Выпускная квалификационная работа (стр. 2 )

Рисунок 2.1–Примеры технологий проводного доступа

Основой для реализации этих технологий служат медные провода и волоконные световоды.

Обозначения и сокращения на рисунке 2.1:

ТФОП – телефонная сеть общего пользования;

КТВ – кабельное телевидение;

ISDN – Integrated Service Digital Network – цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС)

xDSL, Digital Subscriber Line –цифровая абонентская линия;

OAN, Optical Access Network – оптическая сеть доступа;

Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – компьютерные технологии передачи данных на скоростях 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с;

FDDI, волоконно-оптический распределительный интерфейс, сеть кольцевого типа с защитой от повреждений;

IDSL, HDSL, SDSL – технологии симметричных абонентских линий (I-ISDN, H - высокоскоростная линия (2,048 Мбит/с), S - симметричная однопарная линия со скоростными режимами от 128 кбит/с до 2320 кбит/с;

ADSL, RADSL, G. Lite – несимметричные абонентские линии со скоростями передачи к абоненту не ниже 1 Мбит/с, от абонента 512 кбит/с, с адаптацией к линии и приспособлением скорости в зависимости от помех;

FTTx, FTTH, FTTB, FTTC, FTTCab – активные технологии оптического доступа в дом, в рабочую зону шкаф и так далее;

PON, APON, EPON, BPON, GPON – технологии пассивных оптических сетей (ATM PON, Ethernet PON, Broadband PON, Gigabit rate PON).

Технологии xPON являются наиболее практичным решением, при построении новых сетей ШПД (широкополосный доступ). Применение технологий xPON для высокоскоростного доступа к услугам сети особенно примечательно тем, что эти технологии используют в качестве среды передачи  оптический кабель (ОК). На рисунке 2.2 показана типовая схема построения PON. Применение технологии PON для построения сетей абонентского доступа в городах России является наиболее приемлемым решением с учетом плотности городских жилых застроек, разновидности и типов домов, состояния инфраструктуры технической эксплуатации, линейно-кабельных сооружений (например, кабельной канализации).

В объеме бакалаврской работы проведен анализ различных методов оптического доступа, который показал, что применение технологии PON в сетях доступа имеет немало преимуществ:

экономия волокон в абонентских оптических кабелях; значительная экономия оптических излучателей на головной станции; возможность предоставления трех видов информации (согласно концепции Triple Play) – голоса, видео и данных; отсутствует необходимость электропитания сетевых элементов (кроме оконечных); небольшие затраты на обслуживание; простая возможность подключения абонентов (даже без перерыва связи); возможность динамического расширения полосы – увеличение скорости передачи работающих абонентов за счет неработающих в данный момент; дальнейшее увеличение скорости передачи (до 10 Гбит/с) и выше без замены оборудования линейного тракта (оптические кабели, разветвители, соединители); последующая возможность значительного увеличения скорости передачи для каждого пользователя за счет применения технологии оптического мультиплексирования (CWDM или DWDM).

Рисунок 2.2 - Типовая схема построения сети PON

Серия рекомендаций G.983.х, впервые опубликованная в 1998 году, определяет BPON-систему. К настоящему времени эта серия была сильно расширена и улучшена. Опираясь на технологическую базу BPON,  совершена  попытка описать новую пассивную оптическую сеть, которая впоследствии была названа GPON.

Сравнительный анализ технологий APON/BPON и GPON привен в таблица 2.1

Таблица 2.1- Сравнительный анализ технологий APON/BPON и GPON

Характеристики	APON (BPON)	GPON
1	2	3
Институты стандартизации / альянсы	ITU-T SG15 / SAN	ITU-T SG15 / FSAN
Дата принятия стандарта	октябрь 1998	октябрь 2003
Стандарт	ITU-T G.981.x	ITU-T G.984.x
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	155/155622/155622/622	1244/155,622,12442488/
Базовый протокол	ATM	SDH
Линейный код	NRZ	NRZ
Максимальный радиус сети, км	20	20
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно	32	64 (128)
Коррекция ошибок FEC	предусмотрена	необходима

Эта система должна была решить следующие задачи:

обеспечить работу PON при гигабитных скоростях передачи; оптимизировать спецификации физического уровня под более высокую пропускную способность; разработать наиболее спектрально-эффективный протокол, отражающий максимальную направленность абонентского трафика на передачу данных. Было решено не требовать обратной совместимости GPON-систем с оборудованием BPON, потому что это накладывало бы на них дополнительные ограничения и препятствовало достижению поставленных выше задач. Тем не менее в системе GPON многое осталось от стандарта BPON: практически не изменились схемы измерения расстояний (масштабирования), динамическое распределение полосы пропускания (DBA) интерфейс управления и контроля (OMCI) абонентских узлов (ONT).

