Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Аннотация
В данном дипломном проекте разработана пассивная оптическая сеть доступа микрорайона «Чистая слобода» города Новосибирска. В ходе дипломного проекта были рассмотрены принципы технологий Gigabit-PON (GPON) и «оптическое волокно до дома (абонента)» (FTTH, Fiber To The Home) и разработаны схемы организации связи, прокладки кабеля и распайки.
Детально рассмотрены основные компоненты оборудования и оптических кабелей производителей Acome, ЗАО «ОКС-01», ООО «Предприятие «Элтекс» и других.
Также рассмотрены особенности строительства и измерения основных характеристик ВОЛП. Рассмотрены вопросы техники безопасности и охраны труда.
Аbstract
In this thesis project developed a passive optical access network neighborhood "net settlement" of the city of Novosibirsk. During di plomnogo project demonstrated how technology Gigabit-PON (GPON) and "fiber-to-home (subscriber)» (FTTH, Fiber To The Home) and the schemes organization communications cabling and desoldering.
Detail the basic hardware components and optical cables manufacturer Acome, CJSC "SS-01", LLC "Company" Eltex "and others.
Also, the features of the construction and measurement of the main characteristics of the FOL. The issues of safety and health.
1 Введение
Нарастающая конкуренция на рынке линий связи между традиционными и альтернативными операторами заставляет и тех и других оптимизировать свои сети в целях предоставления наиболее выгодных с точки зрения стоимости услуг. Как правило, это единый пакет, включающий передачу речи, данных, мультимедиа и доступа в Интернет.
Более того, провайдеры услуг ориентируются на создание конкурентных преимуществ перед соперниками в целях привлечения потенциальных клиентов за счет «созданных с запасом на будущее» решений, обусловленных используемой сетевой архитектурой, готовой к быстрому росту приложений, требующих большой полосы пропускания, таких как видео по IP и мультимедийные приложения Internet.
Прокладывание оптоволоконного кабеля в жилые дома, многоквартирные здания и помещения с организациями типа малого офиса/домашнего офиса становится жизнеспособной деловой возможностью с плотно заселенных городских районах.
Основной целью внедрения технологии PON является повышение доходов оператора за счет привлечения абонентов, заинтересованных в получении современных инфокоммуникационных услуг, путем построения качественно новой широкополосной сети доступа.
«Ростелеком-Сибирь» с начала 2012 года запустил технологию пассивных оптических сетей GPON (Gigabit PON) в 35 населенных пунктах Сибири, в которых подключил порядка 3200 многоквартирных домов. В результате проводимых работ, монтированная емкость сети GPON компании в Сибири составляет более 575 000 портов, прирост за первое полугодие составил порядка 160 000 портов.
Теперь услуги triple play по данной технологии доступны не только в региональных центрах, но и в небольших городах и поселках.
Крупные местные операторы сталкиваются с необходимостью предоставления современных услуг связи абонентам как квартирного, так и корпоративного секторов. Каждая из этих категорий абонентов имеет характерные потребности в телекоммуникационных услугах.
В век высоких технологий и развитой инфраструктуры отрасли связи внедрение и развитие новейших технологий тормозится слабой развитостью экономики малых субъектов РФ, по сравнению с крупными регионами и городами, политикой развития местных операторов связи и нехваткой квалифицированных кадров.
Скорость, надежность и гибкость - вот преимущества, делающие GPON качественной и перспективной технологией. Так, оптическое волокно обладает огромной полосой пропускания, а значит, и скорость, и качество передачи данных выгодно отличаются как от проводных, так и от беспроводных технологий. Немаловажно и то, что оптоволоконный кабель устойчив к электромагнитным воздействиям, не является источником электромагнитных волн и привлекателен по массово-габаритным параметрам. Также он надежно защищен от несанкционированного доступа. Кроме того, технология позволяет осуществлять настройку оборудования в соответствии с индивидуальными потребностями клиента и предоставлять ему именно тот уровень сервиса, который ему требуется.
Таким образом, технология PON представляет особый интерес в плане расширения сферы применения цифровых широкополосных сетей. Уже сегодня оборудование, которое продается на российском рынке, в одном сегменте сети PON охватывает до128 абонентских узлов в радиусе до 20 км. 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. Это означает, что у операторов связи и их клиентов есть реальный шанс воспользоваться всеми преимуществами цифровых сетей.
Использование в России мультисервисных широкополосных сетей доступа в качестве среды распространения ТВ-контента пока минимально, однако провайдеры начинают разрабатывать бизнес-модели для предоставления пакетов услуг, занимаются налаживанием взаимоотношений с поставщиками контента и формированием самого рынка потребления. Применение технологии PON для построения сетей абонентского доступа в городах России является наиболее приемлемым решением с учетом плотности городских жилых застроек, разновидности и типов домов, состояния инфраструктуры технической эксплуатации, линейно-кабельных сооружений (например, кабельной канализации). При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания, как узлов сети, так и пропускной способности в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.
Целью дипломного проекта будет разработка пассивной оптической сети доступа микрорайона «Чистая слобода» города Новосибирска, основанной на технологии Gigabit-PON (GPON) по схеме «оптическое волокно до дома (абонента)» (FTTH, Fiber To The Home) и в соответствии с потребностями клиентов.
2 Сети доступа
2.1 Варианты построения сетей доступа
Построение сетей может осуществляться с использованием различных типов среды передачи: волоконно-оптические сети, гибридные волоконно-коаксиальные сети (HFC), существующие телефонные линии (используя хDSL), беспроводные сети.
Использование постоянно совершенствующихся технологий xDSL – это самый простой и недорогой способ увеличения пропускной способности существующей кабельной системы на основе медных витых пар. Для операторов когда требуется обеспечить скорость до 1-2 Мбит/c такой путь является наиболее экономичным и оправданным. Однако, скорость передачи до десятков мегабит в секунду на существующих кабельных системах, с учетом больших расстояний (до нескольких км) и низкого качества меди, представляется непростым и достаточно дорогим решением.
Другое традиционное решение – гибридные волоконно-коаксиальные сети (HFC, Hybrid Fiber-Coaxial). Подключение множества кабельных модемов на один коаксиальный сегмент приводит к снижению средних затрат на построение инфраструктур сети в расчете на одного абонента и делает привлекательным такие решения. В целом же здесь сохраняется конструктивное ограничение по полосе пропускания.
Беспроводные сети доступа могут быть привлекательны там, где возникают технические трудности для использования кабельных инфраструктур. Беспроводная связь по своей природе не имеет альтернативы для мобильных служб. В последние годы наряду с традиционными решениями на основе радио- и оптического Ethernet доступа, все более массовой становится технология WiFi, позволяющая обеспечить общую полосу до 10 Мбит/c и в ближайшей перспективе до 50 Мбит/c.
Следует отметить, что для трех перечисленных направлений дальнейшее увеличение пропускной способности сети связано с большими трудностями, которые отсутствуют при использовании такой среды передачи, как волокно.
Таким образом, единственный путь, который позволяет заложить способность сети работать с новыми приложениями, требующими все большей скорости передачи – это прокладка оптического кабеля (ОК) от центрального офиса до дома или до корпоративного клиента. Это весьма радикальный подход. И еще 5 лет назад он 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. Наряду со ставшими традиционными решениями на основе оптических модемов, оптического Ethernet, технологии Micro SDH появились новые решения с использованием архитектуры пассивных оптических сетей PON.
2.2 Волоконно-оптические линии передачи
Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий передачи обусловлено рядом преимуществ, которыми обладает передача информации по оптическому волокну
Волоконно-оптическая линия передачи (ВОЛП) - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой являются волоконно-оптические линии связи. Технологии волоконно-оптических сетей помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие вопросы построения сетей.
Передача информации по ВОЛП имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.
Широкая полоса пропускания - обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей 1014 Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько Терабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.
Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,4 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100 км и более.
Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи различной модуляции сигналов с малой избыточностью кода.
Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.
Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.
Высокая защищенность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.
Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических "земельных" петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, например, на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.
Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.
Экономичность ВОК. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличии от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК.
Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем.
Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется как в России, так и за рубежом.
2.3 Основные топологии оптических сетей доступа
Для решения задач реализации сетей доступа рядом международных и российских компаний предлагаются некоторые типовые функциональные структуры для всех участков сетей доступа. Инфраструктура с применением оптических линий может быть представлена активной AON и пассивной PON оптическими сетями, структура которых изображена на рисунке 2.1 и 2.2.
Активная оптическая сеть может быть реализована в виде звезды ONU, в виде каскада ONU, в виде кольца ONU.
Рисунок 2.1 – Варианты организации активных оптических сетей
Пассивная оптическая сеть чаще всего реализуется в виде звезды или в виде пунктов с несколькими пассивными разветвителями (рис. 2.2). AON и PON могут комбинироваться, что расширяет возможности построения сетей доступа для предоставления различных услуг.
Рисунок 2.1 – Вариант организации пассивной оптической сети
Кольцо. Кольцевая топология, рисунок 2.1, на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях.
Однако в сетях доступа не все обстоит также 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.
Звезда. Звезда - это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. В звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка-точка. Поскольку оптический кабель нужно прокладывать индивидуально до абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для крупных абонентов.
Дерево с активными узлами. Дерево с активными узлами, рисунок 2.1, – это экономичное с точки зрения использования волокна решение.
Это решение 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). 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.
Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP). Решения на основе архитектуры PON (рисунок 2.4) используют логическую топологию «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 второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной.
Преимущества архитектуры PON:
Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети.[1]
3 Обоснование выбора технологии GPON
3.1 Обоснование выбора технологии для участка микрорайона «Чистая слобода» г. Новосибирск.
PON (Passive Optical Network - пассивная оптическая сеть) - технология для оптической распределительной сети доступа. Топология распределительной сети - дерево, где волокно от центральной станции разветвляется с использованием пассивных оптических делителей сигнала (сплиттеров) и внутри оптической распределительной сети нет другого активного оборудования. Активное оборудование размещается только на границах оптической сети доступа. Распространенная в городе Новосибирске технология доступа xDSL не способна удовлетворить потребности конечного пользователя к пропускной способности канала, которые неуклонно растут. Технологи PON является одной из самых современных технологий оптических сетей доступа.
3.2 Принцип действия PON
Операторы связи, коммунальные и строительные компании все чаще говорят об интеграции услуг связи, используя термин "triple play". Он определяет так называемую тройную услугу, то есть одновременную доставку абоненту голоса, видео и данных. 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.
На стороне центральной станции (оператора связи) располагается устройство, называемое OLT (Optical Line Terminal - терминал оптической линии), интерфейс OLT через оптическую распределительную сеть широкополосным соединением связан со множеством ONT (Optical Network Terminal - оптический сетевой терминал), которые устанавливаются в помещениях пользователей. Альтернативно вместо ONT может быть установлено ONU (Optical Network Unit - оптический сетевой блок) для достижения помещения пользователя через другую технологию, например VDSL2 или Ethernet поверх медного кабеля. Количество ONT/ONU, которые могут быть обслужены одним интерфейсом OLT, зависит от используемой PON-технологии и обычно равно 16, 32 или 64. Определение основных терминов
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. Реализация этого принципа показана на рисунке 3.1. 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 1490 и 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.
Рисунок 3.1– Архитектура пассивной оптической сети (PON)
Рисунок 3.2– Основные элементы архитектуры PON и принцип действия
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. Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением (time division multiple access, TDMA). 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.
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.
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 (triple play). За расширенным таким образом стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).
3.3 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 |
Продолжение таблицы 3.1- Сравнение технологий APON, EPON, GPON
|
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).
3.4 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:
Наложение видеосигнала
Дополнительно в сетях GPON предусмотрен 1550-нм канал, который можно использовать 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. 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 дальнейшем видео может быть переведено в основной трафик (1490 нм), что позволит, например, предоставлять услуги IP-ТВ с интерактивными функциями и другими расширенными возможностями.
3.5 Физический уровень GPON
G.984.2 – это спецификация физического уровня сети GPON, зависящего от среды передачи (Physical Media Dependent, PMD). Она полностью описывает оптические компоненты, подходящие для GPON. Рекомендация составлена с учетом многих уроков, усвоенных при работе с BPON, и вместе с тем дает расширенные определения оптических параметров, принимая во внимание возросшую скорость передачи.
Для PMD в GPON используются те же методы и соглашения, что и в SDH/SONET. Определения таких терминов, как "выходная мощность передатчика", "чувствительность приемника" и "оптический бюджет в линии" составлены таким образом, чтобы обеспечить функциональную совместимость оптической распределительной сети и сетевого оборудования, и в то же время четко разграничивает их.
При описании GPON PMD за основу взята база SDH и используются присущие SDH уровни мощности и тактовые частоты. Применяется такое же, как в G.983.3 распределение частот, что делает возможным перекрытие длин волн. В качестве формата кодирования, который был выбран благодаря его эффективности и хорошо отработанным схемам реализации, используется NRZ с шифрованием. PMD-рекомендация также включает механизм прямого исправления ошибок (Forward Error Correction, FEC). Еще одно нововведение в GPON PMD – это возможность управления оптическим передатчиком ONT. Оно вызвано необходимостью использования лавинных фотодиодов (APD) в центральном узле OLT в случае выбора PON класса B или C. (Бюджет мощности для PON класса В и С составляет соответственно 25 и 30 дБ.)
