Основные достоинства технологии GPON

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технологии сетей доступа

1.1 Топологии соединений в сетях PON

1.2 Дерево с пассивным оптическим разветвлением (PON)

1.3 Принцип действия PON

1.4 Стандарт GPON

1.4.1 Рекомендация G.984.1

1.5 Структура кадра

1.5.1 Структура кадра в нисходящем потоке

1.5.2 Структура кадра в восходящем потоке

1.6 Основные достоинства технологии GPON

2. Обоснование необходимости строительства PON

3. Выбор трассы прокладки ОК

3.1 Сооружения связи и их возможности

3.2 Клиенты и предоставляемая им нагрузка

4. Выбор оптического кабеля

4.1 Обоснование выбора ОК

4.2 Кабель для прокладки по канализации и ВЛС

4.3 Кабель для прокладки распределительной сети по ВЛС

5. Выбор оборудования

5.1. Станционное оборудование FG-GPON-OLT-CHASSIS

5.3 Пассивный разветвитель FG-GPON-SPLITTER

6. Разработка схемы организации связи

6.1 Расчет оптических мощностей

7. Строительство ВОЛП

7.1 Особенности строительства ВОЛП

7.2 Этапы подготовки к строительству ВОЛП

7.2.1 Проведение входного контроля

7.2.2 Группирование строительных длин оптического кабеля

7.3 Станционная сторона

7.4 Магистральный участок

7.5 Схема распределительной сети. Монтаж абонентской проводки

7.6 Разъмные соединения

7.7 Монтаж муфты в колодце 225-3769

8. Измерения параметров пассивных оптических сетей впроцессе строительства

8.1 Необходимые измерения

8.2 Поиск повреждений с помощью тестера FHR3A02

8.3 Приемка объекта в эксплуатацию

8.4 Параметры надежности ВОЛП

9. Техника безопасности при строительстве объекта

9.1 Работа в подземных смотровых устройствах

9.2 Требование безопасности при выполнении монтажных работ на волоконно - оптических линиях передачи (ВОЛП)

9.3 Электробезопасность

Заключение

Библиография

Приложения



Введение

Быстрое развитие сети интернет, а так же появление новых услуг связи, способствует росту передаваемых по сети потоков данных и заставляет операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных сетей. При выборе решения им необходимо учитывать разнообразие потребностей абонентов, потенциал дальнейшего развития сети и ее экономичность.

На улице Радищева располагаются ново построенные дома (коттеджи), которые нуждаются в современных услугах связи.

Строительство сетей доступа в настоящее время идет главным образом по четырем направлениям:

- сети на основе существующих медных телефонных пар, и технология xDSL;

- гибридные волоконно-коаксиальные сети;

- беспроводные сети;

- волоконно-оптические сети.

Использование постоянно совершенствующейся технологии xDSL -- это самый простой и недорогой способ увеличения пропускной способности существующей кабельной системы на основе медных витых пар. При необходимости обеспечить скорость до 1 Мбит/с, такой путь для операторов 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 более 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 эффективны 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/с и в ближайшей перспективе до 50 Мбит/с.

Следует отметить, что для всех трех перечисленных направлений дальнейшее увеличение пропускной способности сети связано с большими трудностями, которые отсутствуют при использовании такой среды передачи, как волокно. Таким образом, единственным путем, позволяющим изначально 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, еще 10 лет назад, считавшийся крайне дорогим. Однако в настоящее время благодаря значительному снижению цен на оптические компоненты его актуальность возрастает. 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 сетей PON.

В последнее время перед операторами фиксированной связи встает острый вопрос, какую технологию абонентского доступа следует выбрать для замены существующих медных кабелей на оптические кабели: технологию пассивных оптических сетей (PON) или технологию активных оптических Ethernet-сетей. По сравнению со зрелым и низко затратным решением активных оптических Ethernet-сетей решение PON представляется более сложным и дорогим. Почему тогда операторы выбирают именно PON для долгосрочного процесса замены меди на оптику?

В решении «Волокно до дома» (Fiber to the Home -- FTTH) затраты на активные устройства представляют собой лишь малую часть от общих затрат на проект, при этом значительно большая часть приходится на долю оптической распределительной сети (ODN). ODN является участком сети между оптическим линейным терминалом (OLT) и оптическим сетевым модулем (ONU) и включает в себя магистральный, распределительный и абонентский участки кабеля, а также все необходимые соединители и пассивные устройства. Отличительной особенностью сетей PON является то, что по одному волокну возможна поддержка сервиса для множества абонентов, что значительно снижает стоимость внедрения оптической распределительной сети, а также количество станционного оборудования.

На рисунке 1.1 приведен пример построения сети PON, на котором отмечены главные составляющие сети, рассматриваемые в следующей главе.

Рисунок 1.1 - Пример построения сети PON

Преимущества PON должны быть четко представлены на начальных этапах развертывания FTTH, когда абонентская база и степень проникновения услуги являются очень низкими. На этой стадии операторам необходимо также принять во внимание защиту инвестиций, поскольку PON требует построения ODN только один раз, что сэкономит те значительные затраты, которые появятся при увеличении абонентской базы FTTH в следующие 5-10 лет.

В выпускной квалификационной работе рассматриваются вопросы строительства пассивной оптической сети PON (passive optical network) с интеграцией услуг широкополосного доступа по существующей кабельной канализации в Заельцовском районе города Новосибирска, по улице Радищева.



1. Технологии сетей доступа

Виды технологий сетей доступа можно разделить на три группы: проводные (wireline), беспроводные (wireless) и комбинированные (mixed).

