курсовая. Курсовой часть 2. Методическое пособие по курсовому проектированию по направлению подготовки 210700 Инфокоммуникационные технологи и системы связи
 Скачать 5.15 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ Кафедра линий связи и измерений в технике связи ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СЕТЕЙ ДОСТУПА Методическое пособие по курсовому проектированию по направлению подготовки 210700 «Инфокоммуникационные технологи и системы связи» квалификации (степени) "бакалавр" и квалификации (степени) "магистр" для дневного и заочного отделения. Часть 2 Составили: д.т.н., проф. Бурдин В.А. д.т.н., проф. Бурдин А.В. к.т.н., проф. Воронков А.А. к.т.н., проф. Лиманский Н.С. к.т.н., проф. Попов Б.В. Рецензент: к.т.н., доц. Воронков А.В. Самара 2014 2 3 Содержание Введение..................................................................................... 5 1. Сети широкополосного доступа на основе технологии FTTx ................................................................................................ 6 1.1. Обзор технологий широкополосного доступа на осно- ве FTTx............................................................................................. 6 2. Основы проектирования сетей абонентского доступа....... 21 2.1. Нормативные требования для применения технологии PON.................................................................................................. 21 2.2. Специфика выполнения проектно-изыскательских ра- бот..................................................................................................... 22 2.3. Сбор и обработка исходных данных, выработка про- ектных решений...............…........................................................... 28 2.3.1. Цели, задачи и организация предпроектных изыска- ний.................................................................................................... 28 2.3.2. Обработка данных........................................................... 36 2.4. Принципы формирования шкафных районов.................. 39 2.5. Проектирование распределительной сети........................ 41 2.6. Особенности проектирования линейных участков в ка- бельной канализации...................................................................... 48 2.6.1. Общие требования к кабельной канализации…........... 48 2.6.2. Требования к оборудованию вводов кабелей в здания 50 2.7. Общие сведения о подготовке проектной документа- ции к прохождению экспертизы.................................................... 51 3. Особенности построения и практики внедрения сетей абонентского доступа на базе технологии PON.......................... 58 3.1. Обобщение опыта строительства сетей абонентского доступа............................................................................................. 58 3.2. Анализ текущего состояния сетей связи, кабельной ка- нализации, учетной документации............................................... 61 4. Проблемы выбора оптических кабелей для участков дос- тупа с использованием технологии PON...................................... 62 4 4.1 Участки доступа и типы кабелей....................................... 63 4.2. Варианты технологий распределительной сети в го- родской застройке........................................................................... 65 4.3. Способы прокладки кабелей в коттеджном строитель- стве сетей PON................................................................................ 67 4.4. Основные требования к кабелям оптических сетей дос- тупа................................................................................................... 68 4.5. Проблемы выбора кабелей для сетей PON в современ- ных условиях................................................................................... 72 5. Особенности построения кабельной канализации для оптических сетей на базе технологии PON.................................. 74 6. Особенности проектирования сетей доступа на базе PON в частном секторе малоэтажной застройки.................................. 79 6.1. Особенности построения оптической сети в частном секторе............................................................................................. 79 6.2. Особенности построения оптической сети в частном секторе жилой застройки............................................................... 