Рисунок 3.3 - Структура уровней GPON
Структура уровней GPON включает подуровни формирования кадров GTC и адаптации TC, а также плоскости контроля и управления (рисунок 3.3). Рекомендация G 984.3 специфицирует уровень управления передачей (TC – Transmission Convergence) в GPON. Этот документ описывает специальную систему координации для кадров и управление передачей данных в PON. Важнейшие особенности последней – очень высокая эффективность (превышающая 90%) и способность передавать как АТМ-ячейки, так и кадры данных в формате инкапсуляции GFR Документ также содержит описание динамического распределения полосы пропускания и некоторых других функций.
Кадры в нисходящем потоке имеют постоянную длительность 125 мкс. Они легко синхронизируются. При этом обеспечивается доступ к тактовому сигналу 8 кГц. Такие свойства оказываются особенно полезны для предоставления TDM-услуг.
Кадр в нисходящем потоке состоит из трех частей: блока физического контроля (Physical Control Block, PCB), ATM-участка и участка гигабитного режима инкапсуляции (Gigabit Encapsulation Mode, GEM). PCB содержит всю информацию заголовка физического уровня, необходимую для контроля и управления пассивной оптической сетью, включая посылку ОАМ-сообщений, передачу сигналов низкого уровня и таблицу полосы пропускания. Участок ATM представляет собой динамически распределяемую часть кадра. Он переносит ATM-ячейки в ONT, где с помощью индикатора виртуальной линии ATM определяется, какая ячейка предназначается какому ONT. Участок GEM используется для доставки фрагментов GEM в абонентские узлы, которые используют идентификаторы Port-ID для определения, какой фрагмент принадлежит какому ONT.
Весь процесс, необходимый для анализа и обработки этой системы кадров очень прост. Он помогает уменьшить количество логических элементов и обеспечить более эффективное взаимодействие компонентов системы.
Кадр в восходящем потоке динамически управляется центральным узлом с помощью таблицы полосы пропускания. Таблица полосы пропускания – это список времен начала и конца, каждое из которых относится к определенному идентификатору Allocation-ID абонентского узла ONT. Каждый ONT может содержать несколько Allocation-ID или только один, в зависимости от профиля услуги. После согласования с таблицей полосы пропускания ONT начнет передачу информации в восходящем потоке к OLT только в указанном окне; в остальной части кадра ONT прекратит передачу. Если ONT должен осуществлять передачу в двух последовательных временных окнах, он только один раз посылает заголовок физического уровня в восходящем потоке, экономя полосу пропускания. Результирующий поток "всплесков" легко интерпретируется в центральном узле с помощью сохраненной таблицы полосы пропускания и идентификаторов абонентских узлов и потока, "вложенных" непосредственно в передаваемые данные. Протокол GPON способен передавать как АТМ-трафик, так и GEM-данные. Причем стандарт определяет, что оборудование может поддерживать не только любой из этих вариантов, но и оба варианта вместе.
Уровень управления передачей GPON (GTC) (рисунок 3.3) состоит из двух подуровней. Это подуровень формирования кадров и подуровень адаптации. GTC также включает в себя плоскость пользователей, которая передает абонентский трафик, и плоскости контроля/управления, обеспечивающие прохождение потоков абонентского трафика, а также безопасность и функциональность ОАМ. Подуровень формирования кадров GTC состоит из АТМ-участка, GEM-участка, участков вложенной функциональности эксплуатации, администрирования и управления (OAM) и OAM физического уровня (PLOAM). На участках АТМ и GEM блоки рабочих данных (SDU) преобразуются из обычных блоков протокольных данных (PDU) и наоборот. Подуровень формирования кадров GTC полностью доступен для всех передаваемых данных. В центральном узле системы, OLT, этот подуровень имеет те же права, что и соответствующие GTC-подуровни всех ONT.
Рисунок 3.4 - Структура кадра в нисходящем потоке GPON
В GPON обеспечивается контроль доступа к среде для восходящего трафика. В основной концепции кадры в нисходящем потоке указывают разрешенные положения для восходящего трафика в кадрах восходящего потока, синхронизированных с кадрами в нисходящем потоке.
OLT посылает указатели (маркеры) в PCBd, и эти маркеры указывают время, в которое каждый ONT может начать и закончить передачу в восходящем потоке. Таким способом только один ONT может получить доступ к среде в любое время, и конфликтов при нормальной работе не возникает. Указатели передаются в блоках байтов, позволяя OLT управлять средой при эффективной статической полосе пропускания, равной 64 кбайт в секунду.
3.6 Структура кадров GPON
Как уже отмечалось, длительность кадра в потоке от узла доступа к абоненту составляет 125 мкс. Причем эта величина не зависит от пропускной способности сети в нисходящем потоке (1,244 Гбит/с или 2,488 Гбит/с). Таким образом, кадр при скорости 1,244 Гбит/с состоит из 19 440 байтов, а при скорости 2,488 Гбит/с – из 38 880 байтов. Длина поля PCBd одинакова для обеих скоростей и зависит от числа блоков распределения (имеющих один и тот же идентификатор Allocation-ID) в одном кадре.
Кадры в восходящем потоке имеет одинаковую структуру для всех скоростей передачи. Они содержат наборы передаваемых данных от одного или нескольких ONT.
Таблица полосы пропускания определяет распределение этих наборов данных. В соответствии с контролем, осуществляемым OLT с помощью поля индикаторов в таблице полосы пропускания, ONT в ходе каждого периода распределения может посылать до трех типов PON-заголовков и пользовательские данные. Это могут быть заголовки физического уровня в восходящем потоке (PLOu), OAM в восходящем потоке (PLOAMu), 13-байтовое поле, содержащее сообщение PLOAM, а также отчет о динамике полосы пропускания в восходящем потоке (DBRu), который используется центральным узлом OLT для DBA (рисунок 3.4).
Метод инкапсуляции в GPON
Чтобы осуществлять доставку абонентам разнообразных услуг, необходимую для операторов, и позволять эффективно использовать полосу пропускания в пассивных оптических сетях, в GPON применяется метод инкапсуляции, подобный G.7041. Этот документ содержит спецификации для GFP. Работу над ними начала аккредитованная ANSI подкомиссия Т1Х1. Разработка финальной версии стандарта проводилась совместно с ITU-T. GFP был официально стандартизирован как Рекомендация G.7041 ITU-T.
Аналогичный метод инкапсуляции в GPON, или GEM, обеспечивает базовый механизм преобразования клиентского трафика вышележащих уровней для передачи его по транспортной сети. Транспортная сеть может быть любого типа: SONET/SDH, G.709 ITU-T (OTN), GPON. Сигналы от клиента могут приходить в виде пакетов (таких, как IP/PPP или Ethernet), потоков с постоянной скоростью и пр. GEM обеспечивает гибкую структуру инкапсуляции кадров, которая поддерживает кадры как постоянной, так и переменной длины. Используется разновидность метода исправления ошибок заголовка (НЕС), основанная на самоограничении. Чтобы размещать PDU переменной длины, в заголовке GEM-кадра помещается явный индикатор длины полезной нагрузки.
Таким образом, размер GEM PDU можно сделать постоянным (чтобы обеспечить работу TDM-канала), или с длиной, изменяющейся от кадра к кадру. Так как метод инкапсуляции обеспечивает базовый механизм эффективной и простой доставки различных услуг по синхронной транспортной сети, он идеально подходит в качестве основы для уровня GPON ТС. Синхронная природа этого уровня и присущие SONET кадры (125 мкс и частота 8 кГц) позволяют напрямую поддерживать TDM-услуги.
3.7 Надежность и резервирование в GPON
Слабой стороной систем доступа GPON с топологией простого дерева является отсутствие резервирования.
Самым неблагоприятным для системы является повреждение волокна, идущего от OLT к ближайшему разветвителю (фидерного волокна). В указанном случае наиболее отчетливо проявляется недостаток сети PON по сравнению с кольцевой топологией SDH. Однократное повреждение волокна ведет к потере связи для всего сегмента, который к нему подключен. А это могут быть десятки абонентских узлов и сотни абонентов. Все они остаются без сети. Среднее время восстановления варьируется в широких пределах – от нескольких дней до нескольких недель (в зависимости от возможностей оператора).
В силу специфики топологии PON, задача обеспечения надежного функционирования не является столь простой, как в кольцевых топологиях SDH. Причем полоса обратного потока в PON является общей и формируется множеством абонентских узлов.
В G.983.1 предложены четыре различных топологии. Мы рассмотрим три основных варианта построения резервных систем PON.
В соответствии с рисунком 3.5,а частичное резервирование со стороны центрального узла осуществляется по схеме 2xN. Центральный узел оснащается двумя оптическими модулями LT-1 и LT-2, в которых происходит терминирование двух волокон. В нормальном режиме при отсутствии повреждений волокон основной канал является активным, и по нему организуется дуплексная передача. Резервный канал – не активный, лазерный диод на LT-2 выключен. Фотоприемник на LT-2 при этом может прослушивать обратный поток. Если повреждается идущее от центрального узла волокно основного канала, то автоматически активизируется приемопередающая система LT-2. Для повышения надежности, в качестве фидерных целесообразно использовать волокна, которые входят в состав разных физически разнесенных оптических кабелей.
Частичное резервирование со стороны абонентского узла позволяет повысить надежность его работы (рисунок 3.5,б). В этом случае требуется два оптических модуля LT-1 и LT-2 на абонентский узел. Переключение на резервный канал происходит аналогично предыдущему варианту. Не обязательно подключать все абонентские узлы по резервному каналу. Различие по стоимости абонентских узлов с резервированием (два модуля LT-1 и LT-2 ) и без него (один модуль LT) позволяет дифференцированно предлагать услуги различным категориям абонентов.
При полном резервировании системы PON она становится устойчивой как к выходу из строя приемо-передающего оборудования OLT и ONT, так и к повреждению любого участка волоконно-оптической кабельной системы. Информационные потоки на ONT генерируются одновременно обоими узлами LT-1 и LT-2 и передаются в два параллельных канала (рисунок 3.5 в). OLT передает в магистраль только одну копию последовательности сигналов.
Аналогично происходит дублирование трафика в прямом потоке. ONT передает далее на пользовательские интерфейсы только одну копию входного сигнала. При повреждении волокна или приемопередающих интерфейсов переключение на резервный канал будет очень быстрым и не приведет к прерыванию связи. Не обязательно подключать все абонентские узлы по резервному каналу. Здесь, как и во втором варианте, также не обязательно подключать все абонентские узлы по резервному каналу.
Рисунок 3.5- Основные варианты построения резервных систем PON
В дипломном проекте резервирование осуществляется за счет применения дополнительных разветвителей 1:2 и 1:3 на резервном волокне. На центральном узле резервирование портов осуществляется по принципу 1:1, при этом если на основном порту произойдет авария, то включается резервный.
Логично предположить, что технология GPON наиболее качественнее поддерживает требования абонентов к современным сетям доступа и использование данной технологии при построении мультисервисных сетей технически и экономически целесообразнее.
4 Технология FTTx
4.1Основные понятия
Термин FTTx объединяет различные виды доступа абонента к услугам с использованием волоконно-оптических технологий: FTTB - Fiber To The Building - оптика в здание, FTTH - Fiber To The Home - оптика в квартиру - и т.д. Подключившись к телекоммуникационной сети посредством волоконно-оптического кабеля, абонент решает проблему доступа к современным информационным услугам как минимум на ближайшие 10-15 лет.
Преимущества по сравнению с медным кабелем очевидны: это практически неограниченная пропускная способность и помехоустойчивость оптики. Технология делает доступными по одному и тому же кабелю высокоскоростной Интернет, цифровое телевидение, видеотелефонию и все, что еще смогут придумать в сфере телекоммуникаций в обозримом будущем.
В основе любой оптической сети доступа лежит взаимодействие элементов сетевого OLT (Optical Line Terminal) и терминального ONT (Optical Network Terminal) оптических окончаний. В зависимости от размещения ONT на участках абонентской линии доступа различаются и технологии FTTx.
Рисунок 4.1 – Варианты реализации FTTx
Есть несколько вариантов реализации FTTx, из них можно выделить:
FTTH - Fiber To The Home (доведение волокна до квартиры);
FTTB - Fiber To The Building (доведение волокна до здания);
FTTC - Fiber To The Curb (доведение волокна до кабельного шкафа);
FTTCab - Fiber To The Cabinet (аналог FTTC).
4.2 Виды архитектур технологии FTTx
В семейство FTTx входят различные виды архитектур:-FTTN и FTTC.
Исторически первыми появились решения FTTN и FTTC.
