Использование технологии FTTx

1 2 3

---

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1  Технология построения FTTx сетей

1.1 Технология PON

1.2 Технология Ethernet

2  Услуги Triple play

3 Состав и структура сети

4 Оборудование линейной части

4.1 Оптический кабель

4.2  Оптические муфты

4.3 Оптические разветвители

4.4 Оптические передатчики и приемники

5 Строительство линейной части

5.1 Волокно

5.2 Шкаф наружной установки

5.3 Сращивание волокон

6 Тестирование

6.1 Тестирование в процессе строительства

6.2 Снятие характеристик линии с использованием рефлектометра

7 Устранение неисправности в сети

8 Охрана труда и безопасность жизнедеятельности

8.1 Безопасность при работе с оптическим кабелем

9 Заключение

10 Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Многие компании стали постепенно переходить к использованию технологии FTTx в качестве основной для предоставления услуг в области доступа к сети Интернет. Теперь это уже не так сложно и дорого, как было несколько лет назад. Именно поэтому на рынке активно продвигается соответствующий продукт.

Использование технологии FTTx предполагает привлечение волоконно-оптических решений для построения широкополосных сетей. Стоит описать, что подразумевается под этим новым понятием. FTTx – это термин, при помощи которого описывается общий подход к формированию кабельной сетевой инфраструктуры, в которой от узла связи до конкретного места, обозначаемого как «x», доходит оптика, а далее, непосредственно до абонентов, прокладывается медный кабель. Вполне реально проложить оптику и непосредственно к абонентскому устройству. По большому счету использование технологии FTTx предполагает только физический уровень. Но под данным понятием скрывается и большое число технологий сетевого и канального уровня. Широкополосный доступ позволяет предоставлять огромное количество новых услуг.

На данный момент в качестве основного двигателя рынка FTTx называется массовый спрос на широкополосный доступ, а его очень сложно обеспечить, если использовать только ADSL. Оптические решения стали все активнее внедрять в крупных городах, и тут четко прослеживается тенденция к слиянию мелких операторов с более крупными, которые работают в федеральном масштабе. Технологии FTTx весьма активно используются в поселках, в которых инфраструктура изначально строилась на базе оптического тракта.

Развитие рынка FTTx на российский территории зависит не только от спроса на качественный контент, но и от числа крупных строительных проектов, а также обострения конкуренции среди поставщиков услуг широкополосного доступа. Благодаря динамическому строительству многоквартирных домов прокладка FTTx сетей становится очень быстрой и оправданной в экономическом плане, а конкуренция делает так, что стоимость доступа к Интернету становится все ниже. Несколько лет назад внимание операторов было направлено на корпоративного потребителя, а теперь все чаще рассматриваются обычные абоненты.

1 ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ FTTH СЕТЕЙ

Fiber To The X (Оптическое волокно до…) — понятие, описывающее общий подход к организации кабельной инфраструктуры сети доступа, в которой от узла связи до определённого места (точка «х») доходит оптоволокно, а далее, до абонента, — медный кабель (возможен и вариант, при котором оптика прокладывается непосредственно до абонентского устройства).

Таким образом, FTTx — это только физический уровень. Однако фактически данное понятие охватывает и большое число технологий канального и сетевого уровня. С широкой полосой систем FTTx неразрывно связана возможность предоставления большого числа новых услуг.

В семейство FTTx входят различные виды архитектур:

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

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

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

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

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

Очевидно, что запланированный набор услуг и необходимая для их предоставления полоса пропускания имеют самое непосредственное влияние на выбор технологии FTTx. Чем выше скорость доступа и чем больше набор услуг, тем ближе к терминалу должна подходить оптика, а именно нужно использовать технологии FTTH.

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

• из всех вариантов FTTx она обеспечивает наибольшую полосу пропускания;
• это полностью стандартизированный и наиболее перспективный вариант;
• решения FTTH обеспечивают массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи;
• они позволяют существенно сократить эксплуатационные расходы — за счет уменьшения площади технических помещений (необходимых для размещения оборудования), снижения энергопотребления и собственно затрат на техническую поддержку. [1]

Существует два часто применяемых типа организации FTTH сетей: на базе технологии Ethernet и на базе технологии PON.

1.1 Технология PON

 

Первые шаги в технологии PON (passive optical networks) были предприняты 1995 году, когда влиятельная группа из семи компаний (British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefoniсa и Telecom Italia) создала консорциум для того, чтобы претворить в жизнь идеи множественного доступа по одному волокну. Эта организация, поддерживаемая ITU-T, получила название FSAN (full service access network). Много новых членов, как операторов, так и производителей оборудования, вошло в неё в конце 90-х годов. Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PON для того, чтобы производители оборудования и операторы могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. На сегодня FSAN насчитывает 40 операторов и производителей и работает в тесном сотрудничестве с такими организациями по стандартизации как ITU-T, ETSI и ATM форум.

PON — технология пассивных оптических сетей. Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки. Реализация этого принципа показана на рисунке 1.