83 Заключение ................................................................................ 94 Литература.................................................................................. 95 Приложение А............................................................................ 99 Обозначения и сокращения...................................................... 102 5 ВВЕДЕНИЕ Конкуренция на рынке телекоммуникаций, расширение на- бора услуг и требования приложений стимулируют потребности в сетях широкополосного доступа (ШПД). Современные серви- сы предъявляют все более высокие требования к пропускной способности, потребности в увеличении скорости передачи на сетях доступа непрерывно растут. Рост требований сервисов к увеличению пропускной способ- ности сетей доступа при ограниченных возможностях техноло- гий xDSL ориентируют операторов на оптические технологии, которые позволяют предоставлять абоненту качественный пакет инфокоммуникационных услуг и с каждым днем становятся все более доступными. Инвестиции в инфраструктуру широкопо- лосных сетей доступа следует рассматривать как долгосрочные. Поэтому при выборе технологий реализации таких сетей возни- кает задача оценивания целесообразности применения различ- ных технологий. При подготовке специалистов по направлению «Инфоком- муникационные технологи и системы связи» важное место за- нимают вопросы выбора наиболее целесообразных технико- экономических вариантов проектирования и строительства се- тей абонентского доступа для получения максимального эффек- та при минимуме затрат. 6 1. Сети широкополосного доступа на основе технологии FTTx 1.1. Обзор технологий широкополосного доступа на основе FTTx Рассмотрим проводные технологии ШПД, реализуемые на базе технологии FTTx – буквально «волокно до…» («Fiber-To- The-x»). Подобные сети, нередко обозначаемые в отечественных публикациях как оптические сети доступа [18], классифициру- ются относительно местоположения пассивного оптического оконечного устройства коммутации в структурной схеме ШПД [1-8,11 – 44, 51-55] следующим образом. 1) FTTB – «Fiber-To-The-Bulding» – «волокно до здания» – наиболее популярная на сегодняшний день, в том числе и среди отечественных операторов связи [29] технология реализации сетей ШПД в жилых массивах микрорайонов крупных городов и мегаполисов, отличающихся значительным процентом зданий большой этажности. В отличие от FTTN и FTTC, использующих технологию xDSL, FTTB обеспечивает доступ абонента в сеть со скоростью до 100 Мбит/с и поддерживает на «последней ми- ле» спецификацию Ethernet 10/100Base-T. Структурная схема ШПД на базе FTTB представлена на рис. 1.1. Здесь ОК с одно- модовыми ОВ инсталлируется на всем протяжении от узла агре- гации до искомого здания, где организуется узел доступа, пред- ставляющий собой, в подавляющем большинстве случаев, анти- вандальный настенный шкаф, который монтируется либо в со- ответствующем выделенном техническом помещении жилого здания – например, лифтовая, щитовая, чердачные помещения и пр., либо, при отсутствии таковых в домах средней этажности (3…6 этажей), непосредственно на лестничной клетке. Комплектация узла доступа предполагает установку много- портового Ethernet-коммутатора 10/100Base-T, оснащенного, как минимум, двумя слотами под оптические модули SFP Gigabit Ethernet (в частности, 1000Base-LX – рабочая длина волны =1310 нм). Подключение абонентов осуществляется путем ин- 7 сталляции витой пары UTP/FTP Cat. 5e непосредственно от узла доступа до квартир, а объединение коммутаторов в магистраль кластера сети ШПД заданного жилого массива реализуется пу- тем подключения оптических модулей SFP Gigabit Ethernet к соответствующим парам волокон магистрального ОК, по кото- рым обеспечивается соединение с центральным коммутатором узла агрегации со скоростью 1 Гбит/с.