На сегодняшний день FTTN (Fiber to the Node – волокно до сетевого узла) используется в основном как бюджетное и быстро внедряемое решение там, где существует распределительная «медная» инфраструктура и прокладка оптоволокна нерентабельна. Всем известны связанные с этим решением трудности: невысокое качество предоставляемых услуг, обусловленное специфическими проблемами лежащих в канализации медных кабелей, существенное ограничение по скорости и количеству подключений в одном кабеле. Особенностью технологии является наличие узла связи, к которому клиенты подключаются через скоростные DSL-соединения. Наиболее перспективны FTTN-сети, предлагающие пользователям полосу до 25 Мбит/с через VDSL-канал. Правда, в таких сетях на передачу данных отводится только 6 Мбит/с, остальную емкость могут занимать каналы цифрового телевидения.
FTTC — Fiber To The Curb –волокно к «узлу» - либо к распределительному узлу цифровой связи, либо к узлу кабельного телевидения. Архитектура, при которой для соединения телефонной станции со шкафом, установленным на улице, используется оптико-волоконный кабель. В данном шкафу сигнал конвертируется и подается в абонентские линии, представляющие собой витые медные пары телефонного кабеля. FTTC - это улучшенный вариант FTTN, лишённый части присущих последнему недостатков. В случае с FTTC в основном используются медные кабели, проложенные внутри зданий, которые, как правило, не подвержены проблемам, связанным с попаданием воды в телефонную канализацию, с большой протяженностью линии и качеством используемых медных жил, что позволяет добиться более высокой скорости передачи на медном участке.
FTTC в первую очередь предназначена для операторов, уже использующих технологии xDSL или PON, и операторов кабельного телевидения: реализация этой архитектуры позволит им с меньшими затратами увеличить и число обслуживаемых пользователей, и выделяемую каждому из них полосу пропускания. В России этот тип подключения часто применяется небольшими операторами Ethernet-сетей. Связано это с более низкой стоимостью медных решений и с тем, что монтаж оптического кабеля требует высокой квалификации исполнителя.
4.3 FТTB (Fiber То The Building)
В отличие от России, на Западе проекты типа FTTB начали воплощаться гораздо раньше, чем FTTH. В городских районах с многоквартирной застройкой оптоволокно ко всем домам было подведено еще в конце «прошлого века».
Что же обычно понимают под FTTB технологией? Под такой технологией понимают относительно глубокое проникновение оптики до абонента, т.е. работу оптического узла (ОУ) в среднем на 100…250 абонентов (например, 9…12-ти этажный дом на 4…6 подъездов).
Технология FTTB позволяет не только пропускать растущий объем трафика, но и наращивать спектр услуг связи в зависимости от потребностей пользователя, не вкладывая дополнительных затрат в модернизацию.
При использовании варианта FTTB оптическое волокно заводится в дом, как правило, на цокольный этаж или на чердак и подключается к устройству ONU (Optical Network Unit). На стороне оператора связи устанавливается терминал оптической линии OLT (Optical Line Terminal). OLT является главным устройством и определяет параметры обмена трафика (например, интервалы времени приема/передачи сигнала) с абонентскими устройствами ONU. Дальнейшее распределение сети по дому происходит по «витой паре».
Этот подход целесообразно применять в случае развертывания сети в многоквартирных домах и бизнес центрах среднего класса. В FTTB нет необходимости прокладывать дорогостоящий оптический кабель с большим количеством волокон, как при использовании FTTH.
Рисунок 4.1 – Схема технологии FTTB
Технология «оптика до здания» обеспечивает подключение к сети Интернет по волоконно-оптическим линиям связи, без использования телефонной линии и модема. Таким образом, исчезает зависимость скорости доступа в сеть Интернет от состояния медных телефонных линий. Cеть передачи данных, организованная по технологии «оптика до здания», является мультисервисной сетью, по средством которой по одной линии пользователям предоставляется несколько телекоммуникационных услуг, в том числе и требующих высокой скорости передачи данных (телефония, Ин тернет, цифровое телевидение).
Особенностями технологии FTTB являются:
-повышенная надежность. Как известно из практики, наибольшее число отказов приходится именно не на ВОЛС, а на коаксиальные сети. Ввиду наличия каскадно включенного не более одного усилителя (например, усилитель на подъезд), вероятность отказа является низкой;
-простота построения параллельных цифровых сетей является наиважнейшим достоинством FTTB технологии. При этом под параллельную цифровую сеть выделяется отдельное оптическое волокно (вместо жилы под реверсный канал);
-снижение шумов ингрессии достигается за счет малого числа абонентов, подключаемых к одному ОУ. Более того, при использовании коллективных кабельных модемов (СМ), шумы ингрессии (основные источники шумов в реверсном канале), исходящие от абонентов, фактически исключаются, т.к. СМ включается на входе домового усилителя, в составе которого отсутствует усилитель реверсного канала;
-более высокие скорости цифровых потоков в реверсном направлении при неизменном числе частотных каналов обязаны исключительно числу upstream-приемников (приемники реверсного направления), устанавливаемых в составе головной станции кабельных модемов (CMTS). Увеличение числа upstream-приемников (следовательно, и увеличение суммарных скоростей в реверсном направлении) при сохранении отношения несущая/шум (C/N) стало возможным благодаря снижению числа абонентов, нагружаемых на один ОУ;
-простота реализации новых цифровых технологий, накладываемых на уже существующие FTTВ сети. Классическим примером может служить новая перспективная технология EttH (Ethernet to the Home), разработанная компанией Teleste (Финляндия) и получающая все большее и большее распространение по всему миру;
-возможность использования экономичных ОУ достигается за счет того простого факта, что вслед за ОУ устанавливается мощный домовой усилитель, следовательно, к выходному каскаду ОУ (а именно величиной его максимального выходного уровня и определяется ценовая политика ОУ) не предъявляется жестких требований как по коэффициенту усиления, так и по выходному уровню;
-работа при низких входных оптических мощностях достигается благодаря тому факту, что последующий домовой усилитель фактически не вносит вклада в снижение S/N из-за его высокого выходного уровня. Именно работа при низких входных оптических мощностях допускает использование малого числа оптических передатчиков (следовательно, уменьшается стоимость ВОЛС в целом) при большом числе ОУ.
Преимущества Интернет по технологии FTTB:
- доступ к сети со скоростью до 100 Мбит/с;
- исходящая скорость до 100 Мбит/с.;
- высокое качество передачи данных;
- симметричная полоса пропускания (скорость от клиента равна скорости к клиенту) (пример: 1 аудиофайл (8 Мб) уйдёт по электронной почте от клиента за 10 секунд);
- высокая помехозащищенность;
- высокая защищенность от несанкционированного доступа;
- антивирусная защита домашнего ПК;
- широкая полоса пропускания - дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько Тбит в секунду);
- управление услугами через «личный кабинет»;
- Wi Fi подключение в квартире;
- разнообразный контент.
4.4 FTTH (Fiber То The Home)
Рисунок 4.2 – Схема технологии FTTН
FTTH подразумевает доведение оптического волокна до квартиры или частного дома пользователя. Существует два типа организации FTTH сетей: на базе Ethernet и на базе PON:
-Решение на базе Ethernet
В решении Ethernet FTTH для коммутации линий подразумевается использование коммутаторов с оптическими портами или оптическими трансиверами. Коммутаторы объединяются либо в «кольцо» Ethernet (GE или 10GE), либо по топологии «звезда» и располагаются на цокольном или чердачном этаже (в зависимости от способа заведения магистрального волокна в дом). К портам коммутатора подключаются устройства конечных пользователей. Такой подход обеспечивает высокий уровень надежности за счет возможности резервирования оптических каналов, и обеспечивает преемственность с существующей «медной» инфраструктурой. К недостаткам Ethernet FTTH можно отнести узкую полосу пропускания и недостаточные возможности масштабирования.
На территории абонента (в квартире или коттедже) используются устройства CPE (Customer Premise Equipment);
-Решение на базе PON
При использовании решения на базе PON - пассивной оптической сети - для развертывания сети FTTH оптоволоконная линия распределяется по абонентам с помощью пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) с коэффициентом деления от 1:2 до 1:128.
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 предоставления широкополосного доступа и поддержки сервисов, ONT должен дополнительно поддерживать:
-протокол управления доступом к PON;
-лазеры пакетного режима (burst-mode lasers), обеспечивающие передачу данных ONT только в определенные терминалом OLT отрезки времени;
-повышенную мощность сигнала (требуется учитывать потери на делителях);
-шифрование;
-высокую производительность.
Эти дополнительные функции обусловливают значительно более высокую стоимость устройства ONT для архитектуры PON, чем устройства Ethernet FTTH CPE.
-более высокая надежность. Действительно, все мультисервисные сети передачи данных и телевидения (МСС) построенные только с использованием оптических активных компонентов, как правило, обладают очень высокой надежностью. Важен и тот факт, что отпадает необходимость в использовании дистанционного питания, которое часто доставляет много хлопот кабельным операторам. Более того, если предусмотреть резервные оптические волокна (ОВ) в волоконно-оптическом кабеле (ВОК), появляется возможность реализации ручного и/или автоматического резервирования как по направлениям (кольцевое резервирование), так и по жилам с минимальными затратами;
-простота переконфигурации сети за счет установки в основных узлах распределения оптических кроссовых шкафов. Перекоммутация осуществляется за счет простейшей переустановки патчкордов по соответствующим направлениям (с помощью пигтейлов);
-простота построения параллельных сетей является одним из важнейших достоинств. Ведь ВОЛС представляет собой идеальную многоканальную (на физическом уровне) транспортную сеть с великолепными особенностями: сверхширокополосность, помехозащищенность от всех видов электромагнитных наводок, малые погонные потери, низкая чувствительность к температурным воздействиям, высокая защита от несанкционированного подключения и др.;
-возможность отказа от реверсного канала в традиционных HFC сетях. Такая возможность появляется при наличии параллельных Ethernet сетей, которые изначально являются двунаправленными;
-значительное снижение шумов ингрессии в реверсном канале при условии достаточности приемников реверсного направления (Upstream). По грубой оценке можно считать, что реализуемое отношение несущая/шум C/NH, формируемое при технологии FTTH с числом абонентов NH, больше аналогичного C/NC, реализуемого при FTTС с числом абонентов NC;
-более высокие скорости цифровых потоков в реверсном направлении при неизменном числе частотных каналов обязаны исключительно числу upstream-приемников, устанавливаемых в составе головной станции кабельных модемов (CMTS). Иными словами, если при FTTС технологии наращивание числа upstream-приемников не имело практического смысла в силу значительной величины C/NC, то при FTTH технологии имеет явный смысл наращивания таких приемников. Более того, такие приемники могут уже работать как при смешанной оптической технологии на одной частоте, так и при классической технологии (upstream-приемник на кластер или сегмент) на нескольких частотах.
Очевидно, что запланированный набор услуг и необходимая для их предоставления полоса пропускания имеют самое непосредственное влияние на выбор технологии FTTx.
Чем выше скорость доступа и чем больше набор услуг, тем ближе к терминалу должна подходить оптика, а именно нужно использовать технологии FTTH. Таким образом, можно смело утверждать, что именно FTTH технология является наиболее выгодной с точки зрения реализации высоких технических параметров, и все более высоких запросов пользователей: HDTV, видео по запросу, цифровое вещание и тд.
5 Выбор трассы прокладки ВОК
5.1 Краткая характеристика города Новосибирска
Новосибирск — третий по численности населения город России, имеет статус городского округа. Торговый, деловой, культурный, промышленный, транспортный и научный центр федерального значения.
Постоянное население на 1 января 2012 г. - 1498,9 тыс. человек (около 56 % населения Новосибирской области). Территория города на 01.01.2012 - 502,1 км2. Плотность населения (на 1 января 2012 года) - 2985,3 человек на 1 км2.
Новосибирск находится в континентальной климатической зоне; среднегодовая температура воздуха плюс 0,2 °C. Для города характерны большие колебания среднемесячных и абсолютных температур воздуха. Средняя температура воздуха в январе минус 19 °C, в июле плюс 19 °C. Самая низкая температура зафиксирована 9 января 1915 года - минус 51,1 °C, самая высокая 22 июля 1953 года – плюс 37 °C. Город расположен на пересечении лесостепной и лесной природных зон.
Город разделен на десять административных районов – Кировский, Дзержинский, Заельцовский , Калининский, Ленинский, Октябрьский, Первомайский, Центральный, Советский, Железнодорожный.
Новосибирск является крупным промышленным центром. Основу промышленного комплекса составляют 214 крупных и средних промышленных предприятий. На их долю приходится более 2/3 объёма всей промышленной продукции Новосибирской области. Ведущими отраслями промышленности являются электроэнергетика, газоснабжение, водоснабжение, металлургия, металлообработка, машиностроение, на их долю приходится 94 % всего промышленного производства города.
Объём отгруженных товаров предприятиями обрабатывающего производства за 2009 год составил 89,65 млрд рублей.
