Расширение аудитории потребителей интернет-услуг и, соответственно, пользователей широкополосных сетей требует внедрения новых технологий. Средства передачи данных должны регулярно повышать линий связи, что заставляет сервисные компании обновлять транспортные информационные каналы. Но, кроме роста объемов передаваемых данных возникают и проблемы иного рода, которые выражаются в увеличении стоимости обслуживания более массивных сетей и расширении спектра потребностей конечных пользователей. Одним из способов совокупной оптимизации характеристик телекоммуникационных систем является PON-технология, которая также позволяет сохранять потенциал сетей для дальнейшего расширения их мощности и функциональных возможностей.

Оптоволокно и технология PON

Новая разработка облегчает техническую организацию и дальнейшую эксплуатацию информационных сетей передачи данных, но достигается это во многом за счет достоинств привычных оптических линий. Даже сегодня на фоне внедрения высокотехнологичных материалов продолжается использование каналов, построенных на устаревающих телефонных парах и средствах xDSL. Очевидно, что сеть доступа на подобных элементах существенно проигрывает в эффективности волоконно-коаксиальным линиям, которые тоже нельзя рассматривать как что-то продуктивное по меркам сегодняшнего дня.

Альтернативой традиционным сетям и беспроводным давно выступает Но если раньше прокладка таких кабелей являлась непосильной задачей для многих организаций, то сегодня оптические компоненты стали гораздо доступнее. Собственно, и раньше оптоволокно использовалось для обслуживания рядовых абонентов, в том числе по Следующим этапом развития стала телекоммуникационная сеть, построенная на архитектуре Micro-SDH, открывшей принципиально новые решения. Как раз в этой системе и нашла свое применение концепция сетей PON.

Стандартизация сети

Первые попытки стандартизации технологии были предприняты еще в 1990-х годах, когда группа телекоммуникационных компаний задалась идеей на практике реализовать идею множественного доступа по единому пассивному оптоволокну. В результате организация получила название FSAN, объединив и операторов, и производителей сетевого оборудования. Главной же целью FSAN и было создание пакета с общими рекомендациями и требованиями к разработке технических средств PON, чтобы изготовители оборудования и провайдеры могли вместе работать в одном сегменте. На сегодняшний день пассивные линии связи, базирующиеся на технологии PON, организуются в соответствии с нормативами ITU-T, ATM и ETSI.

Принцип действия сети

Главная особенность идеи PON заключается в том, что инфраструктура работает на базе одного модуля, который отвечает за функции приема и передачи данных. Располагается этот компонент в центральном узле системы OLT и позволяет обслуживать информационными потоками множество абонентов. Конечным приемником выступает устройство ONT, которое, в свою очередь, также выступает передатчиком. Количество абонентских точек, подключенных к центральному модулю приема и передачи, зависит только от мощности и максимальной скорости используемой аппаратуры PON. Технология, в принципе, не ограничивает количество участников сети, однако для оптимального использования ресурсов разработчики телекоммуникационных проектов все же ставят определенные барьеры в соответствии с конфигурацией конкретной сети. Трансляция информационного потока от центрального приемно-передающего модуля к абонентскому устройству осуществляется при длине волны, составляющей 1550 нм. И напротив, обратные потоки данных от потребительских устройств к точке OLT передаются с длиной волны порядка 1310 нм. Данные потоки стоит рассмотреть отдельно.

Прямые и обратные потоки

Основной (то есть прямой) поток от центрального модуля сети относится к широковещательным. Это значит, что оптические линии сегментируют общий поток данных, выделяя адресные поля. Таким образом, каждое абонентское устройство «читает» только информацию, предназначенную специально для него. Такой принцип распределения данных можно назвать демультиплексорным.

В свою очередь, обратный поток использует одну линию для трансляции данных от всех абонентов, подключенных к сети. Так используется схема множественного обеспечения доступа с разделениями по времени. Для исключения вероятности пересечения сигналов от нескольких узлов-приемников информации устройство каждого абонента имеет свое индивидуальное расписание по обмену данными с поправкой на задержку. Это общий принцип, по которому реализуется PON-технология в плане взаимодействия приемно-передающего модуля с конечными потребителями. Однако конфигурация схемы прокладки сетей может иметь разные топологии.

