Технология пассивных оптических сетей PON

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Глава 1. Технология пассивных оптических сетей PON

1.1 Основные топологии сетей PON

1.2 Принцип действия PON

1.3 Подключение

Глава 2. О технологии доступа GPON

2.1 Емкость сети

2.2 Наложение видеосигнала

2.3 Организация линии GPON

2.4 Оборудование для измерения характеристик и определения повреждения оптического патчкорда

2.5 Схема подключения GPON

Глава 3. Организация работ по предоставлению услуг

3.1 Организация предоставление услуг Интернет, телефонии и IP-TV (GPON) по линии GPON. Оформление наряда

3.2 Инсталляционные работы

Заключение

Введение

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

- разнообразие потребностей абонентов;

- потенциал для развития сети;

- экономичность.

На развивающемся телекоммуникационном рынке опасно как принимать поспешные решения, так и дожидаться появления более современной технологии. Тем более что такая технология уже появилась - это технология пассивных оптических сетей PON (passive optical network). Распределительная сеть доступа PON, основанная на древовидной волоконной кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляется наиболее экономичной и способной обеспечить широкополосную передачу разнообразных приложений. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания как узлов сети, так и пропускной способности в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

На сегодняшний день одним из основных вариантов PON является технология GPON (Gigabit PON), основанная на принятых в последние годы стандартах. GPON предоставляет операторам эффективное решение высокоскоростной сети доступа («последней мили»). GPON обеспечивает существенную экономию оптических волокон за счет древовидной архитектуры сети. Кроме того, использование технологии обеспечивает высокую надежность, благодаря пассивным элементам ветвлений.

Глава 1. Технология пассивных оптических сетей PON

Несомненным достоинством пассивных оптических сетей (PON) является возможность их легкого наращивания. При проектировании первоначальной конфигурации сети следует учитывать возможность ее роста. Задача-максимум, которую можно поставить перед проектировщиком сети, - оптимизация расходов на строительство и развитие сети за время выхода сети на максимально возможную (или проектную) мощность - лежит на стыке многих дисциплин. И в этой связи решение многих вопросов проектирования сети - выбор приемопередающей части оборудования, числа каскадов, портов, коэффициентов деления разветвителей и стратегии их расстановки, выбор трасс для прокладки кабеля - зависит от множества таких факторов, как:

* системные требования к сети PON (потери по оптическим путям, число портов, скорость передачи и т.д.)

* география и топология (местоположение и разбросанность абонентов, наличие проложенного волокна)

* надежность и качество (резервирование, запас по мощности)

* экономичность (бизнес-модель, сроки окупаемости, удельные затраты).

Некоторые проблемы, например минимизация стоимости кабельной системы при прокладке оптического кабеля (ОК) вдоль прямоугольной сетки улиц, имеют точное математическое решение. В то же время результат прогнозирования наращивания сети во многом зависит от принятой модели развития и носит вероятностный характер.

Преимущества архитектуры PON:

- отсутствие промежуточных активных узлов; экономия волокон;

- экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле;

- легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания.

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей, исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети.

К недостатку можно отнести возросшую сложность технологии PON и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

Оптический разветвитель - это пассивный оптический многополюсник, распределяющий поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. В общем случае у разветвителя может быть M входных и N выходных портов. В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1xN с одним входным портом. Разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну. По рабочей полосе пропускания разветвители делятся на стандартные однооконные (раб 10 нм), широкополосные однооконные (раб 40 нм) и двухоконные (1310 40 нм и 1550 40 нм). Для сетей PON используются только двухоконные разветвители. В указанных рабочих окнах характеристики разветвителя должны быть стабильными.

1.1 Основные топологии сетей PON

Можно выделить следующие топологии оптических сетей доступа: точка-точка, кольцо, дерево с активными узлами, дерево с пассивными оптическими элементами.

Точка - точка и (Р2Р), рис. 1а

Наиболее простая архитектура. Основной минус связан с низкой эффективностью кабельных систем. Необходимо вести отдельный ВОК из центрального офиса в каждое здание или к каждому корпоративному абоненту. Данный подход может быть реализован в том случае, когда абонентский узел (здание, офис, предприятие), к которому прокладывается выделенная кабельная линия, может использовать эти линии рентабельно. Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных решений, например для оптических модемов. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до каждого абонента, этот подход является наиболее дорогим, и он привлекателен в основном для крупных корпоративных клиентов.

