Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»)

Выпускная квалификационная работа бакалавра

Тема: «Проект сети доступа города Ликино-Дулево Орехово-Зуевского района Московской области»

Новосибирск 2017



Содержание

Список сокращений

Введение

1. Технология широкополосного доступа

1.1 История широкополосного доступа

1.2 Классификация технологий широкополосного доступа

1.3 Технологии семейства xDSL

1.4 Технологии Ethernet

1.5 Технологии с использованием ВОЛС

1.5.1 Технологии FTTx

1.5.2 Технологии PON

2. Описание проекта

2.1 Краткая географическая и социально-экономическая характеристика Ликино-Дулево Орехово-Зуевского района Московской области

2.2 Описание существующей схемы сети широкополосного доступа

2.3 Выбор проектируемой зоны строительства сети широкополосного доступа

2.4 Расчет требуемой пропускной способности сети

3. Основы проектирования сетей абонентского доступа

3.1 Специфика выполнения проектно-изыскательских работ

3.2 Сбор и обработка исходных данных, выработка проектных решений

3.3 Масштабируемость сети и перспективы развития

4. Выбор активного оборудования сети доступа

4.1 Выбор оборудования OLT

4.2 Станционное оборудование OLT LTP-8X rev.B

4.3 Оборудование ONU

5. Выбор пассивного оборудования и построение структурной схемы проектируемой сети

5.1 Выбор способа и трассы прокладки магистрального оптического кабеля

5.2 Разработка структурной схемы сети и выбор пассивного оборудования

5.2.1 Участки сети доступа на базе технологии GPON

5.2.2 Станционный участок сети доступа

5.2.3 Магистральный участок сети доступа

5.2.4 Распределительный участок сети доступа

5.2.5 Абонентский участок сети доступа

5.3 Структурная схема сети на базе технологии GPON

6. Расчет бюджета оптической мощности

7. Экономический расчет организации сети доступа на основе технологии GPON

7.1 Исходные данные для расчета

7.2 Расчет капитальных затрат

7.3 Расчет эксплуатационных расходов

7.4 Расчет количества пользователей и доходов

7.5 Расчет показателей экономической эффективности

Заключение

Библиография

Приложения



Список сокращений

ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия

APON - ATM PON (Asynchronous Transfer Mode Passive Optical Network)

ATM - Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи данных

BPON - Broadband Passive Optical Network - широкополосная пассивная оптическая сеть

CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) - технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

DSL - Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия

DSLAM - igital Subscriber Line Access Multiplexer - мультиплексор доступа DSL

EFM - Ethernet in the First Mile - технология Ethernet на последней миле

EPON - Ethernet PON - технология пассивных оптических сетей Ethernet

ETTH - Ethernet To The Home - Ethernet к дому

FTTB - Fiber To The Building - волоконно-оптическая линия связи к зданию

FTTC - Fiber To The Curb - волоконно-оптическая линия связи к распределительной коробке

FTTH - Fiber To The Home - волоконно-оптическая линия связи к дому

FTTx - Fiber To The x - волоконно-оптическая линия связи к точке х

GPON - Gigabit Passive Optical Network - пассивная оптическая сеть с возможной пропускной способностью до 2,5 Гбит/с

IP - Internet Protocol -- протокол сети Интернет

OLT - Optical Line Terminal - оптическое линейное окончание

ONU - Optical Network Unit - элемент оптической сети

OADM - Optical Add Drop Multiplexor - это мультиплексор оптического ввода-вывода CWDM системы, который извлекает из оптической линии сигнал на заданной длине волны, а все остальное излучение пропускает без изменений.

PON - Passive Optical Networking - пассивные оптические сети

VDSL - Very high bit-rate Digital Subscriber Line -сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия

WDM - Wavelength-Division Multiplexing - Технология волнового мультиплексирования

xDSL - Digital Subscriber Line -- цифровая абонентская линия, общее обозначение для ряда технологий цифровой абонентской линии

АТС - автоматическая телефонная станция

ВОК - волоконно-оптический кабель

ВОЛП - Волоконно-оптическая линия передачи - волоконно-оптическая система, состоящая из пассивных и активных элементов, предназначенная для передачи информации в оптическом (как правило -- ближнем инфракрасном) диапазоне.

ВОЛС - Волоконно-оптическая линия связи - это вид системы передачи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". КТВ - Кабельное телевидение

ОВ - Оптическое волокно

ОРШ - Оптический распределительный шкаф

ОРК - Оптическая распределительная коробка

ОРК-С - Оптическая распределительная коробка со сплиттером

ОР - Оптический разветвитель (сплиттер)

СКС - Структурированная кабельная сеть

ШПД - Широкополосный доступ

Введение

Телекоммуникационные технологии играют огромную роль во всех без исключения сферах современного общества, когда от скорости, качества и своевременной передачи информации зависит правильность принятия стратегически важных решений. Кроме того, телекоммуникационные системы исключительно важны в передаче и доведении до каждого члена общества политической, общественной, культурной, образовательной и другой информации. Отрасль связи выполняет важнейшую государственную функцию передачи информации для обеспечения политической и экономической безопасности страны, жизнедеятельности людей, общественного производства, управления на всех иерархических и территориальных уровнях.

В начале 90-х годов, с целью обеспечения передачи возрастающих объемов информации без необходимости построения совершенно новых сетей, были разработаны технологии семейства xDSL. Основной их особенностью и, несомненно, огромным плюсом было использование существующих сетей общего пользования - данное решение не требовало кардинальных изменений физической среды передачи, однако, накладывало существенные ограничения. Эти ограничения связаны с невозможностью обеспечить качественную передачу информации с высокой скоростью и на большое расстояние по существующей абонентской линии.

В большинстве российских городов услуги по передаче данных до сих пор предоставляются на основе морально и технически устаревшей технологии, не способной обеспечить приемлемое качество услуг.