Возможности, обеспечиваемые новыми технологиями, позволяют строить сети доступа, отвечающие любым реальным требованиям потенциальных абонентов. Одним из самых удачных примеров процессов конвергенции можно считать сближение функциональных возможностей оборудования проводных технологий доступа (рис 2.1). Это означает, что при разработке сетевых решений целесообразно рассматривать возможность использования различных технологий доступа.

Рисунок 2.1-Примеры технологий проводного доступа



Основой для реализации этих технологий служат медные провода и волоконные световоды.

Обозначения и сокращения на рисунке 2.1:

ТФОП - телефонная сеть общего пользования;

КТВ - кабельное телевидение;

ISDN - IntegratedServiceDigitalNetwork - цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС)

xDSL, DigitalSubscriberLine -цифровая абонентская линия;

OAN, OpticalAccessNetwork - оптическая сеть доступа;

Ethernet, FastEthernet, GigabitEthernet - компьютерные технологии передачи данных на скоростях 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с;

FDDI, волоконно-оптический распределительный интерфейс, сеть кольцевого типа с защитой от повреждений;

IDSL, HDSL, SDSL - технологии симметричных абонентских линий (I-ISDN, H- высокоскоростная линия (2,048 Мбит/с), S- симметричная однопарная линия со скоростными режимами от 128 кбит/с до 2320 кбит/с;

ADSL, RADSL, G.Lite - несимметричные абонентские линии со скоростями передачи к абоненту не ниже 1 Мбит/с, от абонента 512 кбит/с, с адаптацией к линии и приспособлением скорости в зависимости от помех;

FTTx, FTTH, FTTB, FTTC, FTTCab - активные технологии оптического доступа в дом, в рабочую зону шкаф и так далее;

PON, APON, EPON, BPON, GPON - технологиипассивныхоптическихсетей (ATM PON, Ethernet PON, Broadband PON, Gigabit rate PON).

Технологии xPON являются наиболее практичным решением, при построении новых сетей ШПД (широкополосный доступ). Применение технологий xPON для высокоскоростного доступа к услугам сети особенно примечательно тем, что эти технологии используют в качестве среды передачи оптический кабель (ОК). На рисунке 2.2 показана типовая схема построения PON. 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).

В объеме бакалаврской работы проведен анализ различных методов оптического доступа, который показал, что применение технологии PON в сетях доступа имеет немало преимуществ:

- экономия волокон в абонентских оптических кабелях;

- значительная экономия оптических излучателей на головной станции;

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

- отсутствует необходимость электропитания сетевых элементов (кроме оконечных);

- небольшие затраты на обслуживание;

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

- возможность динамического расширения полосы - увеличение скорости передачи работающих абонентов за счет неработающих в данный момент;

- дальнейшее увеличение скорости передачи (до 10 Гбит/с) и выше без замены оборудования линейного тракта (оптические кабели, разветвители, соединители);

- последующая возможность значительного увеличения скорости передачи для каждого пользователя за счет применения технологии оптического мультиплексирования (CWDM или DWDM).



Рисунок 2.2 - Типовая схема построения сети PON

Серия рекомендаций G.983.х, впервые опубликованная в 1998 году, определяет BPON-систему. К настоящему времени эта серия была сильно расширена и улучшена. Опираясь на технологическую базу BPON, совершена попытка описать новую пассивную оптическую сеть, которая впоследствии была названа GPON.

Сравнительный анализ технологий APON/BPON и GPON привен в таблица 2.1

Таблица 2.1- Сравнительный анализ технологий APON/BPON и GPON

Характеристики	APON (BPON)	GPON
1	2	3
Институты стандартизации / альянсы	ITU-T SG15 / SAN	ITU-T SG15 / FSAN
Дата принятия стандарта	октябрь 1998	октябрь 2003
Стандарт	ITU-T G.981.x	ITU-T G.984.x
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	155/155622/155622/622	1244/155,622,12442488/
Базовый протокол	ATM	SDH
Линейный код	NRZ	NRZ
Максимальный радиус сети, км	20	20
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно	32	64 (128)
Коррекция ошибок FEC	предусмотрена	необходима

Эта система должна была решить следующие задачи:

- обеспечить работу PON при гигабитных скоростях передачи;

- оптимизировать спецификации физического уровня под более высокую пропускную способность;

- разработать наиболее спектрально-эффективный протокол, отражающий максимальную направленность абонентского трафика на передачу данных. Было решено не требовать обратной совместимости GPON-систем с оборудованием BPON, потому что это накладывало бы на них дополнительные ограничения и препятствовало достижению поставленных выше задач. Тем не менее в системе GPON многое осталось от стандарта BPON: практически не изменились схемы измерения расстояний (масштабирования), динамическое распределение полосы пропускания (DBA) интерфейс управления и контроля (OMCI) абонентских узлов (ONT).

1.1 Топологии соединений в сетях PON

Суть технологии PON заключается в том, что между приемопередающим модулем центрального узла OLT (optical line terminal) и удаленными абонентскими узлами ONT (optical network terminal) создается полностью пассивная оптическая сеть PON. В промежуточных узлах PON размещаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры) - компактные устройства, не требующие питания и обслуживания. Один приемопередающий модуль OLT позволяет передавать информацию множеству абонентских устройств ONT. Число ONT, подключенных к одному OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры.[1,2]

Существуют четыре основных топологии построения оптических сетей доступа: "точка-точка", "кольцо", "дерево с активными узлами" и "дерево с пассивными узлами" (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 - Топологии соединений в сетях PON

Особенности топологий:

а) «точка-точка»:

1) простота в процессе работы сети;

2) требуется много волокон;

3) требуется много оптических передатчиков;

4) подходит любая сетевая топология;

б) «кольцо»:

1) по количеству волокон - идеальное решение;

2) встроенное резервирование;

3) сложность с наращиванием сети;

4) типовая технология - microSDH;

в) «дерево с активными узлами»:

1) простота в процессе работы сети;

2) требуется активное оборудование на промежуточных узлах;

3) типовая технология - Ethernet 10/100/1000;

г) «дерево с пассивным оптическим разветвлением»:

1) оптимальная по числу волокон архитектура;

2) оптимальность по числу передатчиков;

3) функционирование сети среднее по сложности;

4) типовая технология - PON.

