Введение В последние годы границы между ... услуг связи становятся все более ...

Введение
В последние годы границы между различными сегментами рынка
услуг связи становятся все более прозрачными. Операторы сотовой
связи активно выходят на рынок Интернет-услуг, в то время как
компании, предоставляющие услуги фиксированной связи осваивают
новые для себя направления в области предоставления услуг
телефонии и кабельного телевидения. Дальновидность стратегии
развития любого игрока на рынке услуг связи сегодня определяется
степенью освоения интегрированных услуг.
Выбор топологии сети связи и определение нужного набора
функциональных возможностей, которые будут оптимально
соответствовать текущим и будущим требованиям абонента,
специфике
деятельности и региональным условиям развития
оператора, становится одним из главных условий быстрой
окупаемости и эффективного использования телекоммуникационной
сети. При построении или реорганизации сети связи необходимо
оценивать и учитывать перспективы дальнейшего технологического
развития и роста емкости сети.
Сети доступа являются, пожалуй, самым затратным звеном
операторских сетей связи. В настоящее время на участке доступа
используются преимущественно медные кабели (витые пары).
Пропускная способность и канальная емкость таких кабелей не
позволяет в полной мере реализовать современные мультисервисные
услуги, то есть услуги по передаче речи, данных и мультимедийного
трафика, включая видеоинформацию. Для предоставления новых
мультисервисных услуг требуется определенная полоса пропускания,
обычно более широкая, чем та, которую могут обеспечить
существующие технологии в медно-кабельной инфраструктуре.
Поэтому для организации доступа к широкополосным услугам часто
приходится прокладывать кабели с высокой пропускной
способностью. Наиболее эффективным в таких случаях является
построение волоконно-оптической кабельной инфраструктуры.
В данном дипломном проекте будет рассмотрена проектирование
технологии GPON в городе Алматы.
1 Анализ технологии построения сети абонентского доступа
1.1 Существующая сеть города Алматы
На развивающемся телекоммуникационном рынке опасно как
принимать поспешные решения, так и дожидаться появления более
современной технологии. Тем более что, такая технология уже
появилась – это технология пассивных оптических сетей PON (passive
optical network). Распределительная сеть доступа PON, 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 и узлов сети, и
пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих
потребностей абонентов. Все абонентские узлы являются
терминальными, то есть отключение или выход из строя одного из них
никак не влияет на работу остальных. Каждый абонентский узел
рассчитан на обычный жилой дом или офисное здание и может
охватывать сотни абонентов.
Сети PON значительно изменяют баланс сил на
телекоммуникационном рынке, предлагая прагматичную модель
работы. В случае их применения оператор может быть в большей
степени уверен в компенсации финансовых затрат, прокладывая
оптическое волокно от телефонного узла до района с группой
потенциальных клиентов — предприятий или индивидуальных
пользователей.
Таким образом, технология PON представляет особый интерес
в плане расширения сферы применения цифровых широкополосных
сетей.
В данном дипломном проекте представлен проект сети доступа
технологий GPON (Passive optical network) в г.Алматы. Цель данного
проекта заключается в разработке схемы организации связи, выборе
трассы прокладки оптического кабеля, выборе и установке
необходимого оборудования на центральном и терминальных узлах.
Рассмотрены вопросы безопасности при строительстве сети.
Проектируемую технологию GPON рассмотрим на примере
мкрорайона «Коктем – 1», где существующей технологией является
ADSL. Главное достоинство ADSL – это низкая стоимость
подключения за счет использования уже проложенных медных линий
связи.
На стороне провайдера мультиплексор доступа к DSL (DSLАМ)
получает сигналы из линии DSL и помещает их в сеть передачи.
DSLАМ также принимает предназначенные для клиента входные
сигналы и пересылает их по высокоскоростному приемному каналу
клиента, см. рисунок 1.1.
Рисунок 1.1 – Принцип доcтавки услуг для технологии DSL
Обычный
DSLAM
это
мультиплексор,
который
устанавливается на стороне оператора. Фактически, он является
концентратором, к которому подключаются абонентские телефонные
линии. При этом на другом конце этих линий находятся DSL-модемы.
Основной функцией DSLAM является предоставление
пользователям качественного канала связи и обеспечение
широковещательной (broadband) передачи услуг TriplePlay.
