Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Перспективы технологии PON

Санкт-Петербург

2018



КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

№ п/п	Наименование этапов выпускной квалификационной работы (ВКР)	Срок выполнения этапов ВКР	Примечание
1.	Постановка цели выполнения ВКР и задач	(совпадает с началом преддипломной практики)
2.	Работа с теоретическим материалом	(совпадает с периодом преддипломной практики)
3.	Сбор информации, необходимой для написания работы
4.	Систематизация и обработка материалов ВКР
5.	Анализ полученных в работе результатов, обобщение
6.	Подготовка отчетных материалов, представляемых в государственную экзаменационную комиссию, доклада к защите и презентации	(совпадает с периодом ГИА, указанным в календарном учебном графике)
7.	Подготовка к защите ВКР, включая подготовку к процедуре защиты и процедуру защиты

Студент _____________________________________________

(подпись)

Руководитель ВКР ____________________________________________

(подпись)



РЕФЕРАТ

Выпускная квалификационная работа посвящена вопросам применения технологий PON. В работе приведены перспективы и сценарии развития технологий PON.

Выпускная квалификационная работа содержит 57 страниц, 5 таблиц, 18 рисунков. Выпускная квалификационная работа выполнена с использованием 26 источников.

Ключевые слова: оптические сети, пассивные оптические сети, сеть доступа, технология PON.



Содержание

Введение

1. Теоретические аспекты реализации технологии PON

1.1 Эволюция оптических сетей доступа

1.2 Принцип работы, структура и свойства технологии PON

1.3 Использование технологии PON в сетях доступа

2. Исследование основных аспектов практического применения технологии PON и ее перспективы

2.1 Оценка схемы построения PON

2.2 Анализ проекта участка сети доступа по технологии PON

2.3 Перспективные направления технологии PON

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б



Введение

Создающаяся сегодня глобальная информационная инфраструктура (ГИИ), включающая мобильную связь, Интернет и новые инфокоммуникационные услуги, оказывает огромное влияние на элементы традиционных сетей связи. В настоящее время происходит переход к пакетной коммутации и мультисервисным сетям следующего поколения NGN (Next Generation Networks), вытесняя традиционную телефонию.

В настоящее время все большее распространение наряду с сетями проложенными с помощью витой пары получают оптические сети. Это и не удивительно, оптические сети позволяют передавать гораздо большие объемы информации за короткое время, а значит можно увеличить качество звука или видеосигнала передаваемых по сети.

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.

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, имеющая топологию дерева. В промежуточных узлах дерева 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.

Преимущества пассивных оптических сетей PON - долговечность, низкое затухание сигнала, высокая пропускная способность - позволяют широко применять их для построения экономически эффективных сетей доступа FTTX.

Целью данной работы является исследование практического применения и перспектив PON.

Исходя из поставленной цели, в рамках данной работы предлагается решение следующих задач:

- рассмотрение эволюции оптических сетей доступа;

- изучение принципа работы, структуры и свойств технологии PON;

- анализ направлений использования технологии PON в сетях доступа;

- оценка практического применения технологий PON;

- разработка перспективных направлений развития технологии PON.

Объектом исследования в работе выступает технология PON.

Предметом исследования в работе являются перспективы применения технологий PON.

В данной работе были использованы следующие работы в области исследования технологии PON: Алексеев а Е.Б., Булавкина И.А., Попова А.Г., Попова В.И., Бубличенко Н., Гольдштейна А. Б. , Соколова Н. А., Горнака А., Долотова Д.В., Никитина А.В., Никульского И.Е., Филиппова А.А., Петренко И.И., Убайдуллаева P.P., Полунина А., Русаковой Е. А., Склярова O.K., Заркевича Е.А., Устинова С.А., Тарасова A.B. и др.

Теоретической и методологической основой данной работы стали труды ведущих отечественных и зарубежных специалистов, раскрывающие эволюцию оптических сетей доступа, принципы работы и свойства технологии PON.

В работе использовались материалы научных конференций и семинаров по изучаемой тематике, материалы периодических изданий, а также информация официальных сайтов по вопросам практического применения технологии PON.

Практическая значимость работы состоит в разработке перспективных направлений технологии PON.

При проведении исследования настоящей темы использовались методы анализа и синтеза, логический, сравнительный, системно-структурный, метод описания и изложения.

Структура работы представлена введением, двумя главами, заключением и библиографическим списком.



1. Теоретические аспекты реализации технологии PON

1.1 Эволюция оптических сетей доступа

Имеются всего три вида информации для передачи в сети электросвязи: голос, данные и видео (по выражению Б.С. Гольдштейна - «три источника электросвязи»). В настоящее время совокупность этих трех видов связи часто называют Triple Play (дословно с англ. - «тройная игра»), а с добавлением еще и мобильной связи - Quadro Play («четверная игра») [13, c. 54]. Для передачи информации определенного вида человечество создало соответствующие сети электросвязи на базе соответствующих технологий, эволюция которых показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1. - Эволюция сетей и технологий связи [19, c. 56]

оптический сеть доступ технология

Первая в мире сеть электросвязи (первая половина XIX века) - телеграфная, предназначена для передачи данных (текста). Телеграфные сети изначально были с канальной коммутацией, а позже - и с коммутацией сообщений.

В начале XX века возникли телефонные сети - для передачи только речи (в конце XX века ее стали пользовать и для передачи данных при помощи модемной связи). В телефонных сетях используется только канальная коммутация сигналов.

Для передачи видеоизображений с середины XX века используются сети эфирного телевизионного вещания. Это, как правило, некоммутируемые сети с односторонней передачей [25, c. 80].

В 60-е годы XX века для передачи данных были созданы первые сети с пакетной коммутацией на базе протокола Х.25, которые обладали низкой скоростью передачи (несколько Кбит/с), но они могли работать даже по низкокачественным аналоговым каналам тональной частоты (ТЧ).

