1 Мета і задачі курсового проекту

Мета курсового проекту: ознайомлення з основними питаннями проектування мереж абонентського доступу (МАД) на основі технології VDSL.

Задачі проекту:

- закріплення, поглиблення і розширення знань про структуру САД, сценарії упровадження технології VDSL, отриманих у процесі теоретичного навчання і виробничої практики;

- розвиток навичок і творчого застосування знань для вирішення конкретних інженерних задач;

- отримання навичок розрахунку кількості необхідних ONU, їхнього місця розташування, пропускної здатності і вартості мережі абонентського доступу;

- розвиток у студентів навичок самостійного пошуку найбільш прийнятних технічних рішень з урахуванням економічних вимог, використанням останніх досягнень техніки, застосуванням сучасних технологій xDSL;

- набуття навичок роботи з науково-технічною літературою, довідниками і державними стандартами.

2 Тематика курсових проектів

Тематика курсових проектів має бути зв'язана з реальними задачами, що виникають під час проектування елементів МАД. Під час розробки тематики курсових проектів (КП) враховуються напрямки науково-дослідної діяльності студентів.

Типовими напрямками, на основі яких формуються конкретні теми КП, є:

- проектування МАД на основі VDSL;

- розробка нових методів розрахунку і моделювання елементів МАД;

- використання мікропроцесорів і обчислювальної техніки на мережах і в апаратурі електрозв'язку;

- аналіз основних характеристик МАД, розробка засобів їхнього підвищення.

Студентам надається право вибору теми КП із числа тих, що рекомендовано викладачами кафедри. В окремих випадках студент може запропонувати свою тему КП, яка може бути логічним продовженням, або частиною науково-технічної роботи, яка виконується студентом на кафедрі.

Методичні вказівки присвячені одному з основних напрямків КП – проектуванню МАД на основі VDSL-технології.

3 Структура і зміст курсового проекту

Курсовий проект складається з пояснювальної записки (ПЗ) обсягом 30-35с. рукописного або друкованого тексту. Структура ПЗ КП має відповідати основним вимогам ДСТУ 3008-95, відповідно з якими до складу ПЗ мають входити: реферат, перелік скорочень, що використовуються, вступ, основна частина, висновки, перелік посилань, що використовувалися, додатки. До складу ПЗ включається технічне завдання на КП, що міститься за титульним аркушем.

Основна частина КП присвячена таким питанням, як:

- модель мережі доступу;

- розрахунок довжин АЛ;

- розрахунок варіантів розміщення ONU;

- розрахунок пропускної здатності;

- розрахунок вартості створення МАД.

Під час розрахунку пропускної здатності МАД необхідно використовувати засоби аналізу параметрів МАД на основі пакета xDSLSіmulator.

При виборі того або іншого сценарію впровадження технології VDSL необхідно навести обґрунтування як економічного, так і технічного характеру.

У процесі виконання КП доцільно використовувати ЕОМ для проведення розрахунків.

4 Методичні вказівки з виконання курсового проекту

4.1 Структура мережі абонентського доступу

У сучасній телекомунікаційній системі змінюється не тільки роль мережі доступу. У більшості випадків розширюється і територія, у межах якої створюється мережа доступу. Роль мережі абонентського доступу полягає в тому, щоб забезпечити взаємодію між устаткуванням, встановленим у приміщенні абонента, і транзитною мережею. Стандартна структура мережі абонентського доступу (МАД) наведена на рис.4.1.

АК – абонентський комплект телефонної станції;

ВКУ – вводно-комутаційні пристрої;

ШР – шафа кабельна розподілювальна;

ТА – телефонний апарат;

АЗП – абонентський захисний пристрій

Рисунок 4.1– Структура МАД

Розрізняють такі ділянки з яких складається АЛ:

- станційна – ділянка від АК місцевої станції до станційної сторони кроса;

- лінійна – від лінійної сторони кроса до розетки телефонного кінцевого пристрою;

- магістральна – від лінійної сторони кроса або вводно-комутаційного пристрою (ВКУ) до розподільної шафи (ШР), (магістральною вважається зона прямого живлення в безпосередній близькості від РАТС, де ШР не використовуються);

- розподільна – від ШР до абонентського пункту;

- абонентська проводка: від розподільної коробки (РК) до розетки включення кінцевого абонентського телефонного пристрою.

