проектирование системы PON. диплом Сергей. Введение описание услуг широкополосного доступа
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..…3 1 Описание услуг широкополосного доступа………….……..…. 2 Технология PON ……………….…. 3 Принцип работы, структура и свойства технологии PON ………….….…. 3.1 Использование технологии PON в сетях доступа ……………………………........ 3.2 Проектирование сети PON. Оценка схемы построения PON.. 3.3 Анализ проекта участка сети доступа по технологии PON. Описание района для проектирования. 3.4 Проектирование магистральной и распределительной сети. Проектирование распределительной сети в доме. Подключение одного дома 4 Технико-экономические расчёты ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………....... Список используемой литературы………………………....…..….......….. ВВЕДЕНИЕ Одна из главных задач, стоящих перед современными телекоммуникационными сетями доступа – так называемая проблема «последней мили», предоставление как можно большей полосы пропускания индивидуальным и корпоративным абонентам при минимальных затратах. Суть технологии PON заключается в том, что между приемопередающим модулем центрального узла OLT и удаленными абонентскими узлами ONT создается полностью пассивная оптическая сеть, имеющая топологию дерева. В промежуточных узлах дерева размещаются пассивные оптические разветвители – 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, что является актуальным в настоящее время. Объект исследования: пассивные оптические сети. Предмет исследования: методы проектирования сети с помощью технологии PON. Цель курсовой работы: изучить принципы проектирования сети с использованием технологии PON. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи исследования: 1.Описать технологию PON; 2.Изучить виды технологии PON; 3.Проанализировать принципы действия технологии PON. Методы исследования: анализ и обобщение научной литературы по теме исследования. Теоретическая значимость курсовой работы заключается в том, что результаты данной работы можно применять при проектировании пассивной оптической сети с помощью технологии PON. Курсовая работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка используемых источников. В первой главе курсовой работы рассмотрены этапы развития широкополосного доступа и услуги, которые предоставляются на его основе. Во второй главе изучены существующие технологии широкополосного доступа (xDSL, PON, беспроводной доступ) и выявлены их основные особенности. В третьей главе выполнен анализ технологии PON, рассмотрены разновидности сетей PON, область их применения, а также особенности архитектуры и оборудование, применяемое для построения таких сетей. 1 Описание услуг широкополосного доступа Первым по-настоящему широкополосным (ШП) сигналом был сигнал цветного телевидения. Своё дальнейшее развитие широкополосный сигнал получил в распределительных телевизионных сетях, созданных по принципу «антенна на подъезд». Эта технология сохранилась в некоторых городах и по сей день, но в большинстве случаев ей на смену пришла система коллективного приема ТВ (СКПТ). В СКПТ сигнал с эфирных и спутниковых источников принимается по широкой полосе на головных станциях каждого района города и далее транслируется по коаксиальным сетям до конечных пользователей. Самым большим недостатком таких сетей является малая пропускная способность коаксиального кабеля и большой уровень различных «наводок». С 90-х годов в широкополосных сетях стал использоваться оптический кабель. Помимо обеспечения наивысшей скорости широкополосного доступа, к его плюсам можно отнести малое погонное затухание сигнала (что позволило создавать как городские, так и междугородные сети связи), высокую помехозащищенность (малую подверженность электрическим помехам и шумам) и защищенность сетей от несанкционированного доступа. Прежде цена на оптический кабель и приемо-передающее оборудование для широкополосного доступа значительно превышали цену коаксиального аналога, поэтому для реализации широкополосного доступа некоторое время использовалась технология гибридных волоконно-коаксиальных сетей (ГВКС), которая объединяла разрозненные коаксиальные сети в одну крупную сеть. Сейчас для вновь строящихся широкополосных сетей решение лежит в рамках более широкого