Обслуживание магистрального и распределительного участков пассивных оптических сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности ТЭ и ТО магистрального и распределительного участков пассивных оптических сетей

Переход сетей доступа на оптические технологии

В последние годы сети доступа (СД) являются наиболее динамичным сегментом телекоммуникационной отрасли. Они непосредственно связаны с предоставлением операторских услуг абонентам, поэтому СД хорошо окупаются даже в условиях неблагоприятной экономической ситуации. Здесь постоянно совершенствуются технологии для удовлетворения новых потребностей пользователей, появляются новые, характерные только для этих сетей, технические решения. В отличие от транспортных сетей (межстанционных, междугородных и т.п.), в СД только начинается переход на оптические технологии в фиксированной связи. Поэтому можно с уверенностью сказать, что СД находятся в фазе развития, что делает их технически и финансово привлекательными.

Удовлетворяет ли существующая сетевая инфраструктура новым требованиям? Для ответа на этот вопрос рассмотрим, какие виды и объемы информации мы собираемся довести до пользователя.

Традиционно абонентские кабельные сети состояли из двух видов: телефонные сети на медных НЧ кабелях и распределительные коаксиальные сети кабельного или эфирного телевидения. Хотя телефония и сейчас остается наиболее востребованной услугой, значительно вырос спрос на услуги интернет не только среди офисных центров, но и среди домашних пользователей. Популярная в последнее время концепция «тройной услуги» (Triple Play) предусматривает предоставление пользователям телефонии, передачи данных и видеоинформации через одну сеть. Причем высокоскоростной интернет и видео требуют значительной широкополосности сетевых ресурсов. Кроме того, повышение спроса на широкополосный доступ определяется развитием новых технологий: видео по запросу (VOD), потоковое видео, интерактивные игры, видеоконференции, передача голоса в компьютерных сетях (VoIP), телевидение высокой четкости (HDTV) и другие.

При выборе технологии широкополосного доступа провайдеры должны учитывать потребности пользователей, их расположение, основные запрашиваемые услуги, различные экономические аспекты. Проектируемая сеть должна быть широкополосной, гибкой, надежной, управляемой, масштабируемой, удобной в эксплуатации.

Только временным выходом из сложившейся ситуации можно считать применение на СД модемов xDSL. Экономия на использовании существующих линейных сооружений оборачивается принципиальными ограничениями в скорости передачи цифровых потоков. Проложенные многопарные медные кабели типа ТПП изначально рассчитаны на работу в низкочастотном спектре - не более десятков кГц. Кроме того, существует большая проблема взаимных влияний между парами, усугубленная условиями их эксплуатации (полузатапливаемая кабельная канализация). Поэтому реально xDSL модемы могут работать с максимальной скоростью только по некоторым парам в общем кабеле.

С точки зрения скорости передачи - даже самые современные модемы ADSL-2 ADSL-2+ уже сейчас находятся «на грани» требований пользователей. При интернет обмене неплохо иметь скорость передачи 1-2 Мбит/с, а для потокового видео со стандартным разрешением (SDTV) - 4…6 Мбит/с (в MPEG-2). Этим практически и исчерпываются возможности модема при: а) не большом расстоянии до абонента; б) «хорошей» паре в не сильно замокшем кабеле.

При передаче же сигналов HDTV потребуется обеспечение скорости передачи 20 Мбит/с (в MPEG-2) или 9 Мбит/с (в MPEG-4). И это для одного ТВ канала!

При новом строительстве технология xDSL становится неконкурентноспособной даже экономически. Стоимость одного 400-парного медного кабеля превысит стоимость всей небольшой разветвленной оптической сети.

Что касается применения гибридных волоконно-коаксиальных технологий (HFC), то они достаточно хорошо себя проявили только в сетях кабельного телевидения (КТВ). Использование оптической магистрали в сочетании с распределительной внутридомовой сетью на коаксиальном кабеле успешно используется местными операторами КТВ.

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

Архитектуры оптических сетей доступа

Архитектура построения сетей оптического доступа характеризуется степенью приближения оптического сетевого терминала к пользователю. Сектор стандартизации Международного Союза Электросвязи (ITU-T) выделяет несколько характерных вариантов.

Как видно из рисунка, все архитектуры FTTx (Fiber to the …) предполагают наличие участка с распределительными медными кабелями, но чем он короче, тем больше пропускная способность сети. Максимальное использование оптических технологий предполагает структура FTTH, при которой оптический сетевой терминал находится в квартире пользователя и соединяется короткими соединительными кабелями с оконечными устройствами - телефоном, компьютером, телевизором и т.д.