К основным функциональным элементам сети PON относятся центральный и абонентский узлы, а также оптические разветвители.

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

Оптический разветвитель-- это пассивное устройство - оптический многополюсник, распределяющий поток излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в один в противоположном направлении. В общем случае у разветвителя может быть М 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. сеть кадр связь оптический

Абонентский узел, или оптический сетевой терминал (ONT -- optical network terminal), имеет с одной стороны абонентские интерфейсы, а с другой -- интерфейс для подключения к дереву PON. Передача потока по дереву ведется на длине волны 1310 нм, а прием -- на 1550 нм. ONT принимает данные от OLT, конвертирует их и передает абонентам через интерфейсы "пользователь-сеть" (UNI - user network interface).

На участке проектирования по улице Радищева несколько абонентов нуждающихся в услугах связи, поэтому логично выбрать топологию «дерево с пассивным оптическим разветвлением».

2.2 Дерево с пассивным оптическим разветвлением (PON)

Архитектура PON использует решения на основе топологии "точка-многоточка". В этом случае к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. Причем в промежуточных узлах дерева устанавливаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре за счет сокращения суммарной протяженности оптоволокна, т.к. на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно оптическое волокно. Есть и другой источник экономии - сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Эта последняя экономия в некоторых случаях оказывается даже более существенной. Так, по оценкам экспертов, конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе в непосредственной близости от центрального узла оказывается экономичнее, чем сеть с топологией "точка-точка", хотя сокращение длины оптоволокна практически нет. Более того, если расстояния до абонентов невелики, то с учетом затрат на эксплуатацию оказывается, что PON с разветвителем в центральном офисе экономичнее, чем PON с разветвителем, приближенным к абонентским узлам.

Древовидная топология "точка-многоточка" позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из расположения абонентов, затрат на прокладку оптического кабеля и эксплуатацию кабельной сети.

Недостатком PON является сложность технологии и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

2.3 Принцип действия PON

Основная особенность архитектуры PON -- использование одного приемо-передающего модуля в OLT для передачи данных множеству абонентских устройств ONT и приема данных от них. Реализация этого принципа показана на рисунке 2.4.



Рисунок 2.4 - Принцип действия PON

Количество абонентских узлов, подключенных к одному модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость аппаратуры. Для передачи потока данных от OLT к ONT -- прямого (нисходящего) потока, обычно используют длину волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (нисходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В узлы OLT и ONT встроены пассивные мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Прямой поток. Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным, то есть от одного узла - всем остальным. Каждый ONT, читая адресные поля, выделяет предназначенные только ему пакеты данных из общего потока. Фактически это демультиплексор-распределитель.

Обратный поток.На одной и той же длине волны все абонентские узлы ONT передают в обратном направлении, используя концепцию множественного доступа с временным распределением TDMA. Для исключения возможной интерференции сигналов от разных ONT, устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных для каждого из них с учетом поправки на задержку, которая связана с удалением данного ONT от OLT. Для решения этой задачи используется протокол TDMA MAC.[1,2]

1.4 Стандарт GPON

1.4.1 Рекомендация G.984.1

G.984.1- это документ, в котором описана архитектура, а также изложены основные эксплуатационные характеристики и требования к производительности GPON-систем (рис.2.5).

Рисунок 2.5 - Структура уровней GPON

Пропускная способность в GPON составляет 1,244 и 2,488 Гбит/с в нисходящем потоке (к абоненту) и 155Мбит/с, 622Мбит/с и 1,244 Гбит/с в восходящем потоке (от абонента), таким образом, возможны шесть комбинаций скоростей. Архитектура остается TDM/TDMA и использует ту же волоконную сеть, что и основная схема BPON. PON строится на базе единственного одномодового волокна стандарта G.652 и обладает прозрачностью по отношению к длинам волн. Формально PON имеет максимальную дальность передачи 20 км, однако в рекомендацию была включена также и более низкая дальность - 10 км. Это позволило использовать более дешевые лазеры Фабри - Перо (FP) на гигабитных скоростях передачи, несмотря на вносимый ими дисперсионный штраф. 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 на интерфейсных скоростях 10/100/1000 Мбит/с. Мультимедийные сервисы ATM предоставляются на всех возможных скоростях OC-x/STM-n. Качеству обслуживания уделяется особое внимание. Например, в соответствии с рекомендацией запаздывание при двойном проходе для TDM-услуг не превышает 3 мс. Это сводит к минимуму воздействие задержек в сети доступа на линию связи в целом. При передаче данных необходимо обеспечивать четкое разграничение классов услуг и управление трафиком. Это делает возможным предоставление VoIP и цифрового видео по сетям GPON.