Все эти первые сети связи были рассчитаны на передачу информации только одного вида (голоса, данных или видео), поэтому их можно называть моносервисными (с одной услугой).

В 70-х годах ХХ века впервые была разработана концепция мультисервисной сети - цифровая сеть с интеграцией служб ISDN (Integrated Service Digital Network), которая обеспечивала возможность передавать одновременно голос, видео и данные через один доступ (правда видео не очень высокого качества из-за ограниченной полосы пропускания - максимум 2 Мбит/с). Однако не востребованность этих услуг населением привела на практике к полному отказу от сетей ISDN.

Интеллектуальные сети IN (Intelligent Network) в 80-х года 20 века позволили расширить традиционные возможности телефонных сетей за счет предоставления дополнительных услуг (разговор по предоплаченной или кредитной карте, бесплатный вызов 800, телеголосование и др.) с помощью набора дополнительных цифр тональным способом DTMF для получения этих услуг [22, c. 32].

Первые два поколения сотовых сетей 1 и 2G (например, сети стандартов NMT и GSM) обеспечивали передачу только голосовых сообщений. Позже в сети GSM появилась возможность передачи коротких сообщений SMS, а далее - и мультимедийных (голос+видео) сообщений MMS (так называемые стандарты 2,5G).

Первоначально сеть Интернет, созданная в начале 90-х годов 20 века, была предназначена только для передачи данных (текстовой и графической информации). В дальнейшем она стала также мультисервисной (данные+видео+голос).

Сети IP-телефонии (частный случай - Интернет-телефонии) для передачи голоса по пакетным сетям на базе протокола IP используют технологию VoIP (Voice over IP). Для передачи телевизионных программ кроме эфирного вещания широко используются сети кабельного (чаще всего на базе коаксиального кабеля) и спутникового телевидения (непосредственный прием). Для передачи телевизионных программ по пакетным сетям на базе протокола IP используется технология IPTV. Возможна также передача видео (записанное ТВ или фильмы) по запросам VoD (Video-on-Demand) [6, c. 44].

Модернизированные сети подвижной связи 2-го поколения (2,5G) имели более высокие скорости передачи данных (например, сеть GSM+GPRS, GSM+EDGE). Цифровые сотовые сети 3-го поколения 3G (например, UMTS, CDMA) являются полностью мультисервисными - могут передавать видео, данные и голос с большой скоростью. Еще более высокие скорости передачи - до 100 Мбит/с и больше (и соответственно более высокое качество услуг видео и передачи данных) обеспечивают сотовые сети следующего поколения 4G - сети долговременной эволюции LTE (Long Term Evolution), а в перспективе и сети пятого поколения 5G, в которых скорость передачи данных планируется довести до 1 Гбит/с с использованием технологий множественных передачи/приема MIMO.

В настоящее время уже построены мультисервисные сети следующего поколения NGN (Next Generation Network), к которым будут мигрировать все существующие сети. Эти сети предоставляют пакет услуг Triple Play по передаче голоса, видео и данных по единой пакетной транспортной сети. В перспективе (после 2015-2020 гг.) планируется переход к будущим сетям FN (Future Networks) для предоставления услуг, которые трудно или даже невозможно реализовать в рамках сетей NGN (например, контентная или контекстная передача информации в сети).

Сеть доступа обеспечивает унифицированное подключение различных терминалов к единой транспортной сети и состоит из абонентских линий (на металлических или оптических кабелях или радиоканалах) с подключенными к ним абонентскими оконечными устройствами и узлов доступа (местных станций коммутаций).

1.2 Принцип работы, структура и свойства технологии PON

PON (Passive Optical Network - пассивная оптическая сеть) - технология для оптической распределительной сети доступа. В настоящее время технология PON является одной из наиболее популярных технологий строительства сетей широкополосного доступа в мире.

Основными вариантами PON являются технологии GPON (Gigabit PON) и GEPON (Gigabit Ethernet PON), которую также часто называют EPON. Основное отличие технологий GPON и EPON заключается в активном оборудовании. Пассивная инфраструктура этих технологий практически одинакова.

Появление новых услуг связи и, в частности, интенсивное использование мультимедийного и видеообмена с сетью Интернет привело к существенному росту (вплоть до 1 Гбит/с) требований к скорости обмена, а значит, и к полосе пропускания сетей доступа. В этой ситуации стала востребованной технология пассивных оптических сетей PON (Passive Optical Network) [25, c. 90].

Сеть PON использует оптическое волокно (ОВ) в качестве среды передачи, а значит, не имеет ограничений, присущих медной паре или коаксиальному кабелю. Суть технологии пассивных оптических сетей, вытекающая из ее названия, состоит в том, что ее распределительная сеть строится без каких-либо активных компонентов: разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности - оптических сплиттеров (см. рисунок 1.2.).

Рисунок 1.2. - Передача информации в пассивной оптической сети

Примечание: сеть PON двунаправленная и для соответствующих услуг (VoD, Интернет и др.) может обеспечивать передачу информации в обе стороны.

Оптические сети имеют серьезные преимущества перед сетями, построенными на основе обычного медного или коаксиального кабеля. Они обеспечивают гораздо более высокие скорости передачи данных на большие расстояния и при этом абсолютно нечувствительны к электромагнитным помехам и перекрестным наводкам.

Структурно любая пассивная оптическая сеть PON состоит из трех главных элементов (см. рисунок 1.3.).



Рисунок 1.3. - Принцип работы сети PON

1) оптического станционного терминала OLT (Optical Line Terminal);

2) пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) с коэффициентом деления от 1:2 до 1:128;

3) оптического сетевого абонентского терминала ONT (Optical Network Terminal) (иногда используется название ONU - Optical Network Unit) [22, c. 65].

Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеют необходимые интерфейсы (в том числе - электрические) взаимодействия с абонентской стороны.

В одном волокне сетей PON для нисходящего и восходящего потоков задействуются разные длины волн (метод WDM).

Нисходящий (прямой) поток от центрального узла обычно имеет скорость STM-4/16 (0,622/2,5 Гбит/с) и передается по ОВ на длине волны 1550 нм до точки разветвления на пассивный оптический разветвитель, который делит этот поток на несколько (до 32 или до 64) потоков, поступающих на ONT, установленные в помещении абонентов.

Восходящие (обратные) потоки от абонентов на длине волны 1310 нм собираются с помощью технологии множественного доступа с временным разделением (TDMA) в агрегатный поток на скорости 622 Мбит/с. Конвертирование оптических сигналов в электрические и обратно осуществляется оборудованием ONT [15, c. 54].

Для сетей PON разработан ряд стандартов (см. таблицу 1.1.).

Первым был стандарт PON на основе технологии ATM - A-PON. Затем появилась широкополосная PON - B-PON, допускающая динамическое распределение полосы в зависимости от типа приложений и поддерживающая интерфейсы SDH, ATM, FE, GE, E1, Ethernet (10/100Base-TX) и телефонию (FXS).

Развитием B-PON стала гигабитная PON - G-PON, имеющая скорости до 2,5 Гбит/с, симметричный и асимметричный варианты использования прямого и обратного каналов. В последние годы разработан стандарт Ethernet PON (скорость до 1,25 Гбит/с) (IEEE 802.3ah) [26, c. 109]

Таблица 1.1. - Сравнение различных технологий PON

Технология PON	APON	BPON	EPON (GEPON)	GPON
Стандарт	ITU G.983.1	ITU G.983.x	IEEE 802.3 ah	ITU G. 984.X
Скорость передачи, прямой поток, Мбит/с	155	622	1244	2488
Скорость передачи, обратный поток, Мбит/с	155	155	1244	1244
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно	32	32	32	64
Максимальный радиус сети, км	20	20	20	60
Режим работы	Ассиметрич-ный или симметричный	Ассиметрич-ный или ассиметрич-ный	Симметрич-ный	Ассиметричный или ассиметричный

Архитектура сети PON строится на основе комбинации возможных элементарных топологий (см. рисунок 1.4.): звезды, последовательной цепи (шины) или дерева.

Рисунок 1.4. - Топологии сетей PON:

а) звезда;

б) шина,

в) дерево

Решения построенные на основе технологии гигабитной пассивной оптической сети GPON при прочих равных затратах на установку оборудования значительно снижают расходы на дальнейшую эксплуатацию. Следственно уменьшают стоимость владения, что, безусловно, является не маловажным фактором.

Связано это с тем, что в этой технологии используются в основном пассивные компоненты, не нуждающиеся в отдельном питании, но при этом соответствующие самым последним требованиям к сетям передачи данных [21, c. 67].

В настоящее время всё чаще продвигаются услуги, технологически требующие высокой скорости передачи данных. Оборудование PON соответствует и превосходит все эти современные требования.

Основными преимуществами технологии PON для клиентов являются (см. таблицу 1.2.).

Таблица 1.2. - Основные преимущества технологии PON [15, c. 43]

Преимущество	Характеристика
Скорость	Оптическое волокно обладает огромной полосой пропускания, поэтому скорость и качество передачи данных выгодно отличается от других технологий (как проводных, так и беспроводных).
Надежность	Оптоволоконный кабель устойчив к электромагнитным воздействиям, не является источником электромагнитных волн, привлекателен по массовогабаритным параметрам и защищен от несанкционированного доступа.
Гибкость	Технология PON позволяет осуществлять настройку оборудования в соответствии с индивидуальными потребностями клиента и предоставлять именно тот уровень сервиса, который ему требуется. Внедрение технологии PON позволяет сохранить преимущества традиционных услуг, дополнив их новым качеством.

Благодаря строительству новой сети становится возможной полномасштабная реализация концепции предоставления услуг телефонии, доступа в Интернет и интерактивного телевидения по оптическому кабелю из одной (в данном случае оптической) розетки.

1.3 Использование технологии PON в сетях доступа

Стремительное внедрение сетевых технологий в повседневную жизнь человека, привело к тому, что сегодня это уже хорошо отлаженная система, включающая в себя Интернет, телефонию, и телевидение, все составляющие которой работают синхронно, не мешая друг другу [16, c. 34].

Быстрому развитию сетей Ethernet способствовало внедрение технологии пассивных оптических сетей (PON -passive optical network).

Использование оптоволоконного кабеля позволило резко увеличить как скорость, так и качество передачи информации.

При эксплуатации оптоволоконный кабель не имеет побочных явлений, ухудшения качества сигнала на расстоянии, перегрева провода. Достоинство оптоволокна - невозможность влияния на передаваемый сигнал, поэтому ему не нужен экран, блуждающие токи на него не действуют [23, c. 10[.

Сети доступа, построенные на основе технологии PON, относительно недороги, так как позволяют экономить на кабельной инфраструктуре за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон и меньшего количества оптических передатчиков и приемников на центральном узле.

Архитектура сетей PON построена на двух видах распределения волокон в сети: разделенном и централизованном (см. рисунок 1.5. и 1.6.).

Рисунок 1.5. - Схема PON с разделенным распределением волокон



Рисунок 1.6. - Схема PON с централизованным распределением волокон

В оптических сетях доступа используются следующие топологии:

1. Топология «точка-точка».

Рисунок 1.7. - Топология «точка-точка»

Топология «точка-точка» (P2P - point-to-point) не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных решений, например, оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов.