Темой для данной выпускной квалификационной работы был выбран проект организации широкополосного доступа на базе технологии GPON.

Темпы роста объемов передаваемой информации в современных телекоммуникационных системах предъявляют все более жесткие требования к пропускной способности сетей абонентского доступа. Скорости передачи данных от конечного пользователя к информационным ресурсам в настоящее время исчисляются десятками мегабит в секунду и продолжают расти. Очевидно, для удовлетворения подобных требований необходимо внедрять и развивать новые стандарты и интерфейсы, на их основе строить новые типы сетей, что и определяет актуальность выпускной квалификационной работы.

Существует множество технологий широкополосного доступа, обеспечивающих качественную передачу больших объемов информации на распределительном участке сети.

Важным прорывом за последние годы становится появление технологии PON - это предоставление услуг по оптическому волокну, а не по медным сетям, которые не отвечают требованиям сегодняшнего дня, а именно: не обеспечивают должного уровня качества; не имеют возможности одновременно предоставлять услуги большому количеству абонентов. Оптические же сети покрывают огромные расстояния, на основе технологии PON можно развивать телекоммуникационные сервисы и повышать качество услуг.

Целью выпускной квалификационной работы является рассмотрение сетей широкополосного доступа и подробное изучение принципов технологии PON с проектированием сети доступа по этой технологии в конкретном районе г. Ликино-Дулево.

Задачи выпускной квалификационной работы:

- раскрыть понятие и сущность широкополосного доступа, их классификацию;

- провести анализ технологии GPON;

- обосновать выбор технологии по техническим параметрам в соответствии с проектируемым районом;

- выбрать оборудование для проектирования сети (активное и пассивное);

- разработать схему организации связи для выбранного района;

- применить методы оценки экономической эффективности проекта;

Объектом исследования является микрорайон г. Ликино-Дулево.

Предметом исследования служит проект развития сети широкополосного доступа на базе технологии GPON.

Работа имеет следующие структурные элементы:

- титульный лист;

- содержание;

- список обозначений;

- введение;

- основная часть;

- заключение;

- список использованных источников;

- приложение.

Структура исследования определяется поставленными целью и задачами, которые решаются в соответствующих разделах.

В первой главе выпускной квалификационной работы рассмотрены этапы развития широкополосного доступа и услуги, которые он предоставляет, а также изучены существующие технологии широкополосного доступа (xDSL, PON, беспроводной доступ) и выявлены их основные особенности, выполнен анализ технологии PON, рассмотрены разновидности сетей PON, область их применения, особенности архитектуры и оборудование, применяемое для построения таких сетей.

Во второй главе ставится задача описания проекта и краткой географической и социально-экономической характеристики г. Ликино-Дулево; проводится выбор проектируемой зоны и рассчитывается требуемая пропускная способность сети.

В третьей главе представлены основы проектирования сетей абонентского доступа, включая специфику выполнения проектных работ.

В четвертой главе описывается выбор активного оборудования сети доступа по технологии GPON.

В пятой главе определяется способ и трасса прокладки магистрального волоконно-оптического кабеля и выбираются пассивные элементы сети, а также производится разработка структурной схемы.

В шестой главе рассчитывается бюджет оптической мощности.

В седьмой главе представлено экономическое обоснование развертывания сети.

На сегодняшний день на рынке информационных технологий наблюдается рост потребности пользователей в телекоммуникационных услугах. Недостаточная на сегодняшний день насыщенность рынка услугами связи, а также высокая рентабельность и доходность компаний по предоставлению услуг связи привлекает инвесторов вкладывать средства в их развитие.

В выпускной квалификационной работе будет рассмотрено предоставление информационных услуг на базе сетей PON компанией ПАО «Ростелеком». «Ростелеком» - российская телекоммуникационная компания с государственным участием, предоставляющая услуги местной и дальней телефонной связи, широкополосного доступа в Интернет (первое место в России по количеству абонентов, интерактивного телевидения), сотовой связи и др. Так в пятерку крупнейших игроков российского рынка широкополосного доступа входят - ПАО «Ростелеком», АО «ЭР-Телеком Холдинг», ПАО «Вымпел-Коммуникации», ПАО «МТС» и АО «ТрансТелеКом» (ТТК). Лидером по количеству домашних подключений является компания «Ростелеком» с абонентской базой более 8,94 млн домохозяйств на всей территории России.



1. Технология широкополосного доступа

1.1 История широкополосного доступа

Рынок телекоммуникационных технологий меняется очень быстро, и при выборе технологии широкополосного доступа важно принять правильное решение.

Первой технологией широкополосного доступа, укрепившейся на рынке квартирного сектора, была Hybrid Fiber-Coax (HFC), имеющая гибридную оптическо-коаксиальную сетевую структуру и предполагающая использование кабельного модема. Она до сих пор доминирует в Северной Америке, однако в Европе уже практически вытеснена с рынка технологией DSL.

DSL позволяет предоставлять широкополосный доступ по обычным двухпроводным медным линиям и занимает наибольшую долю рынка в мировом масштабе. Существует множество разновидностей DSL-технологий, которые продолжают эволюционировать [1].

В настоящее время на массовый рынок вышла лишь технология ADSL, которая в принципе способна обеспечить один видеопоток и высокоскоростное подключение к сети Интернет на дистанции до 1 км. Однако чтобы получить доступ, например, к услуге телевещания по медной паре, сохраняя высокоскоростное подключение к Интернету, необходимо перейти на технологию VDSL.

Асимметричная VDSL предоставляет полосу пропускания до 26 Мбит/с в сторону абонента и до 2 Мбит/с в сторону сети и имеет возможность транслировать одновременно до трех цифровых видеопотоков вместе с высокоскоростным Интернет- подключением [2].

На данном этапе кабельные операторы имеют возможность предоставлять услуги кабельного телевидения, что не представляется возможным на основе технологий ADSL или SHDSL. Такие возможности открываются при введении технологий ADSL2+ или VDSL.