Выбор архитектуры зависит от множества условий, и в первую очередь - от плотности размещения абонентов. Но ориентировочно можно высказаться за применение системы FTTB для многоэтажных жилых зданий. Для частной застройки или офисов, в зависимости от платежеспособности заказчика и его потребности в высокоскоростных приложениях, больше подойдет FTTC или FTTH.

В современных оптических сетях доступа могут использоваться различные топологии сети (схемы соединения узлов). Выбор оптимальной топологии зависит от целого ряда факторов, связанных с конкретными условиями проектирования (плотность абонентов, их расположение, виды услуг и т.д.), а также от базовой оптической технологии.

В последнее время на оптических сетях доступа наиболее часто используются три интегральные технологии:

-Микро сеть SDH (Micro SDH);

-Активные сети Ethernet (Active Ethernet, AE);

-Пассивные оптические сети (Passive Optical Network, PON).

Технологии оптических сетей доступа

Разновидности PON

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

Первой в середине 90-х годов была разработана технология APON, которая базировалась на передаче информации в ячейках структуры ATM со служебными данными. В этом случае обеспечивалась скорость передачи прямого и обратного потоков по 155 Мбит/с (симметричный режим) или 622 Мбит/с в прямом потоке и 155 Мбит/с в обратном (асимметричный режим). Во избежание наложения данных, поступающих от разных абонентов, OLT направляло на каждый ONU служебные сообщения с разрешением на отправку данных. В настоящее время APON в своем первоначальном виде практически не используется.

Дальнейшее совершенствование этой технологии привело к созданию нового стандарта - BPON. Здесь скорость прямого и обратного потоков доведена до 622 Мбит/с в симметричном режиме или 1244 Мбит/с и 622 Мбит/с в асимметричном режиме. Предусмотрена возможность передачи трех основных типов информации (голос, видео, данные), причем для потока видеоинформации выделена длина волны 1550 нм. BPON позволяет организовывать динамическое распределение полосы между отдельными абонентами. После разработки более высокоскоростной технологии GPON, применение BPON практически утратило смысл чисто экономически.

Успешное использование технологии Ethernet в локальных сетях и построение на их основе оптических сетей доступа предопределил разработку в 2000 г. нового стандарта - EPON. Такие сети, в основном, рассчитаны на передачу данных со скоростью прямого и обратного потоков 1 Гбит/с на основе IP-протокола для 16 (или 32) абонентов. Исходя из скорости передачи, в статьях и литературных источниках часто фигурирует название GEPON (Gigabit Ethernet PON), которое также относится к стандарту IEEE 802.3ah. Дальность передачи в таких системах достигает 20 км. Для прямого потока используется длина волны 1490 нм, 1550 нм резервируется для видео приложений. Обратный поток передается на 1310 нм. Во избежание конфликтов между сигналами обратного потока применяется специальный протокол управления множеством узлов (Multi-Point Control Protocol, MPCP). В GEPON поддерживается операция обмена информацией между пользователями (bridging).

Для больших операторов, строящих большие разветвленные сети с системами резервирования, наиболее удачной считается технология GPON, которая наследует линейку APON - BPON, но с более высокой скоростью передачи - 1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с (в асимметричном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме). За основу был принят базовый протокол SDH (а точнее на протоколе GFP) со всеми вытекающими преимуществами и недостатками. Возможно подключение до 32 (или 64) абонентов на расстоянии до 20 км (с возможностью расширения до 60 км). GPON поддерживает как трафик ATM, так и IP, речь и видео (инкапсулированные в кадры GEM -- GPON Encapsulated Method), а также SDH. Сеть работает в синхронном режиме с постоянной длительностью кадра. Линейный код NRZ со скремблированием обеспечивают высокую эффективность полосы пропускания. Единственным серьезным недостатком GPON является высокая стоимость оборудования.

Сравнительная таблица по характеристикам трех видов PON представлена ниже.