2. Топология «кольцо».

Рисунок 1.8. - Топология «кольцо»

Данная топология положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях, но имеет некоторые недостатки в сетях доступа. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа заранее неизвестно где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено [27, c. 129]. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратиться в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений, так как подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, приводя к появлению колец, похожих больше на ломаную - «сжатых» колец, что значительно снижает надежность сети. Следовательно, главное преимущество кольцевой топологии сводится к минимуму Алексеев Е.Б. Основы проектирования и технической эксплуатации цифровых волоконно-оптических систем передачи. Учебное пособие, ИПК МТУСИ, ООО «Оргсервис-2000», М., 2012. - 322 с..

3. Топология «дерево с активными узлами».



Рисунок 1.9. - Топология «дерево с активными узлами»

«Дерево с активными узлами» - экономичное решение с точки зрения использования волокна, которое хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Но в каждом узле дерева необходимо активное устройство. Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. Основной их недостаток -наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания [18, c. 18].

4. Топология «дерево с пассивным оптическим разветвлением».

Рисунок 1.10. - Топология «дерево с пассивными узлами»

Суть логической топологии «точка-многоточка» (P2MP -point-to-multipoint), которая положена в основу технологии PON, состоит в том, что к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. Главное преимущество данной топологии - в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания. Данный вид топологии наиболее гибкий, обладает таким качеством как масштабируемость.

Большинство современных сетей доступа построены на основе топологии «дерево с пассивными узлами».

Таким образом, на сегодняшний день технология пассивных оптических сетей благодаря своим преимуществам получила самое широкое распространение в сетях доступа.



2. Исследование основных аспектов практического применения технологии PON и ее перспективы

2.1 Оценка схемы построения PON

Рассмотрим составляющие распределительных и абонентских участках волоконно-оптических сетей, а также в сетях доступа FTTx в которых волокно доводится до:

- группы зданий (FTTC);

- отдельного здания (FTTB);

- непосредственно до установленного в квартире абонента устройства, офисного компьютера (FTTH, FTTD).

В сетях FTTH (волокно-до-квартиры) волокно входит в квартиру каждого абонента, обеспечивая передачу голоса, данных и видео (triple play). Таким образом, одна оптическая сеть может совместить в себе функции 3-х сетей. Высокая пропускная способность оптического волокна снимает ограничения, связанные с широкополосностью кабелей с металлическими проводниками. Запас полосы пропускания ОВ позволит оператору в течение ближайших 10-20 лет избежать перекладки кабельных коммуникаций, связанных с исчерпанием пропускной способности [22, c. 76].

Частным случаем сетей FTTH являются пассивные оптические сети PON. Технология PON позволяет существенно сократить число волокон в центрах коммутации оптической сети доступа (АТС, ЦУС), а также исключить активное оборудование между абонентом и центром коммутации.

Дополнительным преимуществом сети PON является возможность передачи сигналов аналогового кабельного ТВ наряду с пакетами данных. В случае такого совмещения в сети PON должны использоваться оптические коннекторы с угловой полировкой (APC) и соответствующие адаптеры.

На рисунке 2.1. представлена схема районной сети PON.



Рисунок 2.1. - Схема районной сети PON

Как показывает рисунок 2.1., в общем случае сеть района состоит из одного или нескольких колец. Кольцевая топология районных магистралей обеспечивает резервирование сети при повреждении кабеля. Поскольку к каждому дому волокна подходят с двух направлений, в домовых распределительных устройствах при такой топологии следует использовать разветвители с двумя входами [7, c. 88].

Схема деления сигнала обычно состоит из двух каскадов. При двухкаскадной схеме сигнал от активного оборудования станции (OLT) делится в первом каскаде на 2, 8, 16 направлений, каждое из которых, в свою очередь, во втором каскаде делится соответственно на 32, 8, 4 направления. Первый каскад деления может располагаться как на станции, так и в любом месте на сети. Основное деление сигнала должно осуществляться максимально близко к абоненту для экономии оптических волокон в магистральных кабелях. Каскадирование и использование разветвителей с разным коэффициентом деления позволяет обеспечить более высокую экономическую эффективность на первоначальном этапе подключения абонентов.

Далее представлены три варианта разводки в многоквартирных жилых домах, отличающиеся схемой каскадирования, типом используемого межэтажного кабеля и оконечных устройств.

Рассмотрим первый вариант - «Каскадная схема построения PON» (см. Приложение А).

Оптический кабель из муфты поступает в домовой кросс (ОРШ). Для обеспечения эффективного обслуживания сети, а также для снижения затрат на начальном этапе подключения абонентов, целесообразно использовать единый домовой кросс. Домовой кросс обычно выполняется на базе пылевлагозащищенного антивандального шкафа и устанавливается в подвале здания или на техническом этаже.

Деление оптической мощности происходит внутри домового кросса, где размещаются разветвители первого каскада деления 1(2)x16. Далее из кросса выходят межэтажные оптические кабели и расходятся по разным подъездам. В качестве межэтажного используется ОК со свободным сердечником, состоящим из одиночных волокон - ОК-НРС. Кабель ОК-НРС позволяет выделить абонентское оптическое волокно из сердечника и смонтировать его с пигтейлом в этажной распределительной коробке (ОРК) [11, c. 43].

В данном примере межэтажный ОК содержит 6 одноволоконных модулей (стандартная конструкция). Применение кабелей ОК-НРС с волокном G.657 позволяет минимизировать размеры ОРК для размещения их непосредственно в стояках.

Внутри ОРК установлен разветвитель второго каскада деления 1х4, вход которого через адаптер соединяется с волокном межэтажного кабеля, а выходы подключаются к абонентским адаптерам. Использование ОРК с адаптерными портами позволяет полноценно протестировать межэтажный кабель после окончания монтажа и сводит к минимуму проблемы подключения абонентов, связанные с ошибками сварки и коммутации волокон.

