ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8280| Title: | Розробка та дослідження мережі доступу на основі технології ХG-PON для сільської місцевості |
| Authors: | Воробкало, Тетяна Василівна Пономаренко, Наталія Миколаївна |
| Keywords: | оптична мережа;широкосмуговий доступ;технологія XG-PON;оптичний бюджет потужності |
| Issue Date: | 2022 |
| Abstract: | Мета роботи – розробка мережі XG-PON для сільської місцевості для надання мешканцям приватних будинків послуг широкосмугового доступу "Tripple Play" |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8280 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| М_172_ТК_Пономаренко_Воробкало.pdf Restricted Access | 1.72 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА
МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ
ТА КІБЕРБЕЗПЕКИ
Допущений до захисту
“____” грудня 2022 р.
Завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор
_________ Палагін В.В.
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
магістра
(освітній ступінь)
на тему:
Розробка та дослідження мережі доступу на основі
технології XG-PON для сільської місцевості
Виконала: студентка 2 курсу, групи ЗТК-012
спеціальності
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Телекомунікації»)
Пономаренко Н.М.
(прізвище та ініціали)
Керівник Воробкало Т.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Ключка К.М.
(прізвище та ініціали)
Черкаси – 2022 року
Форма № Н-9.01
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту і машинобудування
Кафедра робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки
Освітній рівень магістр
Спеціальність 172 – Телекомунікації та радіотехніка
Освітня програма Телекомунікації
ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри Палагін В.В.
« » 2022 р.
ЗАВДАННЯ
НА ДИПЛОМНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ
Пономаренко Наталія Миколаївна
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка та дослідження мережі доступу на основі
технології XG-PON для сільської місцевості
Керівник проекту (роботи) Воробкало Тетяна Василівна, к.т.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом по університету від « 13 » вересня 2022 р. № 234/04
2. Термін здачі студентом закінченої роботи 12.12.2022
3. Вихідні дані до проекту (роботи) Технологія XG-PON, тип місцевості –
сільська місцевість, тип обладнання- пасивне, тип архітектури – дерево,
розрахувати: втрати на гілках абонентів, згасання між вхідним і вихідним
полюсами в ОР-1, загальні втрати та експлуатаційний запас мережі
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
1. Модель побудови мережі за допомогою технології XG-PON для хутору
Горохівське Київської області
2. Вибір топології побудови мережі 3. Вибір обладнання для усіх ділянок мережі
4.Обчислення оптичного бюджету мережі. Оцінка працездатності мережі
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових
креслень)
1.Модель побудови мереж XG-PON для хутору Горохівське Київської обл.
2.Структура лінії XG-PON
6. Консультанти розділів проекту (роботи)
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
7. Дата видачі завдання 13.09.2022
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного Строк виконання етапів
Примітка
з/п проекту (роботи) проекту (роботи)
Пошук та огляд літератури по побудові 22.09.2022
1. м ережі XG-PON, та обчислювання
параметрів
В ивчення способів побудови мережі та 10.10.2022
2.
способів обчислень
Побудова мережі та обчислення втрат на 22.10.2022
3. гі лках абонентів, загальних втрат та
експлуатаційного запасу мережі
4. В ибір обладнання мережі 14.11.2022
5. О формлення пояснювальної записки 25.11.2022
6. С творення презентації 07.12.202
Студент-дипломник Пономаренко Н.М.
(підпис)
Керівник проекту Воробкало Т.В.
(підпис)
ЗМІСТ
сторінка
ВСТУП ……………………………………………………………………………...5
РОЗДІЛ 1. Теоретичне обґрунтування використання мережі PON…………......6
1.1 Історія створення мережі PON………………………………………….6
1.2 Створення та побудова стандарту PON………………………………..7
1.3 Складові мережі………………………………………………………..15
1.3.1 ВОЛС………………………………………………………………….15
1.3.2 Монтаж муфт і кросів ВОЛС………………………………………..17
1.3.3 ОNT, ONU, OLT та спліттери……………………………………….24
1.3.4 Стандарт XG PON……………………………………………………25
РОЗДІЛ 2 Синтез структури мережі доступу на основі технології XG-PON
та вибір обладнання ………………………………………………………………31
2.1 Структура оптичної мережі доступу………………………………….31
2.2 Вибір топології побудови мережі……………………………………..31
2.3 Вибір обладнання станційної ділянки…………………………………38
2.3.1 Оптичні розгалужувачі……………………………………………….38
2.3.2 Термінал оптичної лінії………………………………………………40
2.3.3 WDM мультиплексор…………………………………………………42
2.3.4 Оптичний мережевий кінцевий блок (ONU)………………………..43
2.3.5 Оптичний розгалужувач 1х4…………………………………………45
2.4 Лінійна ділянка………………………………………………………….46
2.4.1 Опис магістральної ділянки лінії PON………………………………47
2.4.2 Опис розподільчої ділянки лінії PON………………………………..49
2.4.3 Опис абонентської ділянки лінії PON……………………………….49
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
Змн. Лист № докум. Підпис Дата
Розроб. Пономаренко Н.М.
Розробка та дослідження Літ. Арк. Акрушів
А.Л.
Перевір. Воробкало Т.В. мережі доступу на основі 3 67
технології XG-PON для
Н. Контр. Воробкало Т.В сільської місцевості ЧДТУ
Затверд. Палагін В.В.
2.5.1. Вибір типу волоконно-оптичного кабелю………………………...50
2.5.2. Стратегія розміщення та типи оптичних розгалужувачів………..53
РОЗДІЛ 3. Розрахунок оптичного бюджету лінії PON…………………………55
3.1 Розрахунок згасань для гілок абонентів……………………………....60
3.2 Визначення згасання між вхідним і вихідними полюсами у ор-1…..63
3.3 Визначення загальних втрат і експлуатаційного запасу у мережі…..64
ВИСНОВКИ ............................................................................................................66
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ.........................................................67
Арк
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
4
Змн Арк № докум. Підпис Дата
ВСТУП
З давніх давен людство шукало можливість легкого зв’язку та передавання
інформації швидшою можливістю ніж та яка існувала. Поступово ці засоби
розвивались і з кожним покоління ставали все швидше та надійніше. Так
відбувалось доки людство не винайшло комп’ютер, що дало можливість
зберіганню інформації, програмуванню та обчисленню. Тоді вже вчений Пол
Берен, який у 1962 р. опублікував 12-томну роботу у якій запропонував
розподілену мережу на основі даних у блоках повідомлень. Саме історія
Інтернету починається з 1969 року, коли Каліфорнійський університет не
запропонував створити мережу без виділеної центральної точки ( на той час усі
комп’ютери керувались з однієї точки). Така мережа дістала назву ARPANET,
керівниками якого стали Роберт Тейлор та Лоуренс Робертс, і проіснувала вона
до 1990 року.
Поступово Інтернет розвивався і збільшувались його можливості. Одне з
головних завдань, що стоять перед сучасними телекомунікаційними мережами
доступу – так звана проблема «останньої милі», надання якомога більшої смуги
пропускання індивідуальним та корпоративним абонентам за мінімальних
витрат. Ці проблеми чудово усувають мережі PON суть якої полягає в тому, що
між приймальним модулем центрального вузла OLT та віддаленими
абонентськими вузлами ONT створюється повністю пасивна оптична мережа,
що має топологію дерева. Поступово ця мережа почала розвиватись оскільки
користувачам стало бракувати швидкості передачі даних. Так були
запроваджені стандарти APON, BPON, EPON, GPON та найновіший стандарт
XG-PON (також відомий як 10G PON).
В даній дипломній роботі буде розглядатись саме стандарт XG-PON, як
найактуальніший стандарт.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
5
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 1
Теоретичне обґрунтування використання мережі PON
1.1 Історія створення мережі PON
У 2022 році відзначатиметься 53-річчя першого комп'ютерного сеансу
зв'язку, який був проведений у США на відстані 640км. Ця подія вважається
початком зародження Інтернету. Хоч і мережа ARPANET, що передувала
Інтернету, у той час була доступна для дуже вузького кола людей та організацій.
Підключення до неї звичайних людей, що володіють комп'ютерами, стало
доступно лише в 1991 році. І лише поява у 1993 році веб-браузера NCSA Mosaic
забезпечила швидке зростання світової інтернет-аудиторії.
Інтернет мережа почала розвиватися на базі телефонних ліній з
використанням технологій xDSL. Найпростіший різновид цієї «мідної» родини
— модемна технологія ADSL2+яка забезпечує швидкість вхідного потоку 24
Мб/с (вихідного — 1,2 Мб/с). Ця технологія є безумовним лідером за кількістю
підключень у всіх країнах світу.
Однак «мідні» лінії зв'язку, які були прокладені десятки років тому,
старіють фізично, та морально і поступово замінюються оптичними мережами
FTTx. Використання даних технологій дозволяє у два рази підвищити
швидкість обміну інформацією в Інтернеті. А в перспективі – ще більше.[1]
За останні десять років співвідношення «мідь\оптика» в телекомунікаціях
стрімко виросло на користь оптики.
Технологія PON має ряд таких переваг:
• Активне обладнання використовується мінімально;
• Кабельна інфраструктура мінімізована;
• Вартість обслуговування вважається низькою;
• Є можливість інтеграції з кабельним ТБ;
• Відмінна масштабованість;
• Абонентські порти мають високу щільність.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
6
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
1.2 Створення та побудова стандарту PON
Робота мережі PON заключається в організації множинного доступу через
одне оптоволокно за допомогою тимчасового мультиплексування (Time
Division Multiplexing Access – TDMA) та частотного поділу трактів прийому та
передачі (Wavelength-Division Multiplexing – WDM). Мультиплексори WDM,
що працює у складі OLT і ONT, розділяють вхідний і зворотній сигнали, що
транслюються на різних довжинах хвиль (прямий – 1,49 мкм, зворотний – 1,31
мкм). До цих потоків може бути приєднаний сигнал кабельного телебачення,
який передається на довжині хвилі 1,55 мкм.
Перший стандарт сімейства PON – APON (ATM PON) було затверджено
МЕМ наприкінці 1998 року . Вже наступного року американські і японські
оператори зв'язку почали побудову пасивних оптичних ліній. Передавання
даних за цим стандартом відбувається на базі протоколу ATM, який описує
спосіб комутації та мультиплексування, заснований на передачі даних у вигляді
осередків фіксованого розміру (осередків ATM). Швидкість передачі данних
складає 155 Мб/с.
Додавання в APON нових технологій, наприклад, динамічного
призначення смуги, підтримки протоколів SDH, FE, GE, SDI PAL, El, E/FE та
телефонії, забезпечило додаткову функціональність у галузях трансляції мови,
відеоконтенту та телемовлення (перше поява в PON третьої довжини хвилі).
Що й затвердило "дочірній" стандарт APON - BPON (Broadband PON). При
цьому швидкість передачі підвищилася до 622 Мб/с.
Створення стандарту GPON забезпечило роботу мережі як і в
симетричному, так і в асиметричному режимах. Найчастіше використовується
саме асиметричний режим, при якому швидкість передачі даних у прямому
потоці досягає 2,488 Гб/с, а у зворотному - 1,244 Гб/с (зазвичай ці числа
округляють і говорять про 2,5 Гб/с та 1,25 Гб/с).
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
7
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Зазвичай до оптичного модему (ONT) мережі у стандарті GPON домашній
ПК під’єднується або по витій парі, або по бездротовому зв'язку (Wi-Fi). В ONT
також є порти для підключення телевізора та VoIP-телефону.
Базовим протоколом технології GPON став GFP (Generic Framing Protocol),
хоча використовуються також TDMA, SDH, Ethernet, ATM.
У GPON використовується аналогічна топологія побудови, що і в APON і
EPON, яка складається з трьох компонентів: ONU, ODN і OLT.
Рис.1.1 Топологія мережі GPON
Складові:
• OLT – оптичний лінійний термінал.
• ONU – абонентський пристрій.
• ODN — оптична розподільча мережа, що з'єднує оптичні лінійні
термінали OLT та абонентські пристрої ONU.
• IFgpon – інтерфейс GPON.
• SNI – сервісний вузол.
• UNI - інтерфейс "користувач-мережа".
• CPE – обладнання в приміщенні абонента.
Швидкість передачі даних у прямому потоці в мережі GPON – 2,5 Гб/с, а
максимальна кількість підключених абонентських вузлів на одне волокно – 64,
це дозволяє знизити вартість порту на одного абонента в оптичному терміналі
оператора, створеному за стандартом GPON, та значно зменшити споживання
електроенергії станційним обладнанням. Мережа GPON складається з
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
8
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
магістральних та розподільчих ліній зв'язку. Протяжність магістральних трас у
мережі GPON сягає 60 км. Магістральні лінії мережі прокладаються з
використанням стандартних методів повітряного або підземного прокладання
оптичних кабелів із захисною оболонкою, яка забезпечує довговічність
експлуатації кабельної лінії в умовах підвищеної вологості та перепаду
температур.[2]
Рис.1.2. Схема мережі GPON в жилому секторі
Для розподільчої інфраструктури GPON, що будується, наприклад, у
межах багатоквартирного будинку, застосовуються дроп та райзер-кабелі.