Спутниковое решение до дома Direct To Home (DTH) также предоставляет возможности широкополосной передачи. Но количество спутников и возможности транспондера ограничены, а стоимость этого решения слишком дорога для домашнего сектора. Однако спутниковые системы способны покрыть территории, не доступные для более дешевых технологий. еthernet ликино кабель

Сеть цифрового телевидения являет собой альтернативу широкополосным сетям. Предлагалось решение, в котором телевышки используются для приема широкополосного сигнала, а для передачи - ISDN или GPRS на мобильном телефоне.

Рост потребностей в пропускной способности каналов вызвал увеличение в транспортных сетях доли волоконно-оптических кабелей. Новые операторы зачастую создают на участке доступа именно волоконно-оптические кольца c Fiber To The Home (FTTH) или Fiber To The Building (FTTB) с внутридомовыми Ethernet-решениями. Если сейчас волоконно-оптические технологии способны захватить лишь долю рынка корпоративных абонентов, уже нуждающихся в широкополосных услугах, то в дальнейшем просматривается перспектива доведения волокна до крупных зданий и предоставления широкополосного доступа квартирным абонентам. В отдаленном будущем, с ростом потребностей в пропускной способности каналов, волоконно-оптические решения станут, несомненно, более конкурентоспособными.

Этапом перехода к оптическим линиям связи по праву можно считать использование Ethernet To The Home (ЕТТН). Эта технология создавалась для совместной работы с FTTB или FTTH и призвана укрепить позиции оптических технологий, сочетающих в себе высокую пропускную способность и удобство в эксплуатации. Учитывая появившуюся мировую тенденцию к повсеместному внедрению Ethernet, ожидается увеличение популярности ЕТТН и замещение ею более старых широкополосных технологий.

В будущем основную долю доходов рынку широкополосных услуг будут приносить квартирные абоненты. Важно понять, что абоненты желают платить лишь за те услуги, которые полностью удовлетворяют их требования. В этом случае они оплачивают и саму услугу, и доступ к ней, и транспорт [3].

1.2 Классификация технологий широкополосного доступа

Все виды технологий широкополосного доступа можно разделить на три группы: проводные (wireline), беспроводные (wireless) и комбинированные (mixed).

На рисунке 1.1 представлена классификация технологий, используемых в сетях доступа.

Рисунок 1.1 - Классификация технологий, используемых в сетях доступа

Возможности, обеспечиваемые новыми технологиями, позволяют строить сети доступа, отвечающие любым реальным требованиям потенциальных абонентов. Одним из самых удачных примеров процессов конвергенции можно считать сближение функциональных возможностей оборудования проводных и беспроводных технологий доступа. Это означает, что при разработке сетевых решений целесообразно рассматривать возможность использования различных технологий доступа.

На рисунке 1.2 представлены возможные технологии проводного доступа. Основой для реализации этих технологий служат медные провода или волоконные светодиоды.

Рисунок 1.2 - Технологии проводного доступа

Обозначения и сокращения на рисунке 1.2:

- ТФОП - телефонная сеть общего пользования;

- КТВ - кабельное телевидение;

- ISDN (IntegratedServiseDigitalNetwork) - цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС)

- xDSL (Digital Subscriber Line) - цифровая абонентская линия;

- OAN (Optical Access Network) - оптическая сеть доступа;

- Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethenet - компьютерные технологии передачи данных на скоростях 10 Мбит/с, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с;

- FDDI - волоконно-оптический распределительный интерфейс, сеть кольцевого типа с защитой от повреждений;

- IDSL, HDSL, SDSL - технологии симметричных абонентских линий (I-ISDN, Н-высокоскоростная линия (2,048 Мбит/с), S-симметричная однопарная линия со скоростными режимами от 128 кбит/с до 2320 кбит/с);

- ADSL, RADSL, G. Lite - несимметричные абонентские линии со скоростями передачи к абоненту не ниже 1 Мбит/с, от абонента 512 кбит/с, с адаптацией к линии и приспособлением скорости в зависимости от помех;

- FTTX, FTTH, FTTB, FTTC, FTTCab - активные технологии оптического доступа в дом, в рабочую зону шкаф и так далее;

- PON, APON, EPON, BPON, GPON - технологии пассивных оптических сетей (ATM PON, Ethernet PON, Broadband PON, Gigabit rate PON).

1.3 Технологии семейства xDSL

Абонентский доступ - это возможность пользователя обмениваться различного рода информацией удаленно от источника по запросу. Конечная реализация абонентского доступа включает в себя физическую среду и устройства приема передачи и обработки данных. Абонентский доступ характеризуется, в конечном счете, пакетом предоставляемых услуг. Самые распространенные из них - доступ к сети internet, телевидение и телефония. Пакет услуг зависит от пропускной способности абонентской линии.

Рассмотрим обычную схему проводного доступа на медных низкочастотных кабелях связи (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Схема построения абонентского доступа на базе медных кабелей: 1 - центральная станция, 2 - магистральные участки других направлений, 3 - магистральный участок, 4 - распределительный шкаф, 5 - распределительные участки других направлений, 6 - распределительный участок, 7 - абонентская коробка, 8 - абонентская проводка, проложенная к другим пользователям сети, 9 - абонентская проводка, 10 - оконечные устройства.

Распространен случай, когда от АТС протянут медный кабель (сотни пар). Этот кабель подключается в распределительный шкаф, от которого по разным направлениям расходятся кабели с меньшим на порядок количеством пар. Этот кабель доходит до абонентской коробки, откуда по абонентской проводке пара приходит непосредственно к абоненту. Изначально такие линии были предназначены для телефонной связи. С развитием сети Internet, и появлением новых услуг связи, эти линии стали использоваться в цифровых системах передачи данных. Дальнейшее их развитие привело к появлению технологий VDSL, ADSL, ADSL2, ADSL2+, SHDSL путем применения различных способов кодирования и организации широкополосной связи [4].