использования оптоволокна, учитывая снижение цен на оптическое оборудование и оптический кабель. В зависимости от глубины проникновения оптоволокна от головной станции и узла передачи данных к абоненту, стали выделять ряд технологийширокополосного доступа. ТехнологияFTTx (Fiber-to-the-x -оптическое волокно до точки X), название которой происходит от заглавных букв английского выражения Fiber-to-the-build/home, что означает «оптика в каждый дом». Этот термин применяется для сети, в которой от узла связи до определенного места (точка X) доходит оптоволоконный кабель. Широкая полоса систем FTTx открывает новые возможности предоставления абонентам большего числа новых услуг. Узел доступа FTTx можно разделить на две составляющие: активная часть (Ethernet-коммутатор, источник бесперебойного питания, контроллер мониторинга состояния узла) и пассивная часть (антивандальный шкаф, оптический кросс, вводно-распределительное устройство). Все операторы, фиксированные и мобильные, начали гонку за скоростью передачи данных, все более активно внедряя услуги широкополосного доступа. У операторов мобильной связи на роль услуг широкополосного доступа «претендуют» сервисы 3G, у операторов фиксированной связи - широкополосный проводной доступ по технологиям xDSL, PON, которые превратились в массовую услугу, а также широкополосный беспроводный доступ, предоставляемый с использованием технологий Wi-Fi и WiMAX. Характерно, что технология Wi-Fi активно используется и сотовыми операторами, как «широкополосное дополнение» к основному бизнесу. Нельзя не упомянуть и предоставляющих услуги ШПД операторов кабельного телевидения. Операторы, имеющие сети широкополосного доступа, желая наполнить сети содержимым, внедряют варианты IPTV, которое смело можно отнести к контент-услугам, т.е. стирая грань между операторским и контент-провайдерским бизнесом. Широкополосный доступ в Интернет называют также высокоскоростным доступом, что отражает сущность данного термина – доступ в Сеть на высокой скорости – от 128 кбит/с и выше. Сегодня, когда и 100 Мбит/с являются доступными для домашних абонентов, понятие «высокая скорость» стало субъективным, зависящим от потребностей пользователя. Но термин широкополосный доступ был введён во времена широкого распространения коммутируемого доступа (dial-up), когда соединение с Интернетом устанавливается с помощью модема, подключенного к телефонной сети общего пользования. Эта технология поддерживает скорость порядка максимальных 56 кбит/с. Широкополосный доступ подразумевает применение других технологий, которые обеспечивают значительно более высокие скорости. Примерно в начале 2000-х гг. технологию dial-up (диал-ап) активно начали замещать технологии xDSL (ADSL, HDSL и др.), обеспечивающие значительно более высокую скорость доступа. Так, например, технология ADSL2+ позволяет скачивать данные с максимальной скоростью 24 Мбит/с, а отдавать – со скоростью 3,5 Мбит/с. Для получения доступа по технологии xDSL также используется модем и телефонная линия, однако, в отличие от коммутируемого доступа, линия не занимается полностью, то есть остаётся возможность пользоваться и телефоном, и Интернетом одновременно. На сегодняшний день широкополосный доступ в Интернет предоставляется по различным технологиям – как проводным, так и беспроводным. К первым относятся семейство технологий xDSL, Ethernet(передача данных в компьютерных сетях с использованием витой пары, оптического кабеля или коаксиального кабеля), семейство технологий FTTx и PLC (Powerlinecommunication – передача данных с использованием линий электропередачи). Сегодня активно внедряются и развиваются технологии беспроводного интернет-доступа, особенно мобильного. Фиксированный беспроводной доступ обеспечивается посредством спутникового Интернета, технологий Wi-Fi и фиксированного WiMAX. Однако уже многие операторы сотовой связи и беспроводные провайдеры предлагают мобильный Интернет. Сотовые операторы развивают технологии «третьего поколения» (3G) и выше, куда входят такие стандарты связи, как UMTS, CDMA, CDMA EV-DO, HSDPA и др. Конкурирует с данными технологиями мобильный WiMAX. В ближайшем времени можно ожидать появление услуг на основе технологии новейшего поколения –LTE и TD-LTE (3GPP LongTermEvolution), которая обеспечивает передачу данных до 173 Мбит/с на приём и 58 Мбит/с на отдачу. Крупнейшим оператором широкополосного доступа в России является компания «Ростелеком», представленная во всех регионах страны. «Ростелеком» за счёт поглощения ряда МРК (межрегиональных компаний связи) предоставляет услуги ШПД по различным технологиям. 