Головною особливістю «поверхових» дроп-кабелів, що призначені для
відгалуження оптичної лінії від підвісного розподільчого кабелю, є
конструкція, що надає, можливість «гнучкого» трасування з малими радіусами
вигину.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
9
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Рис.1.3 Складові мережі GPON
Райзер-кабелі, що використовуються для вертикального міжповерхового
розведення, містять 6-12 оптичних волокон, які дуже легко укладаються в
касетах, а для їх зварювання потрібно значно менше часу, ніж при зварюванні
оптичних волокон інших видів кабелів.
Мережа GPON складається з:
• Станційного терміналу OLT (англ. Optical Line Terminal), що
містить у собі певну кількість портів GPON (типово від 4 до 112) та
порти Gigabit Ethernet або 10 Gigabit Ethernet для підключення до
транспортної IP мережі.
• Абонентського терміналу ONT (Optical Network Terminal). ONT
може бути розрахованим лише на одного користувача та мати
порти Ethernet, POTS та RF TV, або на групу користувачів, або на
організацію, та мати порти Ethernet, xDSL, POTS, E1, RF TV.
• Повністю пасивної оптичної розподільчої мережі між ними, яка
складається зі сплітерів з коефіцієнтом розділення від 1:2 до 1:64,
що розташовані централізовано, або розподілено.
Передача сигналу з OLT ведеться на довжині хвилі 1490 нм зі швидкістю
2,5 Гбіт/с, а прийом — на довжині хвилі 1310 нм зі швидкістю 1,25 Гбіт/с.
Таким чином забезпечується робота системи по одному волокну за принципом
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
10
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
WDM. Асиметричність швидкостей потоку обумовлена характером трафіку
низхідного протоку (закачування файлів, передача відео).
Рис.1.4. Опис висхідного та низхідного потоку мережі GPON
Одночасна робота багатьох абонентів у одному волокні забезпечується:
1. У низхідному потоці (від OLT до ONT) за принципом
широкомовлення — усі кадри передаються усім абонентам у
зашифрованому 128-бітним ключем вигляді, і кожен ONT має доступ
своїх кадрів.
2. У висхідному потоці працює принцип TDM. Кожен з ONT веде
передачу тільки у своєму проміжку часу.
3. Стабільна та гнучка робота досягається завдяки повній синхронізації
мережі разом з динамічним розподілом смуги перепуску
Передача з OLT проводиться на довжині хвилі 1490 нм швидкість якої
сягає 2,5 Гбіт/с, а прийом — на довжині хвилі 1310 нм зі швидкістю 1,25 Гбіт/с.
Таким чином робота системи забезпечується по одному волокну за принципом
WDM. Асиметричність швидкостей потоку обумовлена характером трафіку
низхідного протоку (закачування файлів, передача відео).
Принцип організації мережі на практиці:
• АТС або провайдер має термінал OLT для роздачі даних. До цієї
стійки підключаються кабельні лінії, які розводяться абонентськими
ділянками.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
11
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
• На кожну жилу кабелів вішається сплітер - електронний пристрій,
що розділяє потік одного оптоволокна на кілька окремих волокон.
Від сплітерів відгалуження йдуть безпосередньо до користувачів,
або до інших розгалужувачів.
• В абонента встановлюється спеціальний Optical Network Terminal з
кількома роз'ємами для LAN та розетками для телефонів та інших
приладів.[3]
Побудова розподільної мережі GPON є цікавим та творчим процесом, при
якому враховуються як технічні характеристики, так і економічні аспекти
різних топологій. У міській місцевості раціональним рішенням є застосування
сплітерів малої ємності (1:2 — 1:4 у зовнішній мережі), далі у будинку
розраховується коефіцієнт сплітера який залежить від кількості абонентів (1:8,
1:16, 1:24, 1:32, 1:64) і далі індивідуальне волокно йде до кожного з абонентів.
У сільській місцевості переваги GPON проявляються навіть у більшій мірі. Тут
гарним рішенням є встановлення кінцевого сплітера в залежності від групи
близьких один до одного будинків. Також, окрім FTTH, GPON може
використовуватися у FTTB та FTTC топологіях із застосуванням групових
ONT.
Завдяки найвищим швидкостям та механізмам керування трафіком
технологія GPON дозволяє надати найкращий та найякісніший пакет послуг та
максимізувати прибутки оператора.
Оптимізація капітальних витрат досягається завдяки концентрації великої
кількості абонентів на одне волокно та централізацією та малою кількістю
активного обладнання.
Експлуатаційні витрати є головною статтею економії завдяки GPON.
Головні фактори — централізація обладнання та керування мережею, проста та
надійна пасивна інфраструктура мережі, відсутність активного обладнання
всередині мережі, відповідно значна економія електроенергії та орендних
витрат.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
12
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Після доопрацювання специфікації GPON у 2004 році, яка змогла
забезпечити пропускну спроможність 2.5 Gbps/1.25G, FSAN зосередились на
наданні PON більшої пропускної спроможністю. Специфікація XG-PON, яка
підтримує низхідний потік 10 Гбіт/с та висхідний 2,5 Гбіт/с, була випущена у
2010 році. Потім у 2015 році було випущено NG-PON2, справжню архітектуру
наступного покоління.
Використовуючи мультиплексування з поділом по довжині хвилі, він
забезпечує збільшення пропускної здатності до 40 Гбіт/с у низхідному та 40
Гбіт/с висхідному напрямках через кілька каналів 10 Gbps/10 Gbps в єдиній
волоконно-оптичній інфраструктурі. Через рік була стандартизована більш
проста, але набагато менш функціональна система - симетричний XGS-PON зі
швидкістю 10 Гбіт/с.[5]
При тестуванні мережі PON оператора зазвичай хвилюють два основні
питання:
1. Реальне згасання в оптичній лінії між центральним вузлом та
абонентським пристроєм (діючим або підготовкою до підключення).
2. Розташування проблемної ділянки, якщо реальне загасання в лінії
виявилося вищим за очікуване (розрахункове або опорне).
Для відповіді перше питання досить провести прості виміри з допомогою
оптичного тестера. Друге питання складніше і вимагає застосування оптичного
рефлектометра (OTDR), а також певного досвіду розшифрування
рефлектограм.
При можливості, потрібно, щоб усі необхідні вимірювання могли
проводитися на мережі PON, яка працює, без відключення абонентів (крім,
можливо, тестованого). Подібне тестування здійснюється на неробочій довжині
хвилі та застосувується додаткові пристрої (хвильових мультиплексорів
DWDM, фільтрів), щоб випромінювання вимірювальної апаратури не вносило
перешкод корисному сигналу. Вище згадувалося, у мережі PON для прямого
каналу (від центру до абонентів) використовується довжина хвилі 1490 чи 1550
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ 1 3
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
нм (для відео), зворотного – 1310 нм. При тестування мережі PON найчастіше
використовують довжину хвилі 1625 нм.
Випромінювання вимірювальної апаратури (тестера, рефлектометра)
вводиться у волокно відразу після OLT з використанням хвильового
мультиплексора (DWDM). Це випромінювання здатне викликати перешкоди
оптичного приймача абонентського пристрою, тому перед кожним
абонентським пристроєм ONT необхідно встановити фільтр. Для того щоб
можна було проводити тестування без відключення мережі, хвильовий
мультиплексор та фільтри повинні бути стаціонарно включені до оптичного
тракту.
Для вимірювання згасання оптичної лінії між OLT і ONT використовується
оптичний тестер на 1625 нм. Передавач тестера підключається до вільного кінця
хвильового мультиплексора OLT. Приймач тестера підключається до вільного
кінця волокна перед фільтром.
Можна виміряти згасання і без вимкнення абонентського пристрою. Для
цього на ONT потрібно використовувати не фільтр, а хвильовий мультиплексор,
як на центральному вузлі.
Вимірювання в PON за допомогою оптичного тестера дозволяє отримати
реальне значення згасання на ділянці від OLT до ONT, але не дає відповіді на
питання, де знаходиться проблемна ділянка, якщо це згасання виявилося вищим
за очікуваний (розрахунковий або опорний). Для локалізації проблемної
ділянки використовується складніший пристрій – оптичний рефлектометр
(OTDR).
За допомогою рефлектометра можна вести моніторинг мережі PON та
виявляти деградацію волокна ще до того, як виникнуть проблеми. Для цього
необхідно регулярно (наприклад, раз на тиждень) знімати рефлектограму
мережі та порівнювати її з опорною рефлектограмою. З появою будь-яких
відхилень і більше нових подій на рефлектограмі необхідно аналізувати їх
можливі причини і за необхідності проводити адекватні профілактичні заходи.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
14
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
У процесі будівництва мереж FTTx PON необхідно виконувати чотири
основні виміри:
• односпрямований вимір втрат у кабельній секції перед зварюванням;
• двоспрямований вимір оптичних поворотних втрат (ORL);
• двоспрямований вимір оптичних втрат між двома кінцевими
точками;
• двоспрямоване зняття характеристик лінії;
• зняття рефлектограми кожної ділянки оптичної лінії, включаючи
спліттери.
У процесі введення в експлуатацію мереж FTTx PON необхідно
виконувати два основні виміри:
• вимір оптичної потужності на виході OLT;
• вимірювання оптичної потужності прямого та зворотного потоків
гілки мережі PON при додаванні кожного нового ONT.
До переваг архітектури відносять:
• відсутність проміжних активних вузлів
• економія оптичних приймачів у центральному вузлі
• економія волокон
• легкість підключення нових абонентів та зручність
обслуговування. [15]
1.3 Складові мережі
1.3.1 ВОЛС
Волоконно-оптичні лінії мають ряд переваг перед дротяними (мідними) і
радіорелейними системами зв'язку:
• Низьке загасання сигналу (0,15 дБ/км в третьому вікні
прозорості),що дозволяє передавати інформацію на значно більші
відстані без використання підсилювачів. Підсилювачі у ВОЛП
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
1 5
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
можуть встановлюватись через 40, 80 і 120 кілометрів, але це
залежить від класу кінцевого устаткування.
• Висока пропускна здатність оптичного волокна дозволяє передавати
інформацію на високій швидкості, недосяжною для інших систем
зв'язку.
• Висока надійність оптичного середовища: оптичні волокна не
окислюються, не стають вологими, не чутливі до слабкого
електромагнітного впливу.
• Висока захищеність від міжволоконних впливів - рівень захисту від
випромінювань понад 100 дБ. Випромінювання в одному волокні не
впливає на сигнал в сусідньому волокні.
• Малі габарити і маса
До недоліків ВОЛС відносять:
• Відносна крихкість оптичного волокна. При сильних вигинаннях
кабелю (особливо, коли в якості силового елементу
використовується склопластиковий пруток) можливі поломки
волокон або їх замутнення через виникнення мікротріщин.
• Складність з'єднання волокон в випадку розриву;
• Складна технологія виготовлення як волокна, так і інших
компонентів ВОЛЗ.
• Складність перетворення сигналу (у інтерфейсному устаткуванні).
• Відносна висока вартість кінцевого рішення ВОЛС. Проте,
устаткування є дорогим у абсолютних цифрах. Співвідношення ціни
і пропускної спроможності для ВОЛП краще, ніж для інших систем.
• Втрата прозорості волокна з часом, внаслідок старіння.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
16
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Рис.1.5. Складові оптичного кабелю
З появою оптичних кабелів почала застосовуватись архітектура FTTx
(Fiber to the x) яка є частиною оптоволоконної лінії зв'язку. Вона під’єднана з
одного боку до приймально-передавальної станції OLT (Optical Line Terminal -
оптичний лінійний термінал), який встановлений в оператора, а з іншого боку –
до приймально-передавальних модулів абонентів - ONT (Optical Network
Terminal ) або ONU (Optical Network Unit)[10]/
Оптичний кабель для ліній зв'язку може бути укладений таким чином:
• У кабельну каналізацію або кабельний колектор;
• Безпосередньо у ґрунт — з
використанням кабелеукладальника (броньований кабель)
або задувається в раніше прокладену трубку (полегшений або
звичайний кабель);
• Підвіс кабелю — повітряна лінія зв'язку. Для кожного випадку
виготовляються спеціальні кабелі, оболонки, що відрізняються
типом, броні, допустимим розтягуючим зусиллям і іншими
параметрами.
1.3.2 Монтаж муфт і кросів ВОЛС
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
17
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Дана система передачі інформації, як правило, використовується при
будівництві робочих об'єктів як зовнішні магістралі, що поєднують розрізнені
споруди або корпуси, а також багатоповерхові будівлі. Вона може
використовуватися і як внутрішній носій структурованої кабельної системи
(СКС), проте закінчені СКС повністю з волокна зустрічаються рідше – через
високу вартість будівництва оптичних ліній зв'язку.