Рисунок 1- Входящие и исходящие потоки PON

 

Прямой поток на уровне оптических сигналов, является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, мы имеем дело с распределенным демультиплексором.

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Для того, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC

 

Рисунок 2- Структура сети по технологии PON

 

На рисунке 2 изображена типичная пассивная оптическая сеть PON, в которой используются различные терминаторы оптической сети (optical network termination, ONT) или устройства оптической сети (optical network unit, ONU). ONT предназначены для использования отдельным конечным пользователем. Устройства ONU обычно располагаются на цокольных этажах или в подвальных помещениях и совместно используются группой пользователей. Голосовые сервисы, а также услуги передачи данных и видео доводятся от ONU или ONT до абонента по кабелям, проложенным в помещении абонента.

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

 

1. APON

За расширенным стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).

APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONT и рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг.

Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефонию (FXS).

Из-за широковещательной природы прямого потока в дереве PON и потенциально существующей возможности несанкционированного доступа к данным со стороны ONT, которому эти данные не адресованы в APON предусмотрена возможность данных в прямом потоке с использованием техники шифрования с открытыми ключами. Необходимости в шифровании обратного потока нет, поскольку OLT находится на территории оператора.

 

1.1.2 EPON

 

В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием «Ethernet первую милю» EFM (Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализовав тем самым пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который создается в декабре 2001 г. Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Если EFM больше концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA преимущественно изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы – достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования, и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.

Комиссия EFM 802.3ah стандартизировала три разновидности решения для сети доступа:

EFMC (EFM copper) – решение «точка-точка» с использованием витых медных пар

EFMF (EFM fiber) – решение, основанное на соединении «точка-точка» по волокну.

EFMP (EFM PON) – решение, основанное на соединении «точка-многоточка» по волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.

Аргументы в пользу технологии EPON подкрепляются ориентацией сети Internet исключительно на протокол IP и стандарты Ethernet.

1.1.3 GPON

 

Архитектуру сети доступа GPON (Gigabit PON) можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GPON ITU-T Rec. G.984.3 GPON был принят в октябре 2003 года.

GPON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, и допускает системы как с одинаковой скоростью передачи прямого и обратного потока в дереве PON, так и с разной. GPON базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса, в том числе TDM. Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON.

Если в SDH деление полосы происходит статично, то GFP (generic framing protocol), сохраняя структура кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.

 

Таблица 1- Сравнительные характеристики PON

 

1.2 Технология Ethernet

 

В решении Ethernet FTTH для коммутации линий подразумевается использование коммутаторов с оптическими портами или оптическими трансиверами. Коммутаторы объединяются либо в «кольцо» Ethernet (GE или 10GE), либо по топологии «звезда» и располагаются на цокольном или чердачном этаже (в зависимости от способа заведения магистрального волокна в дом). К портам коммутатора подключаются устройства конечных пользователей. Такой подход обеспечивает высокий уровень надежности за счет возможности резервирования оптических каналов, и обеспечивает преемственность с существующей «медной» инфраструктурой. К недостаткам Ethernet FTTH можно отнести узкую полосу пропускания и недостаточные возможности масштабирования.

Технология Gigabit Ethernet — это расширение IEEE 802.3 Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и прочее, но при этом предоставляя теоретически десятикратное увеличение производительности. Поскольку технология Gigabit Ethernet совместима с 10Mbps и 100Mbps Ethernet, возможен легкий переход на данную технологию без инвестирования больших средств в программное обеспечение, кабельную структуру и обучение персонала

Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует универсальной схемы кодирования сигнала, для стандартов 1000Base-LX/SX/CX используется кодирование 8B/10B, для стандарта 1000Base-T используется специальный расширенный линейный код TX/T2. Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже среданезависимого интерфейса GMII. 1000Base-T — это стандартный интерфейс Gigabit Ethernet передачи по неэкранированной витой паре категории 5 и выше на расстояния до 100 метров. Для передачи используются все четыре пары медного кабеля, скорость передачи по одной паре 250 Мбит/c. Предполагается, что стандарт будет обеспечивать дуплексную передачу, причем данные по каждой паре будут передаваться одновременно сразу в двух направлениях — двойной дуплекс (dual duplex).

 

Рисунок 3-  Структура сети по технологии Ethernet FTTx топология

«звезда»

 

Ethernet типа «звезда» (см. рисунок 3). Такая архитектура предполагает наличие выделенных оптоволоконных линий (обычно одномодовых, одноволоконных линий с передачей данных Ethernet по технологии 100BX или 1000BX) от каждого оконечного устройства к точке присутствия (point of presence, POP), где происходит их подключение к коммутатору. Оконечные устройства могут находиться в отдельных жилых домах, квартирах или многоквартирных домах, на цокольных этажах которых располагаются коммутаторы, доводящие линии по всем квартирам с помощью соответствующей технологии передачи.

