Материал: Конструкція магістрального волоконно-оптичного кабелю пасивних оптичних мереж доступу

Переваги архітектури PON :

. Відсутність проміжних активних вузлів ; економія волокон;

. Економія оптичних приймачів в центральному вузлі;

. Легкість підключення нових абонентів і зручність обслуговування (підключення, відключення або вихід з ладу одного або декількох абонентських вузлів ніяк не позначається на роботі інших ).

Деревоподібна топологія P2MP дозволяє оптимізувати розміщення оптичних розгалуджувачів виходячи з реального розташування абонентів, витрат на прокладку ОК і експлуатацію кабельної мережі.

До недоліків можна віднести зрослу складність технології PON і відсутність резервування в найпростішої топології дерева.

.3 Комноненті пасивних оптичних мереж доступу

Основними елементами пасивної інфраструктури мережі PON є волоконно-оптичні кабелі, різноманітні типи конекторів та сплітерів. Від їх якості робочих характеристик залежить надійність роботи мережі.

.3.1 Волокна

Будь-яка система оптичного зв'язку починається з оптичного волокна. В структурованих кабельних системах ЛВС, центрах обробки даних та на відносно коротких ділянках (до 2 км) інших мереж в основному використовують багатомодові волокна, у яких розповсюджується велика кількість різних типів променів (мод). Саме багатомодові волокна стали першим типом волокна, який став вироблятись на комерційній основі. Діаметр серцевини такого волокна складає 50 або 62,5 мкм, що на порядок вище довжини хвилі передачі, тому по ньому можуть передаватись сотні мод. Багатомодове волокно прийнято поділяти на класи (ОМ1, ОМ2, ОМ3), згідно з міжнародним стандартом ISO/IEC 11801. Волокно ОМ3 спеціально було розроблено для високошвидкісних (гігабітних та 10-гігабітних)систем та оптимізовано для використання економічними VCSEL-лазерами. За своїми робочими характеристиками волокна ОМ1 та ОМ2 поступаються волокну ОМ3 та поступово відходять в минуле.

В мережах зв'язку, в тому числі в мережах PON, переважно використовують одномодові волокна, які дозволяють передавати сигнали з великими швидкостями на значно більші відстані. У таких волокнах діаметр серцевини становить 8 - 10 мкм, тобто він спів ставний з довжиною світлової хвилі. Діаметр оболонки багатоходових та одномодових волокон уніфікований та дорівнює 125 мкм. Для захисту будь - якого волокна на нього обов'язково накладається покриття, діаметр волокна із захисним покриттям зазвичай складає 245 мкм. Для класифікації одномодових волокон зазвичай використовують стандарти серії G.65x Міжнародного союзу електрозв'язку (МСЭ-Т). Крім того, характеристики таких волокон специфіковані в документі ISO/IEC 11801 (класу OS1 и OS2).

Найбільш широке розповсюдження в мережах зв'язку отримало класичне волокно з незміщеною дисперсією, воно описано в рекомендації МСЭ-Т G.652. Характеристики цього волокна оптимізовані для роботи у другому вікні прозорості (1310 нм), у якому воно має дуже низьку дисперсію. Крім того, це волокно може використовуватись у третьому вікні прозорості (1550 нм) та навіть у четвертому вікні (1625 нм). Існує волокно з незміщеною дисперсією, у якому видалено так званий гідроксильний пік між другим і третім вікном прозорості. Створення такого волокна відкрило нові можливості по більш ефективному використанню технології спектрального ущільнення WDM. Характеристики волокна без гідроксильного піку визначені в рекомендаціях МСЭ-Т G.652.C и G.652.D.

Зростання інтересу до проекту FTTx обумовив появу рекомендації G.657, у якій вказані характеристики волокон з низькими втратами на вигині. При побудові мереж доступу та інфраструктур у приміщенні вірогідність більш різких вигинів кабелю набагато віще, ніж при побудові магістралей. Загалом, волокна для мереж доступу повинні бути більш стійкі до вигинів, ніж волокна магістральних кабелів, що і зафіксовано в рекомендації G.657.

Компанія R&M пропонує кабелі з різними типами волокон, у тому числі з волокном, відповідним рекомендації G.657. При вигинах з радіусом 7,5 мм воно вносить загасання менше 0,5 дБ, а при вигинах радіусом 10 мм - менше 0,1 дБ (в обох випадках вказано загасання на довжині хвилі 1550 нм). Використання таких кабелів значно спрощує та здешевлює прокладку кабельної інфраструктури в обмежених просторах.