В G.984.1 также включены некоторые новые полезные особенности. Это защитное переключение, наложение услуг и безопасность данных. Защитное 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 C), 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.[1]

1.5 Структура кадра

1.5.1 Структура кадра в нисходящем потоке

Длительность кадра составляет 125 мкс вне зависимости от пропускной способности сети в нисходящем потоке (1,244 Гбит/с или 2,488 Гбит/с) (рис.2.6).

Рисунок 2.6 - Структура кадра в нисходящем потоке

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 PCBd одинакова для обеих скоростей и зависит от числа блоков распределения (имеющих один и тот же идентификатор Allocation-ID) в одном кадре.

1.5.2 Структура кадра в восходящем потоке

Кадр в восходящем потоке (рис.2.7) имеет одинаковую структуру для всех скоростей передачи. Каждый кадр содержит наборы передаваемых данных от одного или нескольких ONT.



Рисунок 2.7 - Структура кадра в восходящем потоке

Таблицы полосы пропускания определяет распределение этих наборов данных. Во время каждого периода распределения в соответствии с контролем, осуществляемых OLT с помощью поля индикаторов в таблице полосы пропускания, ONT может посылать до 3 типов PON-заголовков и пользовательские данные. Заголовки могут быть:

- заголовок физического уровня восходящем потоке (PlOu);

- эксплуатация, администрирование и управление восходящем потоком (PLOAMu);

- 13-байтовое поле, содержащее сообщение PLOAM

- отчет о динамике полосы пропускания в восходящем потоке (DBRu);

- содержит отчет о динамическом состоянии полосы пропускания, который, используется центральным узлом OLT для DBA.

1.6 Основные достоинства технологии GPON

Во многих странах GPON популярнее, чем какие либо другие разновидности PON , что объясняется большой эффективностью в плане соотношения объема полезной информации к издержкам протокола которая составляет 90% (доля полезной информации в EPON всего лишь 45%).Также стоит отметить:

- использование «гигабитного режима инкапсуляции» GEM для подключения любого клиента к GPON;

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

- поддержка до 256 логических ONT на одну длины волны;

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

- реконфигурируемое число защитных битов на ONT;

- новый способ автоматического и периодического обнаружения ONT;

- автоматическое масштабирование при обнаружении дрейфа окна ONT;

- защита каждого ONT-соединения с помощью алгоритма AES;

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

- выделенные каналы OAM;

- контроль соглашений об уровне услуг (SLA -ServiceLevelAgreement), распределение полосы пропускания в каждом канале.

Преимущества технологии GPON:

- скорость. Оптическое волокно обладает полосой пропускания до 1 Гб/с, поэтому скорость и качество передачи данных выгодно отличается от других технологий;

- надежность. Оптоволоконный кабель устойчив к электромагнитным воздействиям, не является источником электромагнитных волн, привлекателен по массово-габаритным параметрам и защищен от несанкционированного доступа;

- дополнительные сервисы. Возможность в будущем на базе используемой технологии подключать следующие сервисы - дистанционное видеонаблюдение за любым объектом (дом, офис); возможность бесперебойной работы охранных систем;

- инновационность. Позволяет пользоваться самыми современными технологиями передачи данных;

- комплексность. Технология позволяет подключить на одно волокно 3 услуги - Интернет, цифровое телевидение, телефон;

- единый счет за все услуги связи.

Услуги на базе технологии GPON:

- высокоскоростной Интернет на скорости до 1 Гб/с ;

- новейшее интерактивное IP-телевидение, которое даст возможность смотреть более 40 спутниковых и эфирных каналов цифрового телевидения, с высоким разрешения формата HDTV;

- качественная связь с возможностью подключения как обычного, так и IP-телефона с расширенным набором функций, неограниченное количество номеров по одной линии и сохранение номера при переезде. Используя услуги IP-телефонии можно значительно экономить на звонках в другие города.

Все вышеперечисленные преимущества технологии GPON не заставляют долго задумываться, о выборе технологии связи, и в данной работе выбрана именно эта технология.



2. Обоснование необходимости строительства PON

Новосибирск -- третий по численности населения и двенадцатый по занимаемой площади город в России, имеет статус городского округа. Административный центр Сибирского федерального округа, Новосибирской области и входящего в её составНовосибирского района, также город является центром Новосибирской агломерации -- крупнейшей в Сибири. Торговый, деловой, культурный, промышленный, транспортный и научный центр федерального значения.

На территории города находится более 214 крупных и средних промышленных предприятий, а так же большое количество организаций, учреждений. Наряду с традиционным для края производственными секторами: металлургией, энергетикой, машиностроением - всё более активно начинает развиваться новое производство. Производство идей, технологий, проектов, которые повлияют городу сохранить лидирующие позиции и развить свою инверсионную привлекательность.

С середины 60-х годов прошлого века город является крупным транспортным узлом. Новосибирск находится на пересечении важнейших транспортных коридоров, по которым традиционно осуществляются хозяйственные связи российских регионов, как в направлении "запад-восток" (федеральная трасса М-53 "Байкал"), так и "север-юг" (федеральная трасса М-52 "Чуйский тракт", судоходная река Обь).

По данным за 2016г. численность Новосибирска составляет -1584,1 тыс. человек.

Сейчас телекоммуникационные компании вынуждены проводить массовое развертывание широкополосных сетей, чтобы не потерять многолетнее доверие клиентов и не лишиться имиджа отрасли, идущей на один шаг впереди времени. Все возрастающая конкуренция за конечного пользователя требует эффективных маркетинговых и технических решений по созданию новой сетевой инфраструктуры.

