1.2 Функциональные требования к проектируемой сети

Проектируемая сеть будет являться уровнем доступа мультисервисной сети и позволит новым абонентам получить доступ к услугам, предоставляемым мультисервисной сетью.

В данном проекте рассматривается подключение многоквартирного дома существующей застройки, в которых отсутствуют другие операторы, а подключение ADSL по телефонной линии от сети «Ростелеком» проблематично из-за большой загрузки кабельных сетей и большого расстояния до АТС.

Удаленность дома от АТС составляет 1 километр.

Требуется предоставление абонентам полного пакета услуг triple play – доступ к интернету, телефонии, IP-TV и видео по запросу.

Для подсчета потенциальных абонентов, а также с целью определить количество этажей, количества подъездов в домах и квартир на лестничных площадках, были проведены изыскательские работы непосредственно на будущем месте строительства сети. Также в процессе работ стало известно, что в проектируемых домах отсутствуют офисные помещения. Максимальное количество абонентов — 80 (4подъезда, 5 этажей по 4 квартиры на каждом).

1.3 Выбор технологий

Развитие сети интернет, в том числе появление новых услуг связи, способствует росту передаваемых по сети потоков данных и заставляет операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных сетей. При выборе решения сегодня необходимо учитывать разнообразие потребностей абонентов, потенциал дальнейшего развития сети и ее экономичность.

1.3.1 Выбор топологии

Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа: «точка-точка», «кольцо», «дерево с активными узлами», «дерево с пассивными узлами».

1.3.1.1 «Точка-точка» (P2P)

Наиболее простая архитектура (рисунок 2). Основной минус связан с низкой эффективностью кабельных систем. Необходимо вести отдельный ВОК из центрального офиса в каждое здание или каждому корпоративному абоненту. Данный подход может быть реализуем в том случае, когда абонентский узел (здание, офис, предприятие), к которому прокладывается выделенная кабельная линия, может использовать эти линии рентабельно.

Рисунок 2 – Топология «точка-точка» логического соединения в сетях доступа

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до каждого абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для абонентов в лице крупных корпоративных клиентов.

1.3.1.2 «Кольцо»

Кольцевая топология (рисунок 3) на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских телекоммуникационных сетях. Однако в сетях доступа не все обстоит так же хорошо. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее знать, где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратиться в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений. Подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную. Так называемые «сжатые» кольца (collapsed rings) значительно снижают надежность сети. А фактически главное преимущество кольцевой топологии сводится к минимуму.

Рисунок 3 – Топология «кольцо» логического соединения в сетях доступа

1.3.1.3 Дерево с активными узлами

Дерево с активными узлами (рисунок 4) — это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Оно хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Стандарт IEEE 802.3 Ethernet давно перестали ограничивать нишей корпоративных сетей. Строящиеся по этому принципу сети могут иметь достаточно сложную и разветвленную древовидную архитектуру. Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

Рисунок 4 – Топология «дерево с активными узлами» логического соединения в сетях доступа

1.3.1.4 Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)

Частным случаем, когда в качестве пассивного оптического элемента выступает оптический разветвитель, является сеть PON, использующая топологию «точка-многоточка» P2MP (point-to-multipoint). К одному порту центрального узла может быть подключен целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом оптические разветвители, устанавливаемые в промежуточных узлах дерева, полностью пассивны и не требуют питания и специализированного обслуживания (рисунок 5).

Рисунок 5 – Топология «дерево с пассивным оптическим разветвителем» логического соединения в сетях доступа

В топологии P2MP за счет оптимизации размещения разветвителей можно достичь значительной экономии оптических волокон и снижения стоимости кабельной инфраструктуры. Абонентские узлы не влияют на работоспособность сети в целом. Подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных.

Преимущества архитектуры PON сводятся, во-первых, к отсутствию промежуточных активных узлов и экономии волокон. Во-вторых, экономятся оптические приемопередатчики в центральном узле. В-третьих, нужно отметить легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети. К недостаткам можно отнести возросшую сложность технологии PON и отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

Решения на основе архитектуры "дерево с пассивными узлами" используют логическую топологию типа "точка-многоточка" P2MP (point-to-multipoint) , которая положена в основу технологии PON, к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания. Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре, за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, так как на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии – сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Между тем экономия от второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной.

Итак, можно сделать вывод, что применение архитектуры "дерево с пассивными узлами" является более предпочтительным, ввиду следующих причин:

1. Структура оптимальна по количеству волокон.

2. Оптимальное решение по количеству оптических приемо-передатчиков.

3. Легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания.

4. Отсутствие промежуточных активных узлов.

5. Функционирование сети среднее по сложности.

В топологии "точка – множество точек" за счет оптимизации размещения сплиттеров может достигаться значительная экономия оптических волокон и снижение стоимости кабельной инфраструктуры. Все абонентские узлы являются терминальными, и отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не влияет на работу остальных. Каждый волоконно-оптический сегмент подключается к одному приемо-передатчику в центральном узле (в отличие от топологии "точка-точка"), что также дает значительную экономию в стоимости оборудования. Развитие сети может происходить плавно, в любых направлениях по мере необходимости.

1.3.2 Выбор технологии PON

В семействе PON существует несколько разновидностей, отличающихся, в первую очередь, базовым протоколом передачи (таблица 1).