.3.2 З'єднання: роз'ємні та зварені

Конектор - найважливіший елемент кабельної оптичної інфраструктури. Сьогодні на ринку представлено велику кількість різних типів конекторів, проте в мережах FTTx найчастіше використовують коннектори SC: вони відносно дешеві, надійні, їх просто підключати та відключати. Разом з тим зростає популярність конекторів LC: вони компактніше, а значить, дозволяють підвищити щільність з'єднань, що важливо в умовах дефіциту площі технічних приміщень. Зазвичай прийнято вважати, що один оптичний конектор збільшує загасання сигналу максимум на 0,5 дБ. Насправді для мереж PON, в яких на ділянці від OLT до ONT є кілька сполук, це неприпустимо багато. Типовий оптичний конектор вносить втрати порядку 0,1- 0,2 дБ. Для порівняння: втрати на зварному з'єднанні зазвичай не перевищують 0,02 дБ.

Компанія R & M пропонує всі основні типи волоконно - оптичних конекторів. Слід виділити конектор E - 2000, який забезпечує характеристики з'єднання, відповідні найвищому класу А ( Grade A, стандарт IEC 61755-1 ): втрати 0,07 дБ, поворотні втрати більше 68 дБ. Даний конектор має автоматично підпружинені захисні кришки, які захищають контакт від пилу, бруду і подряпин, а інсталяторів - від ураження лазерними променями. Унікальна трирівнева система безпеки, властива більшості продуктів R & M, забезпечує максимальний захист мережі, а моноблочна керамічна феррула - стійкість до деформації поверхні навіть при експлуатації в екстремальних середовищах. Напівпрозорі матеріали конектора полегшують монтажникам перевірку волокна за допомогою «червоного» лазера.

.3.3 Конектор Е - 2000

.        Втрати в з'єднанні 0,07 дБ;

.        Підпружинені захисні кришки;

.        Трирівнева система безпеки;

.        Унікальна система засувки «Тягни-штовхай»;

.        Змінні засувки і рамки для маркування.

Основне завдання конекторів - забезпечити механічне з'єднання двох волокон для проходу оптичних сигналів з одного в інше. Пил, волога та інші забруднення в місці контакту значно погіршують якість з'єднання. Тому перед кожним з'єднанням конектори необхідно ретельно очищати, що особливо важливо при експлуатації в польових умовах, наприклад у вуличній шафі. Також необхідно, коли конектор не використовується, захищати його спеціальною захисною кришечкою.

Зварювання (splicing) забезпечує з'єднання з кращими характеристиками, ніж роз'ємні конектори. Зварне з'єднання відбувається шляхом сплавлення волокон в спеціальних апаратах. Потім область зварювання захищається спеціальною трубкою, виконаною з нержавіючої сталі. Прискорити процедуру зварювання волокон можна при використанні стрічкових кабелів (в яких волокна розташовані в одну лінію) і спеціальних апаратів, здатних зварювати відразу кілька (наприклад, 12) волокон. Зазвичай такі кабелі використовуються тільки на магістральній ділянці PON.

Хоча зварні з'єднання мають свої переваги, обійтися тільки зварюванням не можна. Використання рознімних конекторів необхідно для забезпечення гнучкості при підключенні нових абонентів та впровадженні нових сервісів, для тестування мережі та виконання інших завдань, що виникають в процесі експлуатації.

.3.4 Конектори UPC І APC

На малюнку 1.6 представлена типова схема з'єднань в інфраструктурі PON, при цьому з'єднання конекторів типу UPC (Ultra Polished Connector) показані синім кольором, а з'єднання типу APC (Angle Polished Connector) - зеленим. (Конектори всіх основних різновидів - FC, SC, LC, E-2000 - випускаються обох типів - UPC і APC). Як видно, з'єднання APC використовуються в зовнішній мережі, а також в тій частині мережі усередині вузла зв'язку, яка використовується для передачі відеосигналу.

Рисунок 1.6 - Типова схема з'єднання в інфраструктурі PON

У конекторі APC торець скошений під кутом 8 °, тому відображена від кордону частина оптичного сигналу виходить з волокна (рисунок 1.7). При з'єднанні двох ідеально очищених конекторів UPC зворотнього відображення не відбувається зовсім, але якщо на кордоні мається бруд, то виникають серйозні проблеми через відбитий сигнал. Оскільки в польових умовах, як уже говорилося, уникнути забруднення конекторів набагато складніше (ніж у приміщенні вузла зв'язку), то в зовнішній мережі рекомендують застосовувати конектори APC, які не погіршують характеристики каналу через зворотнє відображення.