Спецификация первого варианта построения с учетом 120 абонентов представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1. - Спецификация первого варианта построения с учетом 120 абонентов [14, c. 43]

Наименование	Количество
Кросс ШКОН-КПВ-64(2) корпус с кронштейном, шт	1
Модуль кроссовый откидной К-08SC-8SC/APC-8SC/APC ССД КПВ, шт	1
Модуль кроссовый откидной К-32SC-32SC/APC-32SC/APC ССД КПВ, шт	1
Разветвитель РО-1х16-PLC-SM/2,0-1,0м-SC/APC, шт	2
Кросс ШКОН-МПА/3 - 2SC/APC-2SC/APC ССД, шт	18
Разветвитель модульный М3-4SC-1PLC 0,9-1/4SC/APC-4SC/APC -ССД, шт	32
Шнур ШОС-S7/3,0мм-SC/APC-SC/APC-40,0 м ССД, шт	120
Розетка абонентская ШКОН-ПА-1-SC/APC ССД, шт	120
Кабель ОК-НРС-нг(А)-6х1хG657, м	360

В квартире абонента устанавливается абонентская розетка ШКОН-ПА-1 с адаптером SC/APC. Для подключения абонента следует использовать специальные абонентские дроп-кабели в жёсткой оболочке 3,0 мм с волокном G.657 соответствующей длины. Абонентский дроп-кабель подключается к адаптеру ОРК, а противоположный его конец прокладывается в квартиру абонента и вводится внутрь абонентской розетки.

При невозможности прокладки оконцованного коннектором дроп-кабеля следует использовать дроп-кабели удвоенной длины. Разрезанный пополам дроп-кабель прокладывается без соединителя, обрезается по месту и оконцовывается неполируемым коннектором.

Рассмотрим второй вариант - «Единый центр сплитирования» (см. Приложение Б).

Оптический кабель из муфты поступает в домовой кросс (ОРШ). Для обеспечения эффективного обслуживания сети, а также для снижения затрат на начальном этапе подключения абонентов, целесообразно использовать единый домовой кросс. Домовой кросс обычно выполняется на базе пылевлагозащищенного антивандального шкафа и устанавливается в подвале здания или на техническом этаже.

Деление оптической мощности происходит внутри домового кросса, где размещаются разветвители 1(2)x32. Далее из кросса выходят межэтажные оптические кабели и расходятся по разным подъездам.

В качестве межэтажного используется ОК с сердечником свободного доступа, состоящим из многоволоконных модулей - ОК-НРС (см. раздел «Оптические кабели для межэтажной прокладки»). Число модулей в межэтажном ОК выбирается исходя из этажности здания, а количество волокон в модуле - исходя из количества абонентов на этаже. Данный кабель позволяет выделить модуль с оптическими волокнами из сердечника и смонтировать абонентское волокно с абонентским пигтейлом в этажной распределительной коробке (ОРК). В данном примере межэтажный ОК содержит 12 модулей по 4 волокна (стандартная конструкция).

Спецификация первого варианта построения с учетом 384 абонентов представлена в таблице 2.2.

Таблица 2.2. - Спецификация первого варианта построения с учетом 384 абонентов [14, c. 49]

Наименование	Количество
Кросс ШКОН-КПВ-640(20) корпус с кронштейном и органайзерами, шт	1
Модуль кроссовый откидной К-16SC-16SC/APC-16SC/APC ССД КПВ,шт	1
Модуль кроссовый откидной К-24SC-24SC/APC-24SC/APC ССД КПВ, шт	16
Разветвитель РО-1х32-PLC-SM/2,0-1,0м-SC/APC, шт	12
Кросс ШКОН-МПА/2-8SC-4SC/APC-4SC/APC ССД, шт	96
Шнур ШОС-S7/3,0мм-SC/APC-SC/APC-40,0 м ССД, шт	384
Кабель ОК-НРС-нг(А)-12х4хG657, м	1400

Применение кабелей ОК-НРС с волокном G.657 позволяет минимизировать размеры ОРК для размещения их непосредственно в стояках. Извлеченные из кабеля волокна внутри ОРК свариваются с пигтейлами, которые подключаются к адаптерам. Использование ОРК с адаптерными портами позволяет полноценно протестировать межэтажный кабель после окончания монтажа и сводит к минимуму проблемы подключения абонентов, связанные с ошибками сварки и коммутации волокон.

Для подключения абонента следует использовать специальные абонентские дроп-кабели в жесткой оболочке 3,0 мм с волокном G.657 соответствующей длины. Абонентский дроп-кабель в квартире абонента подключается к абонентскому устройству (ONT), а свободный конец кабеля прокладывается на лестничную площадку, где подключается к адаптерному порту ОРК.

При невозможности прокладки оконцованного коннектором дроп-кабеля следует использовать дроп-кабели удвоенной длины. Разрезанный пополам дроп-кабель прокладывается без соединителя, обрезается по месту и оконцовывается неполируемым коннектором.

2.2 Анализ проекта участка сети доступа по технологии PON

Основными предпосылками для реализации проекта развития сети доступа по технологии FTTH, явилась потребность в повышении конкурентоспособности, удержание существующей клиентской базы и ее расширение. Предоставление абонентам услуги цифрового телевидения IPTV, быстрое получение больших объемов информации из сети Интернет.

С целью выбора конкретного производителя оборудования для построения сети выполним сравнение наиболее широко представленных на телекоммуникационном рынке линеек оборудования - QTECH (Россия, Москва) и Eltex (Россия, Новосибирск).

Сравнение линеек по ключевым характеристика приведена в таблице 2.3. На основании таблицы 2.3. делаем выбор оборудования Eltex как более производительное, а также имеющее более дешёвый ONU.