Однако с точки зрения скорости передачи - даже самые
современные модемы ADSL-2 ADSL-2+ уже сейчас плохо
удовлетворяют требованиямтпользователей. При интернет обмене
неплохо иметь скорость передачи 1-2 Мбит/с, а для потокового видео
со стандартным разрешением (SDTV) – 4…6 Мбит/с (в MPEG-2). При
передаче же сигналов HDTV потребуется обеспечение скорости
передачи 20 Мбит/с (в MPEG-2) или 9 Мбит/с (в MPEG-4). И это для
одного ТВ канала. Этим практически и исчерпываются возможности
модема. Технология xDSL становится неконкурентоспособной даже
экономически.
Таким образом, применение оптических решений на сетях
доступа
становится
единственным
подходящим
способом
организации широкополосного фиксированного доступа.
1.2Архитектура оптических сетей доступа
Архитектура построения сетей оптического доступа
характеризуется степенью приближения оптического сетевого
терминала к пользователю. Сектор стандартизации Международного
Союза Электросвязи (ITU-T) выделяет несколько характерных
вариантов.
Технологии FTTx (Fibertothe x — оптическое волокно до точки
X) – технологии оптоволоконного широкополосного доступа,
получившие наиболее широкое распространение. Этот термин
применяется для любой компьютерной сети, в которой от узла связи
до определенного места (точка X) доходит оптоволоконный кабель.
Широкая полоса систем FTTx открывает новые возможности
предоставления абонентам большего числа новых услуг.
Узел доступа FTTx можно разделить на две составляющие:
активная часть (Ethernet-коммутатор, источник бесперебойного
питания, контроллер мониторинга состояния узла) и пассивная часть
(антивандальный шкаф, оптический кросс, вводно-распределительное
устройство) [1].
Есть несколько типов реализации FTTx, среди которых обычно
выделяют:
FTTH - FiberToTheHome (доведение волокна до
квартиры); FTTB - FiberToTheBuilding (доведение
волокна до здания), и их разновидности:
FTTO - FiberToTheOffice (доведение волокна до офиса);
FTTC - FiberToTheCurb (доведение волокна до
кабельного шкафа);
FTTCab - Fiber To The Cabinet (аналог
FTTC);
FTTR - FiberToTheRemote (доведение волокна до удаленного
модуля, концентратора);
FTTOpt - FiberToTheOptimum (доведение волокна до
оптимального пункта);
Наиболее распространенные из которых представлены на рисунке
1.2.
Рисунок 1.2 - Архитектуры FTTx
Как видно из рисунка, все архитектуры FTTx (Fibertothe …)
предполагают наличие участка с распределительными медными
кабелями, но чем он короче, тем больше пропускная способность сети.
Максимальное использование оптических технологий предполагает
структура FTTH, при которой оптический сетевой терминал
находится в квартире пользователя и соединяется короткими
соединительными кабелями с оконечными
телефоном, компьютером, телевизором и т.д.
устройствами
–
1.3 Выбор архитектуры для построения сети
Выбор архитектуры зависит от множества условий, и в первую
очередь - от плотности размещения абонентов. Учитывая, что частные
абоненты проживают в основном в многоквартирных домах, FTTH
(FibertotheHome- оптическое волокно до квартиры) означает, в
отличие от FTTB, доведение оптического волокна до квартиры
абонента.
Большие затраты на FTTH обусловлены как стоимостью
оборудования, так и высокой ценой монтажа. Несмотря на то, что
стоимость оптического кабеля приблизилась к стоимости
магистрального коаксиального, но все еще далека от
распределительного коаксиального кабеля (КК) типа RG6, который
прокладывается в стояках между этажами и от абонентских ящиков к
телевизорам. В сетях FTTH требуется большое количество
преобразователей, поскольку они устанавливаются в расчете один на
каждого абонента. Помимо этого, в сетях данного типа требуется
большее количество оптических волокон, разветвителей и оптических
кроссов. Если при FTTB они устанавливаются в расчете один на дом,
то при FTTH - в расчете один на каждый этаж или на каждого
абонента.
