Краткие сведения из теории

РАСЧЕТ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СЕТИ СВЯЗИ xPON

Цель работы: Организовать магистральный участок пассивной оптической сети для заданной группы абонентов с выбором типа сети, ее топологии и необходимого оборудования.

Краткие сведения из теории

Потребность развития инфраструктуры широкополосного доступа на основе экономичных оптических технологий, использующих принцип «волокно в квартиру» или «волокно в офис» (FTTH – Fiber To The Home) указывает на необходимость внедрения технологии пассивный оптических сетей (xPON – Passive Optical Network), применение которой позволяют решить эти проблемы.

Данная технология предусматривает построение сети доступа с большой пропускной способностью при минимальных капитальных затратах. Такое решение предполагает создание разветвленной сети без активных компонентов – на пассивных оптических разветвителях.

Информация для всех пользователей передается одновременно с временным разделением каналов от оптического линейного терминала (OLT – Optical Line Terminal) до оконечных оптических сетевых блоков (ONT – (Optical Network Terminal или ONU – Optical Network Unit), расположенных у самого абонента.

Передача и прием в обоих направлениях производится, как правило, по одному ОВ, но на разных длинах волн.

Оптическая мощность с выхода OLT в узлах сети делится (равномерно или неравномерно) таким образом, чтобы уровень сигнала на входе всех ONT/ONU был примерно одинаков.

В случае, когда одна из длин волн (чаще всего 1550 нм) выделяется всем абонентам для передачи телевизионного сигнала, на АТС устанавливается оптический мультиплексор WDM (Wavelength-Division Multiplexing) для объединения передаваемых сигналов на длинах волн 1490 нм (голос, данные) и 1550 нм (видео). В обратном направлении сигнал (голос, данные) передается на длине волны 1310 нм.

Пассивные оптические сети подразделяются на следующие типы:

– BPON – широкополосная PON;

– GPON – Gigabit PON;

– EPON – Ethernet PON.

Сеть по технологии xPON состоит из трех основных участков, как показано на рисунке 1:

– станционный участок – это активное оборудование OLT, WDM мультиплексор и оптический кросс высокой плотности (ODF – Optical Distribution Frame), смонтированные на узле электросвязи в помещении АТС;

– линейный участок – это совокупность волоконно-оптических кабелей (ВОК), шкафы, коробки, сплиттеры, коннекторы и соединители, располагающиеся между станционным и абонентским участком (участок между ODF и оптической распределительной коробкой (ОРК), как показано на рисунке 1);

– абонентский участок – это персональная абонентская разводка одноволоконным ВОК (реже двухволоконным или четырехволоконным) от элементов общих распределительных устройств до оптической розетки и активного оборудования ONT в квартире абонента; или до группового сетевого узла ONU, смонтированного в офисе корпоративного клиента (участок между ОРК – ONT, как показано на рисунке 1).

В случае, когда ОРК и/или ответвитель этажный ( ОЭ) не используются (например, для одноэтажного здания, когда используется только ОРШ), линейный и абонентский участки ограничиваются ODF – ОРШ и ОРШ – ONT соответственно.

Рисунок 1 – Схема пассивной оптической сети

Станционный участок. OLT располагается в помещении АТС, район обслуживания которой определяет зону охвата сетью xPON. Активное станционное оборудование xPON, в качестве которого выступает OLT, связывает оконечное оборудование абонентов с сетью Интернет и другими источниками услуг по передаче голоса, данных и видео.

Линейные порты xPON оборудования OLT подключаются к ODF с помощью оптических шнуров (патч-кордов) или оконцованных микрокабелей (предтерминированных производителями заказных наборов ВОК).

Оптический кросс предназначен для распределения ВОК по направлениям, перекроссировки (коммутации) и соединения со станционным ВОК через сплайс-пластины (кассеты и боксы для сварных соединений).

В случае использования на xPON двухкаскадной схемы размещения сплиттеров, первый каскад с малым коэффициентом ветвления (1:2, 1:4) следует устанавливать непосредственно в ODF.

Оптический кросс должен располагается в том же помещении АТС (автозал, цех, кросс), где и размещается стойка с OLT.

Линейный участок. Линейный участок, для строительства которого требуется произвести разнообразные трудоемкие строительно-монтажные работы для установки большого количества пассивного оборудования, требует наиболее внимательного подхода для оптимального его построения. Линейный участок определяет итоговую топологию xPON.

В сети xPON от ОРШ до оконечных устройств абонентов (ONT, ONU) связь осуществляется через пассивные оптические разветвители (сплиттеры), которые устанавливаются в ОРК и/или ОРШ.

