальный радиус сети, км	20	10(20)	20
Длина волны, прямой/обратный поток (видео), нм	1490/1310 (1550)	1490/1310 (1550)	1490/1310 (1550)

Как мы видим из таблицы 3.2, отдельные разновидности PON имеют свои преимущества и недостатки:

· BPON, основанная на платформе АТМ , уже не обеспечивает высокую скорость передачи и практически не имеет перспектив;

· GPON более удачна для сетей большой протяженности и емкости. Базовая платформа SDH обеспечивает хорошую защиту информации в сети, широкую полосу пропускания и другие преимущества. Однако более сложное и дорогостоящее оборудование окупается только при высокой степени загрузки;

· в GEPON, в отличие от GPON, отсутствуют специфические функции поддержки TDM, синхронизации и защитных переключений, что делает эту технологию самой экономичной из всего семейства. К тому же, предполагается дальнейшее развитие этого ряда - 10 GEPON (по аналогии с 10 Gb Ethernet).

На данной стадии проектирования сетей связи рекомендуется не останавливать свой выбор на какой-либо одной из технологий PON, так как каждая имеет свои плюсы и минусы, но на сегодняшний день предпочтительней выглядит технология GPON из-за лучшей проработанности реальных систем и возможности получения больших скоростей в ближайшем будущем (до 10 Гбит/с).

3.3 Принцип действия пассивных оптических сетей

Древовидная архитектура доступа PON, основанная на построении волоконно - кабельных сетей, с пассивными оптическими разветвителями, 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.

Операторы связи, коммунальные и строительные компании все чаще говорят об интеграции услуг связи, используя термин "triple play". В этом самое главное преимущество технологии, т.к. все услуги можно получить из одной розетки. Пассивная оптическая сеть заводится прямо в квартиру абонента, не требуя установки в доме активного оборудования, что повышает надежность и качество сети. Разветвление на телефонный, телевизионный и интернет кабели происходит уже в квартире, из оптического модема. Высокая пропускная способность волоконно-оптических решений доступа делает их весьма привлекательными для реализации этой разновидности телекоммуникационных сервисов.

Еще 5 лет назад оптический кабель считался крайне дорогим. Однако в настоящее время благодаря значительному снижению цен на оптические компоненты этот подход стал актуален. Сегодня прокладывать ОК для организации сети доступа стало выгодно и при обновлении старых, и при строительстве новых сетей доступа (последних миль). При этом имеется множество вариантов выбора волоконно-оптической технологии доступа.

В стандартной оптической сети PON на стороне провайдера связи используются OLT(Optical Line Terminal), а в качестве абонентских устройств, применяются ONT (Optical Network Terminal). ONT представляет из себя более сложное устройство, чем CPE, используемого в Ethernet решении. Кроме функций представления широкополосного доступа и поддержки сервисов, ONT должен дополнительно поддерживать:

· протокол управления доступа к PON;

· лазеры пакетного режима (burst-mode lasers),обеспечивающие передачу данных ONT только в определенные терминалом OLT отрезки времени;

· повышенная мощность сигнала (требуется учитывать потери на делителях и пр.) ;

· шифрование; высокая производительность.

Эти дополнительные функции обусловливают значительно более высокую стоимость устройства ONT для архитектуры PON,чем устройства Ethernet FTTH CPE.

Число абонентских узлов ONT, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT - прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Прямой поток

Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из общего потока предназначенную только ему часть информации (рисунок 3.1). Фактически мы имеем дело с распределенным демультиплексором.

Обратный поток

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Для того чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от центрального узла OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Такое управление трафиком используется во всех пассивных оптических сетях из-за топологии точка-многоточка.

