диплом. Диплом. Введение Технология xpon
 Скачать 0.54 Mb.
|
 СОДЕРЖАНИЕ Введение………………………………………………………................... Технология xPON………………………………………………….. Общие сведения о пассивных оптических сетях………….. Виды сетей хPON……………………………………………. Преимущества сетей xPON………………………………….. Построение сетей xPON……………………………………………. Топология сетей xPON……………………………………… Резервирование оптических волокон………………………. Кабели для построения сетей xPON………………………... Пассивные оптические элементы…………...………………. Расчет оптического бюджета………………………………………. Расчет стоимости организации сети xPON……………………….. Охрана труда.……………………………………………………….. При обслуживании оптического волокна………………….. При строительстве оптических сетей………………………. При прокладке оптического волокна………………………. Заключение………………………………………………………………… Литература…………………………………………………………............ ВВЕДЕНИЕ Стремительное развитие информационных технологий не могли удовлетворить существующие способы связи, общество постепенно интегрировалось в информационное поле, что требовало новых подходов к выбору способов и методов коммуникации. Теоретические разработки ученых и первые эксперименты доказали, что возможность трансляции информационного потока с использованием света существенно эффективнее, чем передача сигнала посредством радиоволн в различных диапазонах. Первые рабочие разработки были предложены в 1966 г. - ученые показали кабель из обыкновенного стекла. Первый волоконно-оптический кабель связи имел очень большой коэффициент затухания, что было неприемлемым. Исследования продолжались, но оставалось две основных проблемы - что использовать в качестве носителя сигнала и каким должен быть источник света для максимально эффективной передачи большого объема информации с минимальными потерями. Решение нашлось в 70-х годах прошлого века, когда были изобретены новые лазеры и появились новые материалы в качестве основы для кабеля. За последующие неполные полвека строительство волоконно-оптических линий связи стремительно развивалось: в 1988 г. была завершена прокладка первой масштабной линии связи между Японией и США; в 2003 г. впервые была достигнута скорость передачи сигнала около 11 Тбит/с; в 2009 г. испытания в области скоростной передачи данных преодолели новый рубеж - ученым удалось транслировать поток 15,5 Тбит/с без потери скорости на расстояние около 7000 км. Исследования продолжаются, во всем мире происходит прокладка волоконно-оптических линий связи, которые позволяют передавать большие объемы информации на значительные расстояния. Волоконно-оптическая связь является новой технологией передачи информации на значительные расстояния без потери качества сигнала. Информация транслируется по специальному кабелю, а в качестве среды распространения выбраны колебания электромагнитного поля в инфракрасном оптическом диапазоне. Благодаря своей колоссально пропускной способности, волоконно-оптические линии связи не имеют аналогов среди других способов передачи больших объемов информации. Связь по оптическим кабелям (ОК) является одним из главных направлений научно-технического прогресса. Оптические кабели используются не только для организации телефонной городской и междугородной связи, но и для кабельного телевидения, видео телефонирования, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д. В мире идет интенсивный процесс совершенствования, как оптических кабелей, так и оптоэлектронной аппаратуры. Получили широкое распространение оптические кабели с одномодовыми волокнами. Осваиваются новые диапазоны инфракрасного диапазона и новые материалы с малыми потерями. Разрабатываются широкополосные системы передачи информации на большие расстояния. Ведется строительство ВОЛС различного назначения: городских, зоновых, магистральных. Волоконно-оптические системы связи получили широкое распространение по всему миру, постепенно вытесняя другие проводные способы передачи данных благодаря своим особенностям и уникальным характеристикам. Более подробно рассмотрим некоторые ключевые моменты: пропускная способность (это одна из основных характеристик, которая важна для линии связи; потенциал одного канала позволяет выйти на объем в несколько Тбит/с); универсальность (по оптическому кабелю можно передавать сигналы различной модуляции); минимальный коэффициент затухания (благодаря этому качеству, длина участка сети без использования дополнительных ретрансляторов или усилителей может достигать до 100 км); безопасность данных (к волоконно-оптической линии практически невозможно подключится злоумышленнику - в случае физического нарушения целостности канала сигнал перестанет проходить сквозь кабель, а надежное кодирование убережет от перехвата информации при помощи программных средств); пожарная безопасность (благодаря своему строению и используемым материалам, оптико-волоконные кабели не поддерживают горение и не приводят к образованию искры); экономическая выгода (несмотря на то, что стоимость прокладывания линии довольно высокая, она все равно будет дешевле и качественнее, чем традиционное соединение с использованием медного кабеля; дополнительно стоит учесть минимальные расходы на усилители сигнала, особенно, если речь идет о больших участках магистралей); надежность и долговечность (при использовании соединения в стандартных