Кольцо, рис. 1б

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

Дерево с активными узлами, рис. 1в

Дерево с активными узлами - 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, 100BaseFX, 10Base-FL).

Стандарт IEEE 802.3 Ethernet давно перестал ограничиваться нишей корпоративных сетей. Строящиеся таким образом сети могут иметь достаточно сложную и разветвленную древовидную архитектуру. Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям - коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON-P2MP, рис. 1г

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

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

1.2 Принцип действия PON

Основная идея архитектуры PON - использование всего одного приемо-передающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONU и приема информации от них. Реализация этого принципа показана на рис.2.

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

Прямой поток

Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным. Каждый ONU, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации (рис.2). Фактически мы имеем дело с распределенным демультиплексором.

Обратный поток

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

Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

1.3 Подключение

Значительная часть затрат при развертывании любой сети FTTP связана с непосредственным подключением абонента и активацией выбранного им сервиса. Отводные (drop) кабели обеспечивают соединение между отводным терминалом и домом или квартирой абонента. В сети PON такой кабель может служить для подключения одного коттеджа (жилого дома на одну семью), офиса или многоквартирного дома.

Общей рекомендацией является использование сварки для подключения drop-кабеля в отводном терминале: сварное соединение в drop-терминале гарантирует надежное и высококачественное соединение на все время эксплуатации оптической сети. Однако существуют ситуации, когда выгоднее использовать претерминированные кабели, с помощью которых можно снизить стоимость инсталляции.

Использование в отводном терминале разъемных соединений создает дополнительную потенциальную точку отказа, но дает и свои преимущества. Так, например, разъемное соединение можно использовать для тестирования соединений, что особенно важно, когда нет доступа ко второму концу drop-кабеля (в месте установки устройства ONT). Кроме того, применение претерминированных кабелей позволяет максимально быстро осуществить подключения без необходимости выполнения сварных работ.

Подключение drop-кабеля на стороне абонента выполняется наиболее просто, когда оборудование ONT размещается снаружи дома. В этом случае самое сложное - подключить это оборудование к электропитанию и обеспечить качественное заземление. Причины большинства жалоб абонентов связаны с плохой инсталляцией и заземлением устройства ONT, а также с некачественным терминированием drop-кабеля.

Рис. 3. Пример подключения к сети PON коттеджа на одну семью и многоквартирного дома

Подключение многоквартирных домов может существенно отличаться от подключения коттеджей. В частности, вполне возможно, что на многоквартирный дом оператору придется выделить не одно волокно, а несколько - для подключения большого числа устройств ONT или сплиттеров внутри здания. Во многих проектах внутри дома, например в подвальном помещении, устанавливают распределительный блок со сплиттерами, от которых волокна уже протягивают в отдельные квартиры. Протяжка кабелей по стояку, как правило, не вызывает особых трудностей, однако они могут возникнуть в старых домах.

Если волокно заведено в каждую квартиру, то в них устанавливают индивидуальные устройства ONT, к которым по соответствующей проводке уже подключаются абонентские устройства - компьютеры, телефоны, телевизионные приемники. Как вариант, возможна установка в подвальном помещении многопользовательского устройства MDU ONT, к которому по существующей в доме проводке подключаются абонентские устройства во всех квартирах. Для подключения телефонов может использоваться витая пара категории 3, для подключения компьютеров - ЛВС на основе витой пары категории 5, для подключения телевизоров - коаксиальный кабель.

Рис. 4. Пример подключения к сети PON многоквартирного дома

Глава 2. О технологии доступа GPON

GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) - Гигабитная пассивная оптическая сеть доступа, это одна из технологий PON (пассивных оптических сетей доступа), основана на стандартах серии ITU-T G.984. В такой сети выделяют три основных элемента:

1. OLT (Optical Line Terminal - оптический линейный терминал) - это станционное оборудование, которое размещается, как правило, на узле оператора.

2. ODN (Optical Distribution Network) - оптическая распределительная сеть, ключевыми элементами которой являются пассивные оптические сплиттеры, на которых происходит разделение сигнала (благодаря этим элементам сеть и называется пассивной).