France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom Italia) создала консорциум для того, чтобы претворить в жизнь идеи множественного доступа по одному волокну. Эта неформальная организация, поддерживаемая ITU-T, получила название FSAN (full service access network). Много новых членов, как операторов, так и производителей оборудования, вошло в нее в конце 90-х годов. Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PON для того, 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.[4]

В середине 90-х годов общепринятой была точка зрения, что только протокол ATM способен гарантировать приемлемое качество услуг связи QoS между конечными абонентами. Поэтому FSAN, желая обеспечить транспорт мультисервисных услуг через сеть PON, выбрал за основу технологию ATM. В результате в октябре 1998 года появился первый стандарт ITU-T G.983.1, базирующийся на транспорте ячеек ATM в дереве PON и получивший название APON . Далее в течение нескольких лет появляется множество новых поправок и рекомендаций в серии G.983.x (x = 1-7), скорость передачи увеличивается до 622 Мбит/c. В марте 2001 года появляется рекомендация G.983.3, добавляющая новые функции в стандарт PON :

* передача разнообразных приложений (голоса, видео, данные) - это фактически позволило производителям добавлять соответствующие интерфейсы на OLT для подключения к магистральной сети и на ONT для подключения к абонентам;

* расширение спектрального диапазона открывает возможность для дополнительных услуг на других длинах волн в условиях одного и того же дерева PON, например, широковещательное телевидение на третьей длине волны. За расширенным таким образом стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).

На базе сети PON возникли новые стандарты и обозначаются дополнительной буквой перед аббревиатурой PON. Наиболее распространенными сетями PON являются:

· APON (ATM PON - пассивная оптическая сеть, использующая технологию ATM),

· BPON (Broadband PON - широкополосная пассивная оптическая сеть),

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

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

3.4 Технология EPON (Ethernet Passive Optical Network)

В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием EFM (Ethernet in the first mile - Ethernet на первой миле) 802.3ah, реализуя тем самым пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который создается в декабре 2001 года. В дальнейшем альянс EFMA и комиссии EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Цель совместной работы - достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEE 802.17.

Комиссия EFM 802.3ah должна стандартизировать три разновидности решения для сети доступа:

EFMC -решение «точка-точка» с использованием медных витых пар;

EFMF- решение «точка-точка» по волокну;

EFMP-решение, основанное на соединении «точка-многоточка» по волокну. Это решение получило название EPON.

Таблица 3.1- Сравнение технологий APON, EPON, GPON

Характеристики	APON (BPON)	EPON	GPON
Институты стандартизации / отраслевые альянсы	ITU-T SG15 / FSAN	IEEE / MEF	ITU-T SG15 / FSAN
Дата принятия альянса	Октябрь 1998	Июль 2004	Октябрь 2003
Стандарт	ITU-T G.981x	IEEE 802.3ah	ITU-T G.984x
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	155/155; 622/156; 622/622	1000/1000	1244/155; 1244/622; 1244/1244; 1488/622; 2448/12444 2488/2488
Базовый протокол	ATM	Ethernet	SDH
Линейный код	NRZ	8B/10B	NRZ
Максимальный радиус сети, км	20	20 (>301)	20
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно	32	16	64 (1282)
Приложения	Любые	IP данные	Любые
Коррекция ошибок FEC	Предусмотрена	Нет	Необходима
Длина волны прямого/обратного потоков, нм	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

Далее будет подробно рассмотрена одна из разновидностей пассивных оптических сетей, а именно Gigabit PON (GPON). Она является продолжением Broadband PON (BPON), описанной в серии рекомендаций G.983.х. Впервые опубликованная в 1998 году, к настоящему времени эта серия значительно расширена и улучшена. GPON многое унаследовала от BPON. Практически не изменились схемы измерения расстояний (масштабирования), динамическое распределение полосы пропускания (DBA) и интерфейс управления и контроля (OMCI) абонентских узлов (ONT).

3.5 Базовые спецификации и особенности GPON

G.984.1 - это документ, в котором описана архитектура, а также изложены основные эксплуатационные характеристики и требования к производительности GPON-систем. Пропускная способность нисходящего потока (от узла доступа к абоненту) в GPON составляет 1,244 Гбит/с и 2,488 Гбит/с, а восходящего потока -155 Мбит/с, 622 Мбит/с и 1,244 Гбит/с. Таким образом, возможны шесть комбинаций скоростей обмена трафиком между абонентом и сетью.

В архитектуре сохранена основная схема построения систем BPON. В ней используются те же подходы к реализации волоконно-оптической сети, в частности остается сочетание WDM/TDMA.