климатических условиях, срок службы кабеля и соединительного оборудования будет примерно в два раза больше, чем при эксплуатации медного кабеля). Благодаря этим преимуществам линии связи на основе оптико-волоконных соединений пользуются большой популярностью в наше время по всему миру. Осваиваются более высокие скорости передачи информации, позволяющие передавать большие объемы данных. Находят применение системы передачи синхронной цифровой иерархии (СЦИ), которая обладает существенными преимуществами по сравнению с системами предшествующих поколений, позволяет полностью реализовать возможности волоконно-оптических и радиорелейных линий передачи и создавать гибкие, удобные для эксплуатации и управления сети, гарантируя высокое качество связи. Таким образом, концепция SDH позволяет оптимально сочетать процессы высококачественной передачи цифровой информации с процессами автоматизированного управления, контроля и обслуживания сети в рамках единой системы. Системы СЦИ обеспечивают скорости передачи от 155 Мбит/с и выше и могут транспортировать как сигналы существующих цифровых систем (например, распространённых на городских сетях ИКМ-30), так и новых перспективных служб, в том числе широкополосных. Аппаратура СЦИ является программно управляемой и интегрирует в себе средства преобразования, передачи, оперативного переключения, контроля, управления. Благодаря появлению современных волоконно-оптических кабелей оказались возможными высокие скорости передачи в линейных трактах (ЛТ) цифровых систем передачи с одновременным удлинением секций регенерации до 100 км и более. Производительность таких ЛТ превышает производительность цифровых трактов на кабелях с металлическими парами в 100 и более раз, что радикально увеличивает их экономическую эффективность. Большинство регенераторов оказывается возможным совместить с оконечными или транзитными станциями. Из этого следует, что СЦИ - это не просто новые системы передачи, это и принципиальные изменения в сетевой архитектуре, организации управления. Внедрение СЦИ представляет собой качественно новый этап развития цифровой сети связи. В данном проекте произведены обоснование необходимости строительства волоконно-оптической линии связи, выбор трассы прокладки оптического кабеля, выбор типа оптического кабеля, анализ параметров волоконно-оптической линии связи. В качестве системы передачи выбрана синхронная цифровая иерархия. Так же рассмотрены вопросы строительства волоконно-оптической линии связи, оценены технико-экономические показатели и приведены требования по охране труда. ТЕХНОЛОГИЯ хPON 1.1.Общие сведения о пассивных оптических сетях Одна из наиболее популярных оптических технологий для сетей доступа PON (Passive Optical Network) - пассивная оптическая сеть -это быстроразвивающаяся, наиболее перспективная технология широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну, использующая волновое разделение трактов приема/передачи и позволяющая реализовать одноволоконную древовидную топологию без использования активных сетевых элементов в узлах разветвления. Другими словами, мало волокон, отсутствие промежуточного активного оборудования, нулевое (ну, почти нулевое) влияние погодных условий, удобная WDM система передачи данных от «фабрики по производству интернета» к клиенту и обратно по одному волокну. Активное оборудование в этой сети имеется только на стороне провайдера (в чистой, сухой и прохладной серверной стойке) и на стороне абонента. Идеально как для удалённых малонаселенных пунктов, так и для городского частного сектора. Система доставляет волоконно-оптические сети и сигналы полностью или большую их часть конечному пользователю. В зависимости от того, где находится конечная точка PON, система может быть описана как оптическое волокно до микрорайона, квартала или группы домов (Fiber to the Curb - FTTC), волокно до здания (Fiber to the Building - FTTB), оптоволокно до дома (Fiber to the Home - FTTH). Принцип действия сети: Суть технологии заключается в построении сети доступа, имеющей большую пропускную способность при минимальных капитальных затратах. Данное решение предполагает создание разветвленной, преимущественно древовидной топологии сети без активных компонентов – на пассивных оптических разветвителях. 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. В целом возможно подключить до 32 абонентов при максимальной 20-километровой дальности связи. Трансляция информационного потока от центрального приемно-передающего модуля к абонентскому устройству осуществляется при определенных окнах прозрачности, составляющей длины волны 1490,1550 нм. И напротив, обратные потоки данных от потребительских устройств к точке OLT передаются с длиной волны порядка 1310 нм. показанных на рисунке 1.1.  