Застосування ВОЛЗ дозволяє локально об'єднати робочі місця,
забезпечити високу швидкість завантаження Інтернету одночасно на всіх
машинах, якісний телефонний зв'язок і телевізійний прийом.
Дана система передачі інформації, як правило, використовується при
будівництві робочих об'єктів як зовнішні магістралі, що поєднують розрізнені
споруди або корпуси, а також багатоповерхові будівлі. Вона може
використовуватися і як внутрішній носій структурованої кабельної системи
(СКС), проте закінчені СКС повністю з волокна зустрічаються рідше – через
високу вартість будівництва оптичних ліній зв'язку.[11]
Застосування ВОЛЗ дозволяє локально поєднати робочі місця, забезпечити
високу швидкість завантаження Інтернету одночасно на всіх машинах, якісний
телефонний зв'язок та телевізійний прийом.
Для зрощення оптичних кабелів використовуються оптичні муфти, які
уявляють собою пластиковими контейнерами, всередині яких
розташована сплайс-пластина, що утримує оптичні волокна.
Оптичний крос являє собою пристрій, за допомогою якого здійснюється
з'єднання оптичних волокон кабелю із стандартними роз'ємами. Крос
виготовляється у вигляді металевої (як правило) коробки, на зовнішній панелі
якої знаходяться оптичні роз'єми, а всередині — сплайс-пластина. З'єднання
роз'ємів кросу з волокнами кабелю виконується за допомогою пігтейлів —
коротких відрізків оптичного волокна з роз'ємами. Роз'єм пігтейлу з
внутрішньої сторони кросу з'єднується із зовнішнім роз'ємом кросу, а інший
кінець приварюється до волокна оптичного кабелю.[12]
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ 1 8
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Рис.1.6. Складові оптичної муфти
Вибір оптичних муфт залежить від типу та конструкції оптичного кабелю,
за допомогою якого побудована мережа та місця розташування
функціонального вузла (тобто місця, де встановлюватиметься муфта). За
технічними особливостями оптичні муфти можна розділити на три типи:
1. Прохідні муфти
2. Тупикові муфти
3. Універсальні
Прохідні муфти мають входи з двох сторін, з можливістю герметичного
закриття (за допомогою заглушок) одного з них, якщо вхід не використовується.
Прохідні муфти можна розділити на:
• з'єднувальні, що захищають з'єднання оптоволоконного кабелю, при
зрощуванні з якого частково видаляють ізоляцію і оптоволокно
ризикує пошкодитись агресивним середовищем.
• розгалужувальні - використовуються при розгалуженні кабелів на
менші гілки або відділення волокна для пасивного обладнання.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
19
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
• тупикові, найпоширеніший варіант у наш час. Частіше за все вони
мають циліндричну або купольну форму та одностороннє введення
кабелю в муфту. Тобто, і введення та виведення оптоволоконної лінії
здійснюється з одного боку. Такі муфти також називають
вертикальними і вони гарно підходять для встановлення як під
землею, так на стовпах та опорах.
У тупиковій муфті кабельні входи повинні відповідати оптоволоконному
кабелю, який використовується, а герметичність утворюється за допомогою
спеціальної стрічки і заглушок або ж через труби, що термоусаджуються. В
універсальних муфтах напрямок кабелю можна змінювати залежно від
потрібностей через спеціальні заглушки. Муфти зазвичай містять всередині
себе одну або кілька сплайс-касет для зрощування волокон, для того щоб
забезпечити фіксацію та захист звареного з'єднання оптоволокна. Сплайс-
касети для зрощування волокон можуть мати різну конструкцію та
підтримувати різну кількість волокон. Зазвичай кількість волокон у муфтах
складає 12 і 24, але муфти можуть мати і багато інших комплектацій.
При монтажі муфти перше на що варто звернути увагу на беспосереднє
застосування муфти, тобто де вона встановлюватиметься. Від цього фактору
варто відштовхуватися вибираючи всі інші параметри муфти, особливо ступінь
захисту, герметизацію та тип муфти. Вони можуть встановлюватися в
колодязях кабельної каналізації, колекторах або шахтах міських мереж, в землі
або пластиковому колодязі для магістральної оптичної лінії, прокладатися
повітрям на опорах ліній зв'язку або електропередач, крім того існують моделі
призначені для внутрішнього встановлення. В основному можна виділити такі
групи: для укладання в ґрунт, для підвісу на опорах, для кабельних каналізацій.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
20
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Рис.1.7. Монтаж муфти у каналізації та на стовпі
Хороша оптична муфта має мати можливість підключення будь-якого
оптоволоконного кабелю, який вказано у тендерній документації. Отже, дуже
важливо з'ясовувати сумісність кабелів, та обирати правильний тип.
Конструкція муфт для оптоволоконного зрощування змінюється в залежності
від сфери застосування. Отже, муфти для прокладання повітрям або підвісу на
опорах будуть мати відмінну конструкцію, від тих, які використовуються для
підземного застосування і будуть призначені для використання з різними
типами кабелів. Тому перед вибором муфти важливо переконатися з якими
кабелями вона буде використовуватися: кабелями модульної конструкції,
кабелями з вільним або щільним буфером, броньованими, самопідвісними, з
тросом або без ,тощо.
Перед тим, як обирати тип муфти для зрощення, система кінцевого
закладення кабелю повинна бути спроектована так, щоб забезпечити достатню
механічну міцність між кабелем та муфтою. Це буде гарантувати її
працездатність на протязі усього терміну служби. Матеріали, які
використовуються в муфтах, також мають бути здатні мінімізувати або звести
нанівець ефекти відносного руху між компонентами кабелю, а також
можливість потрапляння пилу або вологи. Тому всі муфти мають міцний та
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
21
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
захищений від атмосферних впливів корпус, а всі порти муфти надійно
герметизуються. Є два типи герметизації муфт:
Холодна (механічна герметизація) – це герметизація за допомогою
герметизуючої стрічки та фіксуючих болтів, хомутів, засувок.
Гаряча (термозбіжна герметизація) - з використанням термоусаджуваних
трубок, стрічок, манжетів. У цих випадках оптоволоконний кабель заздалегідь
розігрівають, а потім вставляють у контейнер. Гарячий тип вважається
надійнішим і відмінно підійде для прокладання магістралі в каналізації.
При виборі типу муфти також потрібно звернути увагу на клас захисту -
чим він вищий, тим краще захист від попадання пилу та вологи. Найбільш
популярними та надійним є муфти із захистом IP65 та IP68.
При грамотному проектуванні майбутньої системи (цей етап передбачає
вирішення архітектурних питань, а також вибір відповідного обладнання та
способів з'єднання несучих кабелів) та професійному монтажі застосування
волоконно-оптичних ліній забезпечує ряд суттєвих переваг:
• Високу пропускну здатність рахунок високої несучої частоти. Потенційна
можливість одного оптичного волокна – кілька терабіт інформації за 1
секунду.
• Волоконно-оптичний кабель відрізняється низьким рівнем шуму, що
позитивно позначається на його пропускній здатності та можливості
передавати сигнали різної модуляції.
• Пожежна безпека (пожежостійкість). На відміну від інших систем зв'язку,
ВОЛЗ може використовуватися без жодних обмежень на підприємствах
підвищеної небезпеки, зокрема на нафтохімічних виробництвах, завдяки
відсутності іскроутворення.
• Завдяки малому згасанню світлового сигналу, оптичні системи можуть
об'єднувати робочі ділянки на значних відстанях (більше 100 км) без
використання додаткових ретрансляторів (підсилювачів).
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
2 2
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
• Інформаційна безпека. Волоконно-оптичний зв'язок забезпечує надійний
захист від несанкціонованого доступу та перехоплення конфіденційної
інформації. Така здатність оптики пояснюється відсутністю
випромінювань у радіодіапазоні, а також високою чутливістю до
коливань. У разі спроб прослуховування вбудована система контролю
може відключити канал і попередити про підозрюваний злам. Саме тому
ВОЛЗ активно використовують сучасні банки, наукові центри,
правоохоронні організації та інші структури, що працюють із секретною
інформацією.
• Висока надійність та завадостійкість системи. Волокно, будучи
діелектричним провідником, не чутливе до електромагнітних
випромінювань, не боїться окислення та вологи.
• Економічність.
• Термін служби волоконно-оптичних ліній складає півстоліття чверті
століття. Через 25 років безперервного використання в системі, що несе,
збільшується згасання сигналів.
• Якщо порівнювати мідний і оптичний кабель, то при одній і тій же
пропускній здатності другий важитиме приблизно в 4 рази менше, а його
обсяг навіть при використанні захисних оболонок буде менше, ніж у
мідного, в кілька разів.
• Перспективи. Використання волоконно-оптичних ліній зв'язку дозволяє
легко нарощувати обчислювальні можливості локальних мереж завдяки
встановленню активного обладнання, що швидко діє, причому без заміни
комунікацій.
Оптичні кроси виготовляються для монтажу в стандартну 19-дюймову
стійку, монтажу на стіну. Кроси можуть мати технічну можливість
відкриватися без демонтажу або не мати такого.
Зварювання оптичних волокон кабею здійснюється в напівавтоматичному
режимі спеціальними зварювальними апаратами.[13]
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
23
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
1.3.3 ОNT, ONU, OLT та спліттери
ONT уявляє собою термінал індивідуального користування який
встановлений у абонента в квартирі (оптичний модем). ONU в свою чергу- це
пристрій який призначений для встановлення в розподільчій шафі
багатоквартирного будинку та має кілька портів для підключення комп'ютерів,
телевізорів, телефонів, які знаходяться у сусідніх квартирах.
ONU перетворює оптичні сигнали, які передаються волокнами в
електричні сигнали. Ці електричні сигнали потім надсилаються абонентам. Між
ONU та приміщенням кінцевого користувача існує віддалена або інша мережа
доступу. Крім того, ONU має можливсть відправляти, агрегувати та обробляти
різні типи даних, які надходять від клієнта, і відправляє їх у висхідному
напрямку в OLT. Обробка - це процес, що оптимізує та реорганізує потік даних,
щоб він доставлявся ефективніше.
OLT підтримує розподіл пропускної спроможності, що дозволяє плавно
передавати дані OLT, які надходять від клієнта пачками. ONU також може
бути підключений різними методами та типами кабелів, таких як мідна вита
пара, коаксіальний кабель, оптичне волокно або через Wi-Fi.
ONT і ONU перетворюють оптичні сигнали, які надійшли від OLT, в
електричні, а також виконують зворотне перетворення електричних сигналів,
які надійшли від терміналів користувачів. [14]
Рис.1.8. Пристрій ONT
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
24
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
OLT є відправною точкою для пасивної оптичної мережі, яка підключена
до комутатора рівня ядра через кабелі Ethernet. Основні функції OLT полягають
у перетворенні, кадруванні та передачі сигналів для мережі PON, а також у
координації мультиплексування оптичних мережевих терміналів для поділеної
висхідної передачі. OLT має два плаваючі напрямки: висхідний потік
(отримання розподілених різних типів даних та голосового трафіку від
користувачів) та низхідний потік (отримання даних, голосу та відеотрафіку з
міської мережі або мережі на далекі відстані та відправлення їх усім модулям
ONT в ОДН.) Максимальна відстань , яка підтримується для передачі через
ODN, становить 20 км.
Якщо на відрізок оптичної лінії встановити спліттери (які уявляють
пасивні роздільники сигналу, що надходить від OLT) та до їх виходів
підключити ONT,то такий перехід від одноволоконної структури FTTx до
деревоподібної буде створювати пасивну оптичну мережу - PON (Passive
Optical Network).[15]
Рис.1.9. Оптичний спліттер
1.3.4 Стандарт XG PON
XG-PON, відомий як 10G-PON, є вдосконаленням GPON, яке визначає
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
25
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
механізм міграції для отримання сигналу для користувача 10 Гбіт і користувача
2,5 Гбіт. Східний сигнал користувача XGPON визначається в діапазоні від 1575
до 1580 нм, а висхідний сигнал користувача - від 1260 до 1280 нм. 10G-PON має
аналогічну архітектуру точки-багатоточки (P2MP) GPON і може підтримувати
різні сценарії доступу, такі як fiber to the home (FTTH), fiber to the building
(FTTCell), fiber to the building (FTTB), fiber to the curb (FTTCurb), і fiber to cabinet
(FTTCabinet).