На сети может быть использована как одноуровневая (однокаскадная) схема включения сплиттеров без последовательного их включения друг за другом (рисунок 2), так и многокаскадная схема с последовательным размещением сплиттеров (рисунок 3). Количество уровней каскадирования сети зависит от суммарного вносимого затухания сплиттеров, коэффициента ветвления xPON интерфейсов OLT (у GPON это 1:64) и требований к полосе пропускания для каждого абонента. Чем меньше количество уровней каскадирования сплиттеров, тем проще сеть абонентского доступа и, соответственно, больше возможностей быстрого устранения неисправностей, повышения качества связи за счет исключения возможных переходных искажений на многоступенчатой передаче сигналов.

Рисунок 2 – Одноуровневая схема включения сплиттеров

Использование в архитектуре сети многокаскадной схемы с последовательным размещением позволяет более гибко расположить распределительные устройства и ВОК, т. е. оптимально построить сеть xPON.

Линейный участок состоит из:

– магистрального участка – это ВОК, прокладываемый в каналах кабельной канализации или в грунте от кросса ODF на АТС в направлении территории с большой группой зданий (район, квартал) и завершающийся ОРШ;

– распределительного участка – это ВОК, прокладываемый от ОРШ до ОРК преимущественно внутри зданий по вертикальным стоякам.

Рисунок 3 – Многоуровневая схема включения сплиттеров

Магистральный участок сети xPON является одним из основных элементов всей пассивной оптической сети. Правильный выбор системы построения сети и ее топологии, определение условий и принципов организации доступа позволяют оптимизировать затраты на развитие сети в дальнейшем.

На участке сети xPON от АТС до ОРШ, находящегося в зоне обслуживания АТС, производится магистральное распределение ОВ.

Оптический распределительный шкаф входит в состав магистрального участка сети xPON. В ОРШ централизованно размещаются группы сплиттеров, разветвляющие одно магистральное ОВ на 16 или 32 ОВ распределительного кабеля (для BPON, EPON), реже – на 64 (для GPON).

Главная функция ОРШ – это переход от длинного магистрального участка к короткому распределительному участку со сменой типов ВОК и одновременным значительным увеличением емкости ОВ, доступного к подключению абонентов. В ОРШ также производится коммутация ОВ, их оптимизация, измерения магистрали до АТС и диагностика абонентских подключений. ОРШ монтируется внутри здания или на улице (при обслуживании группы зданий).

Главная задача магистрального участка – подвести требуемое количество оптических волокон (ОВ) максимально близко к сконцентрированной группе абонентов наиболее оптимальным образом с учетом топологии и емкости кабельной канализации.

В зависимости от удаленности подключаемых к магистрали зданий, количества потенциальных абонентов в них, характера постройки (высотные или малоэтажные), особенностей городской застройки (жилые кварталы, исторический центр, офисы, промзона) и возможностей по прокладке ВОК по территории и размещению оборудования непосредственно в этих зданиях, различают два вида магистрального участка:

– зона прямого питания;

– шкафной район.

Зона прямого питания – это территория вокруг АТС в радиусе до двух километров с плотной высотной застройкой (например, спальный район с АТС в центре), где развита инфраструктура телефонной канализации и нет острого дефицита в свободных кабельных каналах от АТС и между домами.

Для прокладки в зоне прямого питания должен использоваться ВОК высокой и средней емкости (32, 48 или 64 ОВ), имеющий модульную структуру. Модульный кабель позволяет подключить к одной магистрали несколько рядом стоящих зданий с помощью последовательности муфт с ответвлением по одному модулю на здание без разрезания транзитных модулей. Такой способ прокладки позволяет значительно оптимизировать как оптический бюджет линии, так и общую стоимость сварочных работ, перекрывая по эффективности составные ВОК с последовательным уменьшением емкости от муфты к муфте. Количество оптических волокон в одном модуле может быть: 4, 6, 8, 10, 12 или 16. Количество волокон в одном модуле и общее количество волокон в кабеле выбираются с таким расчетом, чтобы в кабеле оказалось целое количество модулей и ни одно волокно не осталось в модуль не включенным.

Общий принцип вычисления количества требуемых ОВ на одно здание – по два ОВ на каждые 32 (BPON, GPON) или 64 (EPON) квартиры (одно ОВ в нагрузке, второе – в резерве). Наличие в жилом доме офисного помещения с отдельным входом должно приниматься за одну квартиру. Однако, общее количество ОВ, проектируемое на каждое конкретное здание, должно рассчитываться с учетом планируемого процента абонентов, подключенных по технологии xPON от общего количества абонентов. Общий принцип расчета требуемых ОВ приведен для случая использования разветвителей сети xPON с максимальным делением на 32.

