Материал: Проектирование пассивной оптической сети (PON) в микрорайоне г. Вологды

Проектирование пассивной оптической сети (PON) в микрорайоне г. Вологды

Введение

Тенденция развития телекоммуникационной сети в начале двадцать первого века должна соответствовать времени, то есть, быть высокоорганизованной, интеллектуальной, автоматизированной, соответствовать техническому уровню развития стран в мире, способной передавать различные сообщения и предоставляют широкий спектр услуг для пользователей, которые ценят качество и надежность.

Хотя телефон и теперь остается наиболее востребованной услугой, значительно увеличился спрос на интернет-услуги среди бизнес-центров, но и у простых пользователей. Популярное в последние годы понятие «Triple Play» (Triple Play) предоставляет пользователям телефонии, передачи данных и видео через единую сеть. Кроме того, высокоскоростной доступ в интернет и видео требует широкополосного доступа к сетевым ресурсам. Так же, увеличение спроса на услуги ШПД определяется развитием новых технологий: VOD (видео по запросу), потоковое видео, онлайн-игры, видеоконференции, VOIP (передача голоса по сетям связи), телевидение высокой четкости (HDTV).

При подборе технологии ШПД нужно принять во внимание потребности пользователей, их расположение, различные экономические аспекты.

В развитии рынка телекоммуникаций опасно принимать поспешных решений и ждать появления более совершенной технологии. Такая технология уже появилась - это технология PON (пассивная оптическая сеть).

Сеть доступа PON создана на основе древовидной кабельной структуры с пассивными оптическими сплиттерами на узлах, данная структура является наиболее экономически эффективным способом обеспечить разнообразие широкополосных приложений. В то же время структура PON имеет необходимый потенциал и эффективность узлов сети и пропускной способности, в зависимости от текущих и будущих потребностей клиентов. Все абонентские устройства являются терминальными, что означает: поломка не влияет на работоспособность других устройств. Каждый абонентский узел предназначен для обычного домашнего или офисного помещения и может охватывать сотни абонентов.

Пассивные оптические сети существенно могут изменить равновесие сил на рынке телекоммуникаций, предлагая прагматичную схему работы. При их использовании, операторы связи могут быть более уверенными в компенсации экономических расходов, прокладка ОВ от телефонной станции к площади с группой возможных клиентов - компаний или отдельных пользователей.

Подобным способом, технология PON представляет особую заинтересованность с точки зрения: расширения области использования цифровых широкополосных сетей.

В дипломном проекте показан сетевой проект структуры доступа GPON (пассивной оптической сети) в г. Вологде. Целью данного проекта является разработка организации схем связи, выбор маршрута ОК, подбор и монтаж оборудования на центральных и терминальных узлах. Рассматриваются вопросы безопасности при строительстве сети.

1. Варианты построения сетей доступа

Развитие интернета в том числе создание новейших услуг связи, содействует росту трафика, передаваемого по сети, и вынуждает провайдеров находить методы повышения пропускной способности транспортных сетей. Для принятия решения в настоящий момент, они обязаны принимать во внимание разнообразные потребности абонентов, потенциал для дальнейшего развития сети и ее экономики.

Имеются четыре ключевых топологии построения оптических сетей, «P2P», «кольцо», «с деревом активного узла», «дерево с пассивными узлами».

1.1 Топология построения оптических сетей, «точка-точка» и ее характеристика

Рисунок 1 - Топология «точка-точка»

Самая простая структура. Главным недостатком является низкий КПД. Следует проложить отдельный волоконно-оптический кабель из центрального офиса в каждое строение или каждому отдельному пользователю. Данный метод может выполняться в случае, если закладывается абонентский узел (компания, офис, здание), к которому ведется отдельная линия связи.

«Точка-точка» топология не создающая ограничений на сетевые технологии. P2P может быть использован как стандарт для любой сети, а также для решений нестандартных, таких как оптические модемы.

Информационная безопасность, передаваемая с P2P-соединениями, данная топология обеспечивает высокий уровень защиты абонентских узлов. Так как, оптические кабели прокладываются индивидуально к любому абоненту, этот подход считается наиболее дорогостоящим и заманчивым в основном для больших корпоративных клиентов.

1.2 Топология построения оптических сетей, «кольцо» и ее характеристика

Рисунок 2.2 - Топология «кольцо»

Топология «кольцо» созданная на основе SDH благоприятно показала себя в городских сетях связи, но ситуация в самих сетях доступа не оптимальна. Если постройка городских магистралей планирует расположение узлов на этапе проектирования, тогда - невозможно знать заранее, в каком месте и какое количество абонентских узлов будет установлено. Подключение новых пользователей выполняется путем открытия кольца и установки дополнительных частей. В работе такие петли часто соединяются в одном кабеле, что создает кольцо, больше напоминающее ломаную. «Короткие» кольца (кольца свернуты) существенно уменьшают безопасность сети. Из-за этого основное преимущество топологии кольца приравнивается к нулю.