Щоб покращити швидкість передачі та продовжувати використовувати
існуючу оптоволоконну систему для зниження витрат, XG-PON було введено
для реалізації таких вимог. XG-PON має структуру мережі, аналогічну GPON, з
різними довжинами хвиль висхідного та низхідного потоків, але вони можуть
співіснувати один з одним, щоб захистити інвестиції мережевих операторів.[4]
10G PON є розвитком існуючої технології GPON. Фактори, що сприяють
розвитку технології до 10G GPON, такі:
• Послуги, що розробляються, потребують більшої пропускної
здатності, а технологія GPON не може задовольнити вимоги щодо
пропускної здатності.
• Інноваційні технології доступу на стороні користувача вимагають
більшої пропускної здатності, а технологія GPON зіткнеться з
вузькими місцями пропускної здатності.
• Більший коефіцієнт розподілу та більша відстань передачі
збільшують інвестиції в будівництво мережі.[6]
10G GPON має два стандарти: XG-PON і XGS-PON
• XG-PON, асиметричний 10G GPON, забезпечує асиметричну
передачу 10G GPON (максимальна вихідна швидкість: 9,953 Гбіт/с,
максимальна вихідна швидкість: 2,488 Гбіт/с).
• XGS-PON, симетричний 10G GPON, забезпечує симетричну
передачу 10G GPON (максимальна швидкість вихідної лінії: 9,953
Гбіт/с, максимальна швидкість лінії висхідної лінії: 9,953 Гбіт/с).
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
26
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Саме XG-PON є темою мого дипломного проекту тому далі
розглядатимемо саме його.
Рис.1.10. Структура мережі 10G-PON
Асиметричний 10G-PON визначається як XG-PON1: 10 Гбіт/с у
низхідному напрямку та 2,5 Гбіт/с у висхідному напрямку (номінальна лінійна
швидкість 9,95328 Гбіт/с у низхідному напрямку та 2,48832 Гбіт/с у висхідному
напрямку ).
Симетричний 10G-PON також пропонується як XG-PON2 зі швидкістю
висхідного потоку 10 Гбіт/с, але для забезпечення швидкості передачі у
висхідному напрямку знадобляться більш дорогі імпульсні лазери на
терміналах оптичних мереж (ONT). [7]
Побудова мережі 10G-PON не відрізняється від мережі GPON технічними
складовими оскільки 10GPON призначений для співіснування з пристроями
GPON, перехід на можливості 10GPON може бути виконаний шляхом
оновлення OLT та подальшого перенесення окремих ONU за необхідності.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
27
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
GPON XG-PON
Висхідний потік 1260-1360 1260-1280
(nm)
Низхідний потік 1480-1500 1575-1580
(nm)
Швидкість 1.2Gbps 2.5/10Gbps
висхідної лінії
Швидкість 2.5Gbps 10Gbps
низхідної лінії
Таблиця 1. Порівняння мережі GPON та XG-PON
Оцінивши порівняня мережі GPON та XG-PON робимо висновок, що
мережа XG-PON має вищу швидкість висхідної та низхідної лінії що забезпечує
більшу швидкість передачі данних. В той час дана мереже має лише один
суттєвий недолік – це вартість обладнання. Зважаючи на те, що XG-PON
швидко розвивається, цей недолік має стати не значним тому саме ця мережа є
темою моєї дипломної роботи.
Так за оцінками експертів конфігурація PON з розгалужувача у
центральному офісі в безпосередній близькості до центрального вузла
виявляється економніше, ніж мережа точка-точка, хоча скорочення довжини
оптичного волокна практично немає. Більше того, якщо відстані до абонентів
не великі з урахуванням витрат на експлуатацію (у Японії це істотний фактор)
виявляється, що PON з розгалужувачем у центральному офісі економніше, ніж
PON з розгалужувачем, наближеним до абонентських вузлів. 10G PON є
перевіреною технологією, з нормами, затвердженими ще в 2005 році. Перший
комерційний курс розгортання 10G PON в Північній Америці почався в червні
2006 року. Цей і наступні проекти розгортання 10G PON в світі показали високу
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
28
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
надійність та відмовостійкість 10G PON , що особливо важливо для
корпоративних клієнтів. Висока пропускна спроможність особливо важлива
для того, щоб надавати увесь спектр послуг (голос, відео, дані). Чим ббвльше
клієнти можуть отримувати послуг від одного оператора, то тим менше шансів,
що вони забажають його зміни. 10G PON використовує FTTx і може
забезпечити високу пропускну здатність послуг для малих населених пунктів,
які раніше були занадто віддалені для задоволення вимог великих операторів.
10G PON також використовує волокно, вартість якого порівняно не висока. 10G
PON використовує PON мережу, що не потребує постійного технічного
обслуговування і має малі витрати на абонентське обладнання. 10G PON
забезпечує безпечне передавання інформації, а безпека є одним з основних
аспектів на ринку послуг.[14]
Очікується, що 10G PON буде охоплювати частку понад 50% ринку у 2024
році. Оскільки інформаційні мережі постійно розвиваються та розширюються з
метою задоволення постійно зростаючих потреб користувачів, попит на 10G
PON швидше за все, зросте. Завдяки постійному розширенню мереж 4G та
інвестиціям, спрямованим на комерціалізацію 5G, абоненти все частіше
користуються послугами широкосмугових даних для своїх смартфонів. Це
призведе до широкого розповсюдження 10G PON для задоволення вимог
високої пропускної здатності та низьких затримок при передачі даних.
XG-PON1 має підтримувати максимальну відстань по крайній мірі 20 км.
Крім того, XG-PON1 може підтримувати максимальну відстань 60 км. Системи
GPON та XG-PON синхронні, що дає змогу підтримувати TDM-трафік, що
наявний у SDH та PDH. Загалом можна сказати, що технологія EPON, APON
залишились в минулому. Найбільш розповсюдженою та економічно вигідною,
а саме головне, здатною забезпечити весь спектр мультисервісних послуг є
технологія 10G PON або EPON(GEPON). XG-PON є наступним кроком в
розвитку PON-мереж. XG-PON дозволяє побудувати ще більш гнучку та
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
29
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
масштабуєму мережу доступу, при цьому швидкість передачі збільшується до
10Гбіт/с, а максимальна відстань до абонентського терміналу становить 20км
(60км). Оскільки XG-PON технологія є актуальною, тому застосування даної
технології на телекомунікаційному ринку України для побудови
мультисервісної інформаційної мережі доступу для висотних житлових
комплексів є доцільним використати технологію 10G PON.[8]
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата 30
РОЗДІЛ 2
Синтез структури мережі доступу на основі технології XG-PON та
вибір обладнання
2.1 Структура оптичної мережі доступу
Технологія PON дає змогу створення розгалуженої мережі (найчастіше
деревоподібної топології) без активних компонентів – на пасивних оптичних
розгалужувачах. Технологія PON чудово підходить для покриття великої
території з різною щільністю забудови: від багатоповерхових районів до
котеджних містечків, де переваги технології розкриваються в повній мірі.
Інформація для всіх користувачів передається одночасно з часовим
розподіленням каналів від головної станції – оптичного лінійного терміналу
(OLT, Optical Line Terminal) - до кінцевих оптичних мережевих блоків (ONU,
Optical Network Unit).
Рис.2.1. Технологія PON
Оптична потужність з виходу OLT у вузлах мережі PON ділиться
(рівномірно або нерівномірно) таким чином, щоб рівень сигналу на вході всіх
ONU був приблизно однаковий.
2.2 Вибір топології побудови мережі
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
31
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Вибір архітектури мережі залежить від багатьох умов, в першу чергу це
залежить від щільності розміщення абонентів. Але орієнтовно про це можна
висловитись за застосування FTTB системи для багатоповерхових житлових
будинків. Різновид архітектури для приватної забудови або офісів (залежить від
фінансової можливості замовника та його потреби у високошвидкісних
програмах) більше підійде FTTC або FTTH.
У сучасних оптичних технологіях доступу можна використовувати різні
топології мережі (схеми з'єднання вузлів). Для вибору оптимальної топології
потрібно спиратись на низку факторів пов'язаних з конкретними умовами
проектування (щільність абонентів,довжина лінії, розташування абонентів,
види послуг тощо), а також від базової оптичної технології.
Однією з низки найпопулярніших оптичних технологій для мереж
оптичного доступу є PON (Passive Optical Network). Ідея PON полягає у
побудові мережі доступу за мінімальних капітальних витрат досягти найвищої
пропускної здатності. Таке рішення передбачає створення розгалуженої мережі
(частіше деревоподібної топології) без активних компонентів застосовуючи
лише пасивні оптичні розгалужувачі. Інформація всім користувачів мережі
передається одночасно з тимчасовим поділом каналів від головної станції
оптичного лінійного терміналу (OLT, Optical Line Terminal) - до кінцевих
оптичних мережевих блоків (ONU, Optical Network Unit). У мережі PON
оптична потужність із виходу OLT у вузлах мережі може ділитись як
рівномірно або нерівномірно. Ділиться вони таким чином, щоб рівень сигналу
на вході всіх ONU був приблизно однаковий. [9]
Окрім топології «дерево», яка найбільш поширена у використанні, на
практиці можуть зустрічатися варіанти топології типу «зірка» або «шина».
Схема топології «зірка» найчастіше застосовується при щільному розташуванні
абонентів які знаходяться недалеко від головної станції. При використанні
даної топології розгалужувач розміщується в станційному приміщенні поряд з
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
32
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
OLT, що дуже зручно в обслуговуванні. Ця схема проста і зручна для
експлуатаційних вимірювань, монтажу, і виявлення місця пошкодження лінії.
Однак, навідміну від схеми «точка-точка», вона доволі не економічна з
бокувикористання оптоволокна. При досить рознесеному і нерівномірному
розташуванні абонентів ця схема може бути дороговартісна та неефективна.
Топологія «шина» використовується, якщо абоненти розташовані на одній
лінії вздовж оптичної магістралі. Схема доволі економічна, але її недолік це те
,що вона припускає дуже велику різницю вихідних потужностей оптичних
розгалужувачів (типу 1/99, 3/97 тощо), що технологічно доволі складно
реалізувати з хорошою точністю. В реальності топологія «шина» може
застосовуватися тільки при «лінійному» розташуванні абонентів уздовж
магістралі і може мати лише невелику кількость каскадів, інакше втрати в
розгалужувачах стануть сильно обмежувати дальність передачі.
Традиційна топологія «дерево» залишається найбільш
використовуваною. Складнощі з оптимальним розподілом потужностей між
різними гілками «дерева» усуваються за допомогою вдалого підбору
коефіцієнтів ділення оптичних розгалужувачів. Деревоподібна топологія є
доволі гнучкою з точки зору потенційного розвитку та зручною у розширення
абонентської бази. Проблеми топології можуть бути пов'язані зі складністю
оптичних вимірювань, особливо зі сторони станції. Загалом, таку схему можна
рекомендувати при локальних скупченнях (кластерах) абонентів в районі
обслуговування.
Рис.2.2 Топологї мережі
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
33
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Будується мережа у деревовидній топології за схемою двійкового дерева,
в якому кожен вузол більш високого рівня зв’язаний з двома вузлами
наступного по порядку нижчого рівня. Вузол, який знаходиться на вищому
рівні, прийнято називати батьківським, а два підключених до нього нижче
розташованих вузла – дочірніми. У свою чергу, кожен дочірній вузол є
батьківським для двох вузлів нижчого від нього рівня. Кожен вузол пов'язаний
тільки з двома дочірніми і одним батьківським.
Також топологія «дерево» може бути як активною, так і пасивною.
Відмінність активних дерев від пасивних це те, що в якості вузлів
використовують комп'ютери, а в пасивних - комутатори. Отже ця топологія
поєднує в собі властивості двох інших топологій: шина та зірки.
Деревоподібна топологія виявляється недостатньо ефективною при
великих обсягах пересилань між несуміжними вузлами, оскільки повідомлення
мають проходити через один або кілька проміжних ланок. На більш високих
рівнях мережі, очевидно, рівень затору вище через недостатньо високу
пропускну здатність. Цей недолік можливо усунути за допомогою топології,
яку називають «товстим» деревом.
Рис.2.2 Топологія «товсте дерево»
Суть цієї топології полягає в збільшенні пропускної здатності
комунікаційних ліній на прикореневих рівнях мережі. Для досягання цієї мети
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
34
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
на верхніх рівнях мережі дочірні і батьківські вузли зв’язують з кількома
каналами, а не з одним, причому чим вище рівень, тим більше число каналів.
Перевагою даної топології є те, що мережу цієї топології легко збільшити і
легко її обслуговувати (пошук обривів і несправностей).
До недоліків можна віднести те, що коли вийде з ладу батьківський вузол,
вийдуть з ладу і всі його дочірні вузли, також в мережі обмежена пропускна
спроможність (обмежений доступ до мережі).
Саме зручність пошуку несправностей та ремонту обладнання має велике
значення для мережі PON особливо у сільській місцевості. Зменшити кількість
несправного обладнання можна шляхом прокладання кабелю під землею, але
доволі коштовне рішення та це збільшує у часі момент побудови мережі.