В городе расположены головные офисы ряда крупных российских компаний, среди них:
Западно-Сибирская железная дорога — филиал ОАО «Российские железные дороги»;
ОАО «Сибирьтелеком» — оператор связи;
ОАО «Новосибирское авиационное производственное объединение им. В. П. Чкалова» — филиал ОАО «ОКБ Сухого»;
группа «РАТМ» — холдинговая компания;
группа «Белон» — угледобывающая и металотрейдинговая компания;
«Сибирский берег» — производитель снековой продукции;
«Инмарко» — производитель мороженого;
ЗАО «Центр финансовых технологий» — создатель российской банковской системы «Золотая корона» и одна из крупнейших компаний на российском рынке информационных технологий;
МДМ банк — один из крупнейших банков России;
ООО «БрокерКредитСервис»;
ОАО «НЭТА» — ИТ-компания, системный интегратор.
Доходная часть бюджета города Новосибирска в 2007 году была запланирована на уровне 26,4 млрд рублей, расходная — 27,3 млрд рублей, дефицит — 0,8 млрд рублей. В 2008 году доходная часть запланирована на уровне 30,8 млрд рублей, расходная часть — 34,5 млрд рублей, дефицит бюджета — 3,5 млрд рублей. На 2009 год доходы бюджета запланированы в сумме 28,6 млрд рублей, расходы бюджета — 31,4 млрд рублей, дефицит — 2,7 млрд рублей. По величине расходов бюджета на душу населения в 2008 году Новосибирск значительно уступал Москве и Санкт-Петербургу, но опережал все остальные города России с населением более 1 миллиона человек.
В соответствии с рейтингом 200 самых благоприятных для работы городов в мире агентства Mercer Human Resource Consulting от апреля 2007 года, Новосибирск занял 182-ое место в мире и 2-ое по России. На первом месте в России и 174-ое в мире была поставлена Казань.
По оценке РБК в 2008 году Новосибирск занимал третье место в списке самых привлекательных для бизнеса городов России (в 2007 году — 13-е место).
В 2006 году среднемесячная заработная плата по городу составила 10 912,6 руб., что на 26,7 % больше, чем в 2005 году.
На начало 2007 года в Новосибирске насчитывалось около 1,6 млн м². офисных площадей, из них офисов класса А (в основном build-to-suit) — 15 000 м², класса В — 130 000 м², класса С — около 1,4 млн м²
В Новосибирске действует множество современных деловых комплексов, среди них:
Новосибирск – крупнейший транспортный узел Западной Сибири, расположенный на пересечении транспортных магистралей. Имеется железнодорожный выход в Среднюю Азию. В городе 4 железнодорожных вокзала, из них вокзал «Новосибирск-Главный» – крупнейший за Уралом, крупнейшая в России сортировочная станция «Инская», готовится к реализации проект контейнерного терминала на станции «Клещиха».
Новосибирск связан авиационными линиями с более чем 100 городами России и мира. В пределах городской агломерации (в 30 км от центра Новосибирска, на территории г. Обь Новосибирской области) расположен один из крупнейших в стране аэропортов – «Толмачево». В черте города расположен аэропорт регионального значения «Новосибирск-Северный».
Через Новосибирск проходят две автодороги федерального значения: М-51 «Байкал» (от Челябинска через Омск, Кемерово, Красноярск до Читы с выходом на строящуюся федеральную трассу «Амур» от Читы до Хабаровска) и М-52 «Чуйский тракт» (через Бийск к границе с Монголией).
Новосибирский метрополитен, первый и единственный в восточной части страны, открыт в конце 1985 г., в настоящее время имеет 2 действующие линии общей протяженностью 14,3 км и 13 станций. Метромост – самый длинный из такого рода мостов в мире.
Новосибирск располагает обширной сетью образовательных учреждений. В городе 21 государственный вуз, включая филиалы иногородних (153,5 тыс. студентов); 17 негосударственных вузов, включая филиалы (14,4 тыс. студентов); 48 государственных и негосударственных средних специальных учебных заведений, включая филиалы (около 42 тыс. учащихся); 240 дневных общеобразовательных учреждений, включая 15 негосударственных (122,7 тыс. учащихся); 277 детских дошкольных учреждений (40,2 тыс. детей).
В городе имеется мощная сеть учреждений здравоохранения, а также исследовательские учреждения Сибирского отделения Российской академии медицинских наук.
Новосибирск один из признанных культурных центров России и по праву считается культурным центром Сибири. В городе активно действуют многочисленные творческие союзы и объединения, развита сеть учреждений культуры, работают свыше 700 творческих коллективов. В нашем городе 8 профессиональных театров, в том числе Новосибирский государственный академический театр оперы и балета – историко-архитектурный символ и визитная карточка не только Новосибирска, но и Сибири, Новосибирская филармония и другие.
В городе 82 библиотеки с библиотечным фондом более 5 млн. экземпляров. С 1966 года в Новосибирске работает самая крупная в Сибири Государственная публичная научно-техническая библиотека СО РАН.
Основным поставщиком услуг традиционной телефонной связи в городе является Новосибирский филиал ОАО «Ростелеком» с абонентской базой около 580 тыс. человек.
Услуги мобильной связи в городе Новосибирске предоставляют: Новосибирский филиал ОАО «Ростелеком», ОАО «Мобильные ТелеСистемы» (МТС), ОАО «ВымпелКом» (торговая марка «Билайн»), ЗАО «Мобиком-Новосибирск» («МегаФон»), ЗАО «Новосибирск - сотовая связь - 450» («Скай Линк»), TELE2.
На рынке доступа к сети Интернет работают около 20 операторов связи, наиболее крупными являются: ООО «Новотелеком», ОАО «Ростелеком», ООО «Сибирские сети», ЗАО «ЭР-Телеком», ЗАО «СитиХоумНет» и другие. Во многих домах жителей города Новосибирска имеется возможность получать услуги от нескольких операторов, поэтому деятельность операторов связи направлена на расширение количества дополнительных сервисов. Сейчас в одном пакете услуг можно получить IP-ТВ, доступ в сеть Интернет, городской телефон.
Количество абонентов сети Интернет в Новосибирске в 2011 году достигло 380 тысяч.
5.2 Существующие сооружения связи и их возможности
Перед началом строительства сети доступа, а именно линейно-кабельных сооружений необходимо уточнить местоположение центрального узла – OLT(optical line terminal) – активное оборудование сети, установленные на опорных узлах (узлах агрегации); и КМО (Кросс магистральный оптический) – кросс высокой плотности, предназначенный для коммутации линейной оптической сети с оборудование OLT. Помещение, в котором будет располагаться оборудование OLT и КМО должно удовлетворять ряду требований, регламентирующих условия электропитания, заземления, освещения, пожаро-безопасности и многие другие. Ниже приведен краткий перечень условий, отражающих требования к помещениям, в которых размещается оборудование связи:
Представленный перечень не является полным и призван сориентировать операторов в этой проблеме.[1, 5]
Ознакомившись с представленными требования, оптический линейный терминал (OLT) и кросс магистральный оптический (КМО) целесообразно разместить в здании Губахинского цеха комплексного технического обслуживания, расположенного по адресу пр. Ленина, 48 АТС-4. 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.
5.3 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:
Все работы по строительству линейно-кабельных сооружений можно разбить на два этапа:
Поэтому на каждом этапе строительства необходимо выбрать способ и трассу прокладки оптического кабеля.
Выбор способа прокладки кабеля зависит от его применения в конкретных условиях окружающей среды и требований, предъявляемых к надежности ВОЛС. Оптимальная технология прокладки ВОК должна удовлетворять требованиям: экономичности строительства ВОЛС и эффективному контролю усилий, прилагаемых к ВОК.
Принято решение организовать строительство ВОЛП следующими путями:
Трасса прокладки ВОЛП в микрорайоне «Чистая слобода» представлена на рисунке 5.1.
Оптический линейный терминал OLT целесообразно разместить в помещении, где располагается АТС, в хозяйственном корпусе. Такое решение обусловлено удобством обслуживания линейного оборудования, упрощает организацию питания и заземления активного оборудования.
5.4 Описание клиентов и предоставляемая им нагрузка
В качестве клиентской базы выступают жильцы многоквартирных домов.
На данном участке г.Новосибирска основным поставщиком услуг передачи данных является ОАО «Ростелеком», предоставляющий доступ в интернет на базе технологии ADSL. С целью совершенствования данной услуги в данном проекте целесообразно будет реализовать технологию «волокно до квартиры (абонента)» (Fiber To The Home, FTTH). Список клиентов представлен в таблице 5.1
Рисунок 5.1 - Трасса прокладки ВОК
В качестве клиентской базы выступают жильцы многоквартирных домов и различные корпоративные клиенты, офисы которых находятся на первых этажах зданий или в отдельных офисных зданиях.
Описание клиентов приведено в таблице 5.1.
Таблица 5.1 – Описание клиентов и предоставляемая нагрузка
|
Административный адрес |
Характеристика здания |
Общее количество жильцов |
Количество подключаемых абонентов |
% от общего числа абонентов |
Расстояние от центрального узла, км |
Вид услуги |
|||
|
улица |
№ дома |
Количество этажей |
Количество подъездов |
Количество квартир на этаже |
|||||
|
ул. Спортивная |
6 |
10 |
3 |
4 |
120 |
98 |
82 |
0,130 |
Triple Play |
|
ул. Спортивная |
10/1 |
10 |
2 |
4 |
80 |
59 |
74 |
0,107 |
Triple Play |
|
ул. Спортивная |
10 |
10 |
2 |
4 |
80 |
64 |
80 |
0,192 |
Triple Play |
|
ул. Спортивная |
4 |
10 |
4 |
4 |
160 |
136 |
85 |
0,197 |
Triple Play |
|
ул.Спортивная |
8 |
10 |
3 |
4 |
120 |
101 |
84 |
0,202 |
Triple Play |
|
ул.Забалуева |
51/4 |
10 |
3 |
4 |
120 |
96 |
80 |
0,115 |
Triple Play |
|
ул. Забалуева |
51/5 |
10 |
3 |
4 |
120 |
104 |
87 |
0,149 |
Triple Play |
6 Описание оптического кабеля
Кабели состоят из оптических волокон, сердечника модульной конструкции или конструкции на основе центральной трубки, армирующих и защитных покровов.
Оптический кабель характеризуется невосприимчивостью к различного рода помехам, низкими потерями. В системах многоканальной оптической связи он позволяет образовать сотни тысяч телефонных каналов.
6.1 Описание волоконно-оптического кабеля на магистральном участке сети
Магистральный бронированный оптический кабель (ОК) для прокладки в кабельной канализации марки ДПС-096Т16-06-10,0/0,6, поставщик данной продукции ЗАО «ОКС-01» С. Петербург, представлен на рисунке 6.1.
Оптический кабель марки ДПС предназначен для применения на единой сети электросвязи России для прокладки в грунт, по мостам и эстакадам, в кабельной канализации, в коллекторах, в тоннелях, в лотках, внутри зданий. Допускается прокладка в грунтах, подверженных мерзлотным деформациям при стойкости ОК к растягивающим усилиям не менее 20 кН.
Характеристики ДПС-096Т16-06-10,0/0,6:
Количество оптических волокон в кабеле - до 384-х;
Стойкость к статическим растягивающим усилиям - от 7 кН до 90 кН;
Стойкость к раздавливающим усилиям - от 0,4 кН/см до 1,0 кН/см;
Стойкость к ударным воздействиям - 30 Дж;
Допустимый радиус изгиба от 240 мм до 530 мм;
Диаметр кабеля от 12,0 мм до 26,5 мм;
Масса кабеля 210 кг/км до 1515 кг/км;
Сопротивление изоляции наружной оболочки по цепи «броня земля (вода)»- 4000 МОм*км;
Строительная длина кабеля на барабане до 12 км.
Рисунок 6.1 – Эскиз магистрального оптического кабеля ДПС
Конструкция:
1. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) — стеклопластиковый диэлектрический стержень.
2. Оптическое волокно.
3. Оптический модуль в оболочке из ПБТ, заполненный гидрофобным гелем.
4. Гидрофобный гель.
5. Промежуточная оболочка из полимерного материала.
6. Броня из высокопрочных стальных оцинкованных проволок с нанесенным гидрофобным гелем.
7. Оболочка из полимерного материала.
ДПС-096Т16-06-10,0/0,6
Д – тип сердечника - модульный, с диэлектрическим центральным элементом
П – тип внутренней оболочки - полиэтиленовая
С – тип внешних защитных покровов - с однослойной броней из стальных проволок и ПЭ оболочки
096 – число ОВ в кабеле
Т – одномодовое, с повышенным порогом бриллюэновского рассеяния
16 – максимальное число ОВ в модуле, пучке
06 – число элементов в сердечнике или число пучков
10,0/0,6 – допустимое статическое растягивающее/раздавливающее усилие
ОПС-008Т08-7,0/0,6
О – тип сердечника – трубчатый центральный модуль
П – тип внутренней оболочки - полиэтиленовая
С – тип внешних защитных покровов - с однослойной броней из стальных проволок и ПЭ оболочки
008 – число ОВ в кабеле
Т – одномодовое, с повышенным порогом бриллюэновского рассеяния
08 – максимальное число ОВ в модуле, пучке
7,0/0,6 – допустимое статическое растягивающее/раздавливающее усилие
6.2 Описание оптического кабеля, предназначенного для внутридомовой сети
Для внутридомовой разводки предусматривается оптический кабель с легко-извлекаемыми волокнами, негорючей оболочкой и низким дымо-выделением марки PACe, производство компании «Acome».