Как известно, особенность технологии PON состоит в том, что она рассчитана не просто на подключение к интернету, а «заточена» под услуги TriplePlay:

- высокоскоростной Интернет на скорости до 2.5 Гб/с;

- новейшее интерактивное IP-телевидение, которое дает возможность смотреть телевизионные каналы с высоким разрешением формата HDTV;

- качественную связь с возможностью подключения как обычного, так и IP -телефона с расширенным набором функций, неограниченное количество номеров по одной линии.

В отличие от доступа по активному Ethernet или ADSL, абоненту зачастую необходимо предоставить не один порт подключения, а несколько интерфейсов для различных услуг. ONT может быть очень простым устройством (с одним-двумя портами Ethernet), а может иметь достаточно широкий ассортимент интерфейсов, вплоть до беспроводного (Wi-Fi). Соответственно разной может быть и стоимость: по оценкам производителей, цены на ONT начинаются от $100. Как правило, установленный у абонента терминал остается в собственности оператора.

Системы PON имеют ряд преимуществ:

Во-первых, топологическая простота интеграции и отсутствие необходимости установки дополнительного активного оборудования на трассе между оператором и абонентом. Так называемая концепция «Nomorewires»: ни прокладки новых кабелей электропитания, ни приобретения дорогостоящих вентилируемых термошкафов. Единственный элемент, который может присутствовать, -- это пассивный оптический сплиттер.

Во-вторых, топология пассивных сетей зачастую повторяет структуру кабельной канализации, используемой для сетей телефонии, и зачастую традиционные операторы могут с минимальными затратами провести переобучение своих специалистов с обслуживания медных сетей на монтаж оптических.

В-третьих, абонентское оборудование не требует какой-либо настройки пользователем: оператор сам управляет этим оборудованием, прописывая заранее необходимые профили в зависимости от тарифного плана и набора услуг. Тем самым резко снижается количество обращений пользователей в call-центр и, как результат, сокращаются затраты оператора на поддержку абонентов.

В-четвертых, PON-сети предусматривают передачу потока кабельного телевидения на длине волны 1550 нм. Разделение сигналов сетей КТВ и PON может осуществляться как на уровне узла КТВ, так и непосредственно в квартире абонента -- для этого в некоторых моделях ONT предусмотрены встроенный спектральный сплиттер и разъем для подключения телевизора.[4]

Простому российскому обывателю не просто любопытен интернет - порой он готов отдавать большую часть своего досуга на получение информации и развлечения именно в Сети. Максимальные скорости безлимитного подключения к интернету уже достигают сотни мегабитов и, судя по темпам изменения тарифов операторов, очень скоро мы можем ожидать предложений, в которых скорость безлимитного интернета сравняется со скоростями передачи информации в домовых локальных сетях.

Для абонентов по улице Радищева на данное время стал актуальным вопрос подключения высокоскоростного интернета, с множеством предоставляемых услуг и в то же время низкой абонентской платой.



3. Выбор трассы прокладки ОК

Прокладку оптического кабеля по улицам Мочищенское шоссе, Байдукова и Радищева предлагается производить с использованием технологий, виды которых определяются проектом, условиями прокладки, типами используемых оптических кабелей, используемым оборудованием и др. Во всех случаях при прокладке не должны превышаться нормируемые нормативно-технической документацией на кабели механические воздействия (в первую очередь усилия растяжения и сжатия), климатические условия (нижняя предельная температура прокладки, как правило, составляет минус 10 °С), допустимые радиусы изгиба оптического кабеля (радиус изгиба не должен быть менее 20 наружных диаметров оптического кабеля). При прокладке оптического кабеля на магистральном участке сети, как правило, используется имеющаяся инфраструктура (кабельная канализация, коллекторы, туннели, возушная линия связи). Как правило, прокладка оптического кабеля производится в отдельный канал кабельной канализации или же, с целью более эффективного использования канала, в него предварительно прокладываются до 4 полиэтиленовых труб 32 мм, каждая из которых затем применяется для прокладки в нее отдельного кабеля. [6]

Ниже представлена схема (рис 4.1) существующей кабельной канализации по улице Мочищенское шоссе, Байдукова и ВЛС по улице Радищева.

4.1 Сооружения связи и их возможности

На рассматриваемом участке, по адресу Аэропорт находится АТС 2001, это здание в котором предлагается разместитьOLT. Это расположение позволит организовать обслуживание, питание, заземление оборудования, а также подключение его к вышестоящему оборудованию.



В направлении абонентов предлагается прокладка оптического кабеля по существующей кабельной канализации и ВЛС, схема которой приведена выше на рисунке 4.1.

3.2 Клиенты и предоставляемая им нагрузка

Клиентами являются физические лицатаблица 4.1, проживающиепо адресам улицы Радищева и Байдукова.



Таблица 4.1 - Описание подключаемых зданий

П.П.	Адрес	Расстояние от OLT до дальнего ONT, м	Рассчитываемая нагрузка
			Количество абонентов	Суммарная Скорость к абоненту, Гбит/с
№1	ул.Радищева	1340	10	2,48832

В направлении домов абонентов предлагается прокладка по существующей ВЛС. Прокладка ОК будет разделена на три этапа:

- прокладка магистрального волоконного оптического кабеля, от РМ-01-4 расположенной в колодце225-3769 до колодца 225-3635 находящегося рядом со зданием по адресу Байдукова 9;

- прокладка волоконного оптического кабеля по ВЛС от колодца 225-3635 до оптического шкафа 2001-041, находящегося на существующей опоре №8;

- прокладка волоконного кабеля от оптического шкафа 2001-041 до коттеджей абонентов с установкой ОРК методом подвеса по существующим опорам ЛЭП;

Суммарная скорость самого удаленного абонента 2,48832 Гбит/с показывает, что критерии, учитывающиеся при выборе трассы прокладки оптического кабеля находятся в норме.