Рис.2.3 Структурна схема мережі PON
Як видно з наведеної схеми (Рис.2.3), прямий потік мережі включає в себе
дані одночасно для всіх ONU, але вони виділяють інформацію тільки для
терміналу. У зворотному напрямку кожне ONU від абонентів передає
інформацію у свій час, і після об'єднання загальний потік містить сигнали від
усіх користувачів.
Структурно мережа доступу повинна будуватись на основі технології
пасивних оптичних мереж. Визначена технологія забезпечує по
оптоволоконним лініям передач одночасну і безперешкодну доставку
користувачам трафіку телефонного зв’язку, передачі даних ІМ Інтернет,
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
35
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
потоків цифрового телебачення, окрему смугу для передачі багатоканального
радіочастотного аналогового телебачення, потоків даних службового
призначення. Мережевий розподіл трафіку згідно технології 10G PON повинен
бути реалізований по одноволоконним PON лініям, що підтримують
багатократне ділення потоку (до 64) в напрямку від концентратора до
терміналів на пасивних оптичних розгалужувачах; Двохсторонній обмін
потоків в PON лініях, а також – окремий сигнал радіочастотного аналогового
ТБ, повинні бути реалізовані на WDM-технології, тобто – хвильовим
розділенням на довжинах – 1310нм, 1490нм, 1550нм. Несучий транспортний
протокол 10G PON системи повинен забезпечити універсальну інкапсуляцію
різнорідних потоків телефонного зв’язку, передачі даних інформаційної мережі
Інтернет, потоків цифрового телебачення.[6]
Складові частини 10G PON системи: - концентратор 10G PON – вузловий
елемент, що виконує функцію обміну трафіку між периферією інформаційної
мережі та зовнішніми магістральними інтерфейсами в лінії оператора
телефонного зв’язку, провайдера Інтернет, оператора кабельного телебачення.
Монтується на вузлі зв’язку; - ієрархічна пасивна оптоволоконна мережа на
основі одномодового волокна та розгалужувачів, що виконує функцію
мережевого розподілу трафіку, монтується у оптичних муфтах; 50 - абонентські
термінали, що виконують функцію обміну трафіком між PON мережею та
інтерфейсами обладнання користувача, монтуються у приміщенні користувача.
Чисельність абонентських терміналів загального (абонентського) користування
– від 100 до 2000.
Мережа доступу повинна мати елементи підвищення надійності:
автоматичне резервування складових частин концентратора. Магістральні
ділянки оптоволоконної інформаційної мережі повинні мати не менш як 20 %
закладений резерв волокон. Безперервне джерело живлення вузла зв’язку, що
забезпечує роботу інформаційної мережі доступу, повинно мати ресурс
автономності на 2 години. Мережа доступу, як єдина транспортна мережа
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
36
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
передачі даних, повинна мати централізоване управління всіма активними
елементами. Штатний режим роботи інформаційної мережі розрахований на
цілодобову безперервну експлуатацію без чергового персоналу. Мережа
доступу повинна мати ресурс нарощування потужності 51 (масштабування)
агрегатних інтерфейсів, можливість модернізації (апгрейда) програмного
забезпечення. Також, мережа доступу повинна мати показники надійності –
доступності повного обслуговування сервісних потоків – більше 99,98 % від
загального часу. Строк служби Системи – не менше 10 років.[17]
Мультисервісна мережа доступу повинна забезпечувати виконання
наступних функцій:
• одночасна передача в межах Об’єкта сигналів кабельного телебачення
(в цифровому форматі IP TV, радіочастотного аналогового сигналу в діапазоні
40- 870 МГц), телефонного, комп'ютерного зв'язку на основі пакетної
інформаційної мережі
• передачі даних Ethernet (VLAN, L2);
• управління конфігурацією магістральних мереж (WAN);
• управління конфігурацією віртуальних локальних мереж (VLAN);
• управління конфігурацією пакетних комутаторів 2-го рівня на
абонентських терміналах;
• управління смугою доступу користувача, пріоритетом, якістю сервісу;
• моніторинг стану компонентів;
• моніторинг стану і статистичних показників трафіку користувача;
• моніторинг стану і статистичних показників агрегатного трафіку;
До планового періодичного обслуговування можуть бути віднесені роботи
з моніторингу стану згідно власного тест-контролю, огляду стану кабельних
мереж, зовнішньої індикації обладнання. Всі повідомлення з елементів
Системи, в тому числі – аварійні, повинні відображатися на робочому місці
управління Системою.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
37
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
2.3 Вибір обладнання станційної ділянки
В мережах FTTH можуть бути використані найрізноманітніші архітектури,
але серед них пасивна оптична мережа – найефективніша за вартістю
конфігурація. Проте, будучи найекономічнішою, ця технологія накладає деякі
технічні обмеження, які слід брати до уваги при збільшенні радіусу охоплення
ІМ і поліпшенні якості послуг зв’язку.
Необхідно враховувати два основні принципи побудови мереж PON:
• активні компоненти інформаційної мережі (підсилювачі, оптичні
прийомопередавачі, медіаконвертори та ін.) розташовуються тільки в кінцевих
пунктах (в головному офісі та на абонентному вузлі);
• її ефективність ґрунтується на розділення потужності, коли один
оптичний сигнал ділиться на багато частин для надання інформаційних послуг
багатьом абонентам.
Вибір кабельних трас залежить від місцевих факторів: наявністю кабельної
каналізації, наявністю дозволу на прокладку кабелів у каналізації, наявністю
опор які проходять уздовж кабельних трас (електричних, контактної мережі
тощо) та іншими моментами.[19]
За темою дипломної роботи мережу XG PON ми прокладаємо у хуторі
Горохівське Київської області. У хуторі відсутні кабельні каналізації, тому
кабельні траси будуть проходити по електричним стовпам.
2.3.1 Оптичні розгалужувачі
Рекомендується встановлювати оптичні розгалужувачі в місцях, які є
зручними для їх розміщення та обслуговування. До них відносяться: муфти,
розподільчі шафи, бокси, блоки оптичного кросу.
Найбільш простими для встановлення є безкорпусні розгалужувачі. Їх
розміри дозволяють укладати їх в посадочні місця захисної гільзи в сплайс-
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
38
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
касеті. Ще одною перевагою безкорпусних розгалужувачів є те, що втрати в
зварних з'єднаннях значно нижчі, ніж у роз'ємних, та мають вищу надійність.
Перевагою корпусних з'єднувачів це те що вони більш зручні при подальших
експлуатаційних вимірюваннях. Їх доцільно встановлювати ближче до
абонентів з метою економії оптичних волокон, проте місце установки
визначають за допомогою реального проекту. Враховуючі реальні умови
будемо використовувати корпусні розгалужувачі зі зварними закінченнями,
оскільки вони мають менше втрат та більшу надійність в експлуатації.
Практично завжди абоненти знаходяться на різній відстані від головної
станції, тому в кожному розгалужувачі при рівномірному розподілу
потужності, потужність на вході кожного ONU буде різна. Підбір параметрів
розгалужувачів необхідний для отримання на вході кожного абонентського
термінала мережі приблизно однакового рівня оптичної потужності. Це
потрібно для побудови так званої збалансованої мережі. Це потрібно з двох
причин: по-перше, важливо мати для розвитку приблизно рівномірний запас по
згасанню в кожній гілці «дерева» PON; по-друге, при збалансованій мережі на
станційний термінал OLT від різних ONU абонентів будуть приходити
сигнали, які будуть сильно відрізнятись в загальному потоці за рівнем. Система
детектування відпрацьовувати значні перепади (більше 10-15 дБ) прийнятих
сигналів не в змозі, що значно збільшує кількість помилок при прийомі
зворотного потоку.
Якщо необхідно визначити внесені втрати розгалужувачів які мають
велику кількість вихідних портів можна скористатися оціночною формулою:
де D% - відсоток потужності, виведеної в даний порт, %;
N - кількість вихідних портів;
i - номер вихідного порту.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
39
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
2.3.2 Термінал оптичної лінії
OLT ( термінал оптичної лінії) -це апаратний пристрій кінцевої точки в
мережі PON і є обладнанням станційної ділянки. Він може надсилати дані
користувачам на 1490,1310 нм. Такий пристрій може обслуговувати до 2048
абонентів які розташовані у діапазоні до 20 км із використанням оптичних
спліттерів. OLT використовується як термінал, який підключений до основного
волокна і має дві основні функції:
1. Перетворення стандартних сигналів, що використовуються
провайдером для частоти та кадрування, що використовуються
системою PON;
2. Координація мультиплексування між пристроями перетворення на
оптичних мережевих терміналах (OLT), розміщених у приміщеннях
клієнтів.
Основною функцією ОLТ є керування інформаційним потоком через
оптичну розподільну мережу (ОDN), що йде в обох напрямках, яка перебуває в
центральному вузлі. Максимальна відстань, що підтримується для передачі
ODN, становить 20 км.
ОLТ має два напрями потоків:
1. upstream (отримання розподілу даних та голосу від користувачів)
2. downstream (отримання даних, голосового та відео трафіку з метро
мережі або з мережі дальньої дії, та відправлення їх у всі модулі ОNU
на ОDN).
При виборі OLT варто звернути увагу на:
• Кількість та тип PON портів. Як правило, в OLT фіксовано
встановлено від 1 до 16 PON портів. Це може бути як EPON, і GPON
порти. Але, розрізняють також модульні OLT, у яких порти PON
можуть бути налаштовані шляхом додавання плати PON.
Відповідно, ви можете додати потрібну кількість портів.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
40
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
• Uplink порти. Як відомо, окрім напрямку низхідної лінії зв'язку до
пристрою ONU через інтерфейс PON, OLT також має інший
напрямок - висхідну лінію зв'язку з локальною мережею
постачальника телекомунікаційних послуг. Як Uplink порту може
виступати RJ45 або SFP/SFP+.
• У деяких OLT ці порти комбіновані та підтримують обидва
стандарти. Гаряча заміна та резервування. У деяких EPON/GPON
OLT є 1+1 резервне джерело живлення, що підтримує гарячу заміну
та резервне копіювання.
Оптичний підсилювач (ОП) – це пристрій волоконно-оптичної системи
передачі, котрий призначений для підсилення оптичного сигналу без
перетворення його в електричний.
На практиці також використовується поняття оптичного волоконного
підсилювача (ОВП) - тобто підсилювачі, виготовлені як відрізок оптичного
волокна із осердям з матеріалу, легованого іонами рідкоземельних хімічних
елементів (активне середовище) і оптичною системою накачування.
При застосуванні оптичних підсилювачів важливо визначити число
каскадів оптичних підсилювачів, необхідних для кожного оптичного каналу.
Число каскадів оптичних підсилювачів, допустиме в оптичному каналі,
обмежується сумарним шумом, котрий вносить кожний підсилювач.
Кожний підсилювач дещо погіршує відношення сигнал шум (OSNR). З
досягненням мінімального відношення OSNR (тобто значення OSNR, нижче
котрого на боці приймача будуть з'являтись помилки), стає необхідним оптико-
електрично-оптичний вузол регенерації (ОЕО).
В системах зі спектральним ущільненням каналів оптичні підсилювачі
забезпечують підсилення всіх оптичних каналів, котрі передані WDM
мультиплексором, без їх перетворення в електричні сигнали. Оптичні
підсилювачі посилюють сигнал, який проходив крізь них, і використовують
різноманітні активні оптичні середовища та нелінійні ефекти.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
41
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Для мережі було обрано оптичний термінал OLT, SmartFiber E9004-D. Він
відповідає стандарту IEEE802.3-2005. Надає користувачеві доступ до
комплексних послуг, таких як широкосмуговий доступ PON, голосовий зв'язок,
IPTV та кабельне телебачення. Даний термінал має підтримку 4 портів.
Рис.2.4 Оптичний термінал OLT, SmartFiber E9004-D
2.3.3. WDM мультиплексор
WDM – (мультиплексування з поділом по довжині хвилі) - принцип поділу
спектрального ресурсу оптичного волокна між довжинами світлових хвиль з
подальшим мультиплексуванням, що дозволяє одночасно передавати кілька
інформаційних каналів по одному оптичному волокну на різних частотах.
Завдяки WDM вдається організувати двосторонню багатоканальну передачу
трафіку одним волокном.
Для проектування власної мережі мною було обрано мультиплексор
DWDM 1x8 Mux/Demux LC RM19.
Рис.2.5 Мультиплексор DWDM 1x8 Mux/Demux LC RM19.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
42
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Обраний мультиплексор має ряд переваг які задовольняють вимоги
мережі.
Довжина хвилі каналу (нм) Мережа ITU 100 ГГц
Рознесення каналу (ГГц) 100 (0,8 нм)
Полоса пропуску каналу (дБ) • 0,25
Внесені втрати (дБ) ≤ 3,7
Дисперсія моди поляризації (пс) < 0,1
Таблиця 2.1 Технічні характеристики мультиплексору DWDM 1x8
Mux/Demux LC RM19.