Следующим эффективным шагом по увеличению скорости передачи построенных систем PON является применение систем оптического уплотнения WDM (WDM PON). В Рекомендации ITU-T G.983.2 описана возможность передачи сигналов на выделенных для каждого абонента длинах волн. В сети передается общий поток, а каждый абонентский терминал имеет оптический фильтр для выделения своей длины волны. Технически возможно обеспечить производительность системы со скоростями около 4-10 Гбит/с по каждому каналу. После такой реконструкции провайдеры получат возможность настраивать пропускную способность в соответствии с требованиями клиента и успешно добавлять или удалять устройства ONU без вмешательства в общую систему. То есть, в будущем внедрение систем WDM PON принесет реальные преимущества операторам при незначительных затратах.

Отдельные разновидности PON имеют свои преимущества и недостатки, но в целом BPON, основанный на платформе АТМ, уже не обеспечивает высокую скорость передачи и практически не имеет перспектив.

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

В GEPON, в отличие от GPON, отсутствуют специфические функции поддержки TDM, синхронизации и защитных переключений, что делает эту технологию самой экономичной из всего семейства. Особенно это касается небольших операторов, ориентированных на IP-трафик, а впоследствии и IPTV. К тому же предполагается дальнейшее развитее этого ряда - 10GEPON (по аналогии с 10 Gb Ethernet). Поэтому из-за наилучшего соотношения цена/качество при среднем размере сети, в нашей стране вариант GEPON получил наибольшее распространение.

Активное оборудование PON

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

Компания ДЕПС предлагает своим заказчикам оборудование американской компании UTSTARCOM - одного из ведущих разработчиков PON-решений. В качестве OLT возможно использование одного из двух оконечных комплектов BBS4000+ и BBS1000+, которые отличаются количеством подключаемых абонентов и некоторыми функциональными особенностями. пассивный оптический сеть доступ

Модель BBS4000+ включает в себя три основных типа функциональных блоков. Блоки GEM04 организовывают до 4 каналов Gigabit Ethernet с внешней сетью IP. В качестве оптических приемо-передатчиков используются сменные SFP модули, типы которых зависят от длины участка при использовании стандартных одномодовых волокон (10 км, 20 км и т.д.). Блоки EPM04 предназначены для соединения концентратора с абонентами сети на скорости 1 Гбит/с. Каждый EPM04 обеспечивает подключение до 4 линий GEPON через SFP модули. Прямой канал работает на длине волны 1490 нм, обратный - 1310 нм. Дальность передачи до 20 км для 32 подключений и 10 км для 64 подключений. При установке 11 блоков EPM04 BBS 4000 позволяет максимально подключить до 44 EPON «деревьев» (до 1408 ONU).

При передаче на расстояние до 20 км используется одномодовый лазер Фабри-Перо и фотоприемник на p-in диоде. Если дальность составляет 20 км, то применяют узкополосный одномодовый мощный лазер DFB (с распределенной обратной связью) и APD (лавинный фотодиод) в фотоприемном узле. Динамический диапазон системы - не менее 29 дБ.

Наличие универсальных слотов позволяет гибко оснащать и поэтапно наращивать производительность коммутатора необходимыми портами (GEthernet или EPON). Два слота концентратора предназначены для установки центральных сервисных блоков (CSM). Каждый такой блок содержит коммутатор/маршрутизатор 2, 3 уровня производительностью 48 Гбит/с.

Системный контроллер позволяет оператору подключиться к системе управления OLT: локально - через порт RS232 (RJ-45) или дистанционно - через внешнюю сеть IP и блок GEM04. Система управления обеспечивает возможность тарификации трафика, установки классов обслуживания групп пользователей, динамическое распределение полосы пропускания (DBA), ограничение выходной полосы пропускания и других функций.

Питание концентратора осуществляется от двух блоков питания (?48 В), температурный режим поддерживается тремя блоками вентиляции. Все модули обладают функцией “горячей” замены. Концентратор выполнен в металлическом корпусе высотой 9U, обеспечивающем монтаж в 19” стойку или настольное размещение.

Концентратор BBS4000+ является достаточно эффективным устройством при установке в сетях большой емкости (не менее 256 абонентских терминалов) или средней емкости с перспективами расширения.

Более экономичным устройством является 1U концентратор BBS 1000+. Его принцип работы аналогичен BBS4000+, однако комплектация более сжатая. Устройство содержит 1 слот для модуля GSM (4 оптических порта Gigabit Ethernet для выхода на IP-сеть и порты управления), 2 слота для двух 4-портовых модулей EPON, 1 слот для модуля вентиляции и 2 слота для модулей питания (?48 В постоянного и 220 В переменного тока).