2. Технология PON Оптоволокно, бывшее раньше уделом провайдеров и крупных компаний, потихоньку становится доступным для рядовых пользователей. «Оптика» в квартирах и частных домах появилась благодаря технологии PON, позволившей снизить стоимость подключения до приемлемых для частного потребителя величин. Технология PON (Passive Optical Network) - технология пассивных оптических сетей. Распределительная сеть доступа основана на волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах и обеспечивает возможность высокоскоростной передачи различных приложений (голос, данные, видео). При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов. Основная идея архитектуры PON - использование всего одного приемопередающего модуля OLT (Optical Line Terminal) для передачи информации множеству абонентских устройств ONT (Optical Network Terminal), так же называемых ONU (Optical Network ) и приема информации от них. PON («Passive Optical Network» - «пассивная оптическая сеть») представляет собой оптоволоконную сеть, в которой для доставки трафика конечному (терминальному) клиенту используются недорогие пассивные делители (сплиттеры). Они не требуют электропитания, сложной настройки, обогреваемых шкафов и т.п.  В этом главное отличие от активных сетей, где перераспределение трафика к клиентам производится через активное устройство - маршрутизатор.  Такое решение позволило в разы сократить затраты на прокладку оптоволоконной сети. Низкая стоимость сплиттеров позволяет ставить их на магистраль возле каждого клиента, делая топологию сети ближе к шине с её минимальным расходом кабеля.  По сравнению с классической «звездой», затраты на кабель снижаются в разы. Особенно это заметно, когда клиенты не «кучкуются» в небольшом пространстве, а разнесены друг от друга на несколько десятков метров.  Интернет - канал передачи в PON-сетях разделен на три диапазона: приема - с длиной волны 1490 нм, передачи - 1310 нм, и телевидения - 1550 нм. Поэтому обычно провайдер вместе с Интернетом предоставляет и IPTV. У технологии PON не смотря на плюс, есть минусы: - поломка абонентского терминала может привести к «падению» всей подсети: если передатчик клиента начнет «засвечивать» линию, это приведет к потере связи и для остальных клиентов. В аналогичной ситуации с сетью AON для других клиентов ничего бы не изменилось. Сети PON менее надежны, и обрывы связи в них случаются чаще; - сети PON более уязвимы: каждое устройство в подсети фактически получает весь её траффик, включая пакеты, не предназначенные для этого устройства. Обычно они шифруются, тем не менее технология повышает риск взлома «чужого» трафика; - поскольку световой сигнал в сплиттере просто делится без усиления, мощность его с каждым делением снижается. Поэтому размер PON-сетей ограничен: на один оптический терминал (OLT - Optical Line Terminal) допускается максимум 128 абонентских устройства (ONT / ONU - Optical Network Terminal / Optical Network Unit); - при полной загрузке (128 активных пользователей) реальная скорость для «оптики» невысока - максимум 20 Мбит/с. Впрочем, тем, кто раньше редко видел более 2 Мбит/с через 3G-модем, и эти значения могут показаться заоблачными. А при ослабевании загрузки минус превращается в плюс: из-за того, что сплиттеры невозможно как-либо настроить, провайдер никак не может ограничить ширину канала для каждого конкретного абонента. А если в подсети одного OLT останется только один клиент, скорость возрастет до максимальной для абонентского порта - 1 Гбит/с. Правда, обычно недорогое стандартное клиентское оборудование не рассчитано на такие скорости и редко выдает более 350 Мбит/с. Первые стандарты PON - APON и BPON - на сегодняшний день практически не используют. Десятигигабитные сети 10G xPON пока распространены слабо, так что пока выбор может быть только между двумя стандартами GPON и GEPON (EPON). Первая - более современная и более скоростная, но оборудование для неё стоит дороже.