2.3.4 Оптичний мережевий кінцевий блок (ONU)
ONU або Optical Network Unit (дослівно «оптична одиниця мережі») - це
активне обладнання, яке використовується в PON мережах на стороні абонента.
На відміну від звичайних роутерів, для підключення такого терміналу до PON-
мережі передбачений лише один гігабітний оптичний порт. А кінцевий
користувач підключається до стандартного роз'єму RJ-45 кабелем з мідною
жилою. Залежно від моделі ONU це може бути один 1Gbit-порт або кілька 100
Mbit портів.
Залежно від конструктивних особливостей абонентські термінали ONU
можуть працювати в режимі роутера з можливістю одночасного підключення
до них різних пристроїв безпосередньо (комп'ютери, роутери, телевізори). Такі
термінали мають кілька роз'ємів для підключення. Але найчастіше
використовуються моделі з одним портом для підключення домашнього
роутера. У деяких випадках це може бути оптичний термінал (ONT) з
вбудованим Wi-Fi модулем.
Також існують модеми з чотирма і більше мідними портами для
підключення відповідної кількості кінцевих користувачів. При цьому сам
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
43
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
термінал підключається до мережі все тим же одним оптоволокном. Така
особливість дає можливість підключати цілі поверхи багатоквартирних
будинків за допомогою одного оптичного волокна.
Усередині оптичний абонентський термінал перетворює оптичний сигнал
оптоволокна в електричний сигнал для мідних роз'ємів, і навпаки. При цьому
управління ONU проводиться самим провайдером без участі абонента. Досить
просто підключити оптичний модем до мережі, а свій роутер або комп'ютер до
терміналу.
При створенні мережі для диплому використано абонентський термінал
ONU GP-125.
Рис.2.6 ONU GP-125
Характеристики
PON Інтерфейс • Оптичний інтерфейс
відповідає стандарту класу С
• Висхідний потік 2.5 Гбіт/с;
• Спадний потік його 10 Гбіт/с
SC одномодовое волокно
• Співвідношення поділу: 1:
64
• Відстань передачі 20 км
Потужність інтерфейсу 12 V DC джерело живлення
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
44
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
• Довжина хвилі: Tx 1310nm,
PON Оптичні параметри Rx1490nm Tx
• оптична потужність: 0,5 ~ +
5dBm
• Чутливість Rx:-27dBm
• Оптична потужність:-8dBm
• Тип роз'єму: SC Оптичне
волокно: 9/125 single M
одномодовое волокно
• Пропускна здатність: стек
Параметри передачі даних гілок 2300 Мбіт/с; вгору 1110
Мбіт/с,
• Коефіцієнт втрати пакету:
1*10E-12
• Затримка: 1,5 мс
Таблиця 2.2 Характеристики абонентського терміналу ONU GP-125.
2.3.5 Оптичний розгалужувач 1х4
Оптичні спліттери (розгалужувачі) 1х4 PLC призначені для
поділу/об'єднання потоків оптичного випромінювання та відведення частини
оптичного випромінювання з основного каналу передачі даних у локальних
оптичних мережах, мережах кабельного телебачення (CATV) та контрольно-
вимірювальному обладнанні.
PLC-розгалужувачі мають найкращі технічні характеристики. Мають
більш стабільні та точні параметри порівняно зі сплавними та відрізняються
вищою надійністю при експлуатації.
В роботі застосовується PLC Splitter 1х4, SC/UPC
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
45
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Рис.2.7. Розгалужувач PLC Splitter 1х4, SC/UPC
Розміри 600 мм
Довжина хвилі 1260-1650 нм
Загасання 7.0 dBm (min), 7.4 dBm (max)
Температура роботи -40 ~ +85°C
Коефіцієнт міжполяризаційних втрат 0.3 dB
(PDL)
Температурний коефіцієнт втрат 0.5 dB
(TDL)
Направленість ≥ 55 dB
Зворотні втрати ≥ 50 dB
Конектор SC
Таблиця 2.3. Розгалужувач PLC Splitter 1х4, SC/UPC
2.4 Лінійна ділянка
Лінійна ділянка, для будівництва якої необхідна установка великої
кількості пасивного обладнання, вимагає найбільш уважногопідходу для
оптимальної його побудови. Рекомендується використовувати технології і
методи, які дозволяють мінімізувати затрати на працю і час будівництва, а
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
46
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
також зменшити вартість використаного обладнання для монтажу. Лінійна
ділянка визначає підсумкову топологію PON. У PON від оптичної розподільчої
шафи до кінцевого обладнання абонентів (ONT, ONU) передача сигналу
здійснюється через пасивні оптичні розгалужувачі (спліттери), які
встановлюються в під'їзних спліттерних оптичних коробках, ОРШ (рідше в
механічних оптичних муфтах).
На PON може бути використана як однорівнева (однокаскадна) схема
включення спліттерів без послідовного їх включення один за одним, так і
багатокаскадна схема з послідовним розміщенням спліттерів.
Кількість рівнів каскадування мережі залежить від сумарного загасання,
яке вноситься від спліттерів, коефіцієнта розгалуження PON інтерфейсів OLT і
вимог до смуги пропускання для кожного абонента: чим менша кількість рівнів
каскадування спліттерів, тим простіше мережа абонентського доступу і,
відповідно, більше можливостей швидкого усунення несправностей,
підвищення якості зв'язку за рахунок виключення можливих перехідних
спотворень на багатоступінчастої передачі сигналів.
Використання в архітектурі мережі багатокаскадної схеми з послідовним
розміщенням дозволяє більш гнучко розташувати розподільні пристрої і
волоконно-оптичний кабель, тобто, оптимально побудувати пасивну оптичну
мережу.
Лінійна ділянка складається з:
−магістральної ділянки - це волоконно-оптичний кабель, що прокладається
в каналах кабельної каналізації або в ґрунті від ODF на станційній ділянці в
напрямку сконцентрованої групи абонентів (багатоповерхова забудова,
приватний сектор) та закінчується оптоволоконною розподільчою шафою;
−розподільної ділянки - це волоконно-оптичний кабель, що прокладається
від оптичної розподільчої шафи до оптичної розетки користувача переважно
всередині будівель по вертикальних стояках.
2.4.1 Опис магістральної ділянки лінії PON:
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
47
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Магістральна ділянка PON є одним з основних елементів всієї пасивної
оптичної мережі. Правильний вибір системи побудови мережі та її топології,
визначення умов і принципів організації доступу дозволяють оптимізувати
витрати на розвиток мережі надалі. На ділянці PON від станційної ділянки до
оптичної розподільчої шафи, що знаходиться в зоні обслуговування станційної
ділянки, виконується магістральне розподілення оптичного волокна. Головне
завдання магістральної ділянки - підвести необхідну кількість оптичного волокна
максимально близько до сконцентрованої групи абонентів найбільш оптимальним
чином з урахуванням топології і ємкості кабельної каналізації. Магістральна
ділянка закінчується оптоволоконною розподільчою шафою, спліттерною
оптичною коробкою або спеціальною механічною оптичною муфтою з
полегшеним доступом до оптичних волокон.
З метою мінімізації оптичного бюджету магістральної ділянки на
зварюванні ОВ і для скорочення вартості будівельно-монтажних робіт слід
використовувати відповідний модульний волоконно-оптичний кабель з
прокладенням однієї будівельної довжини до 2 км в кабельній каналізації або
ґрунті.
Залежно від характеру забудови приміщень, що підключаються до
магістралі (одноповерхові приватні будинки чи багатоповерхові будинки),
особливостей міської забудови (житлові квартали, історичний центр, офіси,
промзона), можливостей з прокладання волоконно-оптичного кабелю по
території і розміщення обладнання безпосередньо в цих будівлях,
розрізняють два види магістральної ділянки:
−магістральна ділянка, на якій застосовується оптиковолоконна
розподільча шафа, що містить спліттери, для каблібрування одного чи
кількох будинків (багатоповерхова забудова);
−магістральна ділянка, на якій застосовується оптиковолоконна
розподільча шафа, що містить спліттери, для калібрування групи будинків
(малоповерхова забудова, приватний сектор).
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
48
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Для прокладання волоконно-оптичнї кабельної системи від станційної
ділянки до групи ОРШ повинен використовуватися волоконно-оптичний
кабель необхідної ємності, що має багатомодульну конструкцію. При
відгалуженнях від основного магістрального ВОК рекомендується
використовувати ВОК багатомодульної конструкції з чотирма оптичними
волокнами у модулі.
2.4.2 Опис розподільчої ділянки лінії PON
Розподільча ділянка PON - це ділянка від ОРШ або спліттерних оптичних
коробок до поверхових розподільних елементів мережі в багатоповерхових
житлових будинках. ВОК розподільчої ділянки виходить з ОРШ і
прокладається усередині будинків по підвальним поверхам і технічним
підпіллям, по вертикальним стоякам або в металорукаві (полівінілхлоридній
трубі) по сходових клітках через всі поверхи будівлі (напрямок вибирається за
місцем).
2.4.3 Опис абонентської ділянки лінії PON
Абонентська ділянка або абонентська розводка - це ділянка мережі від
оптично-волоконної розподільчої коробки до приміщення абонента,
включаючи оптиковолоконні розподільчі абонентські розетки. В абонентську
ділянку також входить активне обладнання на стороні абонента (ONT, ONU),
яке є невід'ємним елементом технології PON і знаходиться під управлінням
оператора.
На абонентській ділянці слід застосовувати ВОК, армований кевларовою
ниткою. Для підключення ОРА до ОРК рекомендується використовувати патч-
корд, пігтейл або витягнуте ОВ з модуля багатомодульного волоконно-
оптичного кабелю розподільної ділянки.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
49
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Прокладання спеціальних абонентських ВОК (діаметром ≈ 5 мм) до
будинків приватної забудови рекомендується здійснювати в заздалегідь
прокладених захисних поліетиленових трубах від оптиковолоконної
розподільчої шафи або спеціальної механічної оптичної муфти в будинок і далі
в кабельному каналі по стіні до оптичної розетки абонента.
Індивідуальний абонентський термінал ONT або груповий мережевий
вузол ONU містять вхідний оптичний інтерфейс PON. ONT / ONU можуть
мати різні вихідні інтерфейси типів FXS, FXO, 10/100/1000Base-T, El, RF в
різному поєднанні і кількості для підключення кінцевих пристроїв.
2.5.1 Вибір типу волоконно-оптичного кабелю
В даний час оптичні кабелі (ОК) застосовуються на всіх мережах зв'язку
(міжнародних, міжміських, міських, сільських, абонентських, локальних т.ін.).
Потрібно розуміти, що оптичний кабель - це середовище передачі інформації
між активними пристроями. Тому його параметри передачі, надійності та
вартісні показники повинні відповідати типу мережі і застосовуваного
устаткування систем передачі інформації.
Так, наприклад, на транспортних мережах (міжстанційних), де
передаються потоки інформації між вузлами зв'язку (ВЗ), важлива велика
широкосмуговість і надійність кабельної мережі.
А на мережах доступу, пов'язаних з наданням інформації абонентам
(мережі кабельного ТБ, оптичний Ethernet, пасивні оптичні мережі (PON) т.ін.)
важлива економічність, гнучкість, малі габарити і вага, захист від випадкових
ушкоджень, простота інсталяції та інші фактори.
Інтернет-провайдери найчастіше беруть в оренду міжстанційні мережі в
Укртелекому, що дозволяє зекономити на прокладанні власних транспортних
мереж. Тому далі будуть розраховуватись оптичні кабелі для мережі доступу.
Вибір конструкції оптичного кабелю, в основному, визначається ділянкою
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
50
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
мережі, на якій він буде використовуватися, а також умовами його
розміщення (в кабельній каналізації, підвіска на опорах, всередині приміщень
тощо.).
Магістральні ділянки з'єднують вузол зв'язку (головну станцію) з першою
точкою розподілу і є найбільш протяжними і відповідальними - при їх
пошкодженні порушується робота всієї мережі. Тому умови їх прокладки і
використовувані кабелі повинні забезпечувати максимальну надійність. Тут не
варто економити на вартості ОК, витратах на монтаж і прокладку. Тим більше,
що довжина магістралей зазвичай менше сумарної довжини розподільчих і
абонентських ділянок. У конструкції магістральних кабелів обов'язково
повинен бути передбачений запас волокон на подальший розвиток мережі.
Кабелі абонентських ділянок, що доходять до кінцевих пристроїв
користувачів, мають найменшу довжину, але найбільшу кількість ділянок. Але
це не означає, що потрібно шукати найдешевші конструкції. По-перше,
абонентські ОК зазвичай проходять всередині будівель, де можуть
пошкоджуватися гризунами, і всередині приміщень, де їх часто пошкоджують
самі користувачі. Тому, залежно від умов, ОК повинні мати необхідні елементи
для захисту волокон. По-друге, абонентські кабелі, що проходять всередині
будівель, обов'язково повинні мати зовнішню оболонку, що не поширює
горіння, оскільки кабелі часто проходять між декількома приміщеннями. Запас
по волокнам на цій ділянці в кабелях зазвичай не закладають.