Топология «точка-точка»

В данном случае используется система P2P, которая может выполняться и для распространенных стандартов, и для особых проектов, предполагающих, к примеру, задействование оптических устройств. В плане безопасности данных абонентских точек интернет-соединение этого типа обеспечивает максимальную защищенность, возможную для подобных сетей. Однако прокладка оптической линии для каждого пользователя осуществляется отдельно, поэтому стоимость организации таких каналов существенно возрастает. В некотором роде, это не общая, а индивидуальная сеть, хотя центр, с которым работает абонентский узел, также может обслуживать и других пользователей. В целом же такой подход целесообразен для использования крупными абонентами, которым особенно важна безопасность линии.

Топология «кольцо»

Эта схема базируется на конфигурации SDH и наилучшим образом раскрывается в магистральных сетях. И наоборот, оптические линии кольцевого типа оказываются менее эффективными в эксплуатации сетей доступа. Так, при организации городской магистрали места расстановки узлов рассчитываются еще на стадии разработки проекта, однако сети доступа не дают возможности заранее оценить количество абонентских узлов.

При условии случайного временного и территориального подключения абонентов кольцевая схема может быть значительно усложнена. На практике подобные конфигурации нередко превращаются в изломанные схемы, имеющие множество ответвлений. Такое происходит, когда введение новых абонентов выполняется через разрыв существующих сегментов. Например, в линии связи могут формироваться петли, которые совмещаются в одном проводе. В результате появляются «ломаные» кабели, что в процессе эксплуатации снижает надежность сети.

Особенности архитектуры EPON

Первые попытки построить сеть PON, приближенную по степени охвата потребителей к технологии Ethernet, были предприняты в 2000 г. Платформой для разработки принципов формирования сетей стала архитектура EPON, а в качестве основного стандарта была введена спецификация IEEE, на основе которой были выработаны отдельные решения для организации сетей PON. Технология EFMC, к примеру, обслуживала топологию «точка-точка» с применением витой медной пары. Но сегодня эта система практически не используется в связи с переходом на оптоволокно. Как альтернатива, более перспективными направлениями по-прежнему остаются технологии на базе ADSL.

В современном EPON реализуется по нескольким схемам подключения, но главным условием его воплощения является использование волокна. Помимо применения разных конфигураций, технология подключения PON по стандарту EPON также предусматривает возможность использования некоторых вариантов оптических приемопередатчиков.

Особенности архитектуры GPON

Архитектура GPON позволяет реализовывать сети доступа на базе стандарта APON. В процессе организации инфраструктуры практикуется увеличение сети, а также создание условий для более эффективной передачи приложений. GPON представляет собой масштабируемую кадровую структуру, позволяющую обслуживать абонентов на скорости информационных потоков до 2,5 Гбит/c. При этом обратный и прямой потоки могут работать как на одном, так и с разными скоростными режимами. Кроме того, сеть доступа в конфигурации GPON может обеспечивать любую инкапсуляцию в транспортный синхронный протокол независимо от сервиса. Если в SDH возможна реализация исключительно статического деления полос, то новый протокол GFP в структуре GPON при сохранении характеристик кадра SDH дает возможность и динамического распределения полос.

Преимущества технологии

Среди основных преимуществ оптических волокон в схеме PON выделяют отсутствие промежуточных звеньев между центральным приемником-передатчиком и абонентами, экономность, легкость подключения и удобство в обслуживании. В немалой степени эти достоинства обусловлены рациональной организацией сетей. Например, интернет-соединение обеспечивается напрямую, поэтому выход из строя одного из смежных абонентских устройств никак не влияет на его работоспособность. Хотя массив пользователей, конечно, объединяется подключением к одному центральному модулю, от которого зависит качество обслуживания всех участников инфраструктуры. Отдельно стоит рассмотреть древовидную топологию P2MP, которая максимально оптимизирует оптические каналы. Благодаря экономному распределению линий приема и передачи информации данная конфигурация обеспечивает эффективность работы сети независимо от расположения абонентских узлов. В то же время допускается ввод новых пользователей без кардинальных изменений существующей структуры.

Недостатки сети PON

Широкому применению данной технологии пока еще препятствует несколько значимых факторов. В первую очередь это сложность системы. Эксплуатационные преимущества сети данного типа можно обеспечить только при условии изначального выполнения качественного проекта с учетом множества технических нюансов. Иногда выходом из положения становится технология доступа PON, которая предусматривает организацию простой типологической схемы. Но в этом случае следует готовиться к другому недостатку - отсутствию возможности резервирования.