В местных первичных сетях связи часто применяется медный кабель серии ТПП. На рисунках 1.4 и 1.5 представлены теоретические графики зависимости скорости передачи информации по кабелю ТПП от его длины при прочих идеальных условиях для некоторых технологий семейства xDSL. [5]

Рисунок 1.4 - Скорости передачи информации по кабелю ТПП, в зависимости от его длины



Рисунок 1.5 - Скорости передачи информации для технологий ADSL в зависимости от длины линии

При анализе графиков выясняется, что двухпроводный низкочастотный медный кабель может эффективно использоваться на расстоянии до 6 км, в зависимости от уровня электромагнитных помех, качества самого кабеля и т.д. Из-за взаимного влияния пар количество абонентов ограничено, так как перекрестные помехи снижают скорость передачи информации. На практике можно использовать около 40 % от общего количества пар. Кроме того, медные кабели со временем стареют, качество изоляции падает, медь подвергается коррозии. Все эти проблемы увеличивают затухание кабеля, способствуют влиянию помех, а значит, снижают скорость передачи данных. Даже в лучшем случае, при малых расстояниях скорость передачи цифровой информации не может превышать 30 Мб/с. Даже этого недостаточно, чтобы обеспечить одновременную работу нескольких услуг. Для реализации телевидения высокого качества требуется пропускная способность до 32 Мбит/с. Кроме того, растет потребность в увеличении качества, и скорости доступа к ресурсам в сети Internet.

1.4 Технологии Ethernet

Ethernet - это самый распространенный сегодня стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов [5].

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии, в которую входят сегодня также Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10G Ethernet.

В более узком смысле Ethernet - это сетевой стандарт передачи данных со скоростью 10 Мбит/с, который появился в конце 70-х годов как стандарт трех компаний -- Digital, Intel и Xerox. В начале 80-х Ethernet был стандартизован рабочей группой IEEE 802.3, и с тех пор он является международным стандартом. Технология Ethernet была первой технологией, которая предложила использовать разделяемую среду для доступа к сети.

Локальные сети, являясь пакетными сетями, используют принцип временного мультиплексирования, то есть разделяют передающую среду во времени. Алгоритм управления доступом к среде является одной из важнейших характеристик любой технологии LAN, в значительно большей степени, определяющей ее облик, чем метод кодирования сигналов или формат кадра. В технологии Ethernet в качестве алгоритма разделения среды применяется метод случайного доступа. И хотя его трудно назвать совершенным - при росте нагрузки полезная пропускная способность сети резко падает, но благодаря своей простоте послужил основной причиной успеха технологии Ethernet.

Популярность стандарта Ethernet 10 Мбит/с послужила мощным стимулом его развития. В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, в 1998 - Gigabit Ethernet, а в 2002 году - 10G Ethernet. Каждый из новых стандартов превышал скорость своего предшественника в 10 раз, образуя впечатляющую иерархию скоростей 10 Мбит/с - 100 Мбит/с - 1000 Мбит/с - 10 Гбит/с. [5]

При использовании технологий Ethernet для предоставления услуг доступа применяются две основные топологии (рисунок 1.6 и рисунок 1.7).



Рисунок 1.6 - Кольцевая топология

Рисунок 1.7 - Смешанная топология

Для резервирования каналов и уменьшения загруженности можно применять кольцевые топологии, однако, с целью экономии, в ряде случаев, на коммутаторах предварительной агрегации можно использовать топологию типа «звезда», однако такая топология не обладает высокой надежностью [5].

Как видно из рисунков 1.6 и 1.7, структура сетей подчиняется иерархии. По мере удаления от абонентов используются все более высокоскоростные подключения.

Витая пара (англ. twisted pair) - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), для уменьшения взаимных наводок при передаче сигнала, и покрытых пластиковой оболочкой. Витая пара используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring.

В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распространённым для построения локальных сетей.

В зависимости от наличия защиты - электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

- неэкранированная витая пара (UTP - Unshielded twisted pair)

- экранированная витая пара (STP - Shielded twisted pair)

- фольгированная витая пара (FTP - Foiled twisted pair)

- фольгированная экранированная витая пара (SFTP - Shielded Foiled twisted pair)

В некоторых типах экранированного кабеля защита может использоваться ещё и вокруг каждой пары, индивидуальное экранирование. Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних, и т. д. Экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.

В дополнение к этому кабель применяется одножильный многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы, а во втором - из нескольких.

Одножильный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для прокладки в коробах, стенах и т.д. с последующим оконечиванием розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются. Однако для «врезания» в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.

В свою очередь многожильный кабель плохо переносит «врезание» в разъемы панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручиваниях. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (PatchCord), соединяющих периферию с розетками. Кроме того, многожильный провод оказывает меньшее сопротивление высокочастотному сигналу (Скин-эффект).

Основное назначение экранированного кабеля - поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем UTP-кабель категории 5, максимальная длина сегмента которого не должна превышать 100 метров. Кабель категории 7 вряд ли целесообразен к применению: стоимость сети на его основе близка к стоимости сети на оптоволокне, а характеристики оптоволоконных кабелей выше. Поэтому, вероятно, в ближайшем будущем он постепенно уйдет, оставшись только в истории развития кабелей.

Кабели на основе экранированной витой пары STP хорошо защищают от внешних помех передаваемые сигналы. Заземляемый экран, использующийся в этом типе кабеля, усложняет прокладку, так как требует качественного заземления и удорожает сам кабель. Экранированный кабель применяется только для передачи данных.

1.5 Технологии с использованием ВОЛС

В настоящее время существует возможность реализовать технологии проводного доступа на основе оптического волокна. К ним относятся FTTx и PON. Эти технологии могут использоваться как одновременно, так и совместно со многими другими в решении проблемы последней мили.