Формально топология се- ти ШПД на базе FTTB может представлять собой все три из- вестные конфигурации – «звезда» (на рис. 1.1 не показана), «ши- на» и «кольцо». Однако, наиболее целесообразной, в первую очередь, с точки зрения надежности, представляется «кольцо»: при повреждении магистрального ОК одного из сегментов кольца кластера, осуществляется автоматическое переключение потоков Gigabit Ethernet на другое направление, при этом, в от- личие от «звезды» или «шины», исключается отключение або- нентов здания. Кроме того, топология «кольцо» достаточно легко реализует- ся особенно в кварталах с относительно высокой плотностью застройки, характерной для большинства современных микро- районов административных центров РФ. В то же время, послед- нее утверждение справедливо, если выбор емкости магистраль- ного ОК осуществляется с учетом соответствующего резервиро- вания волокон в каждом узле доступа здания для последующего подключения новых абонентов. В противном случае расшире- ние сети потребует включения дополнительных сегментов и ответвлений в магистральное кольцо кластера, что нередко реа- лизуется за счет ресурсов самого магистрального ОК. Это при- водит к появлению так называемых «петель», совмещенных в одном кабеле, и как результат – нивелирует главное преимуще- ство кольцевой топологии. 8 Р и с. 1 .1 С тр у к ту р н ая с х ем а се ти Ш П Д н а о сн о в е F T T B 9 2) FTTH – «Fiber-To-The-Home» – «волокно до «жилища» – квартиры или коттеджа – предполагает инсталляцию ОК непо- средственно до абонента. В зависимости от структурной схемы ШПД FTTH можно разделить на две группы – FTTH AON – FTTH на основе «активной» оптической сети (Active Optical Network) и FTTH PON – FTTH на базе пассивной оптической сети (Passive Optical Network). 2.1) FTTH первой группы – FTTH AON – по структурной схеме напоминает FTTB (рис. 1.1), однако отличается от по- следней установкой в узле доступа многопортового Ethernet- коммутатора c оптическими портами 100Base-FX и абонентской разводкой на базе двухволоконного ОК с одномодовыми или многомодовыми ОВ. При этом указанный коммутатор, так же как и в предыдущем случае, оснащен соответствующими слота- ми под оптические модули SFP, поддерживающими, как мини- мум, Gigabit Ethernet. Очевидно, что, также как и в случае FTTB, применение тех- нологии FTTH AON достаточно эффективно в рамках реализа- ции ШПД кластера квартальной застройки, состоящего из мно- гоэтажных многоподъездных зданий, для которых изначально характерно наличие увеличенного числа подключаемых абонен- тов. При этом, учитывая монтаж узла доступа непосредственно в закрытом помещении искомого здания, упрощается решение задач по организации электропитания и заземления активного оборудования, а также снимается ряд вопросов, связанных с защитой от воздействия окружающей среды – по термо- и вла- гостойкости. В свою очередь, применение ОК на «последней миле» прак- тически снимает ограничения с точки зрения протяженности линий абонентской кабельной разводки. Таким образом, исклю- чается необходимость организации нескольких узлов доступа при числе подъездов больше трех, в отличие от, например, FTTB, использующей витую пару, для которой, согласно специ- фикации 100Base-T, длина абонентской линии не должна пре- вышать 100 м. При наличии соответствующей кабельной инфра- структуры, фактор увеличенной протяженности «последней ми- 10 ли» на базе ОК, по сравнению с витой парой или, тем более, ТРП, позволяет эффективно использовать FTTH AON и для ор- ганизации ШПД в частном секторе. Однако здесь, очевидно, од- ной из ключевых проблем является развертывание узла доступа: при наличии собственного или арендованного зда- ния/помещения, обеспечивающего длину абоненткой волокон- но-оптической линии передачи (ВОЛП) до 2 км в рамках специ- фикации 100Base-FX, этот вопрос снимается, в то время как ин- сталляция уличного антивандального шкафа в ряде случаев не представляется целесообразной. 2.2) В отличие от рассмотренных выше технологий FTTx, FTTH PON (далее PON) вообще не предусматривает инсталля- цию какого-либо активного сетевого оборудования на всем про- тяжении сегмента сети от узла агрегации до абонента. Сущест- вует две конфигурации архитектуры PON – P2P («point-to- point») – «точка-точка» и P2MP («point-to-multipoint») – «точка– многоточка». 2.2.1) PON P2P отличается выделением индивидуальной па- ры/одного одномодового ОВ отдельному абоненту. Это дости- гается инсталляцией многоволоконных магистральных ОК кла- стера с переходом на ОК средней и малой емкости и далее на маловолоконные ОК «последней мили» через соответствующие точки консолидации, которые представляют собой оптические разветвительные муфты и распределительные кросс/боксы (рис. 1.2). Очевидным преимуществом внедрения такого подхода яв- ляется прозрачность сети к используемой сетевой технологии и большой запас по полосе пропускания. В то же время, основной недостаток PON P2P связывается с высокими затратами на ин- сталляцию многоволоконной кабельной системы – это касается как материалов, так и строительно-монтажных работ (СМР). 