телекоммуникационный магистральный кабель оптический

1.3 Топология построения оптических сетей «с деревом активного узла» и ее характеристика

Рисунок 2.3 - Топология «дерево с активными узлами»

Дерево с активными узлами - экономная топология с точки зрения использования волокна. Она хорошо вписывается в параметры Ethernet с иерархией скорости от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит / с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). IEEE 802.3 Ethernet уже давно перестал ограничивать нишу корпоративных сетей. В процессе монтажа по данной топологии, сети бывают очень разветвленными и сложными имеющие древовидную структуру. В каждом узле дерева должно быть активное устройство (по отношению к сетям основанные на IP-коммутаторах или маршрутизаторах). В дереве с активными узлами: главный плюс этой топологии относительно небольшие затраты. Важным минусом считается наличие активных устройств в промежуточных узлах, требующих отдельной мощности.

1.4 Топология построения оптических сетей «дерево с пассивными узлами» и ее характеристика

Рисунок 4 - Топология «дерево с пассивным оптическим сплиттером»

Особенный вариант, когда в качестве пассивного оптического элемента действует оптический сплиттер, топологии PON, используя. К одному порту центрального узла возможно подключение волоконно-оптического сегмента древовидной структуры, охватывающего множество пользователей. В подобном варианте, оптические сплиттеры поставленные в промежуточных узлах дерева, полностью пассивны и не требует питания и сервиса (обслуживания).

После упрощения топологии P2MP и грамотного размещения сплиттеров можно достичь существенного сокращения ОВ и уменьшить цену кабельной инфраструктуры. Абонентские устройства не играют роли на производительность сети. Достоинства данной структуры уменьшаются, во-первых, отсутствием активных промежуточных узлов и экономии волокон. Во-вторых, используются оптические приемопередатчики в центральных узлах. В-третьих, необходимо отметить простоту подключения абонентов и удобство обслуживания (поломка нескольких абонентских устройств, никак не повлияет на работоспособность других устройств).

Древовидная топология P2MP оптимальна для установки оптических сплиттеров на основе реального местоположения абонентов. Минусом считается повышенная сложность пассивных оптических сетей и отсутствие надежности в простейшей топологии дерева.

Все знают, что пассивные оптические сети дают возможность экономить на кабельной инфраструктуре за счет снижения общей длины ОВ, в области от центрального узла к сплиттеру, используя всего лишь одно волокно. Так же нужно обратить внимание на еще один источник экономии - снижение количества приемников и оптических передатчиков в центральном узле. Иногда экономия от второго варианта, более существенна в некоторых вариантах.

Можно подвести итог о том, что структура «дерево с пассивными узлами» считается наиболее преимущественной в виду следующих факторов:

. Структура является оптимальной для количества волокон;

. Оптимальное решение для числа оптических приемопередатчиков;

. Легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания;

. Отсутствие промежуточных активных узлов;

1.5 Функционирование сети средней сложности

В топологии «точка - многоточка» за счет упрощения распределения сплиттеров можно достичь, существенной экономии ОВ и уменьшить стоимость кабельной инфраструктуры. Все абонентские устройства терминальные - это означает поломка или выход одного из устройств, не повлияет на работу других.

Каждый часть ОВ соединена с одним приемопередатчиком к центральному узлу (различие от топологии «точка-точка»), что придает существенную экономию в стоимости оборудования.

2. Описание технологии PON

(пассивная оптическая сеть) - это семейство стремительно развивающихся современных технологий ШПД по оптическому волокну. Сущность технологии, следует из ее названия и заключается в том, что ее распределительная сеть строится без использования активных компонентов: разветвление оптического сигнала в одной волоконно-оптической линии связи осуществляется с использованием пассивных оптических разветвителей мощности - сплиттеров.

2.1 Примеры построения сетей PON

Определение ключевых терминов.центральный узел (терминал оптической линии) - это устройство, установленное в центральном офисе, оно получает данные от магистральных сетей через интерфейсы SNI (узел обслуживания интерфейсов) и формирует нисходящий поток к абонентским устройствам (живой поток) по PON дереву.

Абонентское устройство ONT (терминал оптической сети), с одной стороны, использует пользовательские (абонентские) интерфейсы, а с другой - интерфейс для подключения PON дерева - передача осуществляется на длине волны 1310 нм, а прием - на длине волны 1550 нм. ONT от OLT получает данные, преобразует их и передает абонентам через абонентские интерфейсы UNI (сетевые интерфейсы пользователя).