Таблица 2.3. - Сравнение линеек PON-оборудования QTECH и Eltex

Характеристика	QTECH (OLT - QSW-9000-01, ONT - QONT-9-4F-2V-1W)	Eltex (OLT - LTE-8X, ONT - NTP-RG-1402GC-W)
Коэффициент деления на порт	1:128	1:128
Максимальное количество абонентов на один OLT	1024	1024
Количество и тип портов передачи данных	8xGE	8xGE
Производительность OLT, Гбит/с	102	120
Стоимость OLT	172 000	173 188
Стоимость ONU	5 500	4 534

Оборудование GEPON предназначено для передачи сигнала Ethernet по пассивной оптической сети PON. Технология GEPON Turbo обеспечивает полосу пропускания 2,5 Гбит/с на группу из 128 абонентов по одному магистральному волокну в радиусе до 20 км от АТС с применением пассивных оптических разветвителей. Основным преимуществом GEPON Turbo является использование одного станционного терминала OLT для нескольких абонентских устройств ONT. OLT является конвертером интерфейсов Gigabit Ethernet и GEPON Turbo, служащим для связи сети PON с сетями передачи данных более высокого уровня.

Станционное оборудование OLT LTE-8X предназначено для организации широкополосного доступа по пассивным оптическим сетям (PON).Выход в транспортную сеть оператора реализуется посредством 10 Gigabit и комбинированных Gigabit uplink интерфейсов. Интерфейсы GEPON служат для подключения оптической распределительной сети (PON). К каждому интерфейсу можно подключить до 128 абонентских оптических терминалов по одному волокну.

В качестве оконечных устройств используются абонентские терминалы Eltex NTP-RG-1402GC-W.

NTP-RG-1402GC-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.

Основные характеристики NTP-RG-1402GC-W:

? 1 порт GEPON;

? 4 порта 1G (роутер);

? Wi-Fi 802.11n, до 300Мбит/с (2,4 ГГц);

? порта FXS;

? порт USB;

? встроенный Triplexer для предоставления услуги CaTV.

На транспортных (межстанционных) сетях, где передаются потоки информации между узлами связи, важна большая широкополосность и надежность кабельной сети. А на сетях доступа, связанных с предоставлением информации, важна экономичность, гибкость, малые габариты и вес, защита от случайных повреждений, простота инсталляции и другие факторы.

Наиболее распространенными на сетях FTTx являются стандартные одномодовые волокна типа G.652, которые применяются в ОК для пассивных оптических сетей, оптических сетей Ethernet, сетей кабельного телевидения, локальных сетей (чисто оптических или только с оптическими магистралями). Благодаря невысокой стоимости и большой широкополосности такие волокна могут применяться на любых участках упомянутых сетей (магистральных, распределительных, абонентских). Эти волокна могут работать как в сетях, работающих на одной длине волны, так и при использовании спектрального уплотнения плотного (DWDM) или разреженного (CWDM).

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.

Проектируемая емкость строительства - 920 порта. Исходные данные для расчёта (средние параметры тарифных планов «Ростелеком», а также показатели абонентских нагрузок на начало 2017-го года):

? средний трафик, приходящийся в ЧНН на одного массового абонента - 30 Мбит/с (нисходящий);

? трафик от массового абонента (восходящий) - 2 Мбит/с.

Услуги телевещания (IP TV):

? количество ТВ-каналов NIPTV - 40;

? количество каналов IPTV HD NIPTV_HD - 30;

? трафик одного канала IPTV (кодек MPEG-2) - 4 Мбит/с;

? трафик одного канала IPTV HD (кодек MPEG-4 HD) - 8 Мбит/с.

Для обеспечения параметров качества обслуживания (QoS), предъявляются следующие требования:

? резерв пропускной способности узла должен составлять не менее 50%;

? резерв пропускной способности канала должен составлять не менее 50%.

Трафик услуг передачи данных:

Ti = Nаб *П * Д

где П - полоса пропускания, необходимая для предоставления i-ой услуги одному клиенту;

Д - доля одновременных подключений абонентов.

Трафик передачи данных («нисходящий»):

Tпднис = 920 * 30 * 0,3 = 8280 Мбит/с.

Трафик передачи данных («восходящий»):

Tпдвосх = 920 * 2 * 0,3 = 552 Мбит/с.

Трафик услуг телевещания (IP-TV):

ТIPTV = NIPTV * 4 + NIPTV_HD *12

ТIPTV = 40 * 4 + 30 * 8 = 400 Мбит/с

Таким образом:

Тнисх= 8280 + 400 = 8680 Мбит/с

Твосх= 552 Мбит/с

Суммарный трафик узла Tуз с учетом перечня предоставляемых услуг определяется следующим образом:

Туз= Тнисх + Твосх

Туз= 8680 + 522 = 9202 Мбит/с.

Минимальная пропускная способность магистрального узла Tmax.уз, с учетом обеспечения необходимого резерва на развитие сети в 50%:

Тmax.уз= Туз Ч (1+0,5)

Тmax.уз=9202Ч1,5 = 13803 Мбит/с.

Суммарная величина трафика в узле составляет 13803 Мбит/с, что при строительстве сети доступа на основе оборудования PON для включения в мультисервисную сеть не превышает возможностей трёх интерфейсов 10GBaseX (двух основных и одного резервного).