Зная участки и условия размещения кабеля на проектируемой сети, можно определиться с его конструкциями и марками.



4. Выбор оптического кабеля

4.1 Обоснование выбора ОК

Преимущества использования ОК на всех сетях связи (международных, междугородных, городских, сельских, абонентских, локальных и т.п.) очевидны.

Нужно понимать, что оптический кабель - это среда передачи информации между активными устройствами. Поэтому его параметры передачи, надежности и стоимостные показатели должны соответствовать типу сети и применяемого оборудования систем передачи информации.

Так, например, на транспортных сетях (межстанционных), где передаются потоки информации между узлами связи (УС), важна большая широкополосность и надежность кабельной сети. А на сетях доступа, связанных с предоставлением информации абонентам (сети кабельного ТВ, оптический Ethernet, пассивные оптические сети (PON)) важна экономичность, гибкость, малые габариты и вес, защита от случайных повреждений, простота инсталляции и другие факторы.

Выбор конструкции оптического кабеля, в основном, определяется участком сети, на котором он будет использоваться, а также условиями его размещения (в кабельной канализации, внутри помещений и т.п.).

Для правильного выбора оптических кабелей для сетей доступа и входящих в них оптических волокон, сначала нужно определиться на каких участках (магистральных, распределительных, абонентских и т.п.) они будут использоваться (рис.5.1).

Магистральные участки, соединяющие узел связи (головную станцию) с первой точкой распределения, являются наиболее протяженными и ответственными - при их повреждении нарушается работа всей сети. Поэтому условия их прокладки и применяемые кабели должны обеспечивать максимальную надежность. Здесь не стоит экономить на стоимости ОК, затратах на монтаж и прокладку. Тем более, что длина магистралей обычно меньше суммарной длины распределительных и абонентских участков. В конструкции магистральных кабелей обязательно должен быть предусмотрен запас волокон на последующее развитие сети. Это не повлияет существенно на общую стоимость ОК, но наверняка снимет некоторую «головную боль» в будущем.

Рисунок 5.1 - Участки прокладки оптического кабеля

На распределительных участках, располагающихся между отдельными распределительными устройствами (шкафами, боксами, разветвителями), можно будет воспользоваться менее дорогостоящими кабелями. Для этих кабелей характерна прокладка в самых разнообразных условиях, которые и определяют их конструкцию. Они имеют меньшую длину и их проще заменить при повреждении. Но это не значит, что нужно пренебречь надежностью конструкций. При выборе таких ОК обычно исходят из компромисса между ценой и качеством. Чаще в них присутствует запас волокон, но небольшой, так как при развитии сети иногда проще доложить новый кабель.

Кабели абонентских участков, доходящие до оконечных устройств пользователей, имеют самую малую длину, но самое большое количество участков. Но это не означает, что здесь надо искать самые дешевые конструкции. Во-первых, абонентские ОК обычно проходят внутри зданий, где могут повреждаться грызунами, и внутри помещений, где их часто повреждают сами пользователи. Поэтому, в зависимости от условий, ОК должны иметь необходимые элементы для защиты волокон. Во-вторых, абонентские кабели, проходящие внутри зданий, обязательно должны иметь наружную оболочку, не распространяющую горение, поскольку кабели часто проходят между несколькими помещениями. Запас по волокнам на этом участке в кабелях обычно не закладывают.

В соединительных кабелях и шнурах (патч-корды, пигтейлы) для межстоечных и межблочных переключений обычно используется одно или два волокна с индивидуальной защитой от изгибов при вводах, случайных ударов, рывков, сжатия, воздействия сухого тепла и других факторов. В качестве наружных оболочек обычно используют недорогие материалы, не поддерживающие горения.

Приведем таблицу 5.1 в которой отобразим все возможные воздействующие факторы на ОК и меры по защите.

Таблица 5.1 - Неблагоприятные воздействующие факторы на ОК

Условия прокладки	Основные воздействующие факторы	Конструктивные методы защиты
В кабельной канализации	Проникновение влаги	Влагозащищённый барьер, гидрофобный заполнитель
	Растягивающее усилие	Продольные силовые элементы
	Скручивание	Наружная оболочка
	Атаки грызунов	Броня, прокладка в защищённых трубках
Кабельные вводы в дом	Возгорание	Оболочка из LSZH или PVC
	Атаки грызунов	Броня
	Проникновение влаги	Влагозащищённый барьер
	Растягивающее усилие	Продольные силовые элементы
Внутри помещений	Возгорание	Оболочка из LSZH или PVC
	Изгиб с малым радиусом	Оболочки
	Растягивающее усилие	Арамидные нити
	Случайные удары	Оболочки, арамидные нити
	Раздавливающее усилие	Оболочки, арамидные нити

Выбор марок оптического кабеля огромен и кроме того, что кабель должен удовлетворять нашим требованиям для прокладки нужно учитывать его стоимость, как он себя зарекомендовал в области связи и как далеко его везти.

4.2 Кабель для прокладки по канализации и ВЛС

Для прокладки в кабельной канализации по улицам Мочищенское шоссе, Байдукова выбран кабель фирмы СОКК (Самарская оптическая кабельная компания) марки ДПС.