Оптический сплиттер - пассивное оптическое оборудование, которое занимается, распределением оптического потока излучения в том же направлении, и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. Обычно у сплиттера может быть N входных и выходных портов M. В PON сетях чаще всего используются 1xN сплиттеры с одним входным портом.

Любая оптическая сеть состоит из нескольких главных составляющих: ONT терминала, пассивных оптических сплиттеров, и станционного терминала OLT. Станционный терминал помогает взаимодействию сети PON с внешними сетями, сплиттер содействует разветвлению оптического сигнала, а ONT терминал помогает взаимодействию с абонентской стороны.

В нашем мире, при большом росте объема передаваемого трафика (телевидения, голос, мультимедиа) и тенденции к увеличению скорости доставки информации, при массовом росте населения, в большой степени, можно получить используя технологию PON. Она становится быстро развивающейся и основой при доставке пользователю услуг ШПД.

Технология TurboGEPON является одной из разновидностей сетей PON, она позволяет строить сети доступа для многоквартирных домов, предприятий, за счет большой скорости передачи 2,5 гбит\с, так же TubroGEPON обладает рядом преимуществ

Оператор связи предоставляет по одному кабелю такие услуги как

интернет высокоскоростного доступа

телефонию

IPTV (и HD)

эффективное использование оптико-волокна (до 64 абонентов на 1 волокно)

Рисунок 5 - Общая структура строительства оптической сети

Рисунок 6 - Общая структура строительства оптической сети в поселке

Рисунок 7 - Обеспечение услуг клиентам (абонентам)

2.2 Виды технологий PON

В семействе PON имеется ряд разновидностей, различающиеся, в первую очередь, базовым протоколом передачи, что видно из таблицы 1.

Таблица 1 - Вариации оптических сетей

Сперва существовала технология APON, она функционировала на передаче информации в ячейке структуры АТМ с данными. В данном стандарте предоставлялась скорость передачи прямого потока 622 мбит/ и обратного потока по 155 Мбит/с (симметричный режим) или 622 Мбит/с в прямом потоке и 155 Мбит/с в обратном (ассиметричный режим). В наше время APON практически не используется. После усовершенствования APON спустя некоторое время привело к формированию нового этапа (стандарта) - BPON. В стандарте BPON скорость потоков уже состовляла до 622 Мбит/с в симметричном режиме или 1244 Мбит/с и 622 Мбит /с в ассиметричном режиме.

В частности появилась возможность передачи ключевых типов информации (голоса, видео, данных), для видеоинформационного потока выделена длина волны 1550 нм. BPON формирует между отдельными абонентами динамическое распределение полосы. После развития наиболее высокоскоростнго стандарта GPON, использование BPON утратило свой смысл.

Применение стандарта Ethernet в локальных сетях и создание на их базе оптических сетей, предрешило создание и развитие стандарта EPON. Стандарт EPON, рассчитан на передачу данных со скоростью обратного и прямого потока со скоростью 1Гбит/с на основе IP-протокола для 16 (или 32) пользователей. Из-за высокой скорости передачи, EPON эволюционировал в GEPON ( Gigabit Ethernet PON ), который принадлежит к стандарту IEEE 802.3ah. Расстояние передачи в подобных системах доходит до 20 км.

Для операторов связи, формирующие крупные разветвленные сети с системами хранения, успешной является технология GPON, она несет в себе линейку APON- BPON, но с высокой скоростью передачи -1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с (в ассиметричном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме). За фундамент был выбран протокол SDH. Вероятность подключение до 32 (или 64) пользователей на дистанции 20 км (с перспективой повышения до 60 км). GPON поддерживает как трафик АТМ, так и IP, речь и видео. Одним значительным минусов GPON считается высокая цена оборудования.

2.3 Принцип действия пассивных оптических сетей

Древовидная структура доступа пассивных оптических сетей, разработана на построении оптико-волоконных сетей, с пассивными оптическими сплиттерами, является очень экономичной и может гарантировать широкополосную передачу разнообразных приложений. Таким образом структура пассивных оптических сетей имеет необходимую эффективность увеличения как узлов сети, так и пропускной способности в зависимости от будущих и настоящих потребностей пользователей.

Провайдеры, общественные и строительные фирмы все без исключений сообщают о соединении услуг связи, применяя "triple play". Это основное преимущество технологии, так как все услуги можно получить из одной розетки. Оптическую сеть проводят прямо в квартиру, без надобности монтажа в доме активного оборудования, что предласполагает качество сети и ее безопасность. Разветвление на телефонный, телевизионный и интернет кабели совершается уже в квартире, из оптического абонентского терминала (ONT). Пропускная способность оптико-волокна делает его заманчивым для реализации данной разновидности телекоммуникационных сервисов.