Рисунок 2.2. - Логическая структура сети

При организации доступа к услугам Triple Play на участках между абонентским оборудованием (ONT) и терминирующим оборудованием организуются три сервисных VLAN (реализуется сервисная модель доступа S-VLAN - Service VLAN), в рамках которых передается трафик услуг Интернет, VoIP и один VLAN для передачи трафика IPTV и VoD. На оборудовании ONT осуществляется сопоставление идентификатора физического порта для подключения абонентского оборудования и идентификатора соответствующего сервисного VLAN. Например:

- Port 1 - для подключения ПК и доступа к услуге Интернет;

- Port 2 - для подключения телевизионной приставки STB и доступа к услугам IPTV и VoD;

- Port 3 - для подключения телефона и доступа к услуге VoIP.

Далее произведем расчет числа оптических волокон на распределительном участке сети (на территории микрорайона). Для этого необходимы следующие данные: топология сети, количество абонентов, коэффициенты ветвления для станционного оборудования.

Разработанная топология представлена на рисунке 2.3. Количество абонентов было определено в характеристиках зданий.

Используемое оборудование от Элтекс LTE-8X позволяет подключать до 128 абонентов на одно волокно. В проектируемой сети использованы сплиттеры с коэффициентом деления 1:64.

В доме по адресу ул. А***, 1 д.10 максимальное число потенциальных абонентов - 240 (2 ШКОН). На такое количество абонентов и оптических шкафов будет приходиться четыре рабочих волокна и четыре резервных.

В доме по адресу ул. А***, 2 д. 11 максимальное число потенциальных абонентов - 180 (1 ШКОН). На такое количество абонентов и оптических шкафов будет приходиться три рабочих волокна и три резервных.

В доме по адресу ул. А***, 3 д.12 максимальное число потенциальных абонентов - 240 (2 ШКОН). На такое количество абонентов и оптических шкафов будет приходиться четыре рабочих волокна и четыре резервных.

В доме по адресу ул. А***, 4 д.13 максимальное число потенциальных абонентов - 120 (1 ШКОН). На такое количество абонентов и оптических шкафов будет приходиться два рабочих волокна и два резервных.

В доме по адресу ул. А***, 5 д.14 максимальное число потенциальных абонентов - 180 (1 ШКОН). На такое количество абонентов и оптических шкафов будет приходиться три рабочих волокна и три резервных.



Рисунок 2.3. - Топология проектируемой сети

Исходя из полученных данных по количеству рабочих/резервных волокон (16/16 шт.), определим емкость кабеля на магистральном участке сети, Распределение волокон указано на рисунке . В качестве магистрального выбран кабель марки ОКГнг. Посчитаем общее количество рабочих и резервных волокон N? от всех абонентов микрорайона (с учётом резерва на развитие сети, т.е. на подключение новых домов и сдачи волокон в аренду):

N? = 48 волокон.

Емкость прокладываемого кабеля на отдельных участках сети (то есть между распределительными муфтами и ОРШ) можно найти по количеству задействованных рабочих/резервных волокон. На вышестоящих участках емкость кабеля последовательно наращивается и складывается в суммарную емкость подведенного к микрорайону магистрального кабеля.

Распределение волокон в кабеле приведено на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4. - Распределение волокон в магистральном кабеле

Далее произведем расчет потерь в соединениях. Подходящий к микрорайону магистральный кабель разветвляется в муфтах, образуя дерево сети. Ветви дерева - участки кабеля, идущие к отдельным домам, соединяются между собой сварным соединением. На станционной стороне примем наличие одного сварного и одного разъемного соединения. От входящего в дом магистрального кабеля до абонента имеются 3 соединения: два сварных и одно разъемное.

Потери в разъемных соединениях примем АP = 0,3 дБ, потери на сварных соединениях АС = 0,05 дБ.

Волокно магистрального кабеля сваривается с волокном сплиттера в ОРШ; сваривается кабель, подходящий от этажного кросса к сплиттерному шкафу. Волокно от абонента до этажного кросса следует оснастить разъемным соединением, так как в случае повреждения проводки на стороне абонента не потребуется ремонтные работы с применением сварки.

Электрические установки, к которым относится многое оборудование модернизируемой сети, представляют для человека большую потенциальную опасность, так как в процессе эксплуатации или проведения профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением.

Специфическая опасность электроустановок - токоведущие проводники, корпуса активного оборудования сетей передачи данных, ПК и прочего оборудования, оказавшегося под напряжением в результате повреждения (пробоя) изоляции, не подают каких-либо сигналов, которые предупреждают человека об опасности. Реакция человека на электрический ток возникает лишь при протекании последнего через тело человека.

Защитой от прикосновения к токоведущим частям электроустановок являются изоляция проводов, ограждения, блокировки и защитные средства. Изоляция проводов характеризуется ее сопротивлением. Высокое сопротивление изоляции проводов от земли и корпусов электроустановок создает безопасные условия для обслуживающего персонала.

Во время работы электроустановок состояние электрической изоляции ухудшается за счет нагревания, механических повреждений, влияния климатических условий и окружающей производственной среды (температуры, давления и большой влажности свыше 80% и чрезмерной сухости).

Состояние изоляции характеризуется ее сопротивлением току утечки. Регулярный контроль состояния изоляции является одной из основных мер защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

Защитой от напряжения, появившегося на корпусах электроустановок в результате нарушения изоляции, являются защитное заземление, зануление и защитное отключение.

Занулением называется преднамеренное соединение корпусов электро-установок с нулевым проводом, идущим от заземленной наглухо нейтрали источника питания.

Принцип действия зануления -- превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, при котором срабатывает защита (плавкие предохранители, автоматы) и электроустановка отключается.

Мероприятия, обеспечивающие безопасную эксплуатацию электроустановок, разделяют на организационные и технические.

Организационными мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ в электроустановках, являются:

- оформление работ нарядом, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации;

- допуск к работе;

- надзор во время работы;

- оформление перерыва в работе, перевода на другое место, окончания работы.

Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ со снятием напряжения:

1) произведены необходимые отключения и приняты меры, препятствующие подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры.