Эта компания зарекомендовала себя на рынке связи с положительной стороны в соотношении цена-качество и многие предприятия связи останавили свой выбор на этом поставщике. Характеристики кабеля приведены в Приложении А

4.3 Кабель для прокладки распределительной сети по ВЛС

Кабель ОК/Д2-T изготавливаемый по ТУ 3587-001-92193892-2011 имеет декларацию о соответствии № КБ-2892 . При монтаже кабеля с использованием плоских анкерных зажимов стеклопластиковые периферийные элементы играют роль защитного материла - не дают сдавливать оптический модуль, а также при подвесе служат самонесущей частью кабеля. Кабель характеризуется крайне малым весом (бухту в 2 км. 1 монтажник переносит без особого труда), и крайне простым монтажом. Может активно применяться как при строительстве сетей в не густонаселенных поселках и микрорайонах, а также на больших промышленных объектах. Для предприятий с большой площадью земельных участков этот кабель очень удобен, т.к. зачастую территория нуждается в видеонаблюдении, а распределенные по ней сооружения - в локальной сети. Решение крайне недорогое и крайне удобное в монтаже. Характеристики кабеля приведены в Приложении А.



5. Выбор оборудования

Одна из главных задач, стоящих перед современными телекоммуникационными сетями доступа - так называемая проблема `последней мили`, предоставление как можно большей полосы пропускания индивидуальным и корпоративным абонентам при минимальных затратах.

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

Преимущества PON:

· до 40 PON-лучей для одного OLT;

· до 128 абонентских устройств на один PON-луч в радиусе до 60км;

· возможность резервирования плат управления и коммутации, а так же резервирования оптических каналов линейных плат в OLT

· пропускная способность базового оборудования - до 10 Гбит/с на один PON-луч;

· широкий выбор абонентских устройств;

· возможность обеспечения резервного питания для абонентских терминалов;

· возможность установки абонентских терминалов и сплиттеров в прочном металлическом корпусе, оснащенном запираемым замком.

В настоящее время существует довольно много зарубежных компаний специализирующихся на выпуске оборудования для пассивных оптических сетей доступа, например, HuaweiTechnologies, OlenComElectronics, CorningCableSystems, TerawaveCommunications и другие, однако мы, для проекта воспользуемся решениями от российской компании «Натекс». Группа компаний НАТЕКС разрабатывает и производит широкий спектр оборудования для сетей телефонной связи и передачи данных. В производстве используются только лучшие зарубежные комплектующие. Система менеджмента качества фирмы соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2008 (ISO 9001:2008) в области связи. Группа компаний НАТЕКС осуществляет поставки через сеть партнеров в России и более чем 20-ти странах ближнего и дальнего зарубежья

Компании группы располагают тремя офисными зданиями в Москве, представлены в России, СНГ и дальнем зарубежье.[16]

5.1 Станционное оборудование FG-GPON-OLT-CHASSIS

Станционное оборудование будет располагаться в здании АТС-2001. Оборудование FG-GPON-OLT (рис 6.1)- современная система широкополосного доступа (волокно в дом, волокно в квартиру). FG-GPON-OLT соответствует новому стандарту G.984.6 - доступ по одному волокну до 128 абонентов на расстоянии до 60 км.

Рисунок 6.1 - Внешний вид FG-GPON-OLT-CHASSIS

Основные характеристики оборудования FG-GPON-OLT CHASSIS приведены в Приложении Б



5.2 Модуль абонентского терминала FG-GPON-ONT NTE-RG-1402G-(W)

Абонентские терминалы (ONT) предназначены для связи с вышестоящим оборудованием пассивных оптических сетей и предоставления услуг широкополосного доступа конечному пользователю.NTE-RG-1402G-W имеет 4 порта LAN Ethernet 10/100/1000 Base-T, 2 порта FXS, 2 приемопередатчика Wi-Fi (802.11n) и один порт USB NTE-RG-1402G-W - высокопроизводительные многофункциональные абонентские терминалы, предназначенные для доступа к современным услугам телефонии и высокоскоростному интернету. Кроме того, абонентские терминалы серии RG предоставляют пользователям услуг широкие возможности для работы в локальной сети.

Сеть GPON относится к одной из разновидностей пассивных оптических сетей (PON). Это одно из самых современных и эффективных решений задач “последней мили”, позволяющее существенно экономить на кабельной инфраструктуре и обеспечивающее скорость передачи информации до 2.5 Гбит/с в направлении downlink и 1.25 Гбит/с в направлении uplink. Использование в сетях доступа решений на базе технологии GPON дает возможность предоставлять конечному пользователю доступ к новым услугам на базе протокола IP совместно с традиционными сервисами.

Предоставляемые услуги:

? высокоскоростной доступ в интернет;

? потоковоевидео/ High Definition TV;

? IP TV;

? IP-телефония;

? видео по запросу (VoD);

? видеоконференция;

? развлекательные и обучающие программы “on-line”

Варианты применения:

? подключение к услугам широкополосного доступа абонентов в многоквартирных домах, жилых комплексах, студенческих городках и коттеджных поселках;

? построение корпоративных сетей на крупных стратегических предприятиях, в бизнес-центрах с повышенными требованиями к безопасности и скорости передачи данных.

Основный характеристики FG-GPON-ONTNTE-RG-1402G-(W) приведены в Приложении Б.

5.3 Пассивный разветвитель FG-GPON-SPLITTER

Оптические разветвители - это эффективное решение, которое позволяет сервис-провайдерам предоставлять услуги высокоскоростной передачи данных, телефонии и телевидения абонентам, используя для этого всего один линейный оптический порт станционного оборудования. Структура построения пассивных оптических сетей является древовидной. Сплиттеры могут находиться, как в едином узле, так и располагаться каскадно. Так как сеть является пассивной, важно, чтобы потери в сплиттере были сведены к минимуму. FG-GPON-SPLITTER (рис 6.2) сплиттеры сконструированы и изготовлены так, чтобы обеспечить минимальные потери в оптическом кабеле. Прочный металлический корпус, оснащенный запираемым замком, обеспечивает защиту сплиттера от вскрытия.