Одна з найбільш поширених проблем виникає, коли конектор UPC підключають до конектору APC. Найчастіше це відбувається ненавмисно, оскільки інсталятор просто не знає різниці між цими двома типами конекторів. Однак це трапляється і через те, що кабелю з відповідним конектором немає під рукою, а також коли інсталятор спеціально хоче збільшити загасання в каналі. При з'єднанні різнотипних конекторів в місці контакту UPC - APC утворюється повітряний зазор, який веде до втрат 3,5 дБ і навіть більше. Крім того, таке з'єднання загрожує пошкодженням торців обох волокон.

Рисунок 1.7 - Конектори SC - UPC і SC - APC

.3.5 Сплітери

Сплітери - найважливіші елементи інфраструктури PON, які забезпечують поділ оптичного сигналу. Існують два основних типи сплітерів: сплавні і планарні.

Перші виконані за сплавною технологією ( FBT, Fused Biconical Taper ): два волокна з віддаленими зовнішніми оболонками сплавляють в елемент з двома входами і двома виходами (2:2), після чого один вхід закривають безвідбиваючим методом, і, таким чином, формується спліттер 1:2. При виготовленні сплавного сплітера можна забезпечити розділення потужності в різних пропорціях, наприклад 20/80 (20 % потужності сигналу йде в одне «Плече», 80 % - в інше), але в мережах PON, як правило, застосовують сплітери з рівномірним поділом потужності 50/50. Разом з тим завжди існує якась похибка при поділі сигналу, в результаті якої в одне «Плече» йде, скажімо, 51 % потужності, а в інше - 49 %. Послідовним з'єднанням сплавних сплітерів 1:2 можна отримати елементи з великими коефіцієнтами поділу, але, як правило, виконані за цією технологією сплітери мають коефіцієнт поділки не більше 1:8.

За допомогою планарної технології (PLC, Planar Lightwave Circuit Coupler) на напівпровідниковій пластині формується безліч мікроділителів 1:2, об'єднаних в сплітер з потрібним коефіцієнтом ділення. Технологія дозволяє виготовляти компактні і високонадійні сплітери з великим числом волокон ( 1:32 ). Однак вартість сплітерів PLC вище (приблизно на 60-100 %) вартості сплітерів FBT.

При виборі типу сплітерів, крім ціни і коефіцієнта ділення, необхідно враховувати ще масу факторів. Наприклад, те, що планарні сплітери здатні працювати в більш широкому діапазоні температур (-45 ° C до +85 ° C), ніж сплавні (від -25 ° C і навіть від -40 ° C до +75 ° C) і що вони також володіють більш лінійною амплітудно - частотною характеристикою порівняно із зварними сплітерами (важливо для систем зі спектральним ущільненням).

Компанія R & M пропонує широкий вибір сплітерів обох типів - сплавних і планарних - в різних варіантах корпусів - від трубчастого діаметром 3 мм (довжина 60 мм) до захищеного розмірами 100 x 80 x 10 мм. Сплітери встановлюються в полки, виконання яких залежить від особливостей проекту (замовник вибирає конструкцію, розміри, систему організації волокна).

Рисунок 1.8 - Основні технології виготовлення солітерів

.3.6 Каплери і мультиплексори WDM

Вище вже згадувалося використання WDM - Каплера для введення в дерево PON додаткового каналу на довжині хвилі 1550 нм. Суть технології спектрального поділу каналів (WDM ) полягає у збільшенні пропускної здатності одного волокна за рахунок передачі по ньому кількох інформаційних каналів, кожен - на своїй довжині хвилі. Ця ідея активно використовується при розробці PON- мереж наступного покоління, що отримали назву WDM - PON, в яких пропускна здатність і ємність волоконно - оптичної інфраструктури значно збільшується за рахунок формування безлічі спектральних каналів. Стандарти на технологію WDM - PON ще знаходяться в стадії розробки, проте досвідчені мережі вже будуються, наприклад, у Південній Кореї.