Принцип организации распределения внутреннего оптического кабеля по дому является Central Distribution Layout (распределение из одной точки).
Рисунок 6.2 – Эскиз кабеля H-PACe
1. Жёсткий Модуль для Проталкивания (ЖМП) 1ОВ : 1 - 48 мономодовых оптических волокон G657A2 в жёстком Æ900мкм буфере с лёгкой разделкой 1м/мин.
2. Силовой Элемент : Перефирийные силовые элементы из стеклопластика FRP.
3. Внешняя оболочка : Из малодымного без галогенов, материала (LSOH) стойкая к ультрафиолету, соответстует стандарту EN 50290-2-27,
4. Выпуклости : Указание мест открытия кабеля.
Таблица 6.1 – Параметры кабеля H-РАСе
|
Параметры |
МКП |
1-8 волокон |
1-12 волокон |
13-24 волокон |
25-48 волокон |
|
Температура |
Хранения |
-20 / +70 ° C |
|||
|
Установки |
-5 / +50 ° C |
Продолжение таблицы 6.1 – Параметры кабеля H-РАСе
|
|
Эксплуатации |
-15 / +60 ° C |
|||
|
Максимальное растягивающее усилие (Н) |
20 |
300 |
500 |
||
|
Макс раздавливающая нагрузка (Н/см) |
40 |
100 |
200 |
||
|
Минимальный радиус изгиба (мм) |
15 |
85 |
150 |
||
|
Продолжение таблицы 6.1 – Параметры кабеля H-РАСе |
|||||
|
Стандартная упаковка |
Катушки 2000 или 4000m |
||||
|
Огнезащита |
IEC60332-1 |
||||
|
Минимальная толщина оболочки (мм) |
|
0,8 |
1 |
1.2 |
1.4 |
|
Максимальная толщина оболочки (мм) |
|
1,4 |
2 |
2.2 |
2.3 |
|
Номинальный диаметр (мм) |
0,9 |
6,5 |
8,5 |
10.5 |
13.5 |
|
Номинальный вес (кг/км) |
0,9 |
40 |
60 |
90 |
145 |
H-PACe HPC1628 кабель оптический с гибкими одноволоконными модулями 900µm (ISS), 1-8 волокон, G.657, диэлектрический, с негорючей оболочкой LSOH, Acome
Спецификация:
Рабочий диапазон температур, °С -15/+60
Температура прокладки и монтажа, не ниже, °С -5/+50
Механические характеристики:
Номинальный наружный диаметр кабеля, мм 6,5
Минимальный радиус изгиба, мм 65
Допустимая раздавливающая нагрузка, Н/см 100
Основные параметры:
Артикул Cable H-PACe HPC1625 24× G657
Тип кабеля для построения внутренних кабельных сетей FTTH
Количество ОВ в кабеле13-24Тип ОВSM/G657
Количество модулей13-24
Длительно допустимая растягивающая нагрузка, Н500
Тип сердечника периферийные силовые элементы из стеклопластика FRP. Тип защитной оболочки из малодымного без галогенов материала (LSOH) стойкая к ультрафиолету, соответствует стандарту EN 50290-2-27
6.3 Выбор абонентского оптического кабеля
Одноволоконный абонентский кабель с одной оболочкой состоит из одномодового оптического волокна (ITU-T G.657A) с плотной оболочкой, сделанной из легко снимаемого компаунда диаметром до 900 мкм. Волокно окружено арамидными усилительными элементами и защищено не распространяющей горение LSOH (Low Smoke Zero Halogen) оболочкой.
Рисунок 6.3 – Одноволоконный Drop кабель
Технические характеристики
Номинальный диаметр кабеля – 4мм
Номинальный вес кабеля – 18 кг/км
Минимальный радиус изгиба (статический) – 40 мм
Минимальный радиус изгиба (динамический) – 80 мм
Усилие натяжения (прокладка) – 150 Н
Рабочий диапазон температур – от -10°С до +60°С
6.4 Соединение строительных длин кабелей
Малогабаритная муфта МТОК-Л6 предназначена для монтажа городских и подвесных оптических кабелей как с броней из гофрированной стальной ленты, так и без брони. Способ герметизации кожуха с оголовником механический, с применением пластмассового хомута. Муфта оснащена ступенчатыми патрубками, узкие участки которых предназначены специально для ввода тонких кабелей. Конструкция МТОК-Л6 позволяет крепить ЦСЭ и периферийные силовые элементы сращиваемых ОК.
Муфта имеет: 2 круглых патрубка с внутренним диаметром 20 мм, 2 круглых патрубка 16 мм и один овальный патрубок. Муфта оснащается пластмассовым универсальным кронштейном, на котором можно установить до 3-х кассет типа КТ, две сверху и одну снизу кронштейна. В случае, если с нижней стороны к кронштейну прикрепляется бухта запаса модулей или транзитная петля, количество кассет на кронштейне может быть не более двух. В комплект муфты МТОК-Л6 входит металлический кронштейн для установки муфты на вертикальные поверхности или опоры с помощью монтажной ленты.
Муфта МТОК типоразмера Л6/108 предназначена для применения в качестве транзитной (без полного разрезания оптического кабеля, с ответвлением части оптических волокон), а также соединительной и разветвительной муфты для монтажа оптических кабелей, прокладываемых (подвешиваемых) на открытом воздухе, в кабельной канализации, в защитных пластмассовых трубах, в коллекторах и туннелях, внутри помещений.
Рисунок 6.4 - Муфта МТОК-Л6
Таблица 6.2 - Технические характеристики
|
Наименование муфты |
МТОК-Л6 |
|
|
Ёмкость, сварных соединений в КДЗС |
108 |
|
|
Макс. количество кассет |
КТ |
3 |
|
КУ |
- |
|
|
КМ |
2 |
|
|
КС |
- |
|
|
Необходимость кабельных вводов |
нет |
|
|
Способ герметизации корпуса муфты |
механический |
|
|
Габаритные размеры муфты, мм |
длина |
416 |
|
диаметр |
188 |
|
|
Масса, кг |
1,3 |
|
|
Температура эксплуатации, ˚С |
от -60 до +70 |
|
|
Относительная влажность (среднегодовое значение), % |
до 100 |
|
|
Усилие сдавливания, кН/100 мм |
10 |
|
|
Стойкость к удару, Н*м (Дж) |
10 |
МТОК-Л6/108-1КТ3645
МТОК - тип муфты
Л - тип оголовника (обозначается буквой)
6 - тип кожуха (обозначается цифрой)
108 - максимальная емкость муфты
1 - количество кассет в комплекте муфты
КТ3645 - тип кассеты
7 Выбор оборудования
ООО «Предприятие «Элтекс» более пятнадцати лет ведёт работу по внедрению комплексных решений для телекоммуникационных сетей, занимаясь разработкой, реализацией и технической поддержкой проектов в области связи и информационных технологий в соответствии с коммуникационными потребностями на современные информационные услуги.
7.1 Станционный терминал TurboGEPON LTE-8ST
Основным преимуществом TurboGEPON является использование одного станционного терминала (OLT) для нескольких абонентских устройств (ONT). OLT является конвертером интерфейсов Gigabit Ethernet и TurboGEPON, служащим для связи сети PON с сетями передачи данных более высокого уровня.
Рисунок 7.1 - Станционный терминал LTE-8ST
Оборудование OLT TurboGЕPON производства «Элтекс» представлено терминалом LTE-8ST с внутренним Ethernet-коммутатором на восемь портов TurboGEPON.
Станционный терминал LTE-8ST предназначен для связи с вышестоящим оборудованием и организации широкополосного доступа по пассивным оптическим сетям. Связь с сетями Ethernet реализуется посредством Gigabit uplink интерфейсов, для выхода в оптические сети служат 8 интерфейсов TurboGEPON. Каждый интерфейс поддерживает соединение с 64-мя абонентскими оптическими терминалами по одному волокну, динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) позволяет предоставлять пользователю полосу пропускания до 1Гбит/с.
Устройства позволяют подключить до 512 (8х64) оконечных абонентских терминалов (ONT) NTE-2.
Устройство выполняет следующие функции:
Технические характеристики Gepon LTE-8ST:
Рисунок 7.2 - Схема применения GEPON LTE-8ST
Оборудование GEPON применяется в жилых комплексах для построения сетей широкополосного доступа к услугам Интернет, IP TV, пакетной телефонии. Кроме того, для построения сетей на крупных стратегических предприятиях и в бизнес-центрах.
Преимущества GEPON LTE-8ST
7.2 Абонентские терминалы TurboGEPON ONT
Абонентские терминалы (ONT) предназначены для связи с вышестоящим оборудованием пассивных оптических сетей и предоставления услуг широкополосного доступа конечному пользователю. Связь с сетями GEPON реализуется посредством PON -интерфейсов, для подключения оконечного оборудования клиентов служат интерфейсы Ethernet.
Рисунок 7.3 - Абонентские терминалы TurboGEPON ONT
Возможности устройств:
ONT серии NTE-RG-1402 имеют встроенный маршрутизатор, который кроме присущих им функций выполняют функции сетевого моста.
Преимущества
Технические характеристики NTE-2:
Технические характеристики ONT серии NTE-RG-1402:
Оборудование TurboGEPON применяется в жилых комплексах для построения сетей широкополосного доступа к услугам Интернет, IP TV, пакетной телефонии. Кроме того, для построения сетей на крупных стратегических предприятиях и в бизнес-центрах.
7.3 КРС. Стоечные оптические кроссы
Серия КРС представляет собой полную линейку стандартных стоечных коммутационно-распределительных устройств. Изделия, входящие в серию КРС, конструктивно отвечают современным требованиям ведущих операторов связи и занимают ведущее положение на рынке продаж РФ. Изделия предназначены для использования в составе оборудования городских и междугородних сетей связи.
Рисунок 7.4 –КРС-8
В конструкции изделий данной серии предусмотрено от 2 до 8 кабельных вводов с возможностью крепления центрального силового элемента (НСЭ) линейного оптического кабеля. Все устройства снабжены сплайс-кассетой, специально разработанной для применения в коммутационно-распределительных устройствах. Кронштейны крепления к стойке могут быть установлены в два положения по глубине, что позволяет использовать изделия, как в открытых стойках, так и в телекоммуникационных шкафах.
Модели на 16 и 24 порта выпускаются в модификации с выдвижным монтажным отсеком, что существенно упрощает процесс монтажа и последующее обслуживание. Новый корпус КРС-1 6 с поворотным монтажным отсеком предназначена для использования с условиях ограниченного пространства при соблюдении условия быстрого доступа к монтажному отсеку. Монтажный поворотный отсек данной модели запирается на ключ, препятствуя несанкционированному доступу.
Качество изделий подтверждено декларацией о соответствии Минсвязи РФ А-ОК-0268
Особенности:
7.4 Разветвители
Разветвитель представляет собой пассивный оптический многополюсник с заданным количеством входных и выходных портов, не требующий питания. Его функцией является перераспределение подаваемого во входные порты потока оптического излучения на выходные порты. В случае если с одной стороны порт один, а с другой - несколько, то в одну сторону он разделяет один поток на несколько, а в другую - наоборот, объединяет несколько потоков в один. По топологии оптические разветвители делятся на две конфигурации: NxN (с равным количеством входных и выходных портов)
и 1xN (разбивающие один поток на несколько портов). Разветвители с конфигурацией 1xN бывают симметричными (в них излучение делится равномерно между всеми выходными портами) и несимметричными, в которых на каждый выходной порт отводится определенный процент мощности излучения.
Оптические PON разветвители (сплиттеры) предназначены для построения сетей FTTH, а также могут использоваться в системах передачи видеосигнала по оптике.
Существуют две технологии изготовления оптических разветвителей (рисунок 7.5): сплавные и планарные.
Сплавные разветвители выполнены по технологии FBT (Fused Biconical Taper): два волокна с удаленными внешними оболочками сплавляют в элемент с двумя входами и двумя выходами (2:2), после чего один вход закрывают без отражательным методом, формируя разветвители 1:2. Можно обеспечить разделение мощности и в других пропорциях, например 20:80 (20% мощности сигнала идет в одно плечо, 80% — в другое). Сварные разветвители обычно имеют от одного до трех окон прозрачности (1310 нм, 1490 нм или 1550 нм). Такие разветвители чаще всего используются для построения сетей кабельного телевидения.