Дальность передачи до 20 км для 32 подключений и 10 км - для 64 подключений. OLT может обслужить до 512 терминальных устройств. Таким образом, BBS1000+ является оптимальным устройством для построения небольших и средних оптических сетей PON.

Линейка абонентских терминалов компании UTSTARCOM ONU 101i, ONU 404i, ONU 804i, ONU 1001i, ONU 2004i полностью совместимы со станционным оборудованием BBS 4000+ и BBS 1000+ количеством и типами пользовательских портов. Все ONU имеют линейный порт 1310 нм (на передачу), 1490 нм (на прием) с динамическим диапазоном 29 дБ. Пользовательские порты RJ-45 (10/100 BASE-T или 10/100/1000 BASE-T) и концентратор 2 уровня позволяют успешно использовать такие терминалы не только для домашних пользователей, но и для небольшого офиса (SOHO). А радиочастотный порт типа «F» обеспечивает возможность вывода видеосигнала кабельного ТВ, передаваемого от станции на выделенной длине волны 1550 нм.

Оптические кабели и муфты для PON

Кроссовые и распределительные устройства для PON

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

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

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

Своим заказчикам компания ДЕПС предлагает большой выбор оптических боксов марки CROSVER® с различными параметрами. При выборе нужной конструкции в первую очередь следует учитывать количество выводимых одноволоконных кабелей (или шнуров), а также тип их соединений с линейным оптическим кабелем. При сварных соединениях сростки размещаются прямо в сплайс-кассете, а при разъемных - бокс должен содержать лицевую панель с необходимым числом адаптеров. В зависимости от конкретного места и способа установки подбирают габариты боксов и материал корпуса.

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

Предлагаемые компанией ДЕПС 19-дюймовые оптические боксы марки CROSVER® отличаются количеством сплайс-кассет и, соответственно, высотой (1U, 2U и 3U). Максимальное количество соединений волокон - до 72. Кабельные вводы имеют конусно-зажимную конструкцию порта, обеспечивающую плотный ввод независимо от диаметра кабеля. К винтовым стойкам прикреплен заземляющий проводник с клеммой для подключения к корпусу всей стойки. В передней части боксов вырезаны проемы для крепления лицевых панелей под адаптеры с различными типами разъемов (FC, SC, LC либо других). Удобная поворотно-выдвижная конструкция бокса обеспечивает доступ к кассетам и волокнам после установки бокса в стойку. Полная комплектация бокса (гильзы, стяжки, шурупы, провод заземления, шурупы) соответствуют всем необходимым эксплуатационным запросам.

Оптические соединительные шнуры для PON

Оптические разветвители для PON

При построении пассивных оптических сетей важнейшим элементом является оптический разветвитель. Именно эти элементы придают сети необходимую гибкость архитектуры, масштабируемость, максимальное соответствие системным требованиям, экономичность. В принципе ОР уже достаточно длительное время успешно применяется на магистральных участках в сетях кабельного телевидения, там, где необходимо создание разветвленной древовидной архитектуры с равномерным или неравномерным делением оптической мощности. Однако именно при внедрении PON разветвители проявили себя ключевым элементом сети.

Компания ДЕПС предлагает использовать для построения оптических сетей доступа оптические разветвители марки Cor-X сплавного и планарного типов, с равномерным или неравномерным делением оптической мощности.

Проектирование PON

Измерения в PON

Вопрос измерений параметров PON при проведении строительно-монтажных работ и эксплуатации является весьма важным и, по сравнению с другими типами оптических сетей, имеет ряд существенных отличий.

После окончания строительства при проведении приемо-сдаточных работ важно правильно провести измерения реальных параметров сети. Это позволит проверить соответствие результатам проектирования (например, бюджет потерь), определить возможности дальнейшего наращивания сети на определенных участках и упростит в дальнейшем эксплуатацию PON.

При возникновении локального повреждения на PON возникает специфическая задача быстрого нахождения повреждения при работе других сегментов древообразной сети, т.к. отключение всех пользователей экономически не целесообразно. Здесь необходимо верно определить участки для проведения измерений, схемы тестирования и правильно интерпретировать полученные результаты.

Измерительное оборудование для волоконной оптики достаточно дорогостоящее, а для PON желательно применять специализированное оборудование, учитывающие передачу трех длин волн, большую мощность ТВ-сигналов, импульсный режим работы передатчика ONU и т.д. Поэтому важно правильно выбрать типы и параметры измерительной техники для данной сети.

Заключение

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

Размещено на Allbest.ru