BPON к абоненту подводится единственное одномодовое волокно стандарта G.652. Формально для PON максимальная дальность передачи составляет 20 км. Однако в рекомендацию G.984 включена меньшая дальность -10 км. Это позволяет использовать на гигабитных скоростях передачи более дешевые лазеры Фабри-Перо, несмотря на дисперсионные недостатки.

В соответствии с G.984.1 при определенных условиях можно осуществлять также передачу информации на дальние расстояния (60 км) и обеспечивать высокую степень разветвления (128 абонентских узлов ONT), что выходит за рамки возможностей BPON-систем.

В GPON обеспечивается поддержка большого числа основных форматов данных и пользовательских интерфейсов сети. Осуществляется доставка голосовых сервисов ТфОП, услуг выделенных TDM-линий, использующих стандарты T1/ E1 и DS3, а также передача Ethernet-кадров со скоростями 10 Мбит/с, 100 Мбит/с и 1000 Мбит/с. Мультимедийные сервисы ATM предоставляются на всех возможных скоростях OC-x/STM-n.

Особое внимание уделяется качеству обслуживания. Например, в соответствии с рекомендацией, запаздывание при двойном проходе для TDM-услуг не превышает 3 мс. Такая величина определяет минимальное воздействие задержек в сети доступа на работу линии связи в целом.

Кроме того, предоставление услуг VoIP и доставка цифрового видео в сети GPON требует для передачи данных четкого разграничения классов услуг и управления трафиком. В G.984.1 также включены некоторые новые полезные особенности. Это защищенное переключение, наложение услуг и безопасность данных. Защищенное переключение осуществляется способом, совместимым с BPON, но в стандарт было добавлено несколько дополнительных типов резервных конфигураций: защита с полным резервированием 1+1 (так называемая защита класса С), а также защита с частичным резервированием 1:1 (защита класса B). Наложение услуг требует, чтобы цифровая GPON-система оставляла неиспользуемой расширенную полосу пропускания, как в G.983.3, позволяя, таким образом, включить WDM-наложение. В соответствии с требованием безопасности данных информация в восходящем потоке должна быть защищена, и должны существовать средства, с помощью которых может быть проведена идентификация ONT.

Достоинства GPON:

· использование "гигабитного режима инкапсуляции" GEM для подключения любого клиента к GPON;

· поддержка как симметричных, так и асимметричных скоростей передачи данных (в восходящем и нисходящем потоке);

· поддержка до 256 логических ONT на одну длину волны;

· механизм распределения полосы пропускания в восходящем потоке с помощью маркеров (указателей) в нисходящем потоке;

· реконфигурируемое число защитных битов на ONT;

· новый способ автоматического и периодического обнаружения ONT;

· автоматическое масштабирование при обнаружении дрейфа окна ONT;

· защита каждого ONT-соединения с помощью алгоритма AES;

· большое число различных состояний и отчетов от абонентских узлов (ONT) к центральному (OLT);

· выделенные каналы OAM;

· контроль соглашений об уровне услуг (SLA -Service Level Agreement), распределение полосы пропускания в каждом канале.

Наложение видеосигнала

Дополнительно в сетях GPON предусмотрен 1550-нм канал, который может использоваться для трансляции видео в аналоговом или цифровом (модуляция QAM) виде. Видеосигнал в радио - частотном диапазоне (RF), идущий, например, от головной станции кабельного телевидения, преобразуется в оптический 1550-нм сигнал, затем усиливается оборудованием, получившим название V-OLT (Video OLT), - для этого применяются усилители на волокне, легированном эрбием (EDFA), и далее с помощью WDM-каплера смешивается с основным 1490-нм сигналом и транслируется по дереву PON.[12] Устройства ONT выделяют 1550-нм сигнал, преобразуют его в RF-формат и направляют на приемник (телевизор). 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 «прозрачно» доставляются через сеть PON. Таким образом, сервис-провайдер может, используя имеющееся ТВ-оборудование, традиционным способом предоставлять видеоуслуги через сеть PON.