3. ONT (Optical Network Terminal) или ONU (Optical Network Unit) - эти устройства устанавливаются со стороны абонента. С точки зрения стандарта отличие ONT от ONU следующие: под ONT понимают устройство, которое непосредственно устанавливается у абонента (например, ONT с 4 портами Fast Ethernet и 2 FXS), ONU же устройство, которое может быть установлено в стойке или шкафу. Как правило, имеет много портов и к нему подключаются не один, а несколько абонентов (например, устройства с 24 портами Fast Ethernet, 24 портами FXS). Но все это в настоящее время достаточно условно и употребляется больше термин ONT.

Технология работает на двух дискретных частотах 1490 нм в направлении от OLT к ONT и 1310 от ONT к OLT, скорости для потоков следующие: 2,5 Гбит/c Downstream, 1,25 Гбит/c Upstream.

2.1 Емкость сети

Оборудование OLT служит своеобразным мультиплексором, обслуживающим множество соединений с устройствами ONT. Один GPON-порт этого оборудования способен поддерживать до 64 абонентов (при использовании сплиттера или нескольких сплиттеров с суммарным коэффициентом деления сигнала 1:64). Таким образом, 72-портовое GPON-оборудование OLT может обслуживать до 4608 абонентов.

Хотя ресурсы одного порта OLT совместно используются большим числом абонентов, между ним и каждым устройством ONT формируется виртуальный канал точка-точка, и вся пропускная способность порта делится между такими каналами. Как уже говорилось, поддерживаемая на одном порту GPON-оборудования OLT максимальная скорость передачи трафика к абоненту (вниз) составляет 2,5 Гбит/с, а от абонента (вверх) - 1,25 Гбит/с. Фактическая же полоса пропускания, выделяемая каждому абоненту, обычно зависит от соглашения, заключенного им с сервис-провайдером.

Вниз по «дереву» PON трафик распространяется в широковещательном режиме, при этом используется длина волны 1490 нм. Каждое устройство ONT выбирает из широковещательного потока предназначенную только ему информацию. Передача данных вверх осуществляется на длине волны 1310 нм в так называемом пакетном режиме (burst): оборудование OLT выделяет каждому устройству ONT тайм-слот для передачи. Физически топология имеет вид «точка - многоточка» (P2MP), но при этом формируются виртуальные каналы точка-точка (P2P) с динамическим выделением полосы пропускания в пакетном режиме.

Выше предполагалось, что каждое устройство ONT обслуживает одного абонента. На самом деле существуют так называемые групповые (многопользовательские) устройства ONT, которые, принимая один канал PON, могут «расшивать» его на несколько, скажем, 12 портов VDSL или Gigabit Ethernet, к которым и подключаются конечные пользователи. В этом случае число абонентов, поддерживаемых одним портом оборудования OLT, может значительно вырасти. Однако на практике даже при использовании групповых устройств ONT желательно ограничивать число абонентов 64-мя (на каждый порт OLT), чтобы можно было гарантировать единые параметры качества обслуживания абонентов, подключенных к таким ONT, и абонентов, работающих через однопользовательские устройства ONT.

2.2 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 радиочастотном 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.

2.3 Организация линии GPON

Монтаж GPON

Принципы проектирования и строительства оптической сети абонентского доступа имеют схожие черты с построением абонентской сети на кабеле с медными жилами. Основными особенностями построения абонентского доступа на оптическом кабеле и при использовании технологии PON являются:

1. необходимость аккуратного обращения с волокном при работе с ним;

2. наличие требований к специальной профессиональной подготовке специалистов службы эксплуатации, касающейся вопросов прокладки, укладки, ремонта оптических кабелей как непосредственно на линии связи, так и на различных распределительных устройствах;

3. необходимость разработки особого механизма проведения аварийно-восстановительных и профилактических работ, методики измерений, ведения паспортизации и технического учета;

4. использование специального подхода к применению и размещению распределительных устройств на объекте;

5. требования к наличию особых навыков расчетов емкостей кабелей и параметров затуханий, оптимального распределения оптических разветвителей и их размещения в распределительных устройствах.

При монтаже в подъездах и непосредственно в квартире у абонента, оптический патчкорд кладут в пластиковый кабель-канал размером 15х10 мм. Изгиб патчкорда не должен быть менее 30 мм. в радиусе. Изгибы менее 30 мм. приводят к повышенному затуханию сигнала и даже к поломке оптического волокна в патчкорде.