Стоит заметить, что оптические волокна проводят фотоны, а не электрические сигналы. Почти все проблемы, присущие металлическому кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание), необходимость заземления, гальванической развязки, полностью устраняются.

Современные оптические излучатели в волоконно-оптических системах связи способны переключаться с частотой порядка десятков ГГц. Оптические волокна отличаются низким затуханием (менее 10 дБ/км). Благодаря таким характеристикам ВОЛС обладают неоспоримым преимуществом по сравнению с медножильными линиями связи. Оптическое волокно способно обеспечить большую скорость передачи информации на большие расстояния.

Оптические сети можно разделить на два класса - активные и пассивные. Между узлом доступа и оконечным пользовательским оборудованием активной сети имеется какое-либо активное оборудование (например, регенератор или коммутатор). В пассивной сети активное оборудование отсутствует, то есть сеть состоит только из пассивных компонентов: волоконно-оптические соединители, разветвители и мультиплексоры WDM.

1.5.1 Технологии FTTx

Технологии семейства FTTx предусматривают доведение оптического кабеля к точке «x». Они классифицируются по степени близости абонента к точке доведения волокна (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 - Варианты реализации FTTx

Технологии FTTx можно так же классифицировать по способу передачи данных от сетевого концентратора к абоненту. FTTB можно интерпретировать как FTTC и FTTCab, так как нет между ними принципиального отличия [6].

Одна из технологий, применяемых на последней миле это xDSL (рисунок 1.9).



Рисунок 1.9 - Схема построения смешанного абонентского доступа с использованием xDSL: 1 - центральная станция, 2 - магистральные участки других направлений (оптический кабель), 3 - магистральный участок (оптический кабель), 4 - коммутатор с DSLAM, 5 - распределительные участки др. направлений (медные витые пары), 6 - распределительный участок (медные витые пары), 7 - DSL-модем, 8 - Ethernet-кабель, 9 - оконечные устройства, 10 - защищающий распределительный шкаф с источниками питания, 11 - дом или офис абонента

В данной схеме оптический кабель подключается к DSLAM. Это устройство обычно бывает установлено в защищенном от неблагоприятных погодных условий и вандализма шкафу, где так же предусмотрен блок бесперебойного питания. Участок от шкафа до абонента аналогичен участку традиционной DSL линии. Данная схема наиболее пригодна для реализации FTTC и FTTN, в случае, когда расстояние от узла связи более 5 км.

Существует еще один вид смешанного доступа, когда распределительная абонентская сеть строится на основе заранее проложенной локальной сети Ethernet, коммутаторы в сети имеют один или несколько оптических интерфейсов, через которые соединяются с другими коммутаторами, либо с сетевыми устройствами в центральном узле связи. Через которые обеспечивается доступ в интернет, работа прочих услуг абонентского доступа и работу всей сети.

Технологии смешанного доступа предполагают доведение оптики до точки концентрации. Но можно провести оптоволоконный кабель прямо к абоненту, будь то квартира, дом или офис. Это соответствует концепции FTTH (Fiber To The House - «волокно к дому») - рисунок 1.10.



Рисунок 1.10 - Схема построения технологии FTTH с топологией точка-точка: 1 - центральная станция c оптическим передатчиком, 2 - магистральные участки других направлений (оптический кабель), 3 - магистральный участок (оптический кабель), 4 - оптоэлектронный модем, 5 - оконечные устройства, 6 - дом или офис абонента

Эта технология позволяет предоставлять индивидуальному пользователю каналы с пропускной способностью выше 1 Гбит/с, при этом расстояние от узла связи до абонента по сравнению с DSL может быть больше в несколько десятков раз.

1.5.2 Технологии PON

PON (Passive Optical Network) - пассивная оптическая сеть, в которой между узлом доступа и оконечным пользовательским оборудованием отсутствует активное оборудование, то есть. сеть состоит только из пассивных компонентов: волоконно-оптические соединители, разветвители и мультиплексоры WDM (рисунок 1.11).

Рисунок 1.11 - Общая структура сети PON

Активное оборудование в центральном офисе или на узле доступа называется оптическим линейным терминалом (Optical Line Terminal - OLT), а оборудование на абонентском узле - оптическим сетевым устройством (Optical Network Unit - ONU). Некоторые из услуг связи, обычно предоставляемых сетями PON, также показаны на рисунке 1.11. Ключевым звеном в сети PON является разветвитель (пассивный оптический сплиттер), который характеризуется коэффициентом разветвления N. Разветвляясь, оптический сигнал делится по мощности на N направлений. Количество ответвлений от одного волокна может достигать 64.

PON - это семейство быстроразвивающихся, наиболее перспективных технологий широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну. Суть технологии пассивных оптических сетей - разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности - сплиттеров. Следствием этого преимущества является снижение стоимости системы доступа, уменьшение объема необходимого сетевого управления, высокая дальность передачи и отсутствие необходимости в последующей модернизации распределительной сети [6].

Основная идея архитектуры PON - использование всего одного приемопередающего модуля в центральном узле OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них. Число абонентских узлов ONT, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающего оборудования [7].

Для передачи потока информации от OLT к ONT (прямого потока) используется длина волны 1490/1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие прямой и обратный потоки по частоте (длине волны).

Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из общего потока предназначенную только ему часть информации.

В обратном потоке все абонентские узлы ONT ведут передачу на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением (TDMA). Для того, чтобы исключить возможности пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных с учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от центрального узла.

Наиболее перспективной технологией семейства пассивных оптических сетей является технология GPON (Gigabit- capable Passive Optical Network). Стандарт GPON ITU-TRec. G.984.3 GPON был принят в октябре 2003 года. Основанная на принятых в последние годы стандартах технология GPON предоставляет оператору эффективное решение высокоскоростной «последней мили», обеспечивает существенную экономию оптических волокон за счет древовидной архитектуры сети и высокую надежность - благодаря пассивности элементов ветвления. В такой сети выделяют три основных элемента:

- OLT (Optical Line Terminal - оптический линейный терминал) - это станционное оборудование, которое размещается, как правило, на узле оператора.