Тестирование сети

Когда все этапы первичной разработки сетевой схемы пройдены и выполнены технические мероприятия, специалисты приступают к тестированию инфраструктуры. Одним из главных показателей качественно выполненной сети является показатель затухания на линии. Для анализа канала на предмет наличия проблемных зон используются оптические тестеры. Все измерения производятся на активной линии с применением мультиплексоров и фильтров. Масштабная телекоммуникационная сеть обычно тестируется с применением оптических рефлектометров. Но такое оборудование требует специальной подготовки от пользователей, не говоря о том, что расшифровкой рефлектограмм должны заниматься экспертные группы.

Заключение

При всех сложностях в переходе на новые технологии компании, предоставляющие телекоммуникационные услуги, быстро осваивают по-настоящему эффективные решения. Постепенно распространяются и непростые в техническом исполнении оптоволоконные системы, к которым относится и технология PON. «Ростелеком», к примеру, начал внедрять услуги нового формата еще в 2013 г. Доступ к возможностям оптических сетей PON первыми получили жители Ленинградской области. Что самое интересное, поставщик услуг обеспечил оптоволоконной инфраструктурой даже местные поселки. На практике это позволило абонентам пользоваться не только телефонной связью с доступом в интернет, но и подключаться к цифровому телевизионному вещанию.

Интенсивное развитие отрасли телекоммуникаций, обусловленное потребностями в передаче все больших объемов информации, привело к необходимости совершенствования сетей связи, в том числе сетей абонентского доступа. На сегодняшний день можно наблюдать этап конвергенции сетей связи. В конвергентных сетях для предоставления различных видов услуг используются единые мультисервисные сети, ориентированные на пакетных трафик. Предоставление качественных широкополосных услуг требует наличия у провайдера высокоскоростной сети абонентского доступа.

В качестве среды передачи для проводных сетей абонентского доступа все чаще используют волоконную оптику. Оптические кабели в отличие от электрических имеют ряд преимуществ: высокая пропускная способность, малое ослабление сигнала, высокая защищенность от внешних электромагнитных помех, малые размеры и масса. Среди оптических технологий доступа наиболее востребованы группа технологий FTTx. Технологии FTTx подразделяются по сетевому построению на активные оптические сети AON и пассивные оптические сети PON. Главное отличие этих технологий состоит в том, что пассивная оптическая сеть в отличие от активной не требует электропитания для промежуточных узлов абонентской линии. Вследствие этого пассивная оптическая сеть будет надежней и дешевле в эксплуатации. Другими немаловажными преимуществами являются малые затраты на строительство сети и возможность ее постепенного наращивания. Такие преимущества позволят расширять существующую сеть и привлекать новых абонентов. Таким образом технология PON представляет особый интерес в плане расширения сферы применения широкополосных сетей.

Оптические сети доступа имеют различные варианты построения. Топология «звезда» со связями точка-точка (P2P, point-to-point) предполагает подключение каждого абонента отдельным волокном к узлу доступа. Топология «звезда» применяется при плотном расположении абонентов в районе АТС. Данная топология характеризуется минимальным количество оптических разветвителей и единственным местом их установки. Очевидным недостатком данной топологии является наличие большого количества волокон и оптических передатчиков. Достоинства данной топологии: удобство в обслуживании, проведении эксплуатационных измерений и обнаружения места повреждения линии. Данная топология характеризуется высокой надежностью, так как разрыв одного из волокон не повлияет на работу всей сети.

Топологии типа «дерево» применяется при разнесенным расположении абонентов. Оптимальное распределение мощности между различными ветвями решается подбором коэффициентов деления оптических разветвителей. Древообразная топология гибкая с точки зрения потенциального развития и расширения абонентской базы. В зависимости от необходимости наличия электропитания для промежуточных узлов различают топологии «дерево с активными узлами» и «дерево с пассивными узлами». У каждой из топологий есть свои достоинства и недостатки.
При использовании топологии «дерево с активными узлами» каждый абонент подключается к коммутатору, который в свою очередь соединяется волокном с узлом доступа. Коммутатор является активным оборудованием, то есть требующим электропитания. При отсутствии электропитания абоненты, подключенные к коммутатору, потеряют доступ к сети. Однако это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet и является относительно дешевым.