В перспективе сети GPON и GEPON заменят на десятигигабитные аналоги - 10G-PON и 10G-EPON. Эти стандарты разработаны уже 10 лет назад, но их повсеместное распространение сдерживают два фактора: - массовому пользователю пока просто не нужны такие скорости; - 10G-xPON сети используют ту же кабельную инфраструктуру, что и xPON. Этот несомненный плюс технологии, как ни странно, тормозит внедрение новых стандартов - провайдеры не торопятся закупать дорогое 10G-оборудование, рассчитывая перейти на него позже, когда это станет необходимым. PON - технология организации сети на основе оптоволокна, повысившая доступность Интернета для рядовых пользователей. Она способна обеспечить от 20 Мбит/с до 1 Гбит/с на клиентское устройство. Характеристики делают xPON-сети вполне конкурентоспособными и в городской среде, а за городом PON, несмотря на свои минусы, и вовсе может оказаться единственной технологией, способной обеспечить «быстрым» Интернетом всех желающих. 3. Принцип работы, структура и свойства технологии PON PON (Passive Optical Network – пассивная оптическая сеть) – технология для оптической распределительной сети доступа. На современном этапе развития технология PON выступает в роли наиболее популярной технологии строительства сетей широкополосного доступа во всем мире. Основными вариантами PON выступают технологии GPON (Gigabit PON) и GEPON (Gigabit Ethernet PON), которая имеет второй название - EPON. Основное отличие технологий GPON и EPON состоит в активном оборудовании. Пассивная инфраструктура этих технологий практически не имеет отличий. Появление новых услуг связи и, в частности, интенсивное использование мультимедийного и видеообмена с сетью Интернет привело к существенному росту (вплоть до 1 Гбит/с) требований к скорости обмена, а значит, и к полосе пропускания сетей доступа. В этой ситуации стала востребованной технология пассивных оптических сетей PON (Passive Optical Network). Сеть PON использует оптическое волокно (ОВ) в качестве среды передачи, а значит, не имеет ограничений, присущих медной паре или коаксиальному кабелю. Суть технологии пассивных оптических сетей, вытекающая из ее названия, состоит в том, что ее распределительная сеть строится без каких-либо активных компонентов: разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности – оптических сплиттеров (см. рисунок ….).  Передача информации в пассивной оптической сети Примечание: сеть PON двунаправленная и для соответствующих услуг (VoD, Интернет) может обеспечивать передачу информации в обе стороны. Оптические сети обладают значительными преимущества перед сетями, построенными на основе обычного медного или коаксиального кабеля. Они обеспечивают гораздо более высокие скорости передачи данных на большие расстояния и при этом абсолютно нечувствительны к электромагнитным помехам и перекрестным наводкам. Структурно любая пассивная оптическая сеть PON состоит из трех главных элементов (см. рисунок….).  …. Принцип работы сети PON 1) оптического станционного терминала OLT (Optical Line Terminal); 2) пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) с коэффициентом деления от 1:2 до 1:128; 3) оптического сетевого абонентского терминала ONT (Optical Network Terminal) (иногда используется название ONU – Optical Network Unit) [6]. Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеют необходимые интерфейсы (в том числе – электрические) взаимодействия с абонентской стороны. В одном волокне сетей PON для нисходящего и восходящего потоков задействуются разные длины волн (метод WDM). Нисходящий (прямой) поток от центрального узла обычно имеет скорость STM-4/16 (0,622/2,5 Гбит/с) и передается по ОВ на длине волны 1550 нм до точки разветвления на пассивный оптический разветвитель, который делит этот поток на несколько (до 32 или до 64) потоков, поступающих на ONT, установленные в помещении абонентов. Восходящие (обратные) потоки от абонентов на длине волны 1310 нм собираются с помощью технологии множественного доступа с временным разделением (TDMA) в агрегатный поток на скорости 622 Мбит/с. Конвертирование оптических сигналов в электрические и обратно осуществляется оборудованием ONT [7]. Для сетей PON разработан ряд стандартов (см. таблицу 1.1.). Первым был стандарт PON на основе технологии ATM – A-PON. Затем появилась широкополосная PON – B-PON, допускающая динамическое распределение полосы в зависимости от типа приложений и поддерживающая интерфейсы SDH, ATM, FE, GE, E1, Ethernet (10/100Base-TX) и телефонию (FXS). Сравнение различных технологий PON