Оборудование и материалы

Рис. 1. Шкаф кроссовый оптический стоечного типа (ШКОС)

Рис. 2. Пассивный сплиттер

Рис. 3. Схема укладки оптического патчкорда в HG850

EchoLife HG850- это терминал оптической сети (ONT), разработанный для домашних пользователей, а так же небольших офисов и домашних офисов (SOHO). Используя технологию (GPON), HG850 терминал обеспечивает высокоскоростные каналы передачи в одном оптическом кабеле. Пропускная способность восходящего потока до 1.244 Гбит/с, пропускная способность нисходящего потока до 2.488 Гбит/с. Используя HG850, пользователи получают высокоскоростной доступ к сети , а так же широкополостные голосовые и видеоуслуги высокого качества. Как сетевое терминал, размещаемый на уровне доступа сети GPON, HG850 позволяет домашним пользователям и SOHO пользователям получать доступ к IP и IPTV сетям через оптический восходящий поток.

Рис. 4. «AMINO» телевизионная приставка IP-TV

Рис. 5. Оптический патчкорд

Рис. 6. Оптические адаптеры (розетки) предназначены для соединения или подключения коннекторов.

2.4 Оборудование для измерения характеристик и определения повреждения оптического патчкорда

1. Детектор повреждений EXFO FLS-241 представляет собой ярко-красный лазер, снабженный коннектором для подключения к волокну. Прочная резиновая оболочка надежно защищает прибор от влаги и сотрясений.

При использовании FLS-241 категорически запрещается направлять лазерный луч в глаза, во избежание повреждения сетчатки.

2. Оптический тестер FOT-600

2.5 Схема подключения GPON

Глава 3. Организация работ по предоставлению услуг

оптический сеть интернет подключение

3.1 Организация предоставление услуг Интернет, телефонии и IP-TV (GPON) по линии GPON. Оформление наряда

Рис. Схема подключения линии GPON в г.Якутске

1. При поступлении заявки на подключение Интернет и/или IP-TV Отдел продаж заключает с абонентом договор, берет оплату за подключение, назначает дату и время связи с абонентом, записывает контактный номер абонента.

2. Группа по работе с нарядами (ГпРН) оформляет электронный наряд, вписывает в наряд данные абонента и направляет в Службу технического учета работ (СТУР), параллельно готовит пакет документов для заключения договора на дому и передает в Участок Сервиса и технической поддержки (УСТП).

3. СТУР присваивает технические данные, направляет электронный наряд в УСТП.

4. УСТП настраивает абонентский терминал GPON и TV-приставку. Запрашивает данные по SIP-телефонии в СИТ NGN. Запускает тарификацию. Передает пакет документов Инженеру.

4. Инженер распределяет заявки сотрудникам. По выполнению наряда направляет отчет о выполнении.

5. Сотрудник созванивается с абонентом, уточняет время выполнения работ по подключению. В назначенное время выполняет работы. Подписывает документы у абонента.

6. По выполнению работ Централизованное бюро ремонта осуществляет приемку и проверку качества выполнения работ

3.2 Инсталляционные работы

- Соедините входящую линию GPON, оптический пачт-корд на оптический вход терминала

- порт LAN1 (первый слева) соедините с приставкой STB AMINO

- порт LAN3 (третий слева) с персональным компьютером Абонента

- порт TEL1 с телефоном 1

- порт TEL2 с телефоном 2

Включите в розетку 220В Терминал. Дождитесь, когда загорится лампа «LINK» и «AUTH».

Возможные схемы подключения Интернет и IP-TV:

Заключение

Построение широкополосных сетей доступа на основе технологий PON предоставит возможность крупным операторским структурам повысить получаемую прибыль за счет выхода на рынок самых современных широкополосных услуг Triple Play и обеспечит переход их сетевой инфраструктуры на более высокий качественный и технологический уровень. С целью выявления пригодности предполагаемого к внедрению оборудования платформ доступа представляется целесообразным проведение комплексного функционального и нагрузочного тестирования данного оборудования. При этом функциональное тестирование должно включать проверку всего комплекса предоставляемых услуг в составе распределенной тестовой среды, реализующей используемую оператором сервисную модель. При нагрузочном тестировании должна проверяться работоспособность поддерживаемых этим оборудованием механизмов обеспечения качества обслуживания.

Кроме того, при внедрении технологий PON необходима тщательная проработка вопросов проектирования, строительства и эксплуатации пассивной оптической распределительной сети с учетом особенностей оборудования внедряемых платформ доступа.

Размещено на Allbest.ru