Шкафной район – это территория не плотной и/или не высотной застройки (район индивидуальной застройки), расположенной от АТС на расстоянии от двух и более километров, где имеется острый дефицит в свободных кабельных каналах на значительных дистанциях.

Для прокладки от АТС до группы шкафов должен использоваться ВОК средней или малой емкости (16, 24, 32 или 48 ОВ), имеющий модульную структуру. Аналогично зоне прямого питания, кабель на 48 ОВ, состоящий из четырех модулей по 12 ОВ, позволяет подключить к одной магистрали четыре последовательно расположенных уличных ОРШ с помощью муфт с ответвлением одного модуля на шкаф без разрезания транзитных модулей.

С учетом типоразмеров ВОК, наиболее целесообразная емкость ОРШ находится в пределах до 580 абонентских подключений. При этом следует учитывать сложность монтажа, габариты и трудоемкость обслуживания шкафов большой емкости. При емкости ОРШ в 480 абонентов к нему следует подводить 24 ОВ (16 ОВ в нагрузке плюс 8 ОВ в резерве). При этом следует использовать типовой шкаф одной емкости в пределах всей сети xPON.

Общее количество ОВ для подключения абонентов данного района должно рассчитываться с учетом планируемого процента абонентов сети xPON от общего количества абонентов.

Распределительный участок сети xPON – это участок от ОРШ или подъездных ОРК до этажных распределительных элементов сети в многоэтажных жилых зданиях. Распределительный ВОК выходит из ОРШ и прокладывается внутри зданий по вертикальным стоякам или в металлорукаве (поливинилхлоридной трубе) по лестничным клеткам, от подвального до чердачного помещения через все этажи здания (направление выбирается по месту).

Ответвитель этажный (ОЭ) предназначен для ответвления из межэтажного ВОК волокон, обслуживающих этаж, фиксации межэтажного ВОК и транспортных трубок, защиты места ответвления. ОЭ используется совместно с межэтажными ВОК с сердечником свободного доступа.

Оптическая распределительная коробка используется для подключения квартиры абонента к вертикальному распределительному участку здания на этаже с применением оптических разъемов. Как правило, ОРК разных производителей имеют емкость от 6 до 12 абонентских подключений. Применение ОРК меньшей емкости приводит к значительному удорожанию проекта в целом, увеличивая их общее количество и стоимость монтажа. Применение ОРК большей емкости не целесообразно в силу сложившейся практики жилой застройки – более 12-ти квартир на этаж в многоквартирных жилых домах не встречается.

При проектировании распределительного участка любого здания с применением ОРК, следует придерживаться следующего правила – одна коробка на каждый этаж.

В распределительный участок входят:

– участок сети от уличного ОРШ до кабельного ввода в жилой дом;

– распределительные устройства непосредственно в жилом доме.

Основным способом поэтажных горизонтальных ответвлений от межэтажного вертикального ВОК является классическая схема с ОРК, размещаемых на каждом этаже.

При проектировании распределительного участка в доме следует предусматривать емкость вертикального ВОК с учетом 100 % подключения абонентов. Следует использовать ВОК емкостью, наиболее близкой к количеству квартир в подъезде с учетом возможного запаса ОВ. На каждом этаже должно быть предусмотрено необходимое количество ответвлений, достаточное для подключения всех квартир на этаже. Запрещается использование составного вертикального ВОК с участками разной емкости.

Подключение ВОК вертикального распределительного участка в здании производится через патч-панель к разъемам сплиттеров в ОРШ или подъездной ОРК независимо от места его расположения без промежуточных муфт и переходов на другой тип ВОК.

При проектировании и строительстве вертикального распределительного участка в здании возможно использовать как сварное соединение волокон ОВ, так и механические соединители ОВ.

Абонентский участок или абонентская разводка – это участок сети от этажной ОРК до помещения абонента, включая оптическую розетку. В абонентский участок также входит активное оборудование на стороне абонента (ONT, ONU), которое является неотъемлемым элементом технологии xPON и находится под управлением оператора. Граница ответственности оператора (точка демаркации) проходит по внутренним выходным интерфейсам устройства, либо по системе управления устройства, в случае, если устройство поддерживает функции раздельного доступа к пользовательским и операторским настройкам. Абонент не должен иметь возможности применения произвольно выбранного ONT или ONU.

Оптическая абонентская розетка (ОРА) предназначена для установки в квартире абонента. Конструкция ОРА предусматривает возможность выкладки запаса ОВ.

Для подключения к сети xPON (ONT/ONU) телефонов может использоваться витая пара категории 3, для подключения компьютеров – витая пара категории 5, для подключения телевизоров – коаксиальный кабель.

Топология xPON. При построении пассивных оптических сетей могут использоваться следующие топологии.