В компании «Ростелеком» в настоящее время по 1490 - нм каналу осуществляется передача основного трафика и так же работает услуга IP-ТV с предоставлением 143 каналов, иными интерактивными функциями и другими расширенными возможностями

3.6 Надежность и резервирование PON

Слабой стороной систем доступа GPON с топологией простого дерева является отсутствие резервирования. Самым неблагоприятным в этом случае мог бы быть сценарий с повреждением волокна, идущего от OLT к ближайшему разветвителю (фидерного волокна). Поэтому уже в первой рекомендации G.983.1 в приложении IV обсуждался вопрос о построении защищенных систем PON. В силу специфики топологии PON, эта задача не является столь простой, как в кольцевых топологиях SDH, поскольку полоса обратного потока в PON является общей и формируется множеством абонентских узлов. В рекомендациях G.983.1 было предложено изучить четыре различные топологии. Только две из них окончательно были выбраны для проработки в более поздней рекомендации G.983.5.

Первое решение обеспечивает частичное резервирование по фидерному волокну и по приемопередающему оборудованию на центральном узле (рисунок 3.2). Для реализации данного решения требуется разветвитель 2хN. Центральный узел оснащается двумя приемопередающими модулями LT-1 и LT-2.

На рисунке 3.3 показан второй способ защиты системы PON, обеспечивающий полное резервирование. Система становится устойчивой как к выходу из строя приемопередающего оборудования OLT и ONT, так и к повреждениям любого участка кабельной системы. Информационные потоки на ONT генерируются одновременно обоими узлами LT-1 и LT-2 и передаются в два параллельных обратных потока. На OLT только одна версия двух копий сигналов передается дальше в магистраль, аналогично происходит дублирование в прямом потоке. При повреждении волокна или приемопередающих интерфейсов переключение на резервный поток будет очень быстрым и не приведет к прерыванию связи. Во втором случае не обязательно подключать все абонентские узлы с резервированием. Различие по стоимости абонентских узлов с резервированием и без него позволяет дифференцированно предлагать услуги различным категориям абонентов. Первое решение, кроме того, что оно обеспечивает только частичное резервирование, требует большого времени на реконфигурацию при повреждении волокна. Основной причиной задержки является прогрев лазера на OLT (LT-2) и выполнение процедуры ранжирования. Практически трудно не выйти за пределы 50 мс, одного из требований, сформулированных в рекомендации G.983.5. Для двух рассмотренных конфигураций, предлагаемых ITU-T, второе решение удовлетворяет всем требованиям и представляется наиболее привлекательным.

4. Обоснование выбора технологии для 5-го микрорайона г. Минусинска

4.1 Общие сведения

Минусинск -- административный центр Минусинского района Красноярского края, один из городов Южной Сибири. Расположен в центре обширной лесостепной Минусинской котловины, окруженной со всех сторон горами. Население - 68,9 тыс. чел.

Сегодня Минусинск - типичный представитель малых городов России и состоит из двух частей, условно разделенных Енисейской протокой: исторического, где расположена Административная часть и нового, с современными коттеджами и многоэтажными зданиями.

Площадь, занимаемая Минусинском, составляет 60500 тыс.м2, в том числе застроенных производственными объектами - 4150 тыс.м.кв., непроизводственными - 20020 тыс.м.кв., занятых лесами - 1020 тыс.м.кв., сельскохозяйственными угодьями - 31030 тыс.м.кв.. Средняя плотность населения Минусинска равна 1157 человек на квадратный километр.

В реестре муниципального имущества г. Минусинска зарегистрировано 2 927 объектов. В их числе: 50 имущественных комплексов, из них: 13 школ, 17 детских садов, 1 больничный комплекс, 3 музейных комплекса, 3 стадиона, 3 детских оздоровительных лагеря, 10 промышленных баз, 1 парк, 3 рынка. Кроме того, в реестре муниципального имущества г. Минусинска находится 701 объект жилищного фонда, объекты инженерной инфраструктуры города -- 126 объектов энергоснабжения (ТП, РП).

4.2 Анализ телекоммуникационного рынка г. Минусинска

Услуги по доступу в Интернет оказывают три провайдера:

ООО "КрисТелеком" - 3000 абонентов, ООО «Развитие» - 1500, ОАО «Ростелеком» - 2700. Неохваченными остаются около 3000 абонентов, большинство которых размещены в старой части города.

OOO «КрисТелеком" и ООО «Развитие» - это развивающиеся компьютерные сети, объединяющие несколько районов города Минусинска в новой и старой частях.

Сети этих провайдеров предоставляют услуги как частным лицам, так и коммерческим, общественным и образовательным организациям. Техническое решение сети ООО «КрисТелеком" и ООО «Развитие» организовано по технологии ETTH.

Сеть «КрисТелеком» предоставляет следующие услуги:

- постоянный доступ в Internet по выделенному каналу со скоростью до 2 Мбит/сек;

- бесплатный доступ к локальным ресурсам сети Kristel со скоростью до 100 Мбит/сек. по технологиям Fast Ethernet;

- IRC-чат для общения;

- локальный torrent трекер;

- файлообменный сервер сети Кристелеком;

- "cетевой телевизор" - ресурс IPTV локальной сети.

Сеть «Развитие» предоставляет следующие услуги:

- предоставление доступа к сети Интернет, услуг телематических служб, мультимедийных услуг в городской сети передачи данных;

- поддержка одного почтового ящика в домене minusa.ru;

- хостинг.

4.3 Организация связи сети ОАО «Ростелеком»

Южный центр телекоммуникаций ОАО "Ростелеком" предоставляет услуги Региональной крупнейшей телекоммуникационной сети "КРАСНЕТ", которая включает услуги передачи данных. ТВ, радиовещение и Интернет передаются по одной телефонной линии.

В настоящее время мультисервисная сеть связи построена на базе технологии Ethernet и стека протоколов TCP/IP с использованием в качестве ядра сети шести маршрутизаторов Cisco 7606 объединённых кольцом DWDM в г. Красноярске и коммутаторов Cisco Catalyst 6504-E г.Минусинске.

Транспортный уровень в г. Минусинске дополнительно использует ресурсы существующей сети SDH, с резервированием по оптическим линиям.

Транспортный уровень выполнен с поддержкой технологий Gigabit Ethernet, MPLS, VPN. Резервирование каналов выполняется на транспортном уровне за счёт наличия свободных оптических волокон в кабеле, и резервных кабельных оптических линий.

Посредством существующей Мультисервисной сети предоставляются

следующие услуги:

- услуги по передаче данных, за исключением услуг по передаче данных для целей передачи голосовой информации;

- услуги связи по передаче данных для целей передачи голосовой информации;

- телематические услуги связи;

- услуги связи для целей кабельного вещания.

Реализация услуг телефонии на МСС. Предоставление услуги телефонии для абонентов проектируемой сети реализуется на основе передачи голосовой информации в сети передачи данных, в качестве голосового шлюза используется оборудование существующего узла «IP-телефонии» в г.Красноярске. Поддержка оборудованием МСС функции QOS позволяет выполнить приоретизацию голосового трафика и обеспечить качественную передачу голосовой информации между абонентами внутри МСС и выход на других операторов передачи голосовой информации в сети передачи данных.

Реализация факсимильных услуг на МСС. Услуги факсимильных служб реализованы на базе существующего узла факсимильной связи в г.Красноярске, включение указанного узла МСС позволяет воспользоваться данными услугами абонентам проектируемой сети.

Реализация видео услуг на МСС. Предоставление видео услуг для абонентов проектируемой сети реализуется на основе функции multicast заложенной в оборудовании МСС. В качестве головного используется существующее оборудование «Сети IP-TV в городе Красноярске».

Реализация услуг телематических служб на МСС. В качестве основной услуги для абонентов МСС является услуга доступа к информации мировых и региональных информационных телекоммуникационных сетей, в том числе Интернет. Указанная услуга реализуется пропуском через МСС трафика к абоненту от информационных региональных серверов и от присоединённых операторов передачи и телематических служб содержащих информационный контент.

Передача сообщений электронной почтой реализуется почтовыми серверами, входящими в состав узла телематических служб в г.Красноярске.

Проектируемая сеть доступа по технологии GPON будет являться уровнем доступа мультисервисной сети и позволит новым абонентам получить доступ к перечисленным выше услугам, предоставляемым мультисервисной сетью.

Непосредственное предоставление услуг осуществляется соответствующими узлами мультисервисной сети.

Для агрегации подключений пользователей используется оборудование JUNIPER ERX 320, размещенное на центральном узле г.Красноярск, ул. К.Маркса, 80. Управление сетью осуществляется централизованно по протоколу SNMP с существующего узла управления расположенного по адресу г. Красноярск, ул. К.Маркса, 80. СОРМ на сети выполнен на базе существующего оборудования Омега-VI. Защита сети от несанкционированного доступа обеспечивается настройками безопасности на коммутаторах и маршрутизаторах сети. Учёт трафика выполняется так же с центрального узла в г. Красноярск, ул. К.Маркса, 80 и реализован на базе существующей платформы АСР «Старт-IP».

5-й микрорайон г.Минусинска находится на расстоянии 3 км от АТС №5,ул.Ленина, 83, где и будет осуществлен выход на магистральную ВОЛС. В данном проекте рассматривается подключение домов существующей застройки, в которых отсутствуют другие операторы, а подключение ADSL по телефонной линии от сети «Ростелеком» проблематично из-за большой загрузки кабельных сетей и большом расстоянии до АТС. Все это делает проект весьма привлекательным. В данной ситуации оператор, предлагающий пакет услуг triple play - (доступ к интернету, телефонии, IP-TV и видео по запросу) может рассчитывать на высокий уровень охвата.

4.4 Описание клиентов

Определение числа абонентов

Таблица 4.1 - Адресная база жилых домов в микрорайоне № 5 г. Минусинск

№ п/п	Адрес ОШ	Кол-во этажей	Кол-во подъездов	Кол-во квартир	LTP	Сплит- тер	ODF	Марка кабеля
1	Манская,1а	4	2	16	51	0	57	ИКСЛ-Т-А8-2,6
2	Ломоносова, 19а	2	2	16	51	1	71	ИКСЛ-Т-А8-2,6
3	Вокзальная,24	2	2	16	51	2	75	ДПЛ-П-08А 2(6)-2,7 кН
4	Вокзальная,18г	2	6	80	51	3	62	ДПТс-П-08А 1(6)-8кН
5	Вокзальная,28	2	2	16	51	5	79	ДПЛ-П-08А 2(6)-2,7кН
6	Вокзальная,18а/2	2	2	16	51	6	69	ДПТс-П-08А 1(6)-8кН
7	Ломоносова,27	2	2	16	51	7	83	ДПТс-П-04А 1(6)-8кН
8	Кабель от АТС							ДПЛ-П-48А 6(6)-2,7 кН

Для подсчета потенциальных абонентов, а также с целью определить количество этажей, количества подъездов в домах и квартир на лестничных площадках, были проведены изыскательские работы непосредственно на будущем месте строительства сети. Так же в процессе работ стало известно, что в проектируемых домах отсутствуют офисные помещения.

5. Проектирование сети PON в 5 мкр г. Минусинска

5.1 Существующие сооружения связи и их возможности

Перед началом строительства сети доступа, а именно линейно-кабельных сооружений необходимо уточнить будущее местоположение узла - OLT(optical line terminal) - активное оборудование сети, установленные на опорных узлах (узлах агрегации); и КМО (кросс магистральный оптический), предназначенный для коммутации линейной оптической сети с оборудованием OLT.

Помещение, в котором будет располагаться оборудование OLT и КМО должно удовлетворять ряду требований, регламентирующих условия электропитания, заземления, освещения, пожаробезопасности и многие другие. Ниже приведен краткий перечень условий, отражающих требования к помещениям, в которых размещается оборудование связи:

· Площадь помещения автозала определяется составом и типом оборудования;

· Оборудование ЭПУ с герметизированными аккумуляторами можно устанавливать в помещениях технологических служб (автозал);

· Здание должно быть не ниже II степени огнестойкости (допускается III степень);

· Над помещениями, где устанавливается аппаратура связи, не допускается размещать помещения, связанные с потреблением воды;

· Через помещения ввода кабелей не допускается прокладка силовых кабелей и транзитных инженерных коммуникаций;

· Чистые полы производственных помещений должны настилаться на несгораемое основание;