Архитектура сети PON строится на основе комбинации возможных элементарных топологий (см. рисунок ….): звезды, последовательной цепи (шины) или дерева.  …. Топологии сетей PON: а) звезда; б) шина; в) дерево. Решения построенные на основе технологии гигабитной пассивной оптической сети GPON при прочих равных затратах на установку оборудования значительно снижают расходы на дальнейшую эксплуатацию. Следственно уменьшают стоимость владения, что, безусловно, является не маловажным фактором. Связано это с тем, что в этой технологии используются в основном пассивные компоненты, не нуждающиеся в отдельном питании, но при этом соответствующие самым последним требованиям к сетям передачи данных. В настоящее время всё чаще продвигаются услуги, технологически требующие высокой скорости передачи данных. Оборудование PON соответствует и превосходит все эти современные требования. Основными преимуществами технологии PON для клиентов являются (см. таблицу …..). ….. – Основные преимущества технологии PON
Благодаря строительству новой сети становится возможной полномасштабная реализация концепции предоставления услуг телефонии, доступа в Интернет и интерактивного телевидения по оптическому кабелю из одной (в данном случае оптической) розетки. Список использованных источников Построение сети на основе технологии GPON Р.Ф. Гибадулин, А.П. Никитин, М.Ю. Перухин. Вестник технологического университета 2018 г. Т20 №5 Семенов Ю.В. Проектирование сетей связи следующего поколения. – Спб.: Наука и техника, 2018. – 240 с. Берлин А.Н. Терминалы и основные технологии обмена информацией: учебное пособие. – М.: ИУИТ, 2018. – 511 с. Мир телекома, №1, 2019 г. Сети абонентского доступа на базе технологии PON. – 74с. Скляров О.А. Волоконно-оптические сети и системы связи. – М.: Лань, 2019 – 272 с. Гаскевич Е. Оптические сети многоэтажного дома. Ключевые характеристики и определения для кабельной подсистемы// Технологии и средства связи, №3, 2019 г. Назаров А.Н. Модели и методы расчета структурно-сетевых параметров сетей АТМ. – М.: Изд-во «Горячая линия-Телеком», 2019. -256 с Современные телекоммуникации. Технология и экономика. Под ред. С.А. Довгого. – М.: Эко-Трендз, 2018. – 320 с. Турманидзе Т.У. Анализ и оценка эффективности инвестиций: учебник для студентов вузов, обучающихся по экономическим специальностям. 2-е изд., перараб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2018. – 247 с. Жиляков Е.Г, Белов С.П., Урсол Д.В.. Метод оптимальной передачи информации в режиме частотного уплотнения [Текст] / Вопросы радиоэлектроники, серия Электронная вычислительная техника (ЭВТ). Выпуск №1. Москва 2018. с.146-155 Филимонов Ю.А. Построение мультисервисных сетей Ethernet. СПб. БХВ-Петербург, 2018. - 592с Ершов В.А., Кузнецов Н.А. Мультисервисные телекоммуникационные сети. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. – 432 с.: ил. Кульгин М. Компьютерные сети. Практика построения. СПб.: Питер, 2018, 464 с. Величко В. В., Субботин Е. А., Шувалов В. П., Ярославцев А. Ф. Телекоммуникационные системы и сети. Том 3. Мультисервисные сети. Учебное пособие. В 3 томах.- М.:Горячая линия-Телеком, 2019.-592 с. Вишневский В. М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2019, 512 с. Гаранин, М.В. Системы и сети передачи информации / М.В. Гаранин и др. - М.: Радио и связь, 2019. - 334 с. Гургенидзе А.Т., Кореш В.И. Мультисервисные сети и услуги широкополосного доступа: Наука и Техника, 2020.- 400. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия – Спб.: Питер, 2018. – 573 с.: ил. Зюко А.Г. и др. Теория передачи сигналов. М.: Радио и связь, 2018. – 312 с. Локальные сети. Архитектура, алгоритмы, проектирование. Авторы: Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. М.: ЭКОМ, 2020. - 312 с. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы / О.К. Скляров и др. – М.: Солон-Р, 2019. – 269 с. Шаров В.А. Базовые технологии мультисервисных сетей // Сети и телекоммуникации. – 2018.- №6. Телекоммуникации и сети Автор: Галкин В.А. Издательство: МГТУ им. Баумана, 2018. – 608 с. Петренко И.И., Убайдуллаев Р.Р. Пассивные оптические сети PON Часть 2. Ethernet на первой миле. Lightware Russian edition № 2, 2018. Гаскевич Е.М. Сети PON для районов индивидуальной и малоэтажной жилой застройки. Обзор возможных решений. Первая миля № 1, 2021. Багров И.Б. Оптический доступ FTTH на базе технологии PON. Научная статья, 2018. Атцик А.А., Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С. Расчет и проектирование сетевого оборудования NGN/IMS. Учебное пособие. ГОУВПО СПбГУТ, 2019. Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи. - М.: Лань, 2018. Морозов О.Г., Садеев Т.С., Айбатов Д.Л. Волоконно-оптические структурированные мультимедийные сети. Конспект лекций. Казань, 2019. Каталог продукции и решений компании «Ростелеком», 2018. Материалы сайта http://users.encs.concordia.ca. Sam Halabi. Metro Ethernet. Cisco Press, 2018. Материалы сайта http://ru.wikipedia.org . Материалы сайта http://bercov.h1.ru . Материалы сайта http://lenservice.ru . Материалы сайта http://shop.nag.ru . |