Існує два основних варіанти технології WDM: щільний ( Dense WDM, DWDM ) і розріджений ( Coarse WDM, WDM ). У першому випадку спектр ділиться на дуже вузькі канали (від 0,4нм), що, з одного боку, забезпечує велике число спектральних каналів, а з іншого - підвищує вартість обладнання WDM. Системи DWDM використовуються в першу чергу на каналах телекомунікації. У цікавлячих нас міських мережах доступу набагато економічніше використовувати другий варіант - CWDM. У цьому випадку спектр в діапазоні від 1270 до 1610 нм «Нарізається » на набагато більш широкі канали - по 20 нм. Устаткування CWDM коштує значно дешевше систем DWDM.

Існує кілька основних технологій виготовлення каплерів і мультиплексорів WDM. Одна з найпростіших схожа зі сплавною технологією FBT, застосовуваної при виробництві сплітерів. При сплаві волокон через розходження діаметрів модової плями можуть бути виділені різні довжини хвиль, каскадування таких пристроїв дозволяє виділити багато довжин хвиль. До переваг елементів WDM, виготовлених за технологією FBT, відноситься невисока вартість, низьке затухання і можливість роботи в широкому частотному діапазоні, до недоліків - невисока хвильова ізоляція.

Друга технологія - Thin Film Filters (TFF ) - заснована на виготовленні тонкоплівкових фільтрів за допомогою іонно - променевого напилення. Такий фільтр складається з декількох шарів спеціальних матеріалів (кожен зі своїм індексом відбиття), при проходженні яких відображається або передається тільки одна довжина хвилі. Елементи WDM, побудовані на основі TFF - фільтрів, характеризуються низьким рівнем загасання, дисперсії і відбитого сигналу, а також високою хвильовою ізоляцією.

Компанія R & M пропонує великий вибір WDM - каплерів і мультиплексорів, виготовлених на основі технологій FBT і TFF. Вони можуть поставлятися встановленими в модулях висотою 3U і в 19 -дюймових полицях висотою 1U. Для зовнішніх застосувань можлива установка WDM - елементів в розподільній шафі й коробці.

.4 Застосування абонентської PON для обліку сповивальних комунальних послуг у даний період часу

Автоматизовані системи інтелектуального обліку енергоресурсів. Інтелектуальний облік є основним інструментом підвищення якості послуг та відповідності вимогам споживачів.

Застосування інтелектуальних систем обліку має ряд переваг, які отримують як збутові (мережеві) компанії, так і споживачі (побутові, промислові підприємства).

Крім основного ефекту - отримання оперативної та точної інформації про фактичне передавання (споживанні) електроенергії, впровадження системи «розумного» обліку дає ряд незаперечних переваг, у тому числі:

.        Можливість переходу на 100 % розрахунки з абонентами за показаннями приладів обліку;

.        Забезпечення білінгових систем достовірною інформацією;

.        Контроль своєчасності оплат і скорочення дебіторської заборгованості (спільно з системою білінгу);

.        Підвищення оперативності контролю і управління режимами енергоспоживання;

.        Скорочення витрат при формуванні обсягу наданих споживачам послуг;

.        Виявлення і скорочення втрат електроенергії, а також розкрадань;

.        Дистанційне керування навантаженням споживачів;

.        Оптимізація режимів і параметрів електромереж;

.        Отримання диференційованих тарифів залежно від часу доби.

Проблема енергоефективності та енергозбереження є однією з найбільш актуальних сьогодні. У Європі до вирішення проблеми підійшли впровадженням інтелектуальних лічильників, на основі яких з'явилися інтелектуальні системи обліку енергоресурсів. Успіх даного досвіду був очевидний і незабаром на шлях інноваційного розвитку систем обліку встали й інші країни. Створення системи «розумного» обліку мається на увазі установку у споживачів інтелектуальних лічильників з можливістю дистанційного зчитування показань про споживання ресурсів та їх якості з можливістю віддаленого управління навантаженням. Збір даних здійснюється в єдиний центр збору та обробки даних ЦСОД, де інтегрується з білінговими і суміжними системами. Автоматизація обліку із застосуванням сучасних технологій є основоположною в ідеї «розумного» обліку. Найважливішим елементом системи інтелектуального обліку є спеціалізоване програмне забезпечення верхнього рівня, що дозволяє реалізувати всю багатофункціональність системи.Metering є одним з основних елементів наступного етапу впровадження інтелектуальних технологій - Smart Grid («Інтелектуальна мережа»).