Таблица 7.1 – Технические характеристики сварных разветвителей
|
Тип делителя |
1x2 |
1x3 |
1x4 |
1x8 |
1x16 |
1x32 |
|
Возможность неравномерного деления мощности сигнала |
Есть |
|||||
|
Тип волокна |
Corning Single mode SMF-28 |
|||||
|
Рабочие длины волн, нм |
Однооконные |
1310, 1550, 1490 |
||||
|
Двухоконные |
1310 - 1550 или 1310 - 1490 |
|||||
|
Трехоконные |
1310 + 1490 + 1550 |
|||||
|
Максимальные вносимые потери, дБ |
3,6 |
5,4 |
6,8 |
10,2 |
13,6 |
17,5 |
|
Неравномерность потерь, дБ |
≤ 0,3 |
≤ 0.3 |
≤ 0,7 |
≤ 1,0 |
≤ 1,2 |
≤ 1,4 |
|
Поляризационные потери, дБ |
≤0.3 |
≤0.3 |
≤0.15 |
≤0.2 |
≤0.3 |
≤0.5 |
|
Возвратные потери, дБ |
≥55 |
|||||
|
Тип разъема |
LC, SC, ST, FC |
|||||
|
Температура эксплуатации, °С |
-40 - +80 |
Планарные разветвители (PLC, Planar Lightwave Circuit) изготавливаются в несколько этапов. Первый из них заключается в нанесении на подложку отражающего слоя-оболочки. На данный слой наносится материал волновода, на котором в последствии формируется маска для травления. Результатом процесса травления является система волноводов, являющаяся, по сути, оптическим делителем. Система планарных волноводов покрывается вторым отражающим слоем-оболочкой. Необходимое количество разветвлений PLC-сплиттера достигается сочетанием делителей 1×2. Планарная технология позволяет изготавливать компактные и надежные разветвители с числом выходных волокон до 64. Планарные разветвители обладают более стабильными и точными характеристиками на выходах, работают в широкополосном диапазоне волн 1260 — 1650 нм., имеют меньшее затухание на порт, меньше подвержены механическим воздействиям и способны работать в более широком диапазоне температур (от −45°C до +85°C), чем сплавные (от −40°C до +75°C). Планарные разветвители используют для спектрального уплотнения каналов. Также их использование предпочтительно при построении пассивных оптических сетей, так как кроме выше перечисленных преимуществ, они позволяют заложить на будущее возможность использовать дополнительные сервисы либо увеличить пропускную способность каналов путем уплотнения
Простые сплавные разветвители, изготавливаются путем сплавления двух или нескольких оптических волокон.
Рисунок 7.5 – Основные технологии изготовления сплитеров
В данном дипломном проекте будут использоваться разветвители планарного исполнения 1:32. Поставщиком данной продукции является ЗАО «Связьстройдедаль».
7.5 Оптические разветвители и технология FTTx
В оптической части FTTx в основном применяются технологии Ethernet и пассивных оптических сетей (PON). Поскольку в сетях PON (рисунок 7.6) на участке между оптическим линейным терминалом (OLT), расположенным в центральном узле связи (CO), и абонентским оптическим сетевым терминалом (ONT) активное оборудование не используется, эти сети значительно проще и дешевле инсталлировать и обслуживать. Посредством одного или нескольких пассивных разветвителей множество ONT подключают к одному линейному волокну, идущему от OLT. Трафик Интернетa и телефонии OLT передает и принимает (от ONT) на длинах волн 1490 и 1310 нм соответственно, а видеоданные вводятся в «дерево» PON посредством устройства спектрального уплотнения WDM и транслируются абонентам на длине волны 1550 нм.
Рисунок 7.6 - Сеть PON с одним разветвителем
8 Разработка схемы организации связи
8.1 Расчет бюджета мощности
Бюджет запаса мощности предоставляет удобный метод анализа и количественной оценки потерь в волоконно-оптической линии. Бюджет мощности линии представляет собой сумму усилений и потерь на пути передачи сигнала от трансмиттера (через кабель и разъемы) к оптическому приемнику, включая запас мощности. Разность между передаваемой оптической мощностью и потерями в разъемах и соединителях должна находиться в границах между переданной мощностью и порогом чувствительности приемника. Чрезмерно большая оптическая мощность может указывать на насыщение оптического приемника, а слишком маленькая говорит о том, что приемник близок к своему порогу чувствительности. Это обычно сказывается на увеличении доли ошибок BER или выражается в нарушении работы кабеля и оконечного оборудования.
Результаты данного анализа позволят проверить наличие у волоконно-оптической линии достаточной мощности для преодоления потерь и корректного функционирования. Если анализ показывает обратное, то кабельную систему придется проектировать заново, чтобы она обеспечивала пересылку данных из конца в конец. Скорее всего, решение этой задачи может потребовать увеличения оптической мощности передатчика, повышения оптической чувствительности приемника, уменьшения потерь в волоконно-оптическом кабеле или разъемах либо применения всех перечисленных мер.
Составление бюджета запаса мощности, одна из наиболее важных задач при планировании инсталляции волоконно-оптической системы. При этом необходимо учитывать следующие факторы:
Запас мощности должен допускать некоторые вариации в рабочих характеристиках системы, не сказываясь на значении BER. Типичный запас мощности находится в границах от 3 до 6 дБ. Между тем никаких жестких правил относительно величины запаса мощности не существует. Необходимый запас зависит от типа волоконно-оптического кабеля, соединителей и применяемого оборудования. Если сделать запас мощности нулевым, то волоконно-оптическая линия должна иметь в точности ту оптическую мощность, которая необходима для преодоления потерь в кабеле и соединителях (при этом малейшее дополнительное ослабление сигнала чревато ухудшением характеристик передачи). Такого "нулевого варианта" следует по возможности избегать.
Таблица 8.1 - Технические характеристики OLT LTE-8ST
|
Мощность передатчика |
от +2 до +7 дБ в соответствии с 1000BASE-PX20-D, 1000BASE-PX20-U |
|
Чувствительность приемника |
от -30 до -6 дБ |
|
Бюджет оптической мощности upstream/downstream |
30,5 дБ/30 дБ |
Таблица 8.2 - Технические характеристики ONT NTE-2
|
Мощность передатчика |
от +0,5 до +5 дБ |
|
Чувствительность приемника |
от -28 до -8 дБ |
|
Бюджет оптической мощности |
30,5 дБ/30 дБ |
Для каждой оптической линии представим все потери (между OLT и ONU) в виде суммы затуханий А∑, дБ, всех компонентов для потока downstream к абонентским терминалам. Передача к абоненту ведется на длине волны 1490нм. Мощность зависит от общей длины магистрального кабеля до микрорайона, наличия разветвителей и соединений (сварных и разъемных):
А∑=(L1+….Ln)∙α+Np∙Ap+Nc∙Ac+(Aраз1+Аразm), дБ, (8.1)
где АΣ – суммарные потери в линии (между OLT и ONU), дБ;
Li – длина i-участка, км;
α – коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км;
NP – количество разъемных соединений;
AP – средние потери в разъемном соединении, дБ;
NC – количество сварных соединений;
AC – средние потери в сварном соединении, дБ;
Aраз i – потери в i-оптическом разветвителе, дБ.
Первое слагаемое относится к суммарным потерям в оптическом кабеле, второе – к потерям в разъемах, третье – к потерям на сварках, и четвертое – потери в разветвителях.
Расчет бюджета потерь должен подтвердить, что для каждой цепи общая величина потерь (включая запас) не превышает динамический диапазон системы.
Р=РВЫХmin – PВХ ≥A∑ +PЗАП, (8.2)
где Р – динамический диапазон PON, дБ;
РВЫХ min – минимальная выходная мощность передатчика OLT, дБм;
РВХ – допустимая мощность на входе приемника ONU, дБм;
АΣ – суммарные потери в линии (между OLT и ONU), дБ;
РЗАП – эксплуатационный запас PON, дБ.
Эксплуатационный запас необходимо предусматривать на случай повреждений в линейном тракте, ухудшения условий передачи и дальнейшего развития сети. Обычно берется запас 3 дБ, но если на отдельных сегментах сети предполагается подключение значительного количества пользователей, то там запас должен быть явно больше.
Произведем расчет потерь по приведенной выше формуле для цепи с наибольшим расстоянием между OLT и ONU. Жилой дом по адресу ул. Спортивная 8 имеет наибольшую протяженность оптического кабеля от OLT. Следовательно, в данной цепи будут наибольшие потери. Если общая величина потерь данной цепи не будет превышать динамический диапазон системы, то это условие будет подтверждаться во всех остальных цепях.
Общая величина потерь на длине волны 1310 нм составит:
А∑ =0,202∙0,35+3∙0,3+4∙0,08+18=19,2907 дБ,
где L=0,202 км;
α=0,35 дБ/км;
NP =3;
AP =0,3 дБ;
NC =4;
AC =0,08 дБ;
Aраз =18дБ;
Общая величина потерь на длине волны 1550 нм составит:
А∑ =0,202∙0,22+3∙0,3+4∙0,08+18=19,2644 дБ,
L=0,202 км;
α=0,22 дБ/км;
NP =3;
AP =0,3 дБ;
NC =4;
AC =0,08 дБ;
Aраз =18 дБ;
Проверим, не превышает ли бюджет потерь, включая запас, динамический диапазон системы. Учитывая, что для системы GPON динамический диапазон составляет 28 дБ, получим:
30 дБ ≥ (19,29+ 3) дБ, (1310нм)
30 дБ ≥ (19,2644+ 3) дБ, (1550нм)
Условие подтверждается для цепи с наибольшими потерями, следовательно, оно будет соблюдаться и для других вариантов цепей.
По данным со схемы топологии сети, наименее удаленные от станционного терминала ONT расположены в доме по адресу ул. Спортивная, 10/1. Следовательно, мощность сигнала upstream (от ONT к OLT) от данных абонентов будет максимальной. Минимальная мощность передатчика ONT равна +0,5дБ, а порог перегрузки приемника OLT составляет минус 6дБ. Следовательно, затухание линии между ONT и OLT должно быть не менее 6,5дБ. На сети, минимальное затухание восходящего потока от абонентов дома по адресу ул. Спортивная, 10/1 находятся аналогично по формуле (8.1).
Общая величина потерь на длине волны 1310нм составит для этого дома:
А∑ =0,107∙0,35+3∙0,3+4∙0,08+18=19,2575дБ,
где L=0,107 км;
α=0,35 дБ/км;
NP =3;
AP =0,3 дБ;
NC =4;
AC =0,08 дБ;
Aраз =18дБ;
Затухание линии больше, чем 6,5 дБ, перегрузки фотоприемника не будет.
8.2 Схема организации связи
Схема организации связи приведена в Приложении Б. На данной схеме показаны: центральный узел (OLT), оптические распределительные муфты, сплиттеры, оптические распределительные шкафы и абонентские сетевые устройства (ONT).
У каждого подключаемого абонента в квартире располагается абонентский терминал NTE-2, имеющий входной интерфейс GPON, а на выходе 2 порта Fast Ethernet, а так же один разъем RF для оптического подключения телевидения.
9 Строительство ВОЛП
9.1 Нормативная база
Строительство и эксплуатация ВОЛС осуществляется в соответствии с требованиями, предусмотренными в следующих нормативных документах:
- Руководство по строительству линейных сооружений магистральных и внутризоновых кабельных линий связи. – Москва, 1986 г.
- Руководство по строительству линейных сооружений местных сетей связи. М., АООТ "ССКТБ - ТОМАСС", 1995 г. Утверждено Минсвязи России 21.12.95 г.
- Руководство по прокладке, монтажу и сдаче в эксплуатацию оптических линий связи ГТС. – Москва, 1997 г.
- Руководство по эксплуатации линейно-кабельных сооружений местных сетей связи. М., УЭС Госкомсвязи России, 1998 г. Утверждено Госкомсвязи России 05.06.98 г.
- Нормы приёмо-сдаточных измерений элементарных кабельных участков магистральных и внутризоновых подземных волоконно-оптических линий передачи сети связи общего пользования. Утверждены приказом Госкомсвязи России № 97 от 17.12.97 г.
- Положение об организации электрических измерений при монтаже и сдаче в эксплуатацию ВОЛС на Московской ГТС. Утверждены руководством АО МГТС и ОАО "Мостелефонстрой" в октябре 1995 года.
- Монтаж и измерения волоконно-оптических линий связи. Пособие для измерителей и монтажников ВОЛС. ОАО "Мостелефонстрой" 1999 г.
- ГОСТ 25462-82. Волоконная оптика. Термины и определения.
- ГОСТ 26599-85. Компоненты ВОСП. Термины и определения.
Будет очень полезным ознакомиться с современными Техническими условиями (ТУ) на волоконно-оптические кабели ведущих фирм-производителей.
9.2 Особенности строительства ВОЛС
Основные этапы строительства линий связи на электрических и оптических кабелях совпадают. Это позволяет широко использовать в процессе строительства ВОЛС известные приёмы и механизмы.
Отличия в технологии строительства, монтажных работах и эксплуатации ВОЛС обусловлены следующими конструктивными особенностями оптического кабеля (ОК):
- относительно малой стойкостью к растягивающим и сдавливающим усилиям;
- малыми поперечными размерами и массой в сочетании с большими строительными длинами;
- сравнительно большими величинами затуханий сростков оптических волокон (ОВ);
- трудностями организации служебной связи;
- необходимостью затрат больших объёмов времени на операции по сращиванию ОВ, а также повышенными требованиями к квалификации персонала.
Принципиальный момент заключается в том, чтобы обеспечить при прокладке ОК как можно менее напряжённые условия. Рекомендуемые производителем физические ограничения должны выполняться неукоснительно.
В общем виде процесс прокладки ОК состоит из двух этапов: подготовительного и основного (собственно прокладки).
Подготовительный этап включает в себя входной контроль строительных длин. Входной контроль строительных длин заключается во внешнем осмотре кабеля и измерении его оптических характеристик. Барабаны с ОК подвергают внешнему осмотру на отсутствие механических повреждений. После вскрытия обшивки барабана проверяется наличие заводских паспортов, соответствие маркировки строительной длины, указанной в паспорте, маркировке, указанной на барабане, а также внешнее состояние кабеля на отсутствие вмятин, порезов, пережимов, перекруток и т. д.
При измерении оптических характеристик прежде всего определяется километрическое затухание ОК, т. е. его ОВ, и производится сравнение результатов с паспортными данными. В случае неудовлетворительных результатов входного контроля составляется акт, по которому предъявляется рекламация.
9.3 Протяжка кабеля в канализации
Волоконно-оптический кабель вне зданий в черте населённых пунктов прокладывается в большинстве случаев в телефонной канализации. Её основу составляют круглые трубы с внутренним диаметром 100 мм из асбоцемента, бетона или пластмассы. Телефонная канализация прокладывается на глубине от 0,4 до 1,5 м из отдельных блоков, герметично состыкованных между собой. Через 40-100 м на трассе размещают смотровые колодцы, на стенках которых монтируются консоли для укладки кабеля. Отличие технологии прокладки в телефонной канализации электрического и оптического кабелей заключается в том, что усилие протяжки последних не должно превышать допустимого значения, а также не допускается кручение кабеля.
Прокладка кабеля в телефонной канализации обычно выполняется в свободном канале, где при постройке оставляется проволока для протяжки. При её отсутствии проход каналов выполняют с помощью устройства заготовки каналов, представляющее собой упругий стеклопластиковый пруток диаметром 10 мм и длиной до 150 м смотанный на барабан диаметром около 1 м. Пруток проталкивают в канал до смежного колодца. Далее к наконечнику прутка крепят конец кабеля и вытягивают его обратно. Для крепления нужно использовать специальный наконечник, который фиксируется на кабеле за его силовой элемент и броневые покровы и должен быть снабжён компенсатором кручения. Протяжка должна осуществляться плавно и без рывков.
При наличии на трассе прокладки резких поворотов в колодце устанавливается поворотный ролик. При его отсутствии кабель вытягивается из этого колодца петлёй, и дальнейшая прокладка выполняется как с начальной точки трассы. Часто для экономии времени строительства кабель перебирают руками прямо в колодце, направляя в трубу канализации.
9.4 Прокладка кабеля в зданиях
Прокладка ОК обычно не представляет большой сложности, как из-за небольшой длины трассы, так и из-за более лёгкой и гибкой конструкции используемого для этого внутриобъектового кабеля. В случае прокладки в трубной разводке, под фальшполом и за фальшпотолком кабель сначала сматывают с транспортировочного барабана и выкладывают петлёй или восьмёркой в начальном пункте трассы, а затем плавно затягивают в кабельный канал. Для облегчения работы может быть использована стальная протяжная проволока длиной 5-10 м.
При укладке кабеля на открытых кабельростах или в желобах в длинных коридорах более удобно разложить кабель на полу вдоль трассы, а затем поднять его на желоб с фиксацией пластиковыми хомутами через каждые 2-3 м.
По нежилым чердакам и техническим этажам зданий (если они сквозные) кабель очень удобно подвешивать с помощью стандартных металлических подвесов на предварительно натянутый несущий трос. При этом обычно не требуется сложный расчёт на прочность с учётом ветровых и гололёдных нагрузок. Этот же способ можно рекомендовать и при прокладке кабеля по подвалам и техподпольям зданий при отсутствии существующих кабельных каналов.
9.5 Строительство сети по технологии PON
Схема организации связи приведена для 10-этажного жилого дома. Количество абонентов, подлежащих подключению – 64 (Приложение Б).
9.5.1 Станционный участок
Станционное оборудование размещается на территории АТС и включает в себя:
В 19" шкафу располагается станционный терминал (OLT) LTE-8ST на восемь PON-портов и оптический кросс на 8 подключений. Питание 48/60В постоянного тока заводится от местного источника питания, обеспечивается заземление.
LTE-8ST при помощи патчкорда (UTP CAT5e) или оптической кабельной сборки подключается к внешней сети передачи данных. Из расчета тридцать два абонента на один PON-порт OLT используется пять оптических портов (пять волокон в магистральном кабеле) для подключения всех 160 абонентов.
Пять PON-портов LTE-8ST подключаются оптическими патчкордами SC/APC к станционному оптическому кроссу. Кросс размещается в стойке с OLT. На кросс заводится магистральный 8-миволоконный оптический кабель, и на патч-панель выводятся все волокна этого кабеля. В данном случае целесообразно использовать 8-миволоконный оптический кабель. Пять волокон являются рабочими, три волокна – резервными. Резервные волокна предназначены для подключения новых абонентов при расширении поселка или для быстрого переключения связи на резервное волокно в случае повреждения рабочего.
Рисунок 9.1 – Станционный участок сети
Таблица 9.1 - Спецификация оборудования для станционного участка сети:
|
Шкаф антивандальный 19", 22U |
1 шт. |
|
OLT LTE-8ST, 8 портов SFP-xPON, 4 combo-порта 10/100/1000 mbps, встроенный коммутатор L2+, RSSI |
1 шт. |
|
Модуль SFP xPON 2.5 GE, 20км., 1 волокно |
1шт. |
|
Модуль SFP 1.25 GE, 20 км.,1 волокно |
1 шт. |
|
Кабельная сборка SC-SC для подключения LTE-8ST у станционному кроссу, 2м. |
4 шт. |
|
Станционный кросс на 8 подключений SC/APC |
1 шт. |
9.5.2 Магистральный участок
Магистральный 8 волоконный оптический кабель прокладываеться от АТС до дома Спортивная 10 по существующей кабельной канализации (приложение В).
Далее оптический кабель заводится в подвальное помещение.
9.5.3 Оптический распределительный шкаф (ОРШ)
ОРШ выполнен в 19" исполнении, антивандальный, имеет замок. ОРШ устанавливается из расчета минимальной длины распределительного оптического кабеля (1 на 3-4 подъезда).
В данном примере дом имеет 2 подъезда, соответственно на чердаке устанавливается 1 ОРШ.
На рисунке 9.2 изображена схема ОРШ дома. Магистральный 8-ми волоконный кабель от АТС заводится в ОРШ. Пять рабочих волокон кабеля развариваются на кроссе и соединяются с входными портами сплиттеров 1х32. Выходные порты сплиттеров соединяются с тремя оптическими кроссами на 48 соединений. На каждый оптический кросс заводится вертикальный 48-ми волоконный кабель. 6-8 волокна входящего кабеля оставлены на резерв.
Рисунок 9.2 – Схема ОРШ дома
Таблица 9.2 – Спецификация оборудования ОРШ
|
Оптический распределительный шкаф |
Количество |
|
Шкаф антивандальный 19» 22u, шт |
1 |
|
КРС 8 SC/APC, шт |
1 |
|
Оптический кросс на 48 подключений SC/APC, шт |
2 |
|
Сплитте 1*32 SC/APC, шт |
3 |
9.5.4 Распределительный участок.
Рисунок 9.3 – Схема распределения кабеля по подвалу дома
От шкафа прокладывается распределительный кабель емкостью 48 волокон, обеспечивающий 100%-ое подключение всех абонентов подъезда и резерв. Кабель имеет конструкцию, позволяющую извлекать необходимое количество волокон из кабеля через небольшой разрез, не разрезая весь кабель при этом. В кабеле используются волокна в индивидуальном буферном покрытии изготовленные в соответствии с рекомендацией G.657A. Данные волокна не критичны к малым радиусам изгиба.
Распределительный кабель прокладывается по одному из менее загруженных стояков здания. На каждом этаже устанавливается оптическая распределительная коробка (ОРК).
ОРК имеет небольшие размеры и предназначена для соединения извлеченных из распределительного кабеля волокон и волокон drop-кабеля. Одна ОРК позволяет ответвить до четырех drop-кабелей.
От ОРК до помещения пользователя прокладывается одноволоконный drop-кабель. Cредняя длина такого кабеля 20 м. Кабель изготовлен с применением волокна по G.657A, что позволяет прокладывать данный тип кабеля по квартире абонента либо по кабельному каналу, либо по плинтусу с минимальным радиусом изгиба.
Таблица 9.3 - Спецификация распределительного участка
|
Распределительный участок |
количество |
|
Вертикальный кабель оптический, 48 ОВ (волокно G.657A) |
125 шт |
|
Оптический кабель (drop-кабель, волокно G.657A) |
1600 шт |
|
Оптическая распределительная коробка для вывода 4-х drop-кабелей |
20 шт |
9.5.5 Абонентский участок.
В помещении пользователя устанавливается абонентская розетка. От абонентской розетки до абонентского ONT прокладывается патчкорд длиной 2 м.
От ONT до ПК пользователя прокладывается патчкорд UTP Cat.5e длиной до 20 м, имеющий разъемы RJ-45 с двух сторон.
Таблица 9.4 - Спецификация абонентского участка
|
Абонентский участок |
количество |
|
ONT NTE-2, 1 порт TurboGEPON(SC), 1 порт 1000Base-T, 1 порт 10/100Base-T, 20 км. |
800 шт |
|
Абонентская розетка |
800 шт |
|
Патчкорд SC/APC-SC/APC, 2 м. |
800 шт |
10 Измерения в процессе строительства ВОЛП
10.1 Измерения пассивных оптических сетей
Назначение любой волоконно-оптической сети – осуществлять беспрерывную, высокоскоростную передачу данных с требуемым уровнем обслуживания. Для обеспечения этих показателей необходимо проводить измерения основных характеристик ВОЛП не только на этапах эксплуатации и поиска неисправностей, но и на этапе строительства сети.
Проведение всестороннего тестирования линий в процессе строительства сети поможет свести к минимуму дорогостоящие и трудоемкие затраты сил и времени по поиску и устранению неисправностей, таких как проблемные соединения, загрязненные или поврежденные коннекторы и другие дефектные компоненты, еще до того как они приведут к перерыву в связи.
Один из наиболее важных факторов, который необходимо учитывать для обеспечения оптимального функционирования сети – это контроль потерь оптической мощности. Сеть должна быть сбалансирована.
Еще одним немаловажным фактором является максимально возможное снижение значения обратных отражений (ORL). Это особенно важно при передаче аналоговых видеосигналов большой мощности, вырабатываемых узкополосным лазером. Обратные отражения приводят к деградации подобных сигналов, что, в конечном итоге, негативно сказывается на качестве видеопередачи.
Учет этих факторов и проведение необходимых измерений для предотвращения их негативного влияния приобретает еще большее значение, когда сеть включает старые кабели. Такие волокна, особенно при работе на длине волны 1550 нм, могут показывать значительно большее затухание, чем ожидается на этапе планирования.
Подытожив вышесказанное, можно выделить три основных направления измерений характеристик ВОЛП при строительстве и сдаче в эксплуатацию сети PON:
Двунаправленное измерение оптических возвратных потерь (ORL)
Двунаправленное измерение оптических потерь между двумя оконечными точками
Двунаправленный рефлектометрический анализ линии
Набор измерительного оборудования для обеспечения необходимых измерений должен состоять из:
измерителя оптических возвратных потерь (ORL);
измерителя оптических потерь (OLTS);
визуального дефектоскопа (VFL);
детектора активного волокна (LFD);
оптического рефлектометра (OTDR);
измерителя мощности для PON.
10.2 Измеритель мощности
Измеритель мощности для PON должен иметь возможность разделения длин волн и измерения неравномерного, скачкообразного/пульсирующего трафика.
Рисунок 10.1 - Измеритель мощности EXFO FPM-600
Измеритель мощности FPM-600 позволяет проводить тестирование сетей PON на трех длинах волн (1310, 1490 и 1550 нм) согласно рек. ITU-T G.983.3
Высокоточный измеритель мощности FPM-600 обладает большим динамическим диапазоном и позволяет измерять уровни мощности до 26 дБм. Измеритель откалиброван на 40 длин волн и способен измерять мощность на любой заданной длине волны интерполяцией между калиброванными точками. Поэтому FPM-600 можно использовать для тестирования сетей CWDM и DWDM. Прибор также снабжен функцией измерения минимальных и максимальных уровней мощности, что позволяет определить пиковые значения и флуктуации мощности излучения.
Измеритель мощности FPM-600 позволяет проводить тестирование сетей PON на трех длинах волн (1310, 1490 и 1550 нм) согласно рек. ITU-T G.983.3.