11 1 .2 С тр у к ту р н ая с х ем а се ти Ш П Д н а о сн о в е P O N P 2 P 12 Кроме того, выбор емкости магистраль- ных/распределительных ОК должен осуществляться с учетом соответствующего резервирования волокон для последующего подключения новых абонентов, что также сказывается на необ- ходимости увеличения емкости кабелей и, соответственно, по- вышении стоимости проекта в целом. 2.2.2) Архитектура PON P2MP представляет собой древовид- ную структуру (рис. 1 3), в узлах которой располагаются много- портовые оптические сплиттеры, благодаря чему обеспечивает- ся возможность подключения сразу несколько десятков абонен- тов кластера сети к одному оптическому модулю активного оборудования оптической системы передачи (ОСП) узла агрега- ции. Абоненту выделяется одно одномодовое ОВ, при этом разде- ление прямого и обратного каналов, а также канала передачи видеосигнала системы кабельного телевидения (КТВ) осущест- вляется с применением технологии широкополосного спек- трального уплотнения WWDM (Wide Wavelength Division Multi- plexing). В зависимости от стандарта PON – APON/BPON, GPON, EPON, которые будут подробно рассмотрены в следую- щем разделе, определены номинальные длины волн оптических несущих. Так, например, для если APON/BPON предполагает передачу прямого (от узла агрегации до абонента) канала на длине волны =1550 нм, а обратного на =1310 нм, то для GPON и EPON прямой канал соответствует оптической несущей =1490 нм, обратный – также =1310 нм, в то время как транс- ляция сигнала КТВ осуществляется на =1550 нм. Основными элементами структурной схемы ОСП PON P2MP являются оптический линейный терминал – OLT (Optical Linear Terminal) – оптический модуль, устанавливаемый в соответст- вующий слот шасси ОСП заданной спецификации PON, которое располагается в узле агрегации, и оптический сетевой модуль ONU (Optical Network Unit) (также обозначается как ONT – Op- tical Network Terminal – оптический сетевой терминал), который монтируется со стороны абонента. 13 Р и с. 1 .3 С тр у к ту р н ая с х ем а се ти Ш П Д н а о сн о в е P O N P 2 M P « зв ез д а» 14 Максимальное число ONU, подключаемых к одному OLT опре- деляется стандартом PON P2MP и, в общем случае, составляет 16 или 32. Для отдельных спецификаций PON P2MP шасси ОСП предусматривает возможность комплектации модулем прямой коррекции ошибок FEC (Forward Error Correction), что позволяет увеличить число ONU на один OLT до 64. Таким об- разом, оптический сигнал прямого потока от OLT подается на соответствующей длине волны до точки разветвления на опти- ческий сплиттер, который делит этот поток по числу портов сплиттера и подает его по волокнам магистральной, распредели- тельной кабельных систем и далее ОК «последней мили» на вход соответствующего ONU. Каждый абонентский узел ONU путем считывания адресного поля выделяет предназначенную ему часть информации прямого потока данных. Обратные пото- ки от абонентов транслируются на одной, идентичной для всех ONU, оптической несущей, отличной от длины волны прямого потока, с использованием концепции множественного доступа с временным разделением TDMA (Time Division Multiple Access). Для исключения наложения сигналов разных ONU, каждому обратному потоку устанавливается индивидуальное расписание по передаче данных с учетом поправки на задержку, связанной с неодинаковой длиной ВОЛП «OLT – ONU» разных каналов PON P2MP. Эту задачу решает протокол TDMA MAC. Архитектура сети ШПД на базе PON P2MP использует ком- бинации известных элементов топологии. Так, например, топо- логия PON P2MP «звезда» (рис. 1.3), предполагающая установку оптических сплиттеров непосредственно в узле агрегации, фак- тически является аналогом P2Р. Здесь также осуществляется инсталляция многоволоконных магистральных ОК кластера с переходом на ОК средней и малой емкости и далее на малово- локонные ОК «последней мили» через соответствующие точки консолидации – оптические разветвительные муфты и распре- делительные кросс/боксы. Прямой поток распределяется между ONU кластера сети через один единственный сплиттер, устанав- ливаемый непосредственно в помещении узла агрегации. 