Курсовая работа: Проектирование PON

Содержание

Исходные данные к проектированию

1. Технология FTTx

1.1 FTTH

1.2 Технология PON

1.2.1 Топология "точка-точка" (P2P)

1.2.2 Топология "кольцо”

1.2.3 Дерево с активными узлами

1.2.4 Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)

1.3 Технология Ethernet

2. Оптические компоненты сети

2.1 Оптический кабель

2.2 Оптические муфты

2.3 Оптические разветвители

2.4 Оптические передатчики и приемники

2.5 Выбор активного оборудование

3. Абонентское оборудование

3.1 Выбор пассивного оборудование

3.2 Схема магистрального участка пассивной оптической сети. Выбор оптического кабеля

4. Построение распределительной сети

4.1 Расчет оптического бюджета

4.2 Расчет нагрузки

4.3 Расчет капитальных затрат

Заключение

Список литературы

оптический сеть магистральный разветвление

Исходные данные к проектированию

Выбор варианта осуществляется по последней цифре зачетной книжки.

Х - предпоследняя цифра зачетки (0 приравнивается к 10). X=1

Y - последняя цифра зачетки (0 приравнивается к 10). Y=9

Абонентское устройство* должно обеспечивать подключение:

аналогового телефонного аппарата или IP телефона.

телевизора или STB.

персонального компьютера.

*Выше указанное пользовательское оборудование не рассчитывается в рамках данного курсового проекта.

Охват сетью 100% квартир.

1. Технология FTTx

Fiber To The X или FTTx [3] (англ. fiber to the x - оптическое волокно до точки X) - это общий термин для любой телекоммуникационной сети, в которой от узла связи до определенного места (точка X) доходит волоконно-оптический кабель, а далее, до абонента, медный кабель (возможен и вариант, при котором оптика прокладывается непосредственно до абонентского устройства). Таким образом, FTTx - это только физический уровень. Однако фактически данное понятие охватывает и большое число технологий канального и сетевого уровня. С широкой полосой систем FTTx неразрывно связана возможность предоставления большого числа новых услуг.

В семейство FTTx входят различные виды архитектур:

FTTN (Fiber to the Node) - волокно до сетевого узла;

FTTC (Fiber to the Curb) - волокно до микрорайона, квартала или группы домов;

FTTB (Fiber to the Building) - волокно до здания;

FTTH (Fiber to the Home) - волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

Они отличаются главным образом тем, насколько близко к пользовательскому терминалу подходит оптический кабель.

Очевидные преимущества оптического кабеля по сравнению с медножильными трактами связи - значительно более высокие пропускная способность и дальность действия. Современные медные кабельные системы позволяют передавать 10 Гбит/с, но на расстоянии всего 100 м - то есть в пределах одного здания или группы близко расположенных строений. По оптическим линиям гигабитные потоки можно без промежуточного восстановления транспортировать на десятки и сотни километров. К тому же, такие линии отличает хорошая масштабируемость в отношении пропускной способности: ее легко увеличить путем добавления спектральных каналов без замены волокна.

Оптическое волокно очень тонкое. По диаметру оптический кабель, содержащий несколько сот волокон, сопоставим со стандартным коаксиальным кабелем. Подобная компактность снижает требования к "объему” кабельных трасс и упрощает прокладку оптического кабеля, который можно, например, задувать в предварительно смонтированные пластиковые микротрубки. При грамотной инсталляции оптическая кабельная инфраструктура способна прослужить очень долго и пережить смену нескольких поколений активного оборудования.

1.1 FTTH

FTTH - оптическое волокно до квартиры. В квартире устанавливается терминал, а от терминала кабель до ПК. Однозначно в пользу решений FTTH выступают эксперты компании Motorola [4]. Они сравнивают продолжительность жизненного цикла инвестиций в любую технологию доступа и коррелированный рост требований к пропускной способности каналов доступа. Проведенный анализ показывает, что если технические решения, которые закладываются в основу сегмента доступа сети сегодня, окажутся неспособными обеспечить скорость 100 Мбит/с в 2013-2015 годах, то моральное устаревание оборудования произойдет до окончания инвестиционного цикла. Оператор должен обязательно учитывать эти данные, иначе он рискует оказаться уязвимым перед лицом конкурентов по мере стремления пользователей к получению услуг все более высокого класса.