2.1 Топологии соединений в сетях PON

Суть технологии PON заключается в том, что между приемопередающим модулем центрального узла OLT (optical line terminal) и удаленными абонентскими узлами ONT (optical network terminal) создается полностью пассивная оптическая сеть PON. В промежуточных узлах PON размещаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры) – компактные устройства, не требующие питания и обслуживания. Один приемопередающий модуль OLT позволяет передавать информацию множеству абонентских устройств ONT. Число ONT, подключенных к одному OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры.[1,2]

Существуют четыре основных топологии построения оптических сетей доступа: "точка-точка", "кольцо", "дерево с активными узлами" и "дерево с пассивными узлами" (рис. 2.3).

  а)  б)

  в)  г)

Рисунок 2.3 - Топологии соединений в сетях PON

Особенности топологий:

а) «точка-точка»:

1) простота в процессе работы сети;

2) требуется много волокон;

3) требуется много оптических передатчиков;

4) подходит любая сетевая топология;

б) «кольцо»:

1) по количеству волокон – идеальное решение;

2) встроенное резервирование;

3) сложность с наращиванием сети;

4) типовая технология – micro SDH;

в) «дерево с активными узлами»:

1) простота в процессе работы сети;

2) требуется активное оборудование на промежуточных узлах;

3) типовая технология – Ethernet 10/100/1000;

г) «дерево с пассивным оптическим разветвлением»:

1) оптимальная по числу волокон архитектура;

2) оптимальность по числу передатчиков;

3) функционирование сети среднее по сложности;

4) типовая технология – PON.

К основным функциональным элементам сети PON относятся центральный и абонентский узлы, а также оптические разветвители.

Центральный узел, или оптический линейный терминал (OLT — optical line terminal), — это устройство, устанавливаемое в центральном офисе. Оно принимает данные со стороны магистральных сетей через сервисные узловые интерфейсы (SNI — service node interfaces) и формирует нисходящий поток к абонентским узлам (или прямой поток) по дереву PON.

Оптический разветвитель — это пассивное устройство - оптический многополюсник, распределяющий поток излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в один в противоположном направлении. В общем случае у разветвителя может быть М входных и N выходных портов. В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1xN с одним входным портом. Разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну.

Абонентский узел, или оптический сетевой терминал (ONT — optical network terminal), имеет с одной стороны абонентские интерфейсы, а с другой — интерфейс для подключения к дереву PON. Передача потока по дереву ведется на длине волны 1310 нм, а прием — на 1550 нм. ONT принимает данные от OLT, конвертирует их и передает абонентам через интерфейсы "пользователь-сеть" (UNI - user network interface).

На  участке проектирования по улице Радищева несколько абонентов нуждающихся в услугах связи, поэтому логично выбрать топологию «дерево с пассивным оптическим разветвлением».

2.2 Дерево с пассивным оптическим разветвлением (PON)

Архитектура PON использует решения на основе топологии "точка-многоточка". В этом случае к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. Причем в промежуточных узлах дерева устанавливаются пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре за счет сокращения суммарной протяженности оптоволокна, т. к. на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно оптическое волокно. Есть и другой источник экономии - сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Эта последняя экономия в некоторых случаях оказывается даже более существенной. Так, по оценкам экспертов, конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе в непосредственной близости от центрального узла оказывается экономичнее, чем сеть с топологией "точка-точка", хотя сокращение длины оптоволокна практически нет. Более того, если расстояния до абонентов невелики, то с учетом затрат на эксплуатацию оказывается, что PON с разветвителем в центральном офисе экономичнее, чем PON с разветвителем, приближенным к абонентским узлам.