Топология «дерево с пассивным оптическим разветвлением» со связями точка-многоточка (P2MP, point-to-multipoint) использует магистральное волокно, которое разделяется между всеми абонентами с помощью пассивного разветвителя (сплиттера). Каждый пользователь подключается к разветвителю отельным волокном. К одному порту узла доступа можно подключить целый сегмент древовидной архитектуры, который охватывает десятки абонентов. На промежуточных узлах устанавливаются полностью пассивные разветвители, не требующие электропитания и обслуживания. К преимуществам архитектуры PON можно отнести отсутствие необходимости электропитания на промежуточных узлах, высокая масштабируемость сети, экономия волокон и оптических передатчиков в центральном узле. Масштабируемость сети позволяет подключать новых абонентов так много, как это позволяет оптический бюджет мощности.

Принцип работы сети PON

Основой технологии PON является логическая структура «точка-многоточка» P2MP. К одному порту центрального узла можно подключить целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий множество абонентов. На промежуточных узлах дерево устанавливаются промежуточные пассивные элементы – сплиттеры. Сплиттеры предназначены для деления мощности оптического сигнала в заданном соотношении.

Назначение блоков схемы:

• Центральный узел OLT – сетевое устройство, которое располагается в узле доступа, принимает данные со стороны магистральный сетей через интерфейсы SNI и формирует нисходящий поток к абонентам по дереву PON.
• Абонентский узел ONT – сетевой устройство, которое располагается на стороне абонента, осуществляет прием и передачу данных к OLT на длинах волн 1550 нм и 1310 нм соответственно, конвертирует данные и передает их абонентам через интерфейсы UNI.
• Сплиттер – пассивный оптический многополюсник, который распределяет поток оптического излучения в одном направлении и объединяет этот поток в обратном.

Главная идея архитектуры PON состоит в том, чтобы использовать всего один приемопередающий модуль в центральном узле OLT для передачи данных множеству абонентских узлов ONT и приема от них.

Количество абонентских узлов ONT, подключаемых к одному приемопередающему модулю OLT, зависит от бюджета мощности и максимальной скорости приемопередающей аппаратуры. Для передачи прямого (исходящего) потока от OLT к ONT используется длина волны 1550 нм. При передачи обратных (восходящих) потоков данных от абонентских узлов от ONT к OLT используется длина волны 1310 нм. Мультиплексоры WDM, встроенные в оборудование OLT и ONT, разделяют исходящие и восходящие потоки.

WDM – это мультиплексирование с разделение по длине волны. Данная технология позволяет объединить несколько информационных каналов по одному оптическому волокну. При этом для каждого из каналов выделяется своя частота. Технология WDM основана на том, что при передаче света на различных длинах волн, в волокне не возникает их взаимной интерференции. Каждая длина волны представляет один оптический канал в волокне. Исходящий поток является широковещательным – передается всем абонентам, подключенным к OLT. Каждый абонентский узел ONT для того, чтобы выделить из общего потока предназначенную ему информацию читает адресные поля. Абонентские узлы ведут передачу на одинаковой длине волны и для того, чтобы не возникали пересечения сигналов, они использует метод множественного доступа временным разделением TDMA. Каждый ONT имеет свое индивидуальное расписание по передаче данных с учетом поправки на задержку. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Непосредственно в помещении абонента устанавливается оптический терминал ONT, который является одновременно домашним шлюзом доступа. При использовании унифицированного транспортного оптического терминала ONT, конфигурация транспортной составляющей не привязана к услугам. Таким образом, последующая конфигурация услуг будет осуществляться на домашнем шлюзе доступа.

При строительстве оптической сети используется двухкаскадная схема деления оптического сигнала. На станционной стороне устанавливается сплиттер с коэффициентом деления 1:2. В подъезде дома в оптическом распределительном шкафу устанавливается сплиттер с коэффициентом деления 1:32, обеспечивающей распределение оптического сигнала среди абонентов жилого здания. Стоит отметить, что домов с малым количеством абонентов используются другие схемы распределения оптического сигнала:

• 1:4 – первый уровень, 1:16 – второй уровень
• 1:8 – первый уровень, 1:8 – второй уровень

Технологии пассивных оптических сетей позволяют осуществить конвергенцию различных услуг. При использовании PON возможно предоставление услуг доступа в Интернет, телефонии, телевидения. Предоставление комплексных услуг реализуются с использованием абонентского оборудования. Для организации доступа к услугам NGN используется гибридная сервисная модель, представленная на рисунке.