- ODN (Optical Distribution Network) - оптическая распределительная сеть, ключевыми элементами которой, являются пассивные оптические сплиттеры, на которых происходит разделение сигнала (благодаря этим элементам сеть и называется пассивной).

- ONT (Optical Network Terminal) или ONU (Optical Network Unit) - эти устройства устанавливаются со стороны абонента. С точки зрения стандарта отличие ONT от ONU следующие: под ONT понимают устройство, которое непосредственно устанавливается у абонента (например, ONT с 4 портами Fast Ethernet и 2 FXS), ONU же устройство, которое может быть установлено в стойке или шкафу, как правило имеет много портов и к нему подключаются не один, а несколько абонентов (например, устройства с 24 портами Fast Ethernet, 24 портами FXS). Но все это, в настоящее время, достаточно условно и употребляется больше термин ONT.

Поддержка современных технологий волнового мультиплексирования (WDM) позволяет значительно увеличивать общую пропускную способность сети без модернизации кабельной инфраструктуры. При этом древовидная структура сети «точка-многоточка» дает возможность для клиентских сервисов.

Поддержка кольцевой и древовидной топологии с возможностью полного резервирования сетевых интерфейсов и каналов связи при малом времени переключения на резервный обеспечивает высокий уровень надежности и доступности сетевых сервисов.

На рисунках 1.12 и 1.13 представлены возможные топологии построения сети GPON.

Рисунок 1.12 - Топология построения сети GPON - кольцо

Рисунок 1.13 - Топология построения сети GPON - дерево с избыточностью

При достаточно высокой скорости передачи до 2,5 Гбит/с в обоих направлениях GPON обеспечивает прозрачный транспорт для любых сервисов (ATM, SDH, TDM, Ethernet). За счет полной изоляции каждого сервиса и поддержи встроенных средств шифрования контента достигается высокий уровень безопасности сети.

Достоинства пассивных оптических сетей и ряд уникальных возможностей определяют преимущества технологии GPON перед технологиями SDH и Ethernet в решениях оптической «последней мили» и ее сетей доступа в городских мультисервисных сетях связи.

GPON представляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 62 Мбит/с до 2,5 Гбит/с, и допускает системы как с одинаковой скоростью передачи прямого и обратного потока в дереве PON, так и с разной.

Исследование показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON.

Если в SDH деление полосы происходит статично, то GEF, сохраняя структуру кадра SDH, позволяет динамически распределять полосу.

В таблице 1.1 представлена сравнительная характеристика технологий xPON.

Таблица 1.1- Сравнительная характеристика технологий xPON

	Наименование
	Характеристики	APON (BPON)	EPON	GPON
1	Институты стандартизации / альянсы	TU-T SG15 / FSAN	IEEE / EFMA	TU-T SG15 / FSAN
2	Дата принятия стандарта	октябрь 1998	июль 2004	октябрь 2003
3	Стандарт	ITU-T G.981.x	IEEE 802.3ah	ITU-T G.984.x
4	Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	155/155 622/155 622/622	1000/1000	1244/155,622, 1244 2488/622,1244, 2488
5	Базовый протокол	ATM1000/1000	Ethernet	SDH
6	Линейный код	NRZ	8B/10B	NRZ
7	Макс. Радиус сети, км	20	20 (>301)	20
8	Максимальное число абонентских узлов на одно волокно	32	16	64 (128)
9	Приложения	Любые	IP, данные	Любые
10	Коррекция ошибок FEC	предусмотрена	нет	необходима
11	Длины волн прямого/обратного потоков, нм	1550/1310 (1480/1310)	1550/1310 (1310/1310)	1550/1310 (1480/1310)
12	Динамическое распределение полосы	есть	поддержка	есть
13	IP-фрагментация	есть	нет	есть
14	Защита данных	Шифрование открытыми ключами	нет	Шифрование открытыми ключами
15	Резервирование	есть	нет	есть
16	Оценка поддержки голосовых приложений и QoS	высокая	низкая	высокая

Проблема FTTH заключается в высокой стоимости развертывания сети, так как для каждого абонента необходимо выделять по волокну в кабеле так же оптическое оборудование у абонента требует больших финансовых затрат [5]. Технология PON позволяет оператору сэкономить на прокладке волокна, однако проблема цены оборудования не решена.

Для районов с частной застройкой наиболее пригодны технологии FTTN в виде xDSL, а так же FTTH и PON. Так как абоненты разнесены в пространстве на достаточно большие расстояния. Схема FTTB наиболее пригодна для районов с высокой концентрацией многоквартирных домов, поскольку максимально возможная длина абонентской линии связи ограничена сотней метров.

Технология пассивных оптических сетей, на сегодняшний день, является одной из наиболее развитых и совершенных для обеспечения абонентского доступа к трем основным типам информации (телефонии, передачи данных и телевидения). На сегодняшний день PON работает во многих областных и районных центрах страны. За последние несколько лет разработано достаточное количество надежных пассивных компонентов, а большой ассортимент активного оборудования OLT и ONU позволяет применять их для сетей различного типа, масштаба и передачи информации различных видов. Важно и то, что PON продолжает развиваться. Совершенствуется программное обеспечение OLT и его функциональные характеристики.

В работе приведен анализ различных методов оптического доступа, который показал, что применение технологии PON в сетях доступа имеет немало преимуществ:

- экономия волокон в абонентских оптических кабелях;

- значительная экономия оптических излучателей на головной станции;

- возможность предоставления услуг голоса, видео и данных;

- отсутствие необходимости электропитания сетевых элементов (кроме оконечных);

- небольшие затраты на обслуживание;

- простая возможность подключения абонентов;

- возможность динамического расширения полосы: увеличение скорости передачи работающих абонентов за счет неработающих в данный момент;

- дальнейшее увеличение скорости передачи (до 10 Гбит/с) и выше без замены оборудования линейного тракта (оптические кабели, разветвители, соединители);

- последующая возможность значительного увеличения скорости передачи для каждого пользователя за счет применения технологии оптического мультиплексирования (CWDM или DWDM).

Поэтому, рассмотрев различные технологии сетей доступа, технология GPON, выглядит наиболее перспективной по различным характеристикам для проектирования сети доступа в выбранной зоне.



2. Описание проекта

2.1 Краткая географическая и социально-экономическая характеристика Ликино-Дулево Орехово-Зуевского района Московской области

Из двух небольших поселений Ликино и Дулёво вырос современный город Ликино-Дулёво. Его развитие связано с созданием в этих местах предприятий: в Дулёве - в 1832 году по производству фарфора, в Ликино - в 1870 году по выпуску ткани. Когда-то поселения разделял лес, сосны. Но со временем лес уступал свои позиции людям, так как вокруг производств возводились хозяйственные постройки, дома, казармы, харчевые лавки, трактиры.

Развивались предприятия - увеличивалось число работников, росли населённые пункты. История Ликино-Дулёво как города ведёт свой отсчёт с 1 декабря 1937 года, как Президиум Всероссийского центрального исполнительного комитета Совета СССР принял решение преобразовать рабочий посёлок Ликино-Дулёво. На тот период в нём проживали 17230 человек, он занимал территорию около 750 гектаров. Через 25 лет число горожан выросло до 26 тысяч человек. [8]

В настоящее время Ликино-Дулёво расположено на площади в 1500 гектаров, численность населения составляет 30069 человек. Находится город на востоке Московской области, его географические координаты - 55,42 градусов северной широты 38,57 градусов восточной долготы. За 1976-1980 годы были построены жилые дома общей площадью 85,5 тыс. кв. метров.

Ликино-Дулёво находится в Орехово-Зуевском районе, примерно в 80 километрах от Москвы, город делится на три района ЛиАЗ, Ликино и Дулёво, с городом граничат несколько деревень: Ионово, Кабаново, Коротково и Кудыкино.

В начале XIX века на территории Дулёво был построен фарфоровый завод. Он был основан разбогатевшим крестьянином Терентием Кузнецовым, уроженцем Гжельской волости. Согласно одной из версий происхождения названия Дулёво, недалеко от завода находился лес, в котором было жилище лесника Ивана Дулёва: от фамилии этого человека и произошло название деревни. Впрочем, эта версия не имеет никаких документальных подтверждений, так что правильнее назвать ее легендой или преданием.

В 30-е годы XX века две деревни объединились в один посёлок, в котором проживали заводские рабочие.

В настоящее время Ликино-Дулёво - промышленный центр Подмосковья. Здесь функционирует один из крупнейших в стране фарфоровых заводов, работают предприятия пищевой промышленности, ЛиАЗ осуществляет выпуск автобусов. [8]

Рисунок 2.1 - Границы города Ликино-Дулево

Среди достопримечательностей города - церковь Иоанна Богослова (начало XX века), ДК фарфорового завода и здание поликлиники, построенное в 30-е годы XX столетия по проекту архитектора Кузнецова.

Как уже отмечалось, на территории города находятся предприятия:

- Дулёвский фарфоровый завод (основан в 1832 - один из крупнейших в России фарфоровых заводов);

- Прядильно-ткацкая фабрика (основана в 1870);

- Автобусный завод ЛиАЗ (основан в 1933) - производитель (с 1959 года) наиболее распространённых в России автобусов;

- Красочный завод (работает с 1931);

- Предприятия пищевой промышленности: хлебозавод, кондитерская фабрика «Весна», производство мясных полуфабрикатов «Звезда».

На территории города расположено 9 школ, существует несколько профессиональных училищ, кинотеатр, три стадиона, спорткомплекс, спортшкола, бассейн, школа искусств, центр технического творчества, краеведческий музей, гимназии.

Численность населения города по состоянию на 1.01.2016 года составила 30,069 человек. [9]

2.2 Описание существующей схемы сети широкополосного доступа

Мультисервисная сеть г. Ликино-Дулево организована для:

- предоставления транспортных услуг;

- подключения абонентов по выделенных линиям по технологии Fast Ethernet;

- подключения абонентов по выделенным линиям ADSL2+;

- подключения абонентов по выделенным линиям по технологии GPON;

- предоставления цифрового телевидения (IPTV);

- предоставления IP- телефонии;

- предоставления провайдерских услуг: сервис «Игровой сервир», FTP сервер;

- создания виртуальных корпоративных сетей;

Технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), обеспечивает скорость до 8 Мбит/с (от сети к пользователю) и до 1.5 кбит/с (от пользователя в сеть).

Решение Ethernet to Home (ETTH), позволяет передавать данные, речь и видео по единой, простой и недорогой сети Ethernet. Уникальность технологии ETTH в том, что использование Ethernet с оптоволокном в качестве среды передачи позволяет, обеспечить доступ по сети со скоростью 1 Гбит/сек, непосредственно из помещения клиента. Для реализации проекта используются узлы доступа сети IP-MPLS. До каждого подключаемого здания производится прокладка оптического кабеля, к которому в свою очередь подключается домовой узел с дальнейшей разводкой на подъездные коммутаторы и далее непосредственно до абонента.

2.3 Выбор проектируемой зоны строительства сети широкополосного доступа

В работе рассматривается проектирование сети широкополосного доступа по технологии GPON. В таблице 2.1 представлен адресный план для проектирования сети широкополосного доступа. Примем коэффициент проникновения проектируемой сети среди жителей микрорайона в размере 80%.

Таблица 2.1 - Адресная программа сети доступа

	Наименование
	Адреса	Тип дома	Количество квартир	Количество этажей	Количество подъездов
1	Степана Морозкина, 1	Каменный	80	10	2
2	Степана Морозкина, 2	Панельный	80	10	2
3	Степана Морозкина, 9	Каменный	80	10	2
4	Текстильщиков, 2	Панельный	80	10	2
5	Текстильщиков, 3	Каменный	80	10	2
6	Текстильщиков, 4	Каменный	80	10	2
7	Текстильщиков, 5	Каменный	160	10	4
8	Текстильщиков, 6	Каменный	160	10	4
9	Текстильщиков, 7	Каменный	80	5	4
10	Текстильщиков, 8	Каменный	80	5	4
	Итого	10	960	240	28

На рисунке 2.2 представлена зона проектируемых домов.



Рисунок 2.2 - Зона проектируемых домов

2.4 Расчет требуемой пропускной способности сети

Для построения структурной схемы проектируемой сети, выбора активного оборудования и волоконно-оптических кабелей связи необходимо провести расчет пропускной способности сети.

Предположим, что будущим абонентам будет предлагаться на выбор три пакета услуг - скорость в канале DL 50 Мбит/с, 75 Мбит/с и 100 Мбит/с (включая цифровое телевидение). Примем распределение абонентов по скоростям 50%, 30%, 20% соответственно, тогда рассчитаем число абонентов в каждом доме, а также требуемую пропускную способность канала связи.

Расчет будем вести с учетом выбранного коэффициента проникновения 80 %. Кроме того, следует учесть, что согласно описанию технология GPON позволяет обеспечить полосу пропускания по одному оптическому волокну до 2,5 Гбит/с (таблица 2.2).



Таблица 2.2 - Расчет требуемой пропускной способности

№ дома	Общее кол-во квартир	Кол-во абонентов (80%)	Число абонентов	Пропускная способность, Мбит/с	Требуемая ПС, Мбит/с	Требуемое число ОВ
			50 Мбит/с (50%)	75 Мбит/с (30%)	100 Мбит/с (20%)	50 Мбит/с	75 Мбит/с	100 Мбит/с
1	80	64	32	19	13	1600	1440	1280	4320	2
2	80	64	32	19	13	1600	1440	1280	4320	2
3	80	64	32	19	13	1600	1440	1280	4320	2
4	80	64	32	19	13	1600	1440	1280	4320	2
5	80	64	32	19	13	1600	1440	1280	4320	2
6	80	64	32	19	13	1600	1440	1280	4320	2
7	160	128	64	38	26	3200	2880	2560	8640	4
8	160	128	64	38	26	3200	2880	2560	8640	4
9	80	64	32	19	13	1600	1440	1280	4320	2
10	80	64	32	19	13	1600	1440	1280	4320	2
Итого	960	768	384	230	154	19200	17280	15360	51840	24

Таким образом, общая пропускная способность сети составит 51840 Мбит/с, общее число абонентов - 768 квартир. Требуемое число оптических волокон в магистральном кабеле - 24.



3. Основы проектирования сетей абонентского доступа

3.1 Специфика выполнения проектно-изыскательских работ

Строительство сетей связи, как и любой другой вид строительства, является сложным и многогранным процессом. Он требует от всех участников последовательных и максимально согласованных действий на всех этапах развития инвестиционного процесса. [10]. Существуют типовые алгоритмы и схемы взаимодействия заказчика и проектировщика, имеющийся опыт, корпоративные традиции, однако в каждом проекте неизбежно встречается целый ряд особенностей, которые необходимо учитывать индивидуально.

Сформулируем основные требования, предъявляемые к сети абонентского доступа на базе PON [11]:

- узлы агрегации размещаются в существующих зданиях АТС. На АТС выделяется место для установки пассивного и активного оборудования PON: магистральный ОК с разветвительными муфтами или без них, заземляющее устройство для брони кабеля, линейный оптический кросс высокой плотности, оборудование OLT, оптический кросс OLT;

- абонентская ёмкость зоны определяется исходя из существующего количества жилых квартир;

- максимальное использование ресурсов существующей сети, линейные и станционные сооружения связи;

- строительство сети осуществляется поэтапно, как правило, очередями по 10 000 абонентов; строительство каждой последующей очереди не должно быть начато, пока не будет завершено проектирование предыдущей очереди;

- адресная база формируется и утверждается заказчиком на основании собственных интересов;

- проектом предусматривается абонентская проводка только на объектах строящегося жилья.

В общем случае, основываясь на этих требованиях, проектно- изыскательские работы можно разбить на этапы:

- установочное совещание;

- изыскания; сбор необходимой информации;

- анализ полученных данных, запрос при необходимости дополнительных сведений, выработка предварительных технических решений;

- оформление схем магистральной сети и распределительной сети, согласование принятых технических решений и схем с заказчиком, утверждение заказчиком разработанных чертежей;

- проектирование кабеля в кабельной канализации. На этом этапе предполагается формирование перечня участков канализации, где отсутствует техническая возможность прокладки кабеля, либо отсутствуют данные о такой возможности (в том случае, если учетная документация неактуальна). Эти участки наносятся на схему кабельной канализации. Далее организуются изыскательские работы по перечню с привлечением необходимых ресурсов, оформление по результатам изысканий списка необходимой геоподосновы, запрос участков геоподосновы в масштабе 1:500 в соответствующих органах, нанесение на полученные схемы проектных решений по прокладке, докладки кабельной канализации, установка распределительных шкафов, устройств кабельных колодцев, вводов в дома и т.д. Проведение необходимых согласований данных решений в соответствии с местным и федеральным законодательством, окончательное оформление проектной документации по трассам;

- оформление и выпуск проектно-сметной документации.

Проектирование сети абонентского доступа на базе PON производится на основании технических заданий, в которых указываются наименование объекта; основание для проектирования; сроки строительства; намечаемый размер капитальных вложений; стадийность проектирования; наименование строительной. К заданию на проектирование должны быть приложены исходные данные.