Преимущества архитектуры FTTH:

из всех вариантов FTTx она обеспечивает наибольшую полосу пропускания;

это полностью стандартизированный и наиболее перспективный вариант;

решения FTTH обеспечивают массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи;

они позволяют существенно сократить эксплуатационные расходы - за счет уменьшения площади технических помещений (необходимых для размещения оборудования), снижения энергопотребления и собственно затрат на техническую поддержку.

1.2 Технология PON

Распределительная сеть доступа PON (passive optical network), основанная на древовидной волоконной кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, возможно, представляется наиболее экономичной и способной обеспечить широкополосную передачу разнообразных приложений. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания как узлов сети, так и пропускной способности в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов [5].

Строительство сетей доступа в настоящее время идет по трем направлениям:

сети на основе существующих медных телефонных пар и технология xDSL;

беспроводные сети;

волоконно-оптические сети.

Прокладка оптического кабеля (ОК) - это весьма радикальный подход. Еще недавно он считался крайне дорогим. Однако в настоящее время благодаря значительному снижению цен на оптические компоненты этот подход стал актуален. 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 пассивных оптических сетей PON.

Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа:

"точка-точка”;

"кольцо”;

"дерево с активными узлами”;

"дерево с пассивными узлами”.

1.2.1 Топология "точка-точка" (P2P)

Структура сети показано на рисунке 1.

Рис.1. Топология P2P

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например, использующих оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации, при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для крупных абонентов.

1.2.2 Топология "кольцо”

Структура сети показана на рисунке 2.

Рис. 2. Топология "кольцо”

Кольцевая топология на основе SDH положительно зарекомендовала себя в магистральных телекоммуникационных сетях. Однако в сетях доступа не все обстоит так же хорошо. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее знать, где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратиться в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений, подключение новых абонентов осуществлялось бы путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную - "сжатых" колец (collapsed rings), что значительно снижает надежность сети. Фактически главное преимущество кольцевой топологии - высокая отказоустойчивость и присутствие обходных маршрутов, сводится к минимуму.

1.2.3 Дерево с активными узлами

Структура сети показано на рисунке 3

Рис. 3. Топология "дерево с активными узлами

Дерево с активными узлами - это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение 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). Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

1.2.4 Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)

Структура сети показано на рисунке 4.

Рис.4. Топология "дерево с пассивным оптическим разветвлением PON

Решения на основе архитектуры PON используют логическую топологию "точка-многоточка" P2MP (point-to-multipoint), которая положена в основу технологии PON. К одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, т.к. на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии - сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Между тем экономия второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной. Так, по оценкам компании NTT [5], конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе в непосредственной близости к центральному узлу оказывается экономичнее, чем сеть точка-точка, хотя сокращения длины оптического волокна практически нет. Более того, если расстояния до абонентов невелики, как в Японии, то с учетом затрат на эксплуатацию (в Японии это существенный фактор) оказывается, что PON с разветвителем в центральном офисе экономичнее, чем PON с разветвителем, приближенным к абонентским узлам.

Преимущества архитектуры PON:

отсутствие промежуточных активных узлов;

экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле;

экономия волокон;

легкость подключения новых абонентов и

удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети. К недостаткам можно отнести возросшую сложность технологии PON и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

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

Абонентский узел ONT (optical network terminal) имеет, с одной стороны, абонентские интерфейсы, а с другой - интерфейс для подключения к дереву PON, передача ведется на длине волны 1310 нм, а прием - на длине волны 1550 нм. ONT принимает данные от OLT, конвертирует их и передает абонентам через абонентские интерфейсы UNI (user network interfaces).

Оптический разветвитель - это пассивный оптический многополюсник, распределяющий поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. В общем случае у разветвителя может быть M 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.

Существует три стандарта сети PON: APON (BPON), GPON и EPON (GePON).

Таблица 1 - Сравнительные характеристики PON