Архитектуры развернутых сетей FTTH можно разделить на три
основные категории:
– «Кольцо» Ethernet-коммутаторов;
– «Звезда» Ethernet-коммутаторов;
– «Дерево» с использованием технологий пассивной
оптической сети PON. Преимущества архитектуры FTTH перед
другими вариантами FTTx:
– максимальная полоса пропускания;
– полная стандартизация параметров;
– возможность массового обслуживания абонентов на
расстоянии до 20 км от узла связи;
– значительное снижение энергопотребления и затрат на
техническую поддержку, уменьшение эксплуатационных
расходов[2].
1.3.1 Технология PON
Суть технологии PON
заключается в том, что между
центральным узлом, обеспечивающим подключение к магистрали
(SDH/ATM), и абонентскими узлами создается полностью пассивная
оптическая сеть древовидной топологии [3]. В промежуточных узлах
дерева размещаются компактные пассивные оптические разветвители
(сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.
Основная идея архитектуры PON – использование всего одного
приемопередающего модуля в OLT для передачи информации
множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них
(рисунок 3.1).
Рисунок 1.3 - Сеть PON
Число абонентских узлов, подключенных к одному
приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим,
насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость
приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от
OLT к ONT – прямого (нисходящего) потока, как правило,
используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от
разных абонентских узлов в центральный узел, совместно
образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине
волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM,
разделяющие исходящие и входящие потоки. Реализация этого
принципа показана на рисунке 1.4.
В решении «Волокно до дома» (FibertotheHome — FTTH)
затраты на активные устройства представляют собой лишь малую
часть от общих затрат на проект, при этом значительно большая часть
приходится на долю оптической распределительной сети (ODN). ODN
является участком сети между оптическим линейным терминалом
OLT (рисунок 3.2) и оптическим сетевым модулем (ONТ) и включает
в себя магистральный, распределительный и абонентский участки
кабеля, а также все необходимые соединители и пассивные
устройства [4].
Рисунок 1.4 - Оптический линейный терминал (OLT)
Отличительной особенностью сетей PON является то, что по
одному волокну возможна поддержка сервиса для множества
абонентов (рисунок 1.2), что значительно снижает стоимость
внедрения оптической распределительной сети, а также количество
станционного оборудования.
1.3.2 Разновидности PON
Системы GPON опираются на Рекомендации ITU-T серии
G.984, а GEPON строится на стандартах IEEE 802.3ah. Оборудование
GPON или GEPON имеет важные технические отличия, особенно с
точки зрения оператора. Отличить терминальное оборудование GPON
или GEPON не представляется возможным, так как они обладают
одними и теми же наборами интерфейсов и функций, обеспечивая
возможность подключения пользователя к одним и тем же портам
терминального оборудования с помощью таких же разъемов.
Технология GPON, базирующаяся на стандартах ITU-T,
обеспечивает лучшее использование пропускной способности
оптического канала связи и гарантирует качество предоставляемых
услуг (QoS), что очень важно для передачи видеоинформации.
Поскольку транспортный протокол GEPON основан на Ethernet, то
непредсказуемая длина пакетов может оказаться существенным
фактором, снижающим качество предоставления услуг, критичных к
задержкам.
В семействе сетей PON существует несколько разновидностей,
отличающихся, в первую очередь, базовым протоколом передачи.
Таблица 1.1 – Технологии PON
Название
Стандарт (Рекомендация)
APON (ATM PON)
Рекомендации ITU-T G.983.x
BPON (Broadband PON)
Рекомендации ITU-T G.983.x
EPON (Ethernet PON)
Стандарты IEEE 802.3ah/ IEEE 802.3av
GPON (Gigabit PON)
Рекомендации ITU-T G.984.x
APON - базируется на передаче информации в ячейках
структуры ATM со служебными данными. В этом случае
обеспечивается скорость передачи прямого и обратного потоков по
155 Мбит/с (симметричный режим) или 622 Мбит/с в прямом потоке
и 155 Мбит/с в обратном (асимметричный режим). Во избежание
наложения данных, поступающих от разных абонентов, OLT
направляло на каждый ONU служебные сообщения с разрешением на
отправку данных.