Особенности прибора:
В идеальном случае необходимо проводить тестирование PON после прокладки каждого сегмента. Например, после прокладки каждой секции оптического кабеля необходимо провести между оконечными точками рефлектометрический анализ и измерения ORL. После установки разветвителя - измерения основного (питающего) волокна между патч-панелью центрального устройства (OLT) и выходными портами разветвителя. После установки оконечных терминалов проводятся измерения между портом каждого терминала и патч-панелью волоконно-распределительного узла (распределительная патч-панель). Этот тест также может быть выполнен между портом оконечного терминала и патч-панелью OLT. В таком случае будет протестирована вся линия.
Двунаправленные измерения потерь
Оптические потери определяются как разница в уровне мощности между передающим источником и принимающим измерителем мощности. Общие потери оптической линии/системы рассчитываются как сумма вносимых потерь (IL) коннектора OLT, WDM мультиплексора, сварок, затухания в волокне, разветвителя, коннектора абонентского терминала (ONT, MDU) и всех соединений.
Вносимые потери – это потери оптической энергии в результате возникновения препятствия (установки компонента или устройства) на пути распространения света.
Потери могут быть измерены с использованием отдельного источника излучения и измерителя оптической мощности (OPM). Типичный OLTS состоит из источника излучения и измерителя мощности, более продвинутые модели OLTS состоят из источника излучения и измерителя мощности, скомбинированных в одном корпусе, и тем самым особенно удобны для проведения двунаправленного тестирования, автоматического измерения опорного значения и анализа полученных результатов. Еще более продвинутые модели OLTS могут выполнять одновременное автоматическое двустороннее тестирование потерь и ORL, а также оценивать длину линии и хроматическую дисперсию.
10.3 Анализ ВОЛП с помощью рефлектометра
В процессе строительства необходимо убедиться, что характеристики каждого кабельного участка соответствуют или превосходят значения указанные в спецификациях кабеля. Оптимальный способ решения этой задачи – использование оптического рефлектометра (OTDR).
В отличие от обычного измерителя потерь, OTDR отображает подробную карту событий (потерь, отражений, обрывов и т.д.) на всех участках волокна, что позволяет обнаружить и оценить каждый отдельный элемент в линии, включая коннекторы, сварки, разветвители, мультиплексоры и прочее.
Работа OTDR основывается на отправке мощного импульса излучения в волокно и измерении отраженного сигнала. Каждое событие в линии является причиной отражений или потерь (или того и другого): конец волокна, обрывы, коннекторы и другие компоненты отражают небольшую часть излучения назад к рефлектометру. Для расчета расстояния до каждого события OTDR использует время, которое необходимо каждому отдельному отражению для возврата обратно к детектору рефлектометра.
Для проведения анализа PON рефлектометр должен иметь возможность проводить измерения на трех длинах волн (1310, 1490 и 1550 нм). Иногда, по причине того, что затухание сигнала на длине 1490 нм приблизительно на 0,02 дБ выше, чем на длине 1550 нм, проводят измерения только на двух длинах волн (1310 нм и 1550 нм). Такое допущение, особенно для современных волокон (G.652С и др.) с низким пиком воды, в общем, верно. Однако, для более старых типов волокон рекомендуется проводить измерения на длине волны 1490 нм для предотвращения эффекта пика воды.
В качестве общих требований к рефлектометру помимо измерения на трех основных длинах волн необходимо также выделить: динамический диапазон (достаточный для измерения линии), короткие мертвые зоны событий и затуханий, а также большое пространственное разрешение.
Рисунок 10.2 - Рефлектометр для сетей доступа AXS-100
Рефлектометр для сетей доступа AXS-100 производства компании EXFO сочетает в одном ручном приборе ведущие технологии рефлектометрии и функции измерителя мощности. Прибор оптимизирован для тестирования пассивных оптических сетей (PON) в архитектурах FTTx.
Рефлектометр предлагается в нескольких конфигурациях с разными длинами волн и с широким выбором дополнительного оснащения, что позволяет достичь уникальной гибкости. Его можно использовать для тестирования оптических сетевых терминалов (ONT), оконечных терминалов или распределительных панелей для оценки характеристик FTTH распределительных волокон, поиска неисправностей и обнаружения местоположения дефектов.
Рефлектометр для сетей доступа AXS-100 был специально создан для поиска неисправностей на работающих PON сетях. Прибор может оснащаться дополнительным отдельным портом для тестирования на длине волны 1625 нм, который содержит фильтр, отфильтровывающий все нежелательные сигналы (1310, 1490 и 1550 нм), которые могут негативно повлиять на качество рефлектометрических измерений. С помощью такого рефлектометра поиск неисправностей на оптических волокнах, по которым передаются сигналы, не мешает нормальной работе и не влияет на ожидаемые характеристики информационных каналов. AXS-100 не мешает работе лазерных передатчиков на Центральном Узле, поскольку он использует длину волны, находящуюся за пределами рабочего диапазона, согласно рекомендациям ITU-T L.41 (Maintenance Wavelength on Fibers Carrying Signals).
Таблица 10.1 - Технические характеристики рефлектометра для сетей доступа AXS-100
|
Динамический диапазон (дБ) (1310/1550/1625) |
27/25/24 |
|
Ширина импульса (нс) |
10, 30, 100, 275, 1000, 2500, 10 000 |
|
Мертвая зона по событиям (–45 дБ), тип. (м) |
2.5 |
|
Мертвая зона по затуханиям (–45 дБ), тип.(м) |
12/13/13 |
|
Линейность (дБ/дБ) |
± 0.05 |
|
Разрешение по потерям (дБ) |
0.01 |
|
Пространственное разрешение (м) |
0.16 |
|
Погрешность расстояния (м) |
± (1 + 0.005 % x расстояние + пространств. разрешение) |
|
Диапазон расстояний (км) |
От 1.25 до 160 |
|
Объем памяти |
500 рефлектограмм |
|
Визуальный дефектоскоп (дополнительно) |
Лазер, 650 нм ± 10 нм Непрерывное излучение Типичная вых. мощность на 62.5/125 мкм: 3 дБм (2 мВт) |
10.4 Тестирование PON при вводе в эксплуатацию
При первой активации сети или при подключении новых абонентских устройств (ONT) необходимо выполнить следующие измерения:
Центральное устройство (OLT)
Измерение оптической мощности центрального узла (OLT) требуется для того, чтобы убедиться, что на абонентский узел (ONT) приходит достаточный уровень мощности. Такое измерение выполняется только при первой активации, т.к. впоследствии оно не может быть выполнено без перерыва связи в целой сети. Для выполнения данного теста оптическую мощность измеряют непосредственно на выходе WDM мультиплексора (объединяющего видеосигнал и сигнал от OLT). При этом могут использоваться два подхода:
Фильтрация. Оптический измеритель мощности измеряет полную оптическую мощность. Для измерения мощности каждой длины волны по отдельности используются оптические фильтры, одна длина волны за одно измерение.
Измерение при помощи измерителя мощности PON. Разделяющий длины волн измеритель мощности для PON, измеряет мощность каждой длины волны одновременно. Для получения оценки по критерию Годен/Негоден/Предупреждение, можно установить величину пороговых значений для каждой длины волны.
После подключения основного волокна выполняются аналогичные измерения на патч-панели, при этом мощность измеряется на каждом выходе разветвителя.
Абонентский узел (ONT,ONU,MDU)
Каждый раз при добавлении нового ONT в сеть необходимо провести измерения оптической мощности прямого и обратного потоков на этой ветви. Как и в случае с OLT могут применяться оба подхода: фильтрация и измеритель мощности PON. Однако, по причине того, что фильтрация не позволяет проводить измерения обратного потока, в данном случае наиболее предпочтительным является использование разделяющего длины волн измерителя мощности PON.
Измеритель мощности для PON подключается как сквозное устройство непосредственно в линию между разветвителем и ONT. Данный прибор осуществляет одновременное измерение мощности прямого потока на длинах 1550 и 1490 нм и мощности обратного потока на длине 1310 нм. В отличие от обычного измерителя мощности, который измеряет среднюю мощность оптического сигнала, измеритель мощности для PON позволяет измерять скачкообразный/пульсирующий сигнал, что позволяет получить реальное значение мощности.
Очень важно понимать, что сигнал 1310 нм, передаваемый в обратном направлении от ONT, по природе прерывистый, а не непрерывный. Именно по этой причине мощность сигнала от ONT должна измеряться специальным прибором.
Поиск и устранение неисправностей в PON
Устранение неисправностей в сетях PON включает в себя: обнаружение и идентификацию источника неисправности в оптической сети со сложной топологией, включающей множество компонентов, и непосредственно устранение выявленных неисправностей.
Так как большинство компонентов PON являются пассивными, наиболее часто проблемы в сети возникают по причине загрязнений, повреждений или плохого подключения коннекторов, а также обрывов или макроизгибов волоконно-оптического кабеля. В зависимости от места возникновения, эти события оказывают влияние на отдельные либо на все ONT в сети.
К примеру, если происходит обрыв в кабеле между OLT и первым разветвителем, неисправность легко идентифицируется – все ONT в сети перестают работать. В случае, если возникает дефект (макроизгиб, загрязненный коннектор и т.д.) на одном из участков разветвленной оптической сети, испытывать проблемы будут только те ONT, которые расположены за дефектным участком. В таком случае идентифицировать источник неисправности - гораздо более сложная задача. Но и она может быть частично решена благодаря ONT.
Однако, идентификация дефектных участков с помощью «проблемных» ONT не может дать полной картины неисправности и более того обнаружить ее источник. ONT лишь может указать возникновение неисправности, а найти ее источник могут только специальные приборы - измерители мощности PON, которые, промеряя шаг за шагом все сегменты проблемного участка, дадут полную картину распределения мощностей по ветвям пассивной оптической сети.
10.5 Приемка ВОЛП в эксплуатацию
Приемка в эксплуатацию смонтированных ВОЛП осуществляется в соответствии со строительными нормами и правилами СНиП Ш-3-81 "Приемка законченных строительством объектов. Основные положения". Временными правилами приемки в эксплуатацию законченных строительных объектов связи общего пользования в Российской Федерации, утвержденными приказом Минсвязи России от 19.12.95 года №146.
Предъявляемая приемочным комиссиям исполнительная доку ментация составляется в процессе производства работ подрядной организацией. Состав исполнительной документации определяется нормативными документами. В составе исполнительной документации по подвеске ВОК должны содержаться сведения о:
- расположении муфт с указанием их номеров, а также номеров опор с технологическим запасом ВОК;
- количестве анкерных участков с указанием номеров анкерных опор и марки ВОК;
- габаритах подвески ВОК на переездах и на мостах.
Заказчик, при сдаче в эксплуатацию ВОЛП, помимо материалов, предъявляемых приемочной комиссии в соответствии с установленным нормативными документами порядком, предъявляет также:
- ведомость запаса кронштейнов, анкерных и поддерживающих зажимов, передаваемых дистанциям электроснабжения в соответствии с утвержденными нормами;
- справку о согласовании технического обслуживания узлов подвешивания ВОК;
- альбомы типовых узлов и деталей подвески ВОК на опорах радиосети.
При проведении приемо-сдаточных испытаний выделяются элементарные кабельные участки волоконно-оптических систем передачи.
Это физическая среда передачи между соседними окончаниями участка. Таким образом, на данном этапе измерению подлежит совокупность всех участков волокна линейного кабеля, его сростков в точках соединения строительных длин, станционных кабелей и их сростков с линейными оптическими волокнами, кроссовыми оптическими шнурами.
Измерения проводят оптическим рефлектометром. Однако окончательные измерения суммарных оптических потерь на участке (с учетом потерь на оконечных разъемных оптических соединителях станционных кабелей) производят методом разности уровней с помощью стабилизированного источника и измерителя уровня оптической мощности.
На элементарном кабельном участке нормируются:
- относительное значение оптических потерь, приведенное к длине 1 км;
- суммарное продольное затухание оптических волокон всей линии с учетом потерь на их сростках;
- распределение значений потерь в сростках.
Результаты контрольных измерений вместе с данными по адресам муфт заносят в паспорт-протокол установленной формы. Данные нормы указывают параметры распределения потерь в неразъемных соединениях, определяемых для каждого оптического волокна в отдельности.
12 Заключение
В данном дипломном проекте разработана пассивная оптическая сеть доступа микрорайона «Чистая слобода» города Новосибирска.
Основой при проектировании являлись технологии Gigabit-PON (GPON) и «оптическое волокно до дома (абонента)» (FTTH, Fiber To The Home).
Предлагаемый вариант реализации сети обеспечивает предос тавление услуги triple play.
Для компактного размещения и простоты обслуживания активного и ком мутационного сетевого оборудования, а также для ограничения несанкциониро ванного доступа к нему предлагается использовать 19" шкаф антивандальный.
Использование технологии PON позволило сэкономить на кабельной инфраструктуре за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, так как на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно, также позволило сократить число оптических передатчиков и приемников в центральном узле.