· Должно быть исключено попадание солнечных лучей на выпрямители и аккумуляторы;

· Производственные помещения должны отделяться от других помещений несгораемыми стенами или перегородками с пределом огнестойкости не менее 0,75 часа;

· Покрытие пола - линолеум антистатический специального назначения ТУ 95-25048396-056-94;

· Освещение проектируется согласно ВСН 45.122-77. Общая нормируемая освещенность для помещений такого типа должна быть не менее 200 лк;

· Каркасы оборудования, аппаратуры и металлические части должны быть заземлены;

· Линейные сооружения: шкафы, кабельные ящики, металлические оболочки и экраны кабелей должны быть заземлены;

· Каждое заземляющее устройство должно соответствовать требованиям ПУЭ, иметь паспорт, содержащий схему устройства заземления, основные технические данные, а также данные о результатах проверки состояния заземляющего устройства, о характере производственных ремонтов и изменениях, внесенных в конструкцию данного устройства;

· Отверстия в межэтажных или чердачных перекрытиях, через которые проходят телефонные или другие кабели, должны быть плотно закрыты асбестом и герметизированы цементным раствором, алебастром или другими несгораемыми материалами. Если при работах с кабелями отверстия были вскрыты, то по окончании они должны быть вновь заделаны;

· Для предотвращения распространения пожара из помещения в помещение необходимо предусмотреть заполнение свободного пространства, оставшегося после прокладки кабелей и проводов в проемах или трубах между помещениями, в том числе и между этажами, легко удаляемыми несгораемыми материалами;

· В случае расположения их в административных или общественных зданиях входы в помещения встроенных АТС и телеграфов должны быть отдельными;

· При входе во все производственные помещения должны быть вывешены таблички с указанием категории помещения по степени опасности поражения электрическим током, взрыво- и пожаро-безопасности и знаки безопасности по ГОСТ 12.4.026-76 и фамилии ответственного за состояние охраны труда;

· При наличии возможности одновременного прикосновения персонала к металлическим корпусам оборудования и трубопроводам отопления, водопровода и канализации последние следует оградить токонепроводящими решетками;

· В производственных помещениях с повышенной опасностью и особо опасных должна быть проложена автономная электросеть номинальным напряжением не выше 42В, предназначенная для подключения электроинструмента и ручных электрических светильников;

· Штепсельные вилки, предназначенные для включения в розетки с напряжением до 42В, по своему конструктивному исполнению должны исключать возможность включение их в розетка 220 В. Розетки напряжением 220 В должны быть с третьим заземляющим контактом;

· Присоединение заземляющих и нулевых проводников к заземлителям, заземляющему контуру и к заземляющим конструкциям должно быть выполнено сваркой, а к корпусам оборудования - сваркой или надежным болтовым соединением;

· Каждая часть оборудования, подлежащая заземлению или занулению, должна быть присоединена к сети заземления или зануления с помощью отдельного проводника. Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых или зануляемых частей оборудования запрещается;

· У мест ввода заземляющих проводников в здание должны быть предусмотрены опознавательные знаки в соответствии с ГОСТ 12.04.026.

Представленный перечень не является полным и призван сориентировать операторов в этой проблеме.

Ознакомившись с представленными требования, оптический линейный терминал (OLT) и кросс магистральный оптический (КМО) целесообразно разместить в здании АТС-5, расположенного по адресу ул.Ленина 83. Такое решение обусловлено удобством обслуживания линейного оборудования, непосредственной близостью узла к району, где будет происходить строительство сети доступа и в дальнейшем ее обслуживание, а также соответствии данного сооружения технологическим и другим требованиям, предъявляемым к помещениям, в которых располагается оборудование связи.

5.2 Выбор трассы прокладки оптического кабеля

При выборе трассы прокладки волоконно-оптического кабеля необходимо выбрать наиболее оптимальный вариант. Линейные сооружения являются наиболее дорогой и сложной частью сети связи, поэтому трассу выбирают исходя из следующих критериев:

· минимальное расстояние между оконечными пунктами;

· выполнение наименьшего объёма работ при строительстве;

· возможность максимального применения эффективных средств механизации строительных работ;