15 Р и с. 3 .4 С тр у к ту р н ая с х ем а се ти Ш П Д н а о сн о в е F T T H A O N 16 Не смотря на то, что емкость ОК магистральной и распредели- тельной кабельных систем PON P2MP в два раза меньше, чем PON P2P (на «последней миле» в обоих случаях используются маловолоконные ОК с числом ОВ 2…4, но в Р2МР к ONU под- ключается только одно ОВ, а остальные остаются в резерве), желаемое существенное снижение затрат на материалы и СМР не достигается. Применение топологии «звезда» для организации ШПД в кварталах с многоэтажными зданиями представляется нецелесо- образным. Очевидно, что данная топология является более эф- фективной для кластеров с плотной застройкой зданиями малой и средней этажности (в первую очередь – частного сектора), от- личающихся малым числом устанавливаемых ONU в одном здании и сравнительно небольшим расстоянием между домами, что позволяет минимизировать количество распределительных устройств. Кроме того, размещение сплиттеров на территории (в помещениях) узла агрегации снимает вопросы доступа персона- ла оператора связи к волокнам линейного тракта ВОЛП, что су- щественно упрощает мониторинг и эксплуатацию сети. Топология «шина» предполагает использование в условиях расположения абонентов вдоль транспортной магистрали, а также «сложной» траектории прохождения кабеля по террито- рии кластера микрорайона проектируемого фрагмента сети. В данном случае достигается экономия волокон кабеля ВОЛП «OLT – ONU». На рис. 3.4 представлен пример данной тополо- гии для разных вариантов застройки кластеров микрорайона. Для большей наглядности рассматривается OLT, поддержи- вающий до 32 ONU. С точки зрения многоэтажной застройки, не смотря на «вы- нос» многопортового сплиттера из помещения узла агрегации в узел доступа, организованный, так же, как и в случае FTTB, не- посредственно в самом здании, формально топология относится больше к «звезде», чем «шине». Тем не менее, «шине» соответ- ствует схема распределения волокон магистрального ОК. Так, в кроссовое устройство узла доступа вводятся два ОК («приходя- щий» и «уходящий»). 17 Р и с. 3 .5 С тр у к ту р н ая с х ем а се ти Ш П Д н а о сн о в е P O N P 2 M P « ш и н а» 18 Волокно соответствующего номера «приходящего» ОК соеди- няется со входом многопортового сплиттера (на рис. 3.5 показан 1х32), к выходным портам которого подключаются волокна або- нентских ОК. Последующие номера ОВ «приходящего» ОК сращиваются транзитом с аналогичными номерами ОВ «уходящего» ОК, в то время как волокна с номерами меньше номера ОВ, выведенного на сплиттер, остаются «в заглушке» – выкладываются в кассете кросса без соединения, либо просто удаляются из сердечника ОК на стадии ввода модулей в кассету, т.к. эти ОВ «приходяще- го» ОК уже подключены к сплиттерам в предыдущих зданиях. Топологии «шина» полностью соответствует, как с точки зре- ния каскадного включения сплиттеров, так и схемы распределе- ния ОВ застройке зданий средней/малой этажности, а также не- посредственно кварталам частного сектора. Здесь в качестве примера, рассматривалось построение данной топологии с по- мощью сплиттеров 1х8 на зданиях средней этажности. В то вре- мя как «классическая» реализация «шины» PON P2MP на Y- разветвителях с разным (или, наоборот, одинаковым) коэффи- циентом деления непосредственно ориентирована на примене- ние в частном секторе. Топология «дерево» базируется на каскадном включении оп- тических сплиттеров, в том числе и с разным числом портов, которые размещаются непосредственно в распределительных устройствах – оптических разветвительных муфтах и оптиче- ских кроссах/боксах. Данная топология соответствует самому общему случаю распределения групп абонентов, соответствую- щему смешанной застройке кластера при одновременно боль- шом разбросе расстояний между зданиями. На рис. 1.6 представлен пример топологии «дерево» с ис- пользованием каскадного включения сплиттеров 1х4 и 1х2. Здесь также рассматривается OLT, поддерживающий до 32 ONU, размещаемых в кластере смешанной застройки зданиями средней и малой этажности. Так же, как и в случае «шины», ос- новным достоинством топологии «дерево» является экономия волокон ОК при одновременной возможности использования на 19 Р и с. 1 .6 С тр у к ту р н ая с х ем а се ти Ш П Д н а о сн о в е P O N P 2 M P « д ер ев о » 20 кластерах произвольной конфигурации. Результаты сопоставления трех перечисленных топологий с точки зрения экономии волокон, удобства тестирова- ния/мониторинга ВОЛП, эксплуатации и обслуживания сети, и пр. сведены в табл. 1.1 [36,38]. Таблица 1.1 |