BPON - скорость прямого и обратного потоков 622 Мбит/с в
симметричном режиме или 1244 Мбит/с и 622 Мбит/с в
асимметричном режиме. Возможность передачи голоса, видео и
данных, причем для потока видеоинформации выделена длина волны
1550 нм. BPON позволяет организовывать динамическое
распределение полосы между отдельными абонентами.
EPON - построение на основе технологии Ethernet оптических
сетей доступа. Такие сети рассчитаны на передачу данных со
скоростью прямого и обратного потоков 1 Гбит/сна основе IPпротокола для 16 (или 32) абонентов.
GEPON (GigabitEthernet PON), стандарт IEEE 802.3ah.
Дальность передачи достигает 20 км. Для прямого потока
используется длина волны 1490 нм, 1550 нм резервируется для видео
приложений. Обратный поток передается на 1310 нм. Во избежание
конфликтов между сигналами обратного потока применяется
специальный
протокол
управления
множеством
узлов
(MultiPointControlProtocol, MPCP). В GEPON поддерживается
операция обмена информацией между пользователями (bridging).
GPON - имеет скорость передачи – 1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с
(в асимметричном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме).
За основу был принят базовый протокол SDH (а точнее на протоколе
GFP) со всеми вытекающими преимуществами и недостатками.
Возможно подключение до 32 (или 64) абонентов на расстоянии до 20
км (с возможностью расширения до 60 км). GPON поддерживает как
трафик ATM, так и IP, речь и видео (инкапсулированные в кадры GEM
— GPON EncapsulatedMethod), а также
SDH. Сеть работает в синхронном режиме с постоянной
длительностью кадра. Линейный код NRZ со скремблированием
обеспечивают высокую эффективность полосы пропускания.
Единственным серьезным недостатком GPON является высокая
стоимость оборудования. Сравнительная таблица по характеристикам
трех видов PON представлена ниже.
Таблица 1.2 – Сравнительный анализ характеристик технологий
PON
Характеристики
BPON
EPON (GEPON) GPON
Скорость передачи,
прямой/обратный поток,
Мбит/с
Базовый протокол
622/155,
622/622
1000/1000
ATM
Ethernet
1244/1244,
2488/1244,
2488/2488
SDH
Линейный код
NRZ
8B10B
NRZ
32 (64)
32 (64)
10 (20)
20
Максимальное число
32
абонентов
Максимальный радиус сети, км 20
Длина волны,
прямой/обратный поток
(видео), нм
Динамический диапазон, дБ:
1490/1310 1490/1310
(1550)
(1550)
1490/1310
(1550)
– класс А
5-20
5-20
– класс В
10-25
10-25
– класс С
Интерфейс РХ-10 (10 км)
Интерфейс РХ-20 (20 км)
15-30
15-30
5-20
10-24
Следующим эффективным шагом по увеличению скорости
передачи построенных систем PON является применение систем
оптического уплотнения WDM (WDM PON). В Рекомендации ITU-T
G.983.2 описана возможность передачи сигналов на выделенных для
каждого абонента длинах волн. В сети передается общий поток, а
каждый абонентский терминал имеет оптический фильтр для
выделения своей длины волны. Технически возможно обеспечить
производительность системы со скоростями около 4-10 Гбит/с по
каждому каналу. После такой реконструкции провайдеры получат
возможность настраивать пропускную способность в соответствии с
требованиями клиента и успешно добавлять или удалять устройства
ONТ без вмешательства в общую систему.
Отдельные разновидности PON имеют свои преимущества и
недостатки, но в целом BPON, основанный на платформе АТМ, уже
не обеспечивает высокую скорость передачи и практически не имеет
перспектив.
1.4 Постановка задачи
Технология GPON удачная для сетей большой протяженности и
емкости. Базовая платформа SDH обеспечивает хорошую защиту
информации в сети, широкую полосу пропускания и другие
преимущества. Из-за наилучшего соотношения цена/качество при
среднем размере сети, в нашей стране вариант GPON получил
наибольшее распространение. Вследствие чего, далее в дипломной
работе необходимо рассмотреть следующие вопросы:
–построение оптической сети с использованием технологии PON
–рассмотрение зависимости топологии от уровней ветвления
волокна
–обзор схемы прохождения оптического сигнала по ВОЛС
–расчет затухания оптической сети GPON
–составить бизнес-план;
–рассмотреть вопросы безопасности жизнедеятельности