Кількість волокон в ОК визначається кількістю приймальнопередаючих
вузлів активного обладнання (як станційного, так і абонентського), а також
схемою мережі. Наприклад, прийом і передача сигналів можуть бути
організовані як за двома різними волокнам, так і по одному (наприклад, в PON),
а при створенні мовної мережі (broadcast) використовується тільки одне
волокно для однонаправленої передачі.
Не слід забувати про запас волокон в кабелі для подальшого розвитку
мережі. Величина запасу волокон залежить від ділянки мережі. Наприклад, на
магістральних ділянках мереж доступу (PON, оптичний Ethernet, КТВ) запас,
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
51
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
залежно від необхідного числа волокон, може становити 20-50%, на
розподільчих - 10-20%. А на абонентських ділянках невеликої довжини запас
взагалі не передбачається, оскільки там легко доповісти новий маловолоконний
кабель. Величина запасу також може залежати від топології мережі («зірка»,
«дерево», «шина» т.ін.).
Таким чином, кількість волокон в кабелі на кожній ділянці має визначатися
конкретним проектом мережі.
Для підвіски на опорах (повітряних ліній зв'язку, контактної мережі
транспорту т.ін.) зручно використовувати кабелі з вбудованим несучим
тросом (типу «8», тому що його поперечний перетин схожий на цю цифру).
Несучий елемент у вигляді сталевого дроту або скрутки сталевих дротів
приймає на себе все механічне навантаження (розтягуюче, стискуюче т.ін.) і
дозволяє легко кріпити кабель за допомогою спеціалізованих зажимів.
Даним вимогам відповідає Підвісний волоконно-оптичний кабель ОКЛ8
фірми Одескабель. Характеристики будуть наведені в таблиці нижче.
Максимальний індивідуальний
коефіцієнт загасання, дБ/км: - 0,36/0,22
1310nm/1550 nm
Коефіцієнт хроматичної дисперсії,
пс/(нм*км): - 1310 nm/1550 nm 3,5/18
Мінімальний радіус вигину, мм не менше 20 номінальних діаметрів
кабелю
Допустиме роздавлююче зусилля,
Н/100 мм 3000
Допустиме розтягуюче зусилля, кН 4,0 и 6,0
Діапазон температур експлуатації та
монтажу -40 °С - +60 °С
Таблиця 2.3 Характеристики Підвісний волоконно-оптичний кабель ОКЛ8
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
52
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Усередині будинків, особливо у вертикальних і горизонтальних каналах,
можуть також прокладатися кабелі типів MT і MB з волокнами в щільному
буферному покритті. Шар арамідних волокон збільшує стійкість до
розтягування і ударних навантажень, а зовнішня оболонка виконана з
матеріалу, що не підтримує горіння пластикату.
Даним вимогам відповідає Кабель абонентського доступу ОКТ-Д фірми
Одескабель. Характеристики будуть наведені в таблиці нижче.
Максимальний індивідуальний
коефіцієнт загасання, дБ/км: - 0,36/0,22
1310nm/1550 nm
Коефіцієнт хроматичної дисперсії, 3,5/18
пс/(нм*км): - 1310 nm/1550 nm
Тип ОВ ITU-T G.652 D
Мінімальний радіус вигину, мм не менше 20 номінальних діаметрів
кабелю
Допустиме роздавлююче зусилля,
Н/100 мм 3000
Допустиме розтягуюче зусилля, кН 0,5; 1,0;1,5; 2,7
Діапазон температур експлуатації та
монтажу -40 °С - +60 °С
Таблиця 2.4 Характеристики Кабель абонентського доступу ОКТ-Д фірми
Одескабель
Абонентські одно- або двоволоконні кабелі FTTH можуть прокладатися
як усередині будівель, квартир, так і підвішуватися на опорах у варіанті «8» з
самонесучим тросом. Вони особливо зручні для котеджної забудови та
приватного сектору.
2.5.2 Стратегія розміщення та типи оптичних розгалужувачів
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
53
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Волоконно-оптичний розгалужувач також називають оптичним
розгалужувачем, який являє собою вбудований хвилеводний оптичний
розподільний пристрій. Він відіграє важливу роль у пасивній оптичній мережі
(EPON, GPON, BPON, FTTX, FTTH тощо), дозволяючи розділити один
інтерфейс PON багатьом абонентам. Для досягнення цієї мети він призначений
для поділу променя світла падаючого світла на два або більше світлових
променів і поєднання світлових променів до розподілу гілок як тандемного
пристрою з оптичного волокна, який має функцію максимізації продуктивності
мережевих схем.
Загалом, оптичний розгалужувач має безліч вхідних і вихідних терміналів
для досягнення відгалуження світлових променів і максимізації
функціональності оптичних мережевих схем.
Типи оптичних розгалужувачів:
•За Стилем Пакета- Оптичний розгалужувач може бути завершений
різними формами з'єднувачів, а первинний пакет може бути типу короби
або нержавіючої трубки. Волоконно-оптичний спліттер зазвичай
використовується з 2мм або 3мм зовнішнім діаметром кабелю, а інший
зазвичай використовується в поєднанні з 0,9-мм кабелем зовнішнього
діаметра.
•За Передавальними Засобами- Відповідно до різних середовищ
передачі, існують одномодовий оптичний розгалужувач і багатомодовий
оптичний розгалужувач. Для багатомодових, фраза означає, що волокно
оптимізовано для роботи 850nm і 1310nm. Для одиночних режимів
словосполучення означає, що волокно оптимізовано для роботи 1310 нм
і 1550нм.
•За Технологією Виготовлення- На основі різної технології
виготовлення існують два типу волоконно-оптичних розгалужувачів, які
в даний час широко використовуються. Одним з них є традиційний
оптичний розгалужувач з розплавленим типом, сплавлений
биконний конічний (FBT) спліттер, який має конкурентні ціни; а
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ 54
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
інший є плоским світловодним ланцюгом (PLC) розгалужувачем,
який має компактні розміри і підходить для високощільних
додатків. Обидва з них мають переваги і можуть бути використані в
різних додатках.
У розповсюджених останнім часом мережах PON, оптичні розгалужувачі
також є ключовими елементами. По-перше, ОР дозволяють реалізувати не
тільки традиційну для PON деревоподібну архітектуру, але і, при необхідності,
«зірку», «точка-точка», «шина», а також їх різні поєднання.
Застосування розгалужувачів з різними коефіцієнтами ділення вихідних
портів дозволяє регулювати оптичний бюджет потужностей в різних гілках
мережі. Це принципово важливо для побудови так званих «збалансованих
мереж», що володіють рівномірним енергетичним запасом і найбільшою
надійністю. Існують варіанти використання в PON оптичних розгалужувачів з
непідключеними деякими вихідними портами, так званими «точками
зростання». Це забезпечує можливість додаткового підключення користувачів,
а відповідно і гнучкості, масштабованості та економічної ефективності мережі
за рахунок розподілу в часі капітальних витрат на будівництво.
Ще один важливий момент, який необхідно враховувати при проектуванні
оптичних мереж доступу - це суттєвий технологічний розкид параметрів, який
проявляється в нерівномірності загасання на вихідних портах симетричних
розгалужувачів (або відмінності від номіналу внесених втрат в несиметричних
ОР.
Ефективне використання оптичних розгалужувачів в різних типах мереж
обумовлено їх досить невеликою вартістю, високою надійністю, гарною
температурної стійкістю, невеликими габаритами і можливістю легкої
інсталяції всередині різних розподільчих мереж або просто кріплення до будь-
якої поверхні. Подальше зростання оптичних мереж та вдосконалення
технологій виробництва ОР повинні ще більше збільшити їх роль в
телекомунікаційній галузі.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
55
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 3
Розрахунок оптичного бюджету лінії PON
Метою дипломної роботи є створення моделі мережі XG PON та
розрахунок оптичного бюджету для цієї мережі.
Розрахунок оптичних бюджетів PON мереж виконаний на підставі
розроблених структурних схем PON інформаційної мережі, робочих креслень
та з урахуванням технічних характеристик активного обладнання 10G PON
Siemens, пасивного оптичного обладнання.
Розрахунки згасання оптичного сигналу для оптичної лінії виконуються
від точки підключення волокна до активного обладнання головної станції до
найвіддаленішого абонента. У мережі PON джерелом втрат є:
• згасання в оптичному волокні – залежить від довжини ОВ та
коефіцієнта згасання на певній довжині хвилі (для PON розрахунок
згасання повинен проводитися на довжині хвилі з максимальним
коефіцієнтом згасання);
• втрати на зварних з’єднаннях – залежать від втрат у кожному з’єднанні
та їх кількості;
• втрати на роз’ємних з’єднаннях – залежать від втрат у кожному
конекторі та їх кількості;
• втрати в оптичних розгалужувачах – залежать від типу ОР, кількості
вихідних полюсів та коефіцієнта розгалуження потужності (для ОР
з нерівномірним коефіцієнтом розгалуження);
• штрафні втрати – це втрати на вигини кабелів при прокладанні.
Сума всіх втрат, що виникають на ділянці оптичної мережі представляє собою
енергетичний бюджет згасання.
В розрахунках слід враховувати також експлуатаційний запас для організації
додаткових стиків та вставок для ремонтних робіт. Рекомендується залишати запас
оптичного бюджету лінії 1..3 дБ після повністю виконаного підключення всього
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
56
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
тракту від OLT до ONU.
На Рис.3.1 зображено побудову мережі XG-PON від головної станції до
абонентів на реальній місцевості.
Рис.3.1 Модель побудови мережі XG PON для хутору Горохівське
Київської області
Структурно мережа доступу XG PON має будуватись на основі технології
пасивних оптичних мереж. Ця технологія забезпечує одночасну і
безперешкодну доставку даних ,окрему смугу для передачі багатоканального
радіочастотного аналогового телебачення, потоків даних службового
призначення.
Двохсторонній обмін потоків в PON лініях мають бути реалізовані на
WDM-технології, тобто – хвильовим розділенням на довжинах – 1310нм,
1490нм, 1550нм.
Бюджет втрат мережі для технології ХGPON базується на
рекомендації ITU-T G.987.2 та залежить від класу активного обладнання, яке
використовується при будівництві мережі. Відмінність обладнання цих класів
полягає у потужності передавачів та чутливості приймачів. Так, згідно з
Рекомендацією G.987.2 повні втрати в мережі PON у залежності від класу не
повинні перевищувати:
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ 57
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Параметр Клас
А В С
Мінімальні витрати, дБ
5 10 15
Максимальні витрати, дБ
20 25 30
Таблиця 3.1 Класи оптичних систем мережі ХGPON
Обладнання для мережі переважно належать до класу С, для якого
оптичний бюджет лінії складає 30 дБ. Тому при розрахунках потрібно
обмежуватись саме цим значенням.
На рисунку 3.1 наведена структура лінії ХGPON, яка дозволяє визначити
бюджет втрат. Значення втрат у WDM-мультиплексорі та на станційному кросі
ODF буде складати по 1 дБ, також потрібно враховувати мінімальний запас
який складає 1 дБ. Тому з оптичного бюджету в 30 дБ залишається 28 дБ на всю
зовнішню оптичну мережу ХGPON.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
58
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Рис.3.2 Структура лінії ХG-PON
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
59
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
У розділі 2 було визначено, що задана мережа має топологію «дерево» з
трьома каскадами ОР. До мережі планується під’єднати чотири групи
абонентів, тому перщий каскад ОР має коєфіцієнт ділення 1х4 . У кожній зоні
концентрації абонентів планується підключити по 30 ONU, при цьому варто буде
використовувати ОР з коефіцієнтом ділення 1х32, що дозволить у процесі
експлуатації даного сегмента мережі, у кожній зоні підключити ще по два ONU
(точки приросту – ТП). У першій зоні максимальна відстань від ОР до ONU
складає 2 км, у другій – 2,5 км , у третій – 1 км, а у четвертій- 3 км (рис.3.1).
3.1 Розрахунок згасань для гілок абонентів
Доцільно починати розрахунки з боку абонентів (ONU). Розрахунки
виконуються на довжині хвилі 1310 нм. При використанні кабелю з ОВ за
Рекомендацією G.652.D згасання складає 0,35 дБ/км. Тому що будується
збалансована мережа, то розрахунок потрібно виконувати для кожної гілки
«дерева» PON. . На ділянках ONU – ОР-2 розрахунок здійснюється за
формулою:
Aх=Lх×α+Nрз-х×Aрз+Nзз-х×Aзз, (3.1)
де Lх – довжина лінії від ONU-Х до ОР другого каскаду;
α – коефіцієнт згасання на розрахунковій довжині хвилі;
Nрз-х – кількість роз’ємних з’єднань на ділянці х;
Aрз – згасання одного роз’ємного з’єднання (для конекторів типу SC/APC в
розрахунках можна прийняти рівним 0,2 дБ);
Nзз-х – кількість зварних з’єднань на ділянці х,
Aзз – згасання одного зварного з’єднання (у розрахунках можна прийняти
рівним 0,1 дБ).