 

2 УСЛУГИ TRIPLE PLAY

 

TriplePlay — маркетинговый телекоммуникационный термин, описывающий модель, когда пользователям по одному кабелю широкополосного доступа предоставляется одновременно три сервиса — высокоскоростной доступ в Интернет, кабельное телевидение и телефонная связь.

Безусловно, наибольшую лепту в загрузку полосы пропускания внесет видеотрафик. С известной долей приближения можно считать, что сегодня один канал телевизионной трансляции или VoD требует скорости передачи порядка 4 Мбит/с. Ситуация заметно улучшится, когда перейдем на стандарт MPEG-4, но в любом случае для получения качественного изображения для видеотрафика нужно будет резервировать порядка 2 Мбит/с.

Другим ресурсоемким приложением с точки зрения пропускной способности абонентского канала является игровой сервис. Для полноценного погружения в сетевые игры, особенно в ролевые, также необходима полоса 2 Мбит/с. Остальные приложения не столь «прожорливы»: для телефонной связи хватит 64 кбит/с, качественное радиовещание обеспечивается 128 кбит/с, даже для «серфинга» в Интернете вполне достаточно тех же 128 кбит/с (хотя все же лучше иметь полосу на порядок больше).

Получаем, что минимальная полоса пропускания должна быть порядка 4 Мбит/с, а еще лучше, если она будет превышать 6 Мбит/с. Для массового клиента такую скорость по привлекательным ценам могут обеспечить только технологии ADSL, PON и Ethernet.

В конце лета 2004 аналитическое агентство Heavy Reading проводило опрос более 300 крупнейших операторов связи по всему миру с целью выяснить перспективы внедрения услуг triple play. Помимо положительного заключения о целесообразности такого новшества, аналитики пришли к выводу, что для качественного предоставления triple play минимальная пропускная способность абонентского канала должна быть не ниже 20 Мбит/с. Такая скорость по силам только технологиям ADSL2+, PON и Ethernet.

 

3 СОСТАВ И СТРУКТУРА СЕТИ

 

На рисунке 4 изображена обобщенная архитектура FTTx сети. Через оптический линейный терминал (OLT) расположенном на центрально узле (СО), также называемом головным окончанием, с помощью оптической распределительной сети (ODN) подключаются обычная телефонная сеть и Интернет. Для передачи данных и голоса используются следующие длины волн: 1490 нм для прямого потока и 1310 нм для обратного. Услуги видео преобразуются в оптический формат с помощью оптического видеопередатчика, работающего на длине волны 1550 нм. Длины волн 1550 нм и 1490 нм объединяются вместе с помощью WDM мультиплексора и передаются в прямом потоке. В настоящее время не планируется передача видео в обратном потоке.

Рисунок 4- Общая архитектура FTTx

В сумме три длины волны (1310,1490 и 1550 нм) одновременно несут различную информацию в разных направлениях по одному и тому же волокну.

Питающий кабель передает оптический сигнал между СО и разветвителем, который используется для подключения нескольких ONT к одному питающему волокну. Каждому абоненту необходим свой ONT, который обеспечивает подключение различных услуг (обычную телефонную линию, Ethernet и видео). Так как одна FTTx сеть обычно обслуживает до 32 абонентов, для обслуживания микрорайона потребуется много таких сетей, берущих начало из одного СО. Для подключения абонентов к PON имеется несколько различных решений. Простейший вариант использует один разветвитель (см. Рисунок 5), однако возможно применение и нескольких разветителей (см. Рисунок 6).

Рисунок 5- Сеть FTTx с одним разветвителем

Рисунок 6- Сеть FTTx с несколькими разветвителями

Согласно рисунку 7 возможно существование других конфигураций, таких как звезда, кольцо и шина. В некоторых случаях нет необходимости заводить волокно непосредственно в помещение каждого абонента сети. В таких случаях волокно подводится к оконечной точке, называемой оптический сетевой блок (ONU), а для оконечного подключения используется участок медной линии (обычно VDSL, что обеспечивает достаточную пропускную способность для услуг три в одном). Эта конфигурация известна как FTTC. Одна PON сеть может использовать комбинации из FTTH, FTTC и других типов подключений.

Рисунок 7- Конфигурация построения сети

WDM мультиплексоры используются для объединения прямого потока 1490 нм голос/данные с прямым потоком видео с длиной волны 1550 нм и обратным потоком 1310 нм голос/данные. Для выполнения этой задачи обычно предпочитают применять тонкопленочные WDM мультиплексоры, т.к. они обладают низкими потерями для объединяемых длин волн и имеют широкий диапазон длин волн.

В обратном направлении (т.е. к OLT), PON сеть представляет собой сеть типа много точек-одна точка. Для предотвращения коллизий в передаче данных, прибывающих на разветвитель одновременно от различных ONT, применяется множественный доступ с разделением по времени (TDMA). TDMA позволяет отправлять данные от каждого ONT на OLT в определенный промежуток времени. OLT выделяет временной слот каждому ONT для передачи данных, и таким образом пакеты, приходящие от различных ONT не конфликтуют друг с другом.

---

1 2 3