На оборудовании абонента (PC) инициируется PPPoE-сессия. ONTнастроен в режиме работы моста. Маршрутизатор широкополосного удаленного доступа BRAS производит терминацию PPPoE-сессии. Для организации доступа в Интернет каждому виртуальному адаптеру PPPoE на оборудовании абонента присваивается свой публичный IP-адрес, который маршрутизируется в сети Интернет.

Для организации услуг Triple Play организуются три виртуальной частной сети VLAN. В пределах первого VLANпередается трафик доступа в Интернет. Второй VLAN передает трафик услуг IPTVи VoD. На третьем VLAN организуются передача услуг аналоговой и IP-телефонии. Абонентский терминал ONTсравнивает идентификатор порта, через который соединено абонентское оборудования и идентификатора, соответствующего VLAN.

Аналоговый телефон подключается по порту FXS, который эмулирует расширение интерфейса АТС. Для предотвращения широковещательной ретрансляции multicast трафика на оборудовании OLT включен процесс IGMP snooping. Шлюзы доступа IPTV и VOD, а также гибкий коммутатор Softswitch предоставляют доступ к услугам телевидения и телефонии соответственно.

Волоконно-оптические линии связи

Похожие рефераты:

Волоконный световод как основной элемент оптического кабеля. Физические и технические особенности светопередачи. Общие сведения об оптоволокне и их типы. Физика светопередачи и основы теории затухания. Типичный спектр поглощения кварцевого световода.

Классификация сред передачи данных. Выбор оптимального типа носителя. Использование витых пар проводов. Типы коаксиального кабеля. Структура оптоволоконного кабеля и его типы. Допустимая длина кабеля, типичная величина задержки, ограничения по расстоянию.

Оптические потери и затухание передаваемой энергии как важнейшие параметры световода. Рассеяние света в волоконном световоде. Общее понятие про релеевское рассеяние. Зависимость затухания от частоты и длины волны. Сущность понятия "окно прозрачности".

Принцип работы аппаратуры линейного тракта систем передачи "Сопка-3М". Требования к линейным сигналам ВОСП и определение скорости их передачи. Принцип равномерного распределения регенераторов. Расчет детектируемой мощности и выбор оптических модулей.

История разработки световодных систем и их опытной эксплуатация на железнодорожном транспорте. Рассмотрение возможности создания высокоскоростной волоконно-оптической линии внутризоновой связи, которая соединяет по кольцевой схеме районные центры.

Одномодовые световоды. Многомодовые световоды с ступенчатым профилем. Волоконные световоды со специальными свойствами. Полимерные световоды. Модифицированный процесс EVD (MCVD). Принципы и особенности построения волоконно-оптической системы передач.

Особенности оптических систем связи. Физические принципы формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи. Доказательства уязвимости ВОЛС. Методы защиты информации, передаваемой по ВОЛС - физические и криптографические.

Характеристика проводных (воздушных) линий связи как проводов без изолирующих или экранирующих оплеток, проложенных между столбами в воздухе. Конструкция кабельных линий и применение волоконной оптики. Инфракрасные беспроводные сети для передачи данных.

Соединение оптических волокон - операция при монтаже кабеля, предопределяющей качество и дальность связи по волоконно-оптической линии. Внешние и внутренние потери при монтаже. Сварка, механические сростки и коннекторы как способы соединения волокон.

Определение затухания (ослабления), дисперсии, полосы пропускания, максимальной скорости передачи двоичных импульсов в волоконно-оптической системе. Построение зависимости выходной мощности источника оптического излучения от величины электрического тока.

Распространение импульса электромагнитной энергии по световоду. Межмодовая дисперсия в многомодовых световодах. Определение внутримодовой дисперсии. Материальная и волноводная дисперсия в одномодовом волоконном световоде. Длина волны нулевой дисперсии.

МПС РФ ОмГУПС Кафедра: Экономика ж/д транспорта Дисциплина: Экономика ж/д транспрорта ДОКЛАД «Экономические перспективы развития новых видов связи и телекоммуникационных технологий»

Разработка и изготовление волоконно-оптического кабеля, решение проблем электротехники, материаловедения и технологии. Теоретические основы функционирования, конструкция оптических волокон, материалы, характеристики и параметры, технология изготовления.