Таблица 1 - Разновидности PON

Название	Стандарт ( Рекомендация )
APON (АТМ PON)	Рекомендации ITU-T G.983.x
BPON (Broadband PON)	Рекомендации ITU-T G.983.x
EPON (Ethernet PON)	Стандарты IEEE 802.3ah/ IEEE 802.3av
GPON (Gigabit PON)	Рекомендации ITU-T G.984.x

Первой в середине 90-х годов была разработана технология APON, которая базировалась на передаче информации в ячейке структуры АТМ со служебными данными. В этом случае обеспечивалась скорость передачи прямого и обратного потоков по 155 Мбит/с (симметричный режим) или 622 Мбит/с в прямом потоке и 155 Мбит/с в обратном (ассиметричный режим).

26

Во избежание наложения данных, поступающих от разных абонентов, OLT направляло на каждый ONU служебные сообщения с разрешением на отправку данных. В настоящее время APON в своем первоначальном виде практически не используется. Дальнейшее совершенствование этой технологии привело к созданию нового стандарта – BPON. Здесь скорость прямого и обратного потоков доведена до 622 Мбит/с в симметричном режиме или 1244 Мбит/с и 622 Мбит /с в ассиметричном режиме.

Предусмотрена возможность передачи трех основных типов информации (голос, видео, данные), причем для потока видеоинформации выделена длина волны 1550 нм. BPON позволяет организовать динамическое распределение полосы между отдельными абонентами. После разработки более скоростной технологии GPON, применение BPON практически утратило смысл чисто экономически.

Успешное использование технологии Ethernet в локальных сетях и построение на их основе оптических сетей доступа предопределило разработку в 2000 году нового стандарта EPON. Такие сети, в основном, рассчитаны на передачу данных со скоростью прямого и обратного потоков 1Гбит/с на основе IP-протокола для 16 (или 32) абонентов. Исходя из скорости передачи, в статьях и литературных источниках часто фигурирует название GEPON ( Gigabit Ethernet PON ), которое также относится к стандарту IEEE 802.3ah. Дальность передачи в таких системах достигает 20 км.

Для прямого потока используется длина волны 1490 нм, 1550 нм резервируется для видео приложений. Обратный поток передается на 1310 нм. Во избежание конфликтов между сигналами обратного потока применяется специальный протокол управления множеством узлов (Multi-Point Control Protocol, MPCP). В GEPON поддерживается операция обмена информацией между пользователями (bridging).

Для больших операторов, строящих большие разветвленные сети с системами резервирования, наиболее удачной считается технология GPON, которая наследует линейку APON- BPON, но с более высокой скоростью передачи -1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с (в ассиметричном режиме) и 1244 Мбит/с (в симметричном режиме).

За основу был принят базовый протокол SDH (а точнее протокол GFP). Возможно подключение до 32 (или 64) абонентов на расстоянии 20 км (с возможностью расширения до 60 км). GPON поддерживает как трафик АТМ, так и IP, речь и видео (инкапсулированные в кадры GEM - GPON Encapsulated Method), а также SDH. Сеть работает в синхронном режиме с постоянной длительностью кадра. Линейный код NRZ со скремблированием обеспечивают высокую эффективность полосы пропускания.

Единственным серьезным недостатком GPON является высокая стоимость оборудования (таблица 2).

Таблица 2 - Сравнительные характеристики трех видов PON

Характеристики	BPON	EPON (GEPON)	GPON
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	622/155 622/622	1000/1000	1244/1244 2488/1244 2488/2488
Базовый протокол	АТМ	Ethernet	SDH(GFP)
Линейный код	NRZ	8B10B	NRZ
Максимальное число абонентов	32	32(64)	32(64)
Максимальный радиус сети, км	20	10(20)	20
Длина волны, прямой/обратный поток (видео), нм	1490/1310 (1550)	490/1310 (1550)	1490/1310 (1550)

Как следует из таблицы, отдельные разновидности PON имеют свои преимущества и недостатки:

1. BPON, основанная на платформе АТМ , уже не обеспечивает высокую скорость передачи и практически не имеет перспектив.

2. GPON более удачна для сетей большой протяженности и емкости. Базовая платформа SDH обеспечивает хорошую защиту информации в сети, широкую полосу пропускания и другие преимущества. Однако более сложное и дорогостоящее оборудование окупается только при высокой степени загрузки.

3. В GEPON, в отличие от GPON, отсутствуют специфические функции поддержки TDM, синхронизации и защитных переключений, что делает эту технологию самой экономичной из всего семейства. К тому же, предполагается дальнейшее развитие этого ряда – 10 GEPON (по аналогии с 10 Gb Ethernet).

На сегодняшний день предпочтительней выглядит технология GPON из-за лучшей проработанности реальных систем и возможности получения больших скоростей в ближайшем будущем (до 10 Гбит/с).

G.984.1 – это документ, в котором описана архитектура, а также изложены основные эксплуатационные характеристики и требования к производительности GPON-систем. Пропускная способность нисходящего потока (от узла доступа к абоненту) в GPON составляет 1,244 Гбит/с и 2,488 Гбит/с, а восходящего потока -155 Мбит/с, 622 Мбит/с и 1,244 Гбит/с. Таким образом, возможны шесть комбинаций скоростей обмена трафиком между абонентом и сетью.

В архитектуре сохранена основная схема построения систем BPON. В ней используются те же подходы к реализации волоконно-оптической сети, в частности остается сочетание WDM/TDMA.

BPON к абоненту подводится единственное одномодовое волокно стандарта G.652. Формально для PON максимальная дальность передачи составляет 20 км. Однако в рекомендацию G.984 включена меньшая дальность -10 км. Это позволяет использовать на гигабитных скоростях передачи более дешевые лазеры Фабри-Перо, несмотря на дисперсионные недостатки.

В соответствии с G.984.1 при определенных условиях можно осуществлять также передачу информации на дальние расстояния (60 км) и обеспечивать высокую степень разветвления (128 абонентских узлов ONT), что выходит за рамки возможностей BPON-систем.