Основные характеристики:

- высокое число каналов;

- широкий выбор моделей;

- малые потери от поляризации (PDL);

- прочный металлический корпус;

- вариант крепления на стену и в стойку;

- защищенные и смотанные патч корды на выходе;

- корпус оснащен запираемым замком.

Рисунок 6.2 - Внешний вид FG-GPON-SPLITTER

Применение. Оптические разветвители - это эффективное решение, которое позволяет сервис-провайдерам предоставлять услуги высокоскоростной передачи данных, телефонии и телевидения абонентам, используя для этого всего один линейный оптический порт станционного оборудования. Структура построения пассивных оптических сетей является древовидной. Сплиттеры могут находиться, как в едином узле, так и располагаться каскадно. Так как сеть является пассивной, важно, чтобы потери в сплиттере были сведены к минимуму. FG-GPON-SPLITTER сплиттеры сконструированы и изготовлены так, чтобы обеспечить минимальные потери в оптическом кабеле. Прочный металлический корпус, оснащенный запираемым замком, обеспечивает защиту сплиттера от вскрытия.

Разнообразие конфигураций. Серия сплиттеров FG-GPON-SPLITTER имеет перечень моделей, способных обеспечить любую структуру построения пассивной оптической сети: 1x2, 1x4, 1x8, 1x16, 1x32 и 1x64. Для сетей, требующих резервирование оптического кабеля, доступны следующие модели: 2x2, 2x4, 2x8, 2x16, 2x32, 2x64. Серия FG-GPON-SPLITTER также включает в себя сплиттер для размещения в помещении.

FG-GPON-SPLITTER устанавливается внутри зданий в подвальных помещениях внутри антивандальных шкафов.

Приведем технические характеристики FG-GPON-SPLITTER в Приложении Б.

В проекте предлагается использование сплиттера FG-GPON-SPLITTER 1х16 indoor. Коннекторы должны иметь полировку наконечников типа SC/APS.



6. Разработка схемы организации связи

В проекте главной задачей является строительство оптической мультисервисной сети широкополосного доступа по улице Радищева.Подводя итоги проведенного анализа, можно сделать вывод, о том что технология РОN не только приводит к существенной экономии волокон, а так же увеличению числа абонентов, но и к максимальному отдалению (до 20 км), передачи разнообразных видов сообщения (видео, голоса, данные) и к повышению надежности вследствие применения пассивных промежуточных узлов и терминальности узлов пользователей (выход из строя такого узла не влияет на работу остальных).

Структурно любая пассивная оптическая сеть состоит из трех главных элементов - оптического станционного терминала OLT, пассивных оптических сплиттеров и оптического сетевого абонентского терминала/устройства ONT/ONU.

Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT/ONU имеют необходимые интерфейсы взаимодействия с абонентской стороны.

6.1 Расчет оптических мощностей

Зная на передатчиках и приемниках уровни оптической можно Зная уровни оптической мощности на передатчиках и приемниках или, иными словами, имея заданный оптический бюджет системы передачи, можно приступать к расчету оптической распределительной сети. Основной вклад в потери мощности вносит затухание в волокне. Другим столь же значимым источником ослабления сигнала являются потери, вносимые разветвителем. В случае симметричного разветвителя 1:N сигнал на выходном порту слабее сигнала на входе с учетом избыточных потерь на 3,3log₂N дБ.

Разброс оптического бюджета приемопередающего оборудования определяется как интервал минимального и максимального затухания [OBmin OBmах], измеряемый в дБ, где

ОВ_max = p_{out, min} - p_{in, min}, (7.1)

ОВ_min = p_{out, max} - p_{in, max}, (7.2)

где, p_{out, min}, p_{out, max} - допустимый разброс мощностей передатчиков, а p_{in, min}, p_{in, max} - допустимый уровень принимаемого сигнала на приемниках, при котором коэффициент ошибок (BER) не превышает заданный уровень.

Волоконно-оптический канал связи удовлетворяет заданному бюджету, если потери мощности сигнала в канале связи, вследствие различных механизмов (затухание в волокне, потери на коннекторах, разветвителях и других компонентах) с учетом допустимых искажений сигналов попадают в интервал (ОВ_min, ОВ_max).

Расчеты затухания оптического сигнала выполняются для оптической линии от точки подключения оптического волокна на активном оборудовании (передатчике) до самого удаленного абонента (на приемнике). В PON источниками потерь являются:

- полное затухание в оптическом волокне (зависит от его длины и коэффициента затухания оптического волокна на определенной длине волны);

- полные потери в сростках сварных соединений (зависят от потерь в каждом сростке и их общего количества);

- полные потери в механических соединениях (зависят от потерь в каждом соединении и их общего количества);

- полные потери в «контактах» разъемных соединений (зависят от потерь в каждом соединителе и их общего количества);

- потери в разветвителях волокон (зависят от коэффициента разветвления сплиттера (количества его портов));

- штрафные потери (потери на изгибы ВОК при прокладке).

Для каждого канала связи OLT - ONT_i (i=1…N, где N - число абонентских узлов) можно выписать условия в прямом (d) и обратном (u) потоках:

ОВd, min ? бd•Li + ILi + AL + CLi + бс ? ОВd, max - Штраф d - Запасd,i, (7.3)

...