Рисунок 1.1. - Архитектура сети PONОкно прозрачности - диапазон длин волн оптического излучения, в котором имеет место меньшее, по сравнению с другими диапазонами, затухание излучения в среде, в частности — в оптическом волокне. Стандартное ступенчатое оптическое волокно (SMF) имеет три окна прозрачности: 850 нм, 1310 нм и 1550 нм. Неоднородность затухания света в оптическом волокне в разных диапазонах длин волн обусловлена не идеальностью среды, наличием примесей, резонирующих на разных частотах. Затухание в разных окнах прозрачности представлены на рисунке 1.2 и данные затухания неодинаковы: наименьшая его величина — 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм, поэтому третье окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния. Во втором окне прозрачности (1310 нм) затухание выше, однако для этой длины волны характерна нулевая дисперсия, поэтому второе окно используется на городских и зоновых сетях небольшой протяжённости. Первое окно прозрачности используется в офисных оптических сетях; использование этого окна прозрачности незначительно.  Рисунок 1.2- Окна прозрачности оптического кабеляПрямые 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. 1.2.Виды сетей xPON Технология пассивных оптоволоконных сетей была введена в практику в середине 90-х годов, первоначально в модификации APON. После ряда усовершенствований вначале 2000-х появилась технология BPON с лучшей скоростью и большим числом обрабатываемых потоков. Следующим в линейке пассивных сетей стал EPON на технологии Ethernet. В настоящее время наиболее современной, удобной и перспективной для создания крупных разветвленных сетей является система GPON. GPON устроен на базе платформы SDH (протокол GFP) и позволяет подключать к одному передающему модулю до 64 абонентов на расстоянии до 20 км. Использование сплиттеров и муфт позволяет увеличить дальность до 60 км. Скорость передачи в среднем достигает 2,5 Гб, хотя технически можно развить систему, скорость в которой может достигать 4–10 Гбит/с в каждом направлении. Еще одна существующая модификация – технология GEPON. Ее можно назвать самой экономичной, однако это преимущество предполагает некоторые издержки в сравнении с GPON-сетями. В частности, в ней отсутствуют специфические функции поддержки TDM, синхронизации и защитных переключений. Такая система хорошо работает для небольших операторов, ориентированных на IP-трафик, в том числе IPTV. В целом же выбор технологии для создания или усовершенствования пассивной оптоволоконной сети зависит от условий заказчика, потребностей абонентов и перспектив развития. Компания-установщик должна подробно изучить исходные данные, чтобы сделать заключение по выбору технологии и разработать оптимальный план будущей PON: APON (ATM PON). ITU-T G.983.x В середине 1990 года была разработана первая технология – APON. Её базой была передача информации в ячейках структуры ATM со служебными данными. В таком случае скорость передачи прямого и обратного потоков обеспечивалась следующими скоростями: симметричный режим по 155 Мбит/с, либо ассиметричный режим 622 Мбит/с в прямом потоке и 155Мбит/с в обратном потоке. Во избежание наложения поступающих от разных абонентов данных OLT на каждый ONU направляло служебные сообщения, содержащие разрешение на отправку данных. На данный момент APON в первоначальном своем виде практически не используется. BPON (Broadband PON). ITU-T G.983.x Новый стандарт – BPON – появился с дальнейшим совершенствованием технологии PON. В данном стандарте скорости прямого и обратного потоков в симметричном режиме доведены до 622 Мбит/с либо 1244 Мбит/с, в ассиметричном – 622 Мбит/с. Возможность передачи 3 основных типов информации (Голос, видео, данные), для потока видео при этом выделена длина волны 1550 нм. Стандарт BPON позволяет организовывать динамическое распределение полосы среди отдельных абонентов. С разработкой более высокоскоростной технологии – GPON, стандарт BPON в экономическом плане практически утратил актуальность. EPON (Ethernet PON). IEEE 802.3ah Разработка в 2000 году нового стандарта – EPON – была предопределена успешным применением технологии Ethernet в локальных сетях и построением на основе оптических сетей доступа. Рассчитаны такие сети на передачу информации при скоростях прямого и обратного потоков 1 Гбит/с на основе IP-протокола для 16 либо 32 абонентов. Из-за скорости передачи в Гбит/с различные источники часто употребляют название GEPON (Gigabit Ethernet PON), также относящееся к стандарту IEEE 802.3ah. В таких системах дальность передачи достигает 20 км. Длина волны обратного потока используются специальный протокол управления множеством узлов (MPCP, Multi-Point Control Protocol). В GEPON поддерживается операция обмена информацией между пользователями (bridging). GPON (Gigabit PON) ITU-T G.984.x Для крупных операторов, строящих большие разветвленные сети с системами резервирования, наиболее удачна технология GPON. Она наследует линейку APON-BPON, однако с большей скоростью передачи данных – 1244 Мбит/с и 2488 Мбит/с – в ассиметричном режиме, 1244 Мбит/с – в симметричном. В основе – базовый протокол SDH со всеми его достоинствами и недостатками. Возможно подключить до 32 либо 64 абонентов на расстоянии 20 км (возможно расширение до 60 км.). Технология GPON поддерживает как трафик АТМ, так и IP, а также речь, видео (инкапсулированные в кадры GEM – GPON Encapsulated Method) и SDH. Сеть в синхронном режиме работает с постоянной длительностью кадра. Высокая эффективность полосы пропускания обеспечивается линейным кодом NRZ со скремблированием. Единственный недостаток GPON – высокая стоимость оборудования. Характеристики трех видов PON приведены в таблице 1: Таблица 1. Характеристики BPON, EPON, GPON.
| ||||||||||||||||||||||||||||