За формулою 3.1 розрахуємо згасання для усіх чотирьох гілок мережі.
Розрахунок згасань для першої гілки абонентів:
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
60
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
В першій гілці довжина від ONU-Х до ОР другого каскаду складає 2 км.
Коефіцієнт згасання на розрахунковій довжині хвилі складає 0,35 і це значення
для розрахунку використовується для всіх гілок мережі. Кількість роз’ємних
з’єднань на ділянці згідно Рис.3.2 дорівнює одному. Оскільки
використовуються конектори типу SC/APC згасання одного роз’ємного
з’єднання складає 0,2 і це значення використовується для усіх гілок. Кількість
зварних з’єднань для мережі будемо визначати за допомогою Рис.3.2. Згасання
в зварних з’єднаннях приймемо за 0.1 дБ.
А1≤ 2*0,35+1*0,2+3*0,1=1,2 дБ
Розрахунок згасань для другої гілки абонентів:
В другій гілці довжина від ONU-Х до ОР другого каскаду складає 2,5 км.
Кількість роз’ємних з’єднань та зварних з’єднань на ділянці згідно Рис.3.2
дорівнює одному для роз’ємних та трьом для зварних.
А2≤ 2,5*0,35+1*0,2+3*0,1=1,38 дБ
Розрахунок згасань для третьої гілки абонентів:
В третій гілці довжина від ONU-Х до ОР другого каскаду складає 1 км.
Кількість роз’ємних з’єднань та зварних з’єднань на ділянці згідно Рис.3.2
дорівнює одному для роз’ємних та трьом для зварних.
А3≤ 1*0,35+1*0,2+3*0,1=0,85 дБ
Розрахунок згасань для четвертої гілки абонентів:
В четвертій гілці довжина від ONU-Х до ОР другого каскаду складає 3 км.
Кількість роз’ємних з’єднань та зварних з’єднань на ділянці згідно Рис.3.2
дорівнює одному для роз’ємних та трьом для зварних.
А4≤ 3*0,35+1*0,2+3*0,1=1,55 дБ
Завершивши розрахунок згасань для кожної гілки абонентів визначемо
згасання у оптичних розгалуджувачах другого каскаду.
Розрахунок згасань у оптичних розгалуджувачах другого каскаду.
При проектуванні було визначено що у роботі буде використовуватись
PLC Splitter 1x16 зі стандартом оптичного волокна G657A. Згасання в PLC OP
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
61
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
1х16 з рівномірним розподілом потужностей складає 13,8 дБ.
Розрахуємо згасання від ONU до OP-2.
А1= 1,2+13,8= 15 дБ
А2= 1,38+13,8= 15,18 дБ
А3= 0,85+13,8= 14,65 дБ
А4= 1,55+13,8= 15,35 дБ
Розрахунок згасань на лінії від ONU до вихідних полюсів оптичного
розгалужувача першого каскаду
Для визначення згасання лінії від ONU до вихідних полюсів оптичного
розгалужувача першого каскаду скористаємось формулою (3.1) до якої додається
згасання ділянки ONU – вхідний полюс ОР другого каскаду і скористаємось цією
формулою для усіх гілок:
А2.1=2*0,35+1*0,2+3*0,1+15=16,2 дБ
А2.2= 2,5*0,35+1*0,2+3*0,1+15,18=16,56 дБ
А2.3= 1*0,35+1*0,2+3*0,1+14,65=15,5 дБ
А2.4= 3*0,35+1*0,2+3*0,1+15,35=16,9 дБ
Розрахунок згасань в оптичному розгалужувачі :
Наступним кроком розрахунків буде визначення згасань в оптичному
розгалужувачі першого каскаду. Різниця згасань між вихідними полюсами ОР-1
складає понад 3,5 дБ, тому для будівництва збалансованої мережі доцільно
застосовувати оптичний розгалужувач типу FBT з несиметричним розподілом
потужності. Для визначення згасання в кожному напрямку передачі ОР-1
потрібно значення загасань кожної ділянки ONU – вихідний полюс ОР-1 перевести
у коефіцієнт згасання за формулою:
ах = 100,1×Aх, (3.2)
де Aх – згасання ділянки х від ONU до відповідного вихідного полюса ОР. Отже:
а 0,1×16,2
1 = 10 =41,69
а = 100,1×16,56
2 =45,29
а = 100,1×15,5
3 =35,48
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
62
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
а = 100,1×16,9
4 =48,98
Наступним кроком необхідно визначити суму коефіцієнтів згасання
а∑= а1+ а2+ а3+ а4
а∑=41,69+45,29+35,48+48,98=171,44
Наступним кроком у розрахунках буде обчислення відсотку відгалуження
потужності сигналу за вихідними полюсами ОР скориставшись формулою (3.3):
кх% = кх × 100% = (ах/ аΣ) × 100% (3.3)
к1х% =(41,69/171,44) ×100%=24,3%
к2х% =(45,29/171,44) ×100%=26,4%
к3х% =(35,48/171,44) ×100%=20,7%
к3х% =(48,98/171,44) ×100%=28,5%
В ході розрахунків було обрано оптичний дільник PLC 1x4 APC.
Враховуючи нерівномірність втрат реального оптичного розгалужувача будемо
вважати що ці втрати складатимуть 20% або 0,8 дБ.
аΣр = 1,2 × аΣ (3.4)
аΣр=1,2×171,44=205,7
3.2 Визначення згасання між вхідним і вихідними полюсами у ОР-1
Далі обчислимо визначення згасання у ОР-1 між вхідним та вихідними
полюсами з урахування коефіцієнтів розгалуження та власних втрат ОР
скориставшись формулою (3.4):
AОР-0-х= 10lg(аΣр / кхр × аΣ)= 10lg(1 / кхр) + 10lg(аΣр / аΣ)=АIL х+AEL (3.4)
де АIL х – втрати, що вносить ідеальний ОР (Insertion loss) при передаванні
сигналу з вхідного полюса до вихідного полюса Х;
AEL – надлишкові втрати (Excess loss) реального розгалужувача.
Скориставшись формулою отримаємо такі результати:
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
63
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
AОР-0-1= 10lg(205,7/ 0,243 × 171,44)= 6,95 дБ
AОР-0-2= 10lg(205,7/ 0,264 × 171,44)= 6,58 дБ
AОР-0-3= 10lg(205,7/ 0,207 × 171,44)= 7,63 дБ
AОР-0-4= 10lg(205,7/ 0,285 × 171,44)= 6,24 дБ
Наступним кроком є визначення втрат в кожній гілці «дерева» на ділянці
ONU – вхідний полюс оптичного розгалужувача першого каскаду. Для цього
потрібно до згасання ділянки ONU – вихідний полюс ОР-1 додати згасання самого
ОР-1 у відповідному напряму:
A1-ОР1 = 15,0 + 6,95 = 21,95 дБ
A2-ОР1 = 15,18 + 6,58 = 21,76 дБ
A3-ОР1 = 14,65 + 7,63 = 22,28 дБ
A4-ОР1 = 15,35 + 6,24 = 21,59 дБ
З розрахунків визначимо ,що третя гілка має найбільше згасання, тому далі
розрахунок проводиться саме для цієї гілки. За допомогою формули (3.1)
розрахуємо втрати на ділянці ONU до входу головної станції:
A3-28 = 6 × 0,35 + 2 × 0,2 + 4 × 0,1 + 22,28 = 25,18 дБ.
3.3 Визначення загальних втрат і експлуатаційного запасу у мережі
Наступним кроком розрахунків є визначення загальних втрат у мережі з
урахуванням втрат станційної ділянки . До згасання у зовнішній оптичній
мережі додається згасання у станційному оптичному кросі ODF ( враховуючи
всі з’єднання ці згасання дорівнюють 1 дБ) та у мультиплексорі WDM
(враховуючи втрати у роз’ємних з’єднаннях вони складають 1 дБ):
AONU-OLT = 25,18 + 1 + 1 = 27,18 дБ
Кінцевою точкою розрахунків є визначення експлуатаційного запасу у
мережі. Експлуатаційний запас визначається як різниця між максимальним та
розрахованим оптичним бюджетом втрат:
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
64
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
Aзап = 28 – 27,18 = 0,82 дБ.
Оцінивши результат розрахунків мережі XG PON можемо визначити, що
вони вказують на працездатність даного проекту . Мережа також має точки
приросту, за допомогою яких можна збільшити кількість абонентів при
застосуванні мережі. Крім того, збільшити експлуатаційний запас можна
шляхом зменшення кількості роз’ємних з’єднань.
Отримавши результати розрахунків зробимо висновок що мережа робоча
та задовольняє усі вимоги.
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
65
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
ВИСНОВОК
Мережа 10G-PON це технологія пасивних оптичних мереж доступу (PON)
яка є вдосконаленою мережею GPON і повністю сумісна з ним та можуть
працювати одночасно не заважаючи один одному.
Разом з іншими технологіями пасивних оптичних мереж, у 10G-PON:
• використовується деревоподібна топологія (Point To Multipoint,
P2MP) волоконно-кабельних систем з пасивним оптичним розгалуженням
на сплітерах;
• робота системи здійснюється по одному волокну із застосуванням
спектрального ущільнення каналів WDM.
Технологія 10G-PON дає можливість застосовувати одну головну
станцію (OLT) на 64 абонентські пристрої ( ONU), що знаходяться на
відстані до 20 км.
При створенні мережі були використані такі технічні складові:
• Оптичний термінал OLT, SmartFiber E9004-D
• Мультиплексор DWDM 1x8 Mux/Demux LC RM19
• ONU GP-125
• Підвісний волоконно-оптичний кабель ОКЛ8
• Кабель абонентського доступу ОКТ-Д фірми Одескабель
В ході розрахунків мережі було виявлено, що згасання у першій гілці
становить 16,2 дБ, у другій 16,56 дБ, у третій 15,5 дБ та у четвертій 16,9 дБ. В
той час відсоток відгалудження складає для першої гілки- 24,3%, для другої-
26,4%, для третьої – 20,7%, для четвертої – 28,5%. Згасання між вхідним і
вихідними полюсами у ОР-1 складають для першої гілки – 6,95 дБ, для другої –
6,58 дБ, для третьої – 7,63 дБ, для четвертої 6,24 дБ. Фінальною частиною
розрахунків у дипломній роботі було визначення загальних втрат і
експлуатаційного запасу у мережі. Експлуатаційний запас мережі складає 0,82
дБ, що вказує на працездатність системи. Обчисливши загальні втрати
отримаємо 27,18 дБ.
ЗТК012.022.034.248 ПЗ
66
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. https://www.promax.es/ru
2. https://www.vsolcn.com/blogs-detail/gpon-xgpon-xgspon
3. https://community.fs.com/ru/blog/wdm-pon-vs-gpon-vs-xg-pon.html
4. https://uk.wikipedia.org/wiki/GPON
5. https://skomplekt.com/technology/gpon_tehnologiya.htm/
6. https://iron-harry.ua/gpon_tehnologiya.htm/
7. http://kompot.uz.ua/compot/gpon-technology/
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/PON
9. https://uk.wikipedia.org/wiki/GPON
10. https://uk.wikipedia.org/wiki/Волоконно-оптична_лінія_передачі
11. https://nettech.ua/news/fizicheskie-parametri-opticheskix-volokon
12. http://web-city.org.ua/shho-tse-take-optovolokno-yak-pidklyuchiti-
optovolokonnij-internet/
13. https://lanmarket.ua/ua/stats/opticheskie-mufty-osnovy-i-rukovodstvo-po-
vyboru/
14. https://www.thunder-link.com/docs/post/differences-among-gpon-xgpon-
and-xgspon.html
15. https://community.fs.com/ru/blog/wdm-pon-vs-gpon-vs-xg-pon.html
16. https://lanmarket.ua/ua/stats/budushchee-tekhnologii-pon-ot-gpon-k-ng-
pon2/
17. https://deps.ua/ua/knowegable-base/articles/praktika-vn-passivnyh-op-mer-
pon.html
18. https://studfile.net/preview/5152835/page:6/
19. https://deps.ua/ua/knowegable-base/articles/optychni-razvetviteli-v-setjah-
dostupa.html
20. https://ipcom.ua/gpon-volokonno-optycheskaya-set
ЗТК-012.022.034.248 ПЗ
67
Зм. Арк. № докум. Підпис Дата
68