2) на приводах ручного и ключах дистанционного управления коммутационной аппаратурой вывешены запрещающие плакаты («Не включать, работают люди», «Не включать, работа на линии») и, при необходимости, установлены заграждения.

3) присоединены к «Земле» переносные заземления, проверено отсутствие напряжения на токоведущих частях, на которых должно быть наложено заземление для защиты людей от поражения электрическим током;

4) непосредственно после проверки отсутствия напряжения должно быть наложено заземление (включены заземляющие ножи, а там, где они отсутствуют, установлены переносные заземления);

5) вывешены предупреждающие и предписывающие плакаты, ограждены при необходимости рабочие места и оставшиеся под напряжением токоведущие части. В зависимости от местных условий токоведущие части ограждаются до или после наложения заземлений.

Как показывают экспериментальные данные, наибольшие разрядные токи статического электричества в серверных узлов связи возникают при прикоснивении обслуживающего персонала к любому из элементов активного оборудования сетей передачи данных и ПК. Такие разряды непосредственной опасности для человека не представляют, однако приводят к неприятным ощущениям в виде укола и толчка. При неожиданности такого воздействия в результате испуга человек может отдернуться и оказаться в опасной зоне. Кроме того, разрядные токи статического электричества могут приводить к выходу из строя оборудования.

Величины возникающих разрядов статического электричества во многом зависят от электрических свойств контактирующих материалов. Для снижения возникающих зарядов статического электричества в операторских узлов связи покрытие технологических полов следует выполнять из однослойного поливинилхлоридного антистатического линолеума марки АСН. Обслуживающему персоналу не рекомендуется носить одежду из синтетических тканей.

К общим мерам защиты от статического электричества в производственном помещении можно отнести общее и местное увлажнение воздуха (до 50%), ионизацию воздуха.

2.3 Перспективные направления технологии PON

В настоящее время наработан богатый опыт проектирования, строительства и эксплуатации городских телефонных сетей на базе медно-жильных кабелей. Учитывая схожесть архитектуры ТфОП c абонентскими сетями PON, исследования в области анализа качества и требований по составу и содержанию технической документации сетей PON можно проводить с использованием существующего опыта [24, c. 54].

Повышение надежности в сетях PON достигается резервированием ресурсов и применения защищенных топологий. Резервирование заключается в использовании дополнительных комплектов активного оборудования (приемо-передающих модулей) со стороны узла и абонентской стороны, пассивных элементов (волоконно-оптических кабелей, кроссов), применении оптических сплиттеров специальных конструкций (с несколькими входами). Комбинации данных средств позволяют реализовать наиболее приемлемое решение для конкретных условий эксплуатации.

Рассмотрим основные типы защищенных топологий сетей PON. Частичное резервирование со стороны центрального узла осуществляется по схеме 2xN (см. рисунок 2.5.).

Рисунок 2.5. - Резервирование со стороны центрального узла

Центральный узел оснащается двумя оптическими модулями LT-1 и LT-2. В нормальном режиме при отсутствии повреждений волокон основной канал является активным и по нему организуется дуплексная передача. Резервный канал -- не активный, лазерный диод на LT-2 выключен. Фотоприемник на LT-2 при этом может прослушивать обратный поток. Если повреждается идущее от центрального узла волокно основного канала, то автоматически активизируется приемопередающая система LT-2. Для повышения надежности используют территориально разнесенные магистральные волоконно-оптические кабели.

Частичное резервирование со стороны абонентского узла позволяет повысить надежность его работы. В этом случае требуется два оптических модуля LT-1 и LT-2 на абонентский узел (см. рисунок 2.6).

Рисунок 2.6. - Резервирование со стороны абонентского узла

Переключение на резервный канал происходит аналогично предыдущему варианту. При этом не обязательно подключать все абонентские узлы. Различие по стоимости абонентских узлов с резервированием (два модуля LT-1 и LT!-2) и без него (один модуль LT) позволяет гибко предлагать услуги различным категориям абонентов.

При полном резервировании системы PON она становится устойчивой как к выходу из строя приемопередающего оборудования OLT и ONT, так и к повреждению любого участка волоконно-оптической кабельной системы.

Информационные потоки на ONT генерируются одновременно обоими узлами LT-1 и LT-2 и передаются в два параллельных канала. OLT передает в магистраль только одну копию последовательности сигналов. Аналогично

происходит дублирование трафика в прямом потоке. ONT передает далее на пользовательские интерфейсы только одну копию входного сигнала. При повреждении волокна или приемопередающих интерфейсов переключение на резервный канал будет очень быстрым и не приведет к прерыванию связи. Здесь, как и во втором варианте, также не обязательно подключать все абонентские узлы по резервному каналу.

Выбор конкретной схемы резервирования невозможно осуществить, не определив основные критерии надежности.

При построении любой телекоммуникационной системы должны соблюдаться требования по обеспечению целостности, устойчивости функционирования и безопасности сетей связи. Эти требования в полной мере касаются и оптических сетей. Детальное рассмотрение надежностных характеристик сетей PON требует отдельного рассмотрения и далеко выходит за рамки данной работы.

Повышение надежности сетей методами топологии представляет собой только часть комплекса мер, позволяющих обеспечивать выполнение современных требований к телекоммуникационным системам. Следует заметить, что широкий спектр возможностей по обеспечению требований целостности, устойчивости функционирования и безопасности заложен в самих PON-технологиях. 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.

Технология PON на сегодняшний день является самой перспективной для предоставления услуг связи физическим лицам, юридическим лицам -- в данном случае речь может идти о малом и среднем бизнесе, а также в рамках организации последней мили для операторов сотовой связи. В связи с широким спектром применения пассивных оптических сетей при создании Next-gen PON основной упор был сделан на более высокую пропускную способность сети передачи.

...