Топология «звезда» (рисунок 4) применяется при плотном расположении абонентов в районе АТС. Данная топология характеризуется минимальным количеством оптических разветвителей и единственным местом их установки. Достоинства данной топологии: удобство в обслуживании, проведении эксплуатационных измерений и обнаружения места повреждения линии.

Рисунок 4 – Топология «звезда»

Топология «шина» представлена на рисунке 5. Шинная топология применяется при расположении абонентов вдоль оптической магистрали. Особенность топологии в большой разности выходных мощностей оптических разветвителей. Данная топология требует подробного расчета уровня оптического сигнала для подбора соответствующих неравномерных разветвителей (с неравномерным разделением мощности по отводам) таким образом, чтобы входная оптическая мощность на каждом оптическом приемнике соответствовала его чувствительности (диапазону входной мощности) оборудования. Топология рекомендована для применения при линейном расположении пользователей вдоль магистрали и только при небольшом количестве каскадов.

Рисунок 5 – Топология «шина»

Топология «дерево» (представлена на рисунке 6) применяется при разнесенном расположении абонентов. Оптимальное распределение мощности между различными ветвями решается подбором коэффициентов деления оптических разветвителей. Древообразная топология гибкая с точки зрения потенциального развития и расширения абонентской базы.

Рисунок 6 – Топология «дерево»

Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки с точки зрения экономии ОВ, удобства тестирования, эксплуатации, обслуживания и возможности развития сети. Характеристики всех трех топологий приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Характеристики топологий пассивных оптических сетей

Характеристики топологий	Виды топологий
«Звезда»	«Шина»	«Дерево»
Экономия ОВ	Низкая	Высокая	Высокая
Тестирование и обслуживание	Диагностика из центра. Простая и точная локализация событий	Сложное диагностирование событий	Сложное диагностирование событий
География расположения абонентов	Большой разброс/произвольное расположение	Вдоль транспортных магистралей	Кластеры/произвольное расположение
Возможности развития	Максимальное использование свободных портов	Ограничены вдоль магистрали	Необходим правильный расчет разветвителей
Уровень принимаемого сигнала	Почти одинаковый	Разный при однотипных разветвителях	Необходим точный расчет для выравнивания
Прочие достоинства/недостатки	Массовое подключение в районах с плотным размещением абонентов	Избыточные потери разветвителей при большом числе каскадов	Наибольшая гибкость при подключении всех желающих

Оптические разветвители (сплиттеры) – обеспечивают деление оптического сигнала. Оптические разветвители подразделяются по:

– числу входных и выходных портов – 1× N (один вход и несколько выходов); 2× N (двухвходные разветвители); N лежит в диапазоне от 2 до 64;

– коэффициенту деления оптической мощности – равномерное (например, делитель на четыре имеет по 25 % мощности на каждом отводе); неравномерное (для неравномерных разветвителей шаг коэффициента деления (разницы в выходной мощности) обычно составляет 5 %);

– рабочей длине волны – однооконные (λ=1310 нм или 1550 нм); двухоконные (λ=1310 нм и 1550 нм); трехоконные (λ=1310,1490,1550 нм); широкополосные (λ=1310 нм – 1620 нм);

– классу качества –классы А и Б;

– технологии производства.

Разъемные соединения. На всем сегменте сети xPON необходимо использовать однотипные разъемные соединения – коннекторы, что упрощает комплектацию объектов и подготовку обслуживающего персонала, сокращает ассортимент ЗИП.

Неразъемные соединения. ОВ могут соединяться между собой сварным или механическим способом. Для механического соединения ОВ используется специальное устройство – сплайс (splice). Сплайс состоит из корпуса, в который, через специальные каналы и направляющие вводятся сколотые концы ОВ. Направляющие служат для прецизионной стыковки торцов в камере, заполненной иммерсионным гелем, необходимым для сведения к минимуму переходного затухания и герметичности соединения. Показатель преломления геля близок к показателю сердцевины ОВ, что позволяет свести к минимуму обратное отражение. Сверху корпус закрывается крышкой.

Вносимые потери в сплайсе составляют ≤0,5 дБ (среднее значение вносимых потерь в сплайсах различных производителей – 0,1 дБ).

Резервирование xPON. Резерв ОВ на магистральном участке определяется по схеме 1+1, т. е. на каждое ОВ в нагрузке требуется резервное ОВ. При большой емкости ОВ в нагрузке (от 8 ОВ), заводимых в ОРШ, допускается уменьшение резервных ОВ из расчета: на 2 ОВ в нагрузке – 1 резервное ОВ.

Количество ОВ в модуле многомодульного ВОК магистрального участка выбирается с учетом резервных ОВ.

На абонентском участке резервирование ОВ не предусматривается.

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: