Проектировании системы кабельного телевидения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Целью данной дипломной работы является исследование развития сети кабельного телевидения. Задача работы состоит в проектировании системы кабельного телевидения и проведение последующего анализа экономической эффективности проекта.

Требуемое качество приема программ телевизионного вещания в условиях города, достигается посредством использования систем коллективного приема телевизионных программ. Данные системы стоятся с использованием благоприятно расположенных антенн или распределительной сети на основе коаксиального кабеля, что позволяет обеспечить качественный прием телевизионных сигналов для всех абонентов системы.

Современные системы коллективного приема, строятся, в основном, на основе кабельных телевизионных сетей, в каждой из которых может обслуживаться до нескольких тысяч абонентов. Использование сетей кабельного телевидения позволяет достаточно легко решать вопросы повсеместной телефикации районов, где условия эфирного приема остаются достаточно сложными, и при этом, обеспечить предоставление дополнительных информационных услуг абонентам телевизионных коммерческих программ.

В распределительных сетях кабельного телевидения, по одному коаксиальному кабелю, используемому в качестве магистральной и субмагистральной линии, осуществляется передача сигналов нескольких телевизионных программ на расстояние 2-3 км и более. С целью компенсации затухания сигнала, на магистральных и субмагистральных линиях, через определённые интервалы устанавливаются широкополосные высокочастотные усилители.

В случае развертывания кабельной сети в ближней зоне от телецентра, где нормальной работе сети мешают сильные электромагнитные поля, на головных станциях наряду с конверторами дециметрового диапазона часто применяют конверторы, преобразующие частоты в пределах метрового диапазона волн. Это делается с целью исключения помех, обусловленных прямыми наводками на входы телевизионных приемников и абонентские кабели.

В данном дипломном проекте предполагается создание СКТВ с использованием технологии FTTH. Данная технология будет реализована в городском районе, состоящем из 25 жилых домов. При этом, примерное количество абонентов составит 908 человек.

Актуальность темы данной работы заключается в том, что в связи со снижением стоимости оптического оборудования и кабеля, реализация сетей кабельного телевидения на основе FTTH, приобретает все большую популярность, т.к. позволяет предоставлять абонентам практически неомраченное количество информационных услуг высокого качества.

В ходе работы над проектом необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ используемых технологий строительства СКТВ;

- выбрать топологию проектируемой СКТВ;

- произвести расчет сегментов СКТВ и кабельной сети, капитальные затраты и расходы;

- рассчитать экономическую эффективность проекта СКТВ.

1. Развитие сети кабельного телевидения

кабельный телевидение распределительный топология

1.1 История и перспективы развития сетей кабельного телевидения

Первым видом коммуникаций являлась система сигналов, позднее возникла речь, необходимая для координации совместных действий человека. Дальнейшим развитием средств коммуникаций стало изобретение письменности и книгопечатания, появление газет. Но, вполне очевидно, что для оперативной передачи информации, этих средств было недостаточно.

Еще в древности люди научились использовать световые сигналы для передачи информационных сообщений. Но тогда, подобные средства коммуникаций имели достаточно ограниченную дальность, так как свет не имеет способности проникать сквозь естественные препятствия. И даже в пределах прямой видимости распространению света может помешать, к примеру, обычный туман.

Изобретение радио позволило обеспечить повсеместное проникновение информации, вне зависимости от расстояния и преград. Человек получил возможность оперативно получать информацию через органы слуха, с помощью радио, а представление о пространственном изображении неподвижных объектов, все еще осуществлялось через фотоснимки, опубликованные в прессе.

Человек через органы зрения получает более 80% информации. Человеческий глаз способен воспринимать электромагнитные излучения в диапазоне длин волн 400-700 нм. Посредством преобразования света в оптическое изображение, а далее в электрические сигналы, удалось осуществить передачу изображения, и таким образом обеспечить дистанционное отображение информации о движущихся объектах в сознании человека. В итоге, человеку стала доступна возможность видеть и слышать в масштабах целого мира.

После Интернета, сети кабельного телевидения являются одними из самых молодых средств массовой информации. Передача видеосигнала по кабельным линиям является наиболее перспективным способом распространения видеоинформации. В современных сетях кабельного телевидения в качестве основной магистрали используются линии на основе оптоволоконного кабеля. А в качестве абонентских линий («последняя миля») применяются медный кабель типа«витая пара» или коаксиальный кабель.

Первый примитивный прототип кабельной сети соорудил в 1948 г. владелец магазина бытовой техники Джон Уолсон. Сеть располагалась в небольшом городке Маханой-сити в США (шт. Пенсильвания). Городок расположен в гористой местности, поэтому из-за перепада высот, качество приема оставляла желать лучшего. Тогда изобретатель установил высокую мачту на ближайшей горке и укрепил на ней антенну. Электрический кабель от антенны подключался непосредственно на вход телевизора. Эти меры позволили заметно улучшить качество изображения. В дальнейшем Джон Уолсон подключил к наружной антенне с помощью кабеля, собственный дом и дом соседа. Спустя год, благодаря объединению своих усилий с компанией JerroldElectronicsCorp., Джон Уолсон стал прокладывать кабель всем желающим за абонентскую плату три доллара в месяц.

Первая в мире экспериментальная сеть кабельного телевидения была создана в Москве в 1939 году. Сеть обслуживала два дома на Петровском бульваре по 30 абонентов в каждом. В квартире абонента располагался четырехламповый телевизор упрощенной конструкции, выпускаемый Александровским радиозаводом. В дальнейшем с расширением каналов вещания, данную кабельную сеть посчитали не перспективной.

В начале 50-х гг., трудности получения ТВ-лицензии на эфирное вещание способствовали быстрому росту количества небольших кабельных телевизионных сетей по всей Америке. К 70-м гг. появились кабели с увеличенной пропускной способностью, и компании, посредством размещения антенных комплексов на высотных зданиях, стали ретранслировать эфирные каналы, а к середине этого же периода, в ретрансляцию добавились еще и спутниковые каналы.

Программы кабельных каналов собственной разработки, изначально выглядели достаточно примитивно, но уже 1 июня 1980 года начала вещание глобальная кабельная сеть CNN. Основателем сети стал американский бизнесмен Роберт Эдвард Тернер. Программы CNN отличались высоким качеством, что за пять лет принесло каналу высокую популярность, и он стал транслироваться по всему миру с помощью спутниковых систем.

На территории России только в 1979 году была принята законодательная база для создания кабельных систем коллективного приема, к 1989 году было построено несколько десятков сетей с общим числом 80000 абонентов. Политическая и экономическая нестабильность увеличила отставание в сфере информационных технологий. Сейчас наша страна переживает бурный рост телекоммуникационных технологий, в том числе кабельного телевидения. С одной стороны, отсталость России в сфере кабельного вещания дает преимущества: можно построить новые сети основываясь на опыте зарубежных коллег, использовать новые технологии а не модернизировать старые которые морально устарели. С другой стороны, нет опыта построения сетей такого рода специалистов с таким опытом.

В СССР, передача видеосигнала по кабельным линиям, в основном использовалась для обеспечения удовлетворительного приема программ в зонах «радиотеней». Такие зоны зачастую встречаются в городах, что обусловлено их застройкой, когда дома разной высоты располагаются близко.

В России, первые оптоволоконные магистрали были построены между Ленинградом и Минском, Ленинградом и Волховстроем в 90-х гг. XXв. Они предназначались для передачи больших объемов трафика различного вид.

Благодаря использованию оптоволокна стала возможна многоканальная передача сигналов программ телевидения, и предоставление абонентам за плату большого количества телевизионных каналов. Поскольку стоимость оптоволоконного кабеля еще достаточно высока, конечное распределение программ осуществляется по более дешевому коаксиальному кабелю. В крупных городах новые дома строят с учетом последующей закладки кабеля в каждую квартиру. Особо перспективными в настоящее время, являются каналы интерактивного телевидения и видео по запросу.

В настоящее время в России существует огромное количество кабельных линий различной протяженности. На данный момент, главной задачей является укрупнение разрозненных мелких сетей с одновременным увеличением количества телевизионных каналов. Основной проблемой на пути укрупнение разрозненных сетей является обеспечение их технической совместимости без глобальной реконструкции. Другими словами, задача заключается в создании единой системы на основе разрозненных модулей.

Современные системы СКТВ обеспечивают доставку через распределительную сеть телезрителям, высококачественного видеосигнала. При этом, количество тематических каналов является достаточным, чтобы удовлетворить информационные потребности огромной аудитории телезрителей.

В условиях огромной страны, обеспечить телевещание с высоким качеством как в центральных, густонаселенных районах, так и в отдаленных регионах, возможно только при оптимальном сочетании различных каналов связи. Системы СКТВ объединяют спутниковые каналы и систему наземных ретрансляторов, обеспечивая, таким образом, гармонизацию существующих технологий.

Среди современных и перспективных тенденций развития кабельного ТВ-вещания можно выделить следующие:

- коллективные и индивидуальные системы спутникового ТВ; - кабельных сети на основе волоконно-оптических линий; - мобильное телевидение.

1.2 Виды сетей кабельного телевидения

Перечислим основные виды сетей телевидения:

1. Эфирное телерадиовещание.

Эфирное телевидение было придумано первым. Каналы данного вида ТВ способен принимать абсолютно любой телевизор в нашей стране. Оно является бесплатным и на него не требуется какого то дополнительного технического обеспечения. Эфир наполняется в соответствии с телепрограммами, которые есть во всех периодических печатных изданиях.

2. Спутниковое телевидение.

Спутниковое телевидение, как следует из названия Ю вещает с помощью спутника, «подвешенного» на околоземной орбите. Сигнал принимает на индивидуальная антенна-«тарелка, установленная на крышах домов абонентов. Данный вид телевидения стал более совершенной заменой кабельного и постепенно вытесняет своего предшественника. Напрямую используя телевизионные спутники, повышается качество передаваемого сигнала. Однако, к сожалению, спутниковое телевидение достаточно дорогое, так как оно требует специального дорогостоящего оборудования, и за него также необходимо вносить абонентскую плату. Несмотря на это, многие каналы спутникового телевидения стали настолько популярными на территории России, что их телепрограммы также печатаются во всех журналах и газетах.

Достоинства систем спутникового телевидения:

-способно охватывать большие территории свыше 10000 кв. км.; -обладает высоким качеством вещания; -открытое распространение сигнала;

-большая информационная емкость вследствие большой емкости диапазона и большого количества ИСЗ;

-достаточно легкий переход на цифровое вещание; -большие возможности по созданию глобальных сетей.

Недостатки систем спутникового телевидения:

-необходимость использования дорогостоящего приемного оборудования;

-необходимость применения перенаправляемых антенн для приема сигналов с разных ИСЗ;

-трудности с размещением индивидуальных антенн значительного размера;

-достаточно низкая надежность антенных приводов, особенно при работе в плохих погодных условиях;

-более высокая стоимость приема закрытых программ по сравнению с кабельными сетями;

-дорогостоящий космический сегмент;

-высокая стоимость оборудования интернет - доступа; -прием сигнала возможен только в зоне прямой видимости.

3. Кабельное телевидение (СКТВ).

Кабельное телевидение существует благодаря проложенным кабельным сетям, при отсутствии которых прием такого вида ТВ становится невозможен. Кабельное телевидение является платным, но зато и эфир его предназначен для целевой аудитории. Из-за этого, сейчас существует огромное количество различных специализированных кабельных каналов: спортивные, развлекательные, информационные, фильмовые, детские, семейные и пр. Все они существуют, в большей степени, за счет платной подписки своих зрителей. Достоинствами систем кабельного телевидения, являются следующие факторы:

-невысокие затраты на канал;

-возможность предоставления дополнительных услуг, Интернет, телефония и др.;

-простота организации контроля абонентов в коммерческой сети;

-высокое качество вещания; -возможность непосредственного приема сигнала на телеприемники абонентов;

-высокая информационная емкость и помехозащищенность сети;

-возможность модификации сети без капитального строительства.

К недостаткам СКТВ относятся следующие факторы: - значительный размер инвестиций на строительство;

-экономическая неэффективность использования в местах с низкой плотностью населения;

-значительные эксплуатационные затраты.

Таким образом, при рассмотрении все приведенных достоинств и недостатков различных систем телевидения, можно сделать вывод, что СКТВ являются наиболее оптимальным вариантом по соотношению цена - качество.

Структура сетей кабельного телевидения состоит из двух основных частей:

-прием телевизионных каналов и формирование сигнала КТВ; -передача группового сигнала абоненту.

В связи с этим, типовой вариант построения сетей кабельного телевидения, предполагает наличие следующих основных элементов:

-головные станции -приемные телевизионные антенны и антенные усилители;

-конверторы и магистральные усилители; -магистральные и распределительные линии; -ответвители.

Все перечисленные устройства необходимы для обеспечения процесса обработки сигналов, принятых антеннами, и дальнейшей подачи их в магистраль.

Прием телевизионных каналов осуществляется на антенном посту головной станции. В качестве источников сигнала выступают спутники связи, находящиеся на геостационарной орбите или филиалы ОРТПЦ, а также студии вещателя.

Передача спутниковых телеканалов вещателей осуществляется в форматах DVB-S и DVB-S2. Для приема этих сигналов, на антенном посту устанавливаются спутниковые антенны диаметром 2,4 метра.

В случае приема телеканалов от филиала ОРТПЦ или студии вещателя, на головную станцию передается аналоговый сигнал общеобязательных и местных каналов. Для передачи этих сигналов как правило, используются волоконно-оптические линии связи.

Структура сети СКТВ, в первую очередь, зависит от расположения зданий, где планируется установка антенных сооружений и головной станции, также расположением других сооружений, которые будут входить в зону обслуживания СКТВ.

В качестве зданий под размещение головной станции и антенных сооружений, обычно, стремятся выбрать одно из наиболее высоких зданий, среди тех которые находятся в зоне обслуживания системы.

Задние головной станции должно по возможности находиться максимально близко к центру нагрузки. В определенных случаях, с целью борьбы с сильными эхо-сигналами, приемные антенны устанавливают на зданиях, которые несколько ниже самых высоких в системе.

В зону действия СКТВ входят жилые и общественные здания, к которым прокладываются магистральные линии. С целью более рационального и экономичного использования средств, кабельные линии стараются прокладывать по существующим подземным коммуникациям, в качестве которых, обычно, используют городскую телефонную канализацию

Кабельные линии системы кабельного приема телевидения строятся таким образом, чтобы при необходимости они могли быть увеличены, а также чтобы несколько систем могли быть объединены в одну более крупную.

Как правило, в процессе разработки проектов СКТВ, в каждом конкретном случае с учетом существующих или планируемых линейных сооружений, стремятся по возможности приблизить реализуемую схему СКТВ к радиальной.

При любом варианте построения сети СКТВ необходимо обеспечить требования следующего характера:

-минимально возможное затухание и искажение телевизионных сигналов в процессе передачи их от приемных антенн до абонентских устройств;

-надежность работы сети; -минимально возможная стоимость сооружения и эксплуатации системы.

1.3 Технологии сетей доступа кабельного телевидения

В России все большее распространение получает развертывание сетей доступа, которые позволяют предоставлять абоненту широкополосный канал связи. Это обусловлено быстрым ростом требований к полосе пропускания сетей связи, связанных с появлением новых широкополосных услуг. К данным услугам относятся услуги для бизнеса (проведение видеоконференций, удаленное обучение и медицина) и услуги развлекательного характера (видео по запросу, цифровое телевидение, HDTV, on-line игры и т.д.)[6].

Все возрастающая конкуренция между операторами на рынке местных линий связи, вынуждает их проводить оптимизацию своих сетей с целью предоставления наиболее выгодных, с позиции стоимости, услуг. Спрос на высокоскоростной доступ в Интернет очень велик и постоянно возрастает.

В настоящее время, средняя нагрузка на пользователя, по данным различных анализов, уже составляет от 2 до 7 Гбайт в месяц. Но одновременно с этим продолжает увеличиваться количество пользователей приложений файлообменного типа, игр многопользовательского режима и онлайн-видео.

Потребность в широкополосном доступе становится все более актуальной. Основной причиной причина для дальнейшего совершенствования широкополосных сетей, явилось IPTV - интерактивное телевидение высокой четкости. Передача HD потоков требует значительного увеличения полосы пропускания.

Широкополосный доступ способен обеспечить пользователю использование услуг современного уровня, в независимости от места его подключения. Обладателю широкополосного доступа предоставлено значительно больше возможностей в отношении использования мультимедийных услуг, а также информационного обеспечения своего бизнеса.

Благодаря применению широкополосного доступа, появляются новые сферы человеческой деятельности, а уже существующие, приобретают новые, более качественные формы, стимулируется экономический рост, и открываются новые возможности для инвестиций и трудовой деятельности.

HFC технология.

HFC технология предусматривает построение гибридных оптико-коаксиальных сетей кабельного телевидения. HFC сети позволяют осуществлять передачу как аналоговых, так и цифровых сигналов. HFC технология нашла очень широкое применение и подавляющее большинство СКТ базируются именно на этой технологии. HFC сети обладают максимальной потенциальной широкополосностью из всех видов существующих сетей, причем широкополосность обеспечивается как на магистральных участках сети, так и на участках абонентского доступа.

В настоящее время HFC сети находят все большее распространение благодаря широкой полосе канала, мультимедийности, простоте формирования контента, возможности обеспечения равенства двунаправленных информационных потоков ко всем абонентам, а также, высокой надежности и простоте обслуживания. Фрагмент типовой сети, построенной на основе технологии HFC, показан на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 - HFC - сеть кабельного телевидения

В сетях HFC, магистральный участок реализуется на основе волоконно оптической линии передачи, она связывает между собой головную и узловые станции. Выбор топологии СКТ HFC определяется количеством узловых станций.

По волоконно - оптической магистрали сигнал подается от узловой головной станции к оптическим узлам коаксиальной распределительной сети, для организации которой используют кабель большого диаметра, обладающий минимальными потерями (не хуже 0,07 дБ/100 м). Общая протяженность коаксиального кабеля не должна превышать 3 км. Иначе температурные колебания, могут изменить затухание сигналов в коаксиальной линии на столько, что сеть кабельного телевидения окажется не работоспособной.

FTTC технология.

FTTC(FiberToCarb) - оптика до группы домов. FTTC архитектура и явилась родоначальником строительства HFC сетей. Чуть позже появилась возможность построения FTTB и FTTH систем, причиной чего стало снижение цен на оптические кабель и активное оборудование. Однако, сумма затрат на строительство FTTC сети до сих пор остается достаточно большой по сравнению с затратами на создание любой другой архитектур. Это связано со следующими факторами:

- стоимость оптического узла превышает стоимость коаксиального усилителя, при прочих равных условиях.

- стоимость оптического передатчика превышает стоимость оптического узла.

- стоимость монтажа и инсталляции волоконно-оптических линий связи (ВОЛС),превышает стоимость строительства коаксиальных сетей.

На рисунке 1.2 представлена схема типовой FTTC сети. Очевидно, что в реальной сети, некоторые из функциональных зон могут и отсутствовать. В некоторых случаях можно обойтись, например, без вторичной ВОЛС, вторичной головной станция (ВГС) или исключить из схемы цифровую транспортную магистраль.

Рисунок 1.2 - Структурная схема типовой FTTC сети DOCSIS технология

Частным случаем реализации FTTC технологии при строительстве СКТ, является стандарт DOCSIS.

DOCSIS представляет собой технологию, позволяющую быстро и недорого развертывать услуги передачи данных для абонентов сети СКТ. С технической точки зрения, принцип технологии DOCSIS достаточно прост. Для внедрения услуги необходимо установить головной кабельный модем и предоставить пользователям на условиях покупки или аренды абонентские кабельные модемы. Схема реализации услуги представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Структурная схема DOCSIS сети

Недостаток данной технологии заключается в сложности поддержки обратного канала в сети СКТ. В большинстве случаев, сети СКТ уже проектируются и строятся с поддержкой обратного канала. Если исключить данную функцию, то затраты на замену усилителей значительно снижаются.

Число абонентов в кластере определяется исходя из уровня 30% охвата услугой абонента сети. В зависимости от модели головного кабельного модема сетевой структуры, общее количество абонентов в одном кластере может составлять от 1000 до 2000. Это ограничивает скорость передачи данных для отдельного абонента, но в целом, будет оставаться на приемлемом уровне и вполне достаточной для использования сетевых сервисов и интернет - доступа.

FTTB технология.

Технология FTTB (от англ. FibertotheBuilding - оптическое волокно до здания) в текущее время является наиболее востребованной технологией построения сетей широкополосного доступа и СКТ в России. Широкое распространение FTTB обусловлено снижением стоимости оптического кабеля, появлением на рынке недорогих оптических приемников, передатчиков и усилителей.

Применение оптического кабеля в FTTB, делает возможным использование для информационной передачи высокоскоростную технологию MetroEthernet. Также отпадает необходимость заземления несущего троса, полностью исключается опасность выхода из строя оборудования от действия статического заряда, и облегчается процесс согласования создаваемой сети в соответствующих инстанциях по надзору.

Структура данной сети по принципу напоминает гибридную волоконно-коаксиальную сеть и включает в себя узел передачи данных, магистральную линию на основе волоконно-оптического кабеля и распределительную сеть.

Отличие FTTB заключается только в замене оптических узлов на «узлы второго уровня» и типа кабеля, применяемого в распределительной сети.

Главная станция и распределительная сеть, охватывающая дома сетевого района не нуждается в изменениях в случае дальнейшей модернизации, а для магистральной линии может потребоваться лишь увеличение емкости оптического кабеля. При применении FTTB - технологии, оптический кабель заводится в дом, обычно, на цокольный этаж или на чердак (второй вариант является более эффективным с экономической точки зрения) и подключается к устройству ONU (OpticalNetworkUnit). Со стороны оператора связи подключается терминал оптической линии OLT (OpticalLineTerminal). OLT является primary - устройством и определяет параметры обмена трафика (к примеру, временные интервалы приема/передачи сигнала) с абонентскими устройствами ONU.

Домовая распределительная сеть реализуется по «витой паре». Данный подход наиболее целесообразно применять для построения сети в домах многоквартирного типа и бизнес-центрах среднего уровня.

FTTB - технология предусматривает относительно глубокое проникновение оптики до пользователя, иначе, оптический узел (ОУ) обслуживает в среднем на 100…250 абонентов (к примеру, 9…12-ти этажный дом на 4…6 подъездов). При этом, после ОУ, как правило, включается не более одного коаксиального усилителя.

К особенностям FTTB - технологии относятся:

Повышенная надежность. Из практики известно, что основное количество отказов приходится именно не на волоконно-оптические линии, а на домовые распределительные сети. В силу того, что каскадным способом включается не более одного усилителя (усилитель на подъезд), вероятность отказа значительно снижается.

FTTH технология.

FTTH (FiberToTheHome) - оптика в дом, квартиру. По своей структуре сильно напоминает FTTB сеть, но под FTTH понимаются чисто волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), выходы оптических узлов (ОУ) которых непосредственно (т.е. без дополнительных усилителей) связаны с абонентскими терминалами, например, STB (Set-Top-Box) или телевизором.

Использование данной технологии при организации СКТ, предусматривается в данном дипломном проекте, поэтому, более подробно рассмотрим особенности организации FTTH сетей.

Если применять данную технологию в российским условиям эксплуатации, то FTTH является наиболее дорогостоящей технологией. Это обусловлено большим количеством дорогостоящих оптических передатчиков и более протяженные ВОЛС,по сравнению с любой другой технологией (FTTC или FTTB).

Дороговизна оборудования отразится,в первую очередь, на стоимости подключения и тарификации. В итоге конкуренты, с менее совершенным оборудованием, будут иметь постоянный приток клиентов и увеличение прибылей, поэтому, строить сеть по технологии FTTH, во многих случаях, экономически не выгодно.FTTC и FTTB технологии во многом схожи, разница в затратах на их реализацию несущественна и составляет не более 10%. На рисунке 1.4 показан пример реализации FTTH сети.

Рисунок 1.4 - Пример реализации FTTH сети

Технология FTTH обладает следующими отличительными особенностями.

Очень высокая надежность. Все мультисервисные сети передачи данных и телевидения, которые были построены используя именно оптические активные компоненты, известны тем, что обладают очень высокой надежностью. Важно так же и то, что исчезает необходимость использовать дистанционное питание, которое является источником многих проблем у кабельных операторов.

Так же, если построить резервные оптические волокна (ОВ) в волоконно-оптическом кабеле (ВОК), то становится вероятой возможность реализации ручного и/или автоматического резервирования как по направлениям (кольцевое резервирование), так и по жилам с минимальными затратами.

Модернизация FTTH сети может быть реализована посредством дополнительной установки в основных узлах распределения, оптических кроссовых шкафов. Перекоммутация осуществляется за счет простейшей переустановки патчкордовна соответствующих направлениях.

Одним из главных достоинств является простота построения параллельных сетей. По сути ВОЛС является идеальной многоканальной (на физическом уровне) транспортной сетью с некоторыми особенностями: сверхширокополосность, имеет помехозащищенность от всех видов электромагнитных наводок, малые погонные потери, низкая чувствительность к температурным воздействиям, высокая защита от несанкционированного подключения и др.

Одним из наиболее популярных и удобных способов передачи данных в таких сетях, является использование Ethernet технологии, из-за того, что они являются наиболее универсальными и скоростными.

Возможность отказа от реверсного канала в традиционных HFC сетях использующих стандарт DOCSIS. Данная возможность имеет место быть при наличии параллельных Ethernet сетей, изначально являющимися двунаправленными. Также, реализация услуг передачи данных в мультисервисных сетях на базе параллельных Ethernet сетей дает возможность добиться дополнительной экономии из-за использования экономичных ОУ без передатчиков реверсного направления, например, ORX-422 или ORX-101 производства «Макротел», Россия.

Существенное снижение шумов ингрессии в реверсном канале при условии достаточности приемников реверсного направления (Upstream). Более высокие скорости цифровых потоков в реверсном направлении при неизменном числе частотных каналов обязаны исключительно числу upstream-приемников, устанавливаемых в составе головной станции кабельных модемов (CMTS). Иначе говоря, если при HFC технологии увеличение количества upstream-приемников не несло практического смысла из-за значительной величины C/NC, то при FTTH технологии имеет явный смысл наращивания таких приемников. Более того, такие приемники могут уже работать как при смешанной оптической технологии на одной частоте, так и при классической технологии (upstream-приемник на кластер или сегмент) на нескольких частотах.

Чаще всего, в таких сетях реализация услуг передачи данных проходит с использованием Ethernet технологии, поскольку она является наиболее универсальной и скоростной.

Не вдаваясь в математический анализ, можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

Сети с FTTH технологией несколько дороже аналогичных сетей с FTTC технологией. Разница в ценовой политике обычно составляет порядка 10-30%, Без учета стоимости дополнительного оборудования для предоставления услуг по передаче данных и правильного выбора оборудования по ценовой политике с учетом специфики структуры FTTH сети, разница в суммарной стоимости может быть сведена к нулю.

Сети построенные по технологии FTTB по своим особенностям похожи на сети FTTH, однако они дешевле FTTH сетей , но дороже FTTC сетей.

Сети построенные по технологии FTTH за счет прокладываемой многожильной оптики допускают одновременное наложение перспективных высокоскоростных универсальных Ethernet сетей. Вновь стоящиеся сети целесообразно сразу строить по технологии FTTH с последующим их наращиванием до параллельных сетей.

Для операторов, уже эксплуатирующих HFC классическую сеть, не смысла проводить полную перестройку всей своей сети, переводя ее до технологии FTTH. Гораздо лучше будет проведение поэтапной модернизации, посредством подтягивания оптического кабеля ближе к абоненту.Но при этом, необходимо сразу резервировать ОВ под будущие перспективные цифровые технологии.

Постройка комбинированных FTTH сетей имеет свои характерные особенности, тем более находясь в рамках жестокой ценовой политики. При разработке сети также должна учитываться востребованность услуг, которые предоставляет оператор кабельного телевидения, абонентом. Бесспорно, технология FTTH превосходит остальные рассмотренные технологии по всем параметрам, за исключением стоимости оборудования и последующего монтажа элементов сети.

1.4 Построение волоконно-оптических линий связи

Построение ВОЛС само по себе является сложной и трудоемкой задачей, которая требует от проектировщика индивидуального подхода в каждом отдельном случае. После выбора технологию строительства сети, нужно отобрать материалы для строительства и провести расчет сети для определения ее работоспособности.

Емкость ВОК магистральной сети определяется на этапе проектирования магистральной сети, следуя “Методике разработки ситуационного плана”.

Емкость ВОК распределительной сети рассчитывается следующим образом: Емкость межэтажного кабеля рассчитывается по количеству этажей в нем +1 резервное волокно.

Емкость транзитных кабелей:

-1 волокно, в том случае, когда в присоединенном доме не планируется подключение более 4 абонентов

-8 волокон, в случае если подключаться будут пять и более абонентов.

Для строительства магистрали стоит воспользоваться, стандартным одномодовым волокном SF диаметр светонесущей жилы составляет 8…10 мкм. Для ступенчатого одномодового волокна существуют два окна прозрачности, 1310 и 1550 нм распространяется только одно мода. Это устраняет межмодовую дисперсию и обеспечивает высокую пропускную способность.

В отношении дисперсии наилучший режим распространения достигается на длине волны 1310 нм, когда хроматическая дисперсия имеет минимальное значение. При этом потери при распространении составляют 0,3…0,4 дБ/км. Наименьшее затухание 0,2…0,25 дБ/км достигается в окне прозрачности 1550 нм., которое и будем использовать в данном проекте. Для строительства систем кабельного телевидения большой протяженности, в соответствии с ГОСТ Р 52023 2003 такие системы классифицируются СКТ-3 и СКТ-4.

Перед строительством обычно составляется оптический бюджет, который будет включать в себя все возможные потери ВОЛС: на разъемах, на разветвителях, в кабеле при сварке. Следуя из суммарных потерь по мощности можно подобрать оптический передатчик и вычислить оптическую мощность на входе приемника как отличие между мощностью передатчика и оптическими потерями ВОЛС. При строительстве ВОЛС нужно вести контроль параметров на каждом этапе прокладки или подвески на соответствие оптическому бюджету. Также при проектировании необходимо учесть запас по жилам волоконно-оптического кабеля, резерв на старение кабеля и расширение услуг.

С учетом запаса прокладывается 8-волоконный самонесущий кабель. В домах организовывается отдельный шкаф электропитания с рассчитанным сроком работы ИБП не менее 4 часов (с учетом того, что телефонная связь в отсутствии электропитания должна продолжать работать). Для оборудования над каждым стояком (в подъезде) устанавливается антивандальный шкаф с системой дистанционного контроля температуры. Обязательным образом выполняется заземление всех металлических частей.

1.5 Топологии сетей кабельного телевидения

Существуют четыре основные топологии построения сетей доступа, которые используются в сетях практически любого типа: «кольцо», «точка-точка», «дерево с активными узлами», «дерево с пассивными узлами».

Кольцевая топология, в основе которой лежат принципы синхронной цифровой иерархии(SDH), положительно зарекомендовала себя в телекоммуникационных сетях, реализуемых в условиях города. Однако, использование кольцевой технологии, сопряжено с рядом специфических проблем. Если при построении городской транспортной сети, расположение магистральных узлов планируется на этапе проектирования, то при создании сетей доступа, невозможно заранее запланировать где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено.

При территориальном и временном подключении пользователей, осуществляемом в случайном порядке, кольцевая топология может, в итоге, превратиться в сильно изломанное кольцо, имеющее множество ответвлений. Подключение новых абонентов будет производится посредством разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. В практической реализации, зачастую, такие петли совмещаются в одном кабеле, что способствует образование колец, в форме ломаных линий (collapsedrings).

С целью увеличения пропускной способности и резервирования, в сетях с кольцевой топологией применяют двойные кольца. Чтобы не допустить снижения надежности сети, применяют кольцо меньшего размера, так называемые субмагистральные кольца.

«Точка-точка» (P2P).

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую технологию реализации сети доступа. P2P может применятсятакже, для любого сетевого стандарта и для нестандартных (proprietary) решений, в качестве примера которого, можно назвать использование оптических модемов.

С позиции обеспечения сетевой безопасности и защиты передаваемой информации, при соединении «точка-точка» реализуется максимальная защищенность абонентских узлов.

Недостатком P2P является то, что кабель от узла необходимо прокладывать индивидуально до абонента, что обуславливает резкое увеличение протяженности кабельных линий и, как следствие, повышение объема капитальных затрат на реализацию сети, поэтому P2P привлекательна в основном для крупных абонентов.

Рисунок 1.5 -Топология «точка-точка»

«Дерево с активными узлами», прииспользовании оптического волокна, является наиболее эффективным решением, с экономичное точки зрения. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Однако, каждый узел дерева строится с обязательными спользованием активного устройства - коммутатора или маршрутизатора.

Оптические сети, построенные преимущественно на основе данной топологии, относительно недороги. Основным недостатком, здесь, является наличие активных устройств на промежуточных узлах, которые требуют индивидуального электропитания. Пример топологии «дерево с активными узлами» приведен на рисунке.



Рисунок 1.6 - Топология «дерево с активными узлами»

«Дерево с пассивным оптическим разветвлением (P2MP)». Решения построения сетей на основе использования архитектуры P2MP,реализуются по логической топологии «точка-многоточка» (point-to-multipoint). Данная топология лежит в основе технологии PON.К одному порту центрального узла может быть подключен целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, который обеспечивает охват десятков абонентов. При этом, промежуточные узлы дерева организуются посредством установки компактных, полностью пассивных оптических разветвителей (сплиттеров), не требующих электропитания и не нуждающихся в обслуживании.

Использование PON позволяет значительно экономить на кабельной инфраструктуре, посредством снижения общей протяженности оптических волокон. Это объясняется тем, что на участке от центрального узла до разветвителя, используется только одно волокно. Зачастую, практически не обращают внимание на другой источник экономии капитальных затрат, а именно, сокращение количества оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Однако, второй источник экономии, в определенных случаях позволяет сэкономить даже более значительную сумму вложений. Так по оценкам компании NTT, конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе, когда он расположен в непосредственной близости от центрального узла, оказывается экономичнее, чем использование топологии точка-точка, хотя при этом, практически не сокращается длина оптического кабеля. Кроме этого, в случае небольших расстояний до абонентских устройств, с учетом эксплуатационных затрат, оказывается, что реализация PON с разветвителем в центральном офисе, экономичнее, чем PON с разветвителем, который максимально приближен к абонентским узлам.

Рисунок 1.7 - Топология «дерево с пассивным разветвлением»

Развития современных СКТ, характеризуется тем, что существенно увеличивается канальная емкость, организуется интерактивность, повсеместно внедряются технологии передачи сигналов в цифровой форме (интернет, телефония, цифровое телевидение).

1.6 Варианты построения СКВТ

В общем виде, варианты построения сетей кабельного телевидения, состоят из следующих основных элементов:

- головные станции -приемные телевизионные антенны и антенные усилители;

- конверторы и магистральные усилители; -магистральные и распределительные линии;

- ответвители.

Все перечисленные устройства необходимы для обеспечения процесса обработки сигналов, принятых антеннами, и дальнейшей подачи их в магистраль. Магистральные усилители компенсируют ослабление в кабельных линиях сети СКТВ и осуществляют коррекцию их частотных характеристик.

Ответвители, как правило, являются пассивными устройствами, и предназначены для разветвления магистральных линий, а также подключение к ним соединительных кабельных линий и домовых распределительных сетей.

Структура сети СКТВ, в первую очередь, зависит от расположения зданий, где планируется установка антенных сооружений и головной станции, а также расположением других сооружений, которые будут входить в зону обслуживания СКТВ.

В качестве зданий под размещение головной станции и антенных сооружений, обычно, стремятся выбрать одно из наиболее высоких зданий, среди тех которые находятся в зоне обслуживания системы.

Здание головной станции должно по возможности находиться максимально близко к центру нагрузки. В определенных случаях, с целью борьбы с сильными эхо-сигналами, приемные антенны устанавливают на зданиях, которые несколько ниже самых высоких в системе.

В зону действия СКТВ входят жилые и общественные здания, к которым прокладываются магистральные линии. С целью более рационального и экономичного использования средств, кабельные линии стараются прокладывать по существующим подземным коммуникациям, в качестве которых, обычно, используют городскую телефонную канализацию

Кабельные линии системы кабельного приёма телевидения строятся таким образом, чтобы при необходимости они могли быть увеличены, а также чтобы несколько систем могли быть объединены в одну более крупную.

Основные требования, предъявляемые к различным вариантам схем построения СКТВ:

-минимально возможное затухание и искажение телевизионных сигналов в процессе передачи их от приемных антенн до абонентских устройств;

-надежность работы сети; -минимально возможная стоимость сооружения и эксплуатации системы.

Как правило, в процессе разработки проектов СКТВ, в каждом конкретном случае с учетом существующих или планируемых линейных сооружений, стремятся по возможности приблизить реализуемую схему СКТВ к радиальной. В данной схеме, прокладка магистральных линий осуществляется от центра к периферии.

1.7 Выбор топологии проектируемой СКТВ

Как уже упоминалось ранее, в данном дипломном проекте СКТ будет реализована с использованием FTTH технологии.

FTTH сети реализуется по иерархической схеме трехуровневого вида и содержат ядро, уровень агрегации и уровень доступа. Архитектурная структура FTTH сети представлена на рисунке 1.8. Реализация ядра сети осуществляется на высокопроизводительных оптических мультиплексорах и обеспечивает высокую скорость передачи трафика. Уровень агрегации также строится на основе оптических мультиплексорах и служит для обеспечения агрегации подключений уровня доступа, осуществления сервисов и сбор статистической информации.



Рисунок 1.8 - Иерархическая структура FTTHсети

В соответствии с масштабом сети, ядро и уровень агрегации могут иметь возможность объединения. Каналы между коммутаторами могут реализовываться на базе различных высокоскоростных технологий, обычно это GigabitEthernet и 10-Gigabit Ethernet. При этом следует учитывать требования по сетевому восстановлению в случае возникновения сбоя.

На уровне ядра и агрегации обеспечивается резервирование элементов коммутаторов, а также резервирование топологии, что дает возможность продолжения предоставления услуг при возникновении сбоев каналов и узлов одиночного характера.

Уровень доступа реализуется по кольцевой или звездообразной схеме посредством применения оптических мультиплексоров для подключения корпоративных клиентов, офисных зданий, а также домашних компьютеров и SOHO клиентов.

Уровень доступа осуществляет реализацию полного комплекса мер безопасности, который призван обеспечить идентификацию и изоляцию клиентов, а также защиту инфраструктуры оператора.

Таким образом, при реализации СКТ, для строительства магистральной линии будем использовать кольцевую топологию, а в распределительную сеть построим по топологии «звезда».

1.8 Разработка модели сети кабельного телевидения

Для разработки модели того сети кабельного телевидения необходимо понять что такое модель. Модель -- некоторый материальный или мысленно представляемый объект или явление, замещающий оригинальный объект или явление, сохраняя только некоторые важные его свойства, например, в процессе познания (созерцания, анализа и синтеза) или конструирования. Разрабатываемая сеть будет иметь все те свойства и параметры, которые свойственны сетям кабельного телевидения.

Разработка сети кабельного телевидения начинается с составления технического задания. Техническое задание согласовывается между оператором сети и проектировщиком, в котором оговариваются основные требования к сети и проектной документации. В данном случае разрабатываемая модель сети кабельного телевидения проектироваться для городского жилмассива из 25 домов. В процессе выполнения дипломной работы выполним лишь некоторые пункты технического задания.

Выбор масштаба СКТ-4 обусловлен следующими факторами: Высокая урбанизация территории России

В условиях плотной городской застрой расходы на монтаж, пуск и наладку СКТ, будут в десятки раз меньше чем в провинции.

Высокотехнологичные и дорогостоящие услуги более востребованы в городах в связи с более высокими доходами жителям и городов

Из рассмотренных в первой главе технологий, была выбрана FTTН, которая является, наиболее совершенной и позволяет предоставлять совместно с СКТ, услуги телефонии и высокоскоростного интернет доступа.

Зоны обслуживания узловых головных станций строятся по кольцевому принципу с резервированием только в прямом направлении на длине волны 1550 нм. От каждой узловой ГС будет проходить от одного до трех оптических колец, соединяющих оптические узлы. От оптических узлов сигнал передаваясь по коаксиальным сетям поступает прямо к абонентам. К каждому оптическому узлу подключается от 100 до 250 потенциальных абонентов с возможностью уменьшения зоны в два раза путем установления второго оптического приемника.

Благодаря транспортной сети происходит соединение центральной головной стации с девятью узловыми головными станциями. Центральная головная станция представляет собой основный узел перераспределения внутреннего и внешнего сетевого трафика и выполняет функции объединения различных сетевых устройств передачи данных и телематических служб.

Базовый протокол Ethernet (IEEE 802.3).

1.9 Выбор головной станции

При выборе производителя головной станции сети кабельного телевидения, в первую очередь, необходимо руководствоваться показателями качества и надежности оборудования, так как речь идет об изображении. Если качество оборудования будет недостаточным, абоненты сразу это заметят.

Опираясь на опыт и отзывы операторов сетей кабельного телевидения, был сделан выбор в пользу станций кабельного телевидения, выпускаемых немецкой компанией "BLANKOM". Эта компания выпускает головные станции профессионального уровня и является признанным мировым лидером в производстве оборудования СКТ. Продукция "BLANKOM" известна благодаря своему высокому качеству и надежности. Она предназначена для высококачественной обработки различного вида сигналов (телевизионных, радио, данных и др.). ее используют, когда строят информационно-транспортные системы в крупных и средних городах на базе телекоммуникаций и современных СКТ. t.

Программное обеспечение разрабатывается с учетом всех требований операторов и позволяет значительно облегчить эксплуатацию станции и сети и уменьшить текущие издержки. Основными задачами, которые решаются при помощи данной системы являются передача программ аналогового телевидения и радиовещания; передача программ цифрового телевидения и радиовещания; передача данных (Internet, цифровая телефония, видеоконференции, игры, видео по запросу, телеметрия и т.д.); организация систем видеонаблюдения.

Каждый модуль станции выполнен в точном соответствии с телекоммуникационным стандартом ETSI, что позволяет обеспечивать совместимость с оборудованием , созданным другими производителями.

Высокая степень интеграции станции может привести к снижению общего кол-ва модулей станции. Буквально любой модуль станции и функционально завершен и в тоже время легко может быть модифицирован по приказанию заказчика.

Источники питания с высоким КПД и не большая мощность модулей, потребляемая станции, позволяют эксплуатировать станцию без принудительной вентиляции, уменьшая тем самыми накладные расходы. Так как уровень мощности, который потребляет станция, низкий, то это уменьшает теплоотдачу, из-за чего происходит эксплуатирование станции при ее естественной вентиляции, что способствует уменьшению расходов на кондиционирование помещения. Невысокая рабочая температура модулей, широкий температурный диапазон, обеспечивают повышенную надежность станции. В случае исключительных условий эксплуатации, в станции предусмотрена установка модуля вентилирования, который отслеживает температурный режим станции и при необходимости включает принудительную вентиляцию.

Головную станцию серии B-line относят к головным станциям 1 класса согласно классификации CenelecEN 50083. Компоненты станции обеспечивают обработку эфирных и спутниковых каналов, передаваемыхв аналоговом и цифровом формате, а также аудио сигналов. Станции предназначены для работы в СКТ среднего и крупного масштаба.

Используются для построения крупных и средних информационно-транспортных систем (городских, региональных, межрегиональных) на базе телекоммуникаций и современных СКТ. Позволяют обрабатывать каналы различных источников (эфирное AM TV, спутниковое аналоговое TV, FM-радио, цифровые форматы DVB -S, DVB - T, DVB-C, DVB-ASI и пр.), интегрируются с оптическим оборудованием (HFC-сети) и сетями связи общего пользования (ATM/SDH). Настройка, управление, контроль станции могут осуществляться как в местном режиме, так и через глобальную сеть Internet. Программное обеспечение разрабатывается с учетом всех высказанных требований операторов и это позволяет сильно облегчить эксплуатацию станции и сети и уменьшить текущие издержки дозволяют обрабатывать каналы различных источников (эфирное AM TV, спутниковое аналоговое TV, FM-радио, цифровые форматы DVB -S, DVB -T, DVB-C, DVB-ASI и пр.), интегрируются с оптическим оборудованием (HFC-сети) и сетями связи общего пользования (ATM/SDH). Настройка, управление, контроль станции могут осуществляться как в местном режиме, так и через глобальную сеть Internet. Программное обеспечение разрабатывается с учетом всех высказанных требований операторов и это позволяет сильно облегчить эксплуатацию станции и сети и уменьшить текущие издержки. Основные задачи, решаемые при помощи данной системы: передача программ аналогового телевидения и радиовещания; передача программ цифрового телевидения и радиовещания; передача данных (Internet, цифровая телефония, видеоконференции, игры, видео по запросу, телеметрия и т.д.); организация систем видеонаблюдения.