Позначення, прийняті в зарубіжних МАД наведені на рис.4.2.

Рисунок 4.2 – Структура САД відповідно до міжнародних стандартів

На рис. 4.2 позначені такі ділянки та блоки:

1 – станційна (Local exchange premises);

2 – магістральна (включаючи зону прямого живлення);

3 – розподільна, при цьому розрізняють ділянку FP1 – FP2 (Primary distribution cabling) і FP2-DP (Secondary distribution cabling). Дана структура може складатися і з одного FP1;

4 – абонентська проводка (Subscriber drop);

Local Exchange (LE) – РАТС;

Main Distribution Frame (MDF) – Крос;

Distribution Point (DP) – РК;

Flexibility Point (FP) – ШР, інше позначення ШР – “cross-connection point”, якщо АЛ проходить крізь два ШР, то додаються позначення secondary або primary.

У курсовому проекті виконується розрахунок структури мережі побудованої за технологією VDSL. Гіпотетична модель мережі абонентського доступу наведена на рис.4.3.

Рисунок 4.3 – Гіпотетична модель МАД

ЦКВ – Цифровий кросовий вузол, устаткування для виділення та об'єднання цифрових каналів і трактів. На рис. 4.4 представлена реальна структура мережі з використанням технології Very high speed DSL (VDSL)

OLT – Optical Line Termination; ONU – Optical Network Unit; VTU-C – VDSL Transmitting Unit

Рисунок 4.4 – Структура МАД з використанням технології VDSL

Устаткування в приміщенні користувача (Customer Premises) підключається з використанням мережних закінчень (NT), що містить передавальні модулі VDSL на вилученій стороні (VTU-R) з оптичним мережним модулем (ONU) по АЛ. ONU, які можуть містити кілька VTU-C (портів), підключаються до OLT по ВОЛС. Отже, відповідно до структури рис. 4.4, OLT може бути представлений як ЦКВ, а ONU як мультиплексори доступу. ONU можуть бути розміщені в приміщенні РАТС, у ШР (Cabinet), у РК.

4.2 Модель мережі доступу

Для розрахунку необхідної кількості ONU і довжини ОК пропонується модель мережі абонентського доступу, наведена на рис. 4.5.

Уся територія розміщення абонентів поділяється на трикутні елементи поверхні, що складають сегмент, наведений на рис. 4.5. Дана модель відноситься до класу геометричних, уперше використана для проектування VDSL-систем у проекті RACE 2087/TITAN.

Рисунок 4.5 – Геометрична модель зони розподілу РАТС

РАТС розташовується в точці А, у точках F розташовуються розподільні коробки (РК) до яких підключаються абоненти, у точках B,C,D,E розподільні шафи (ШР). Довжини всіх ділянок можуть бути визначені геометрично. Припускаємо, що кут , і елементи поверхні - рівносторонні трикутники. Довжини ділянок AB і BC визначаються як функції від :

. (4.1)

При CD і CE рівні AB і BC:

(4.2)

Ділянки AF, BF, CF, EF геометрично визначаються:

. (4.3)

Значення, отримані геометричним шляхом дещо менше одержуваних у реальній мережі, тому приймаємо:

(4.4)

Для подальшого спрощення приймемо, що елементи поверхні представляються колами з радіусами:

(4.5)

Дистанція від центра кола до місця розміщення абонента являє собою ділянку від РК до приміщення абонента. Приймається, що додатково необхідно 15 метрів для проводки усередині приміщення, у такий спосіб:

(4.6)

Мінімальна і максимальна довжини абонентського шлейфа:

(4.7)

Важливим є вибір правильного значення параметра R, реальним значенням є область розподілу РАТС діаметром 6000м, що дає значення і максимальну довжину АЛ 3456м. Для обчислені значення ділянок геометричної моделі зведені в табл.1.

Таблиця 4.1– Параметри геометричної моделі

Параметр	Значення
R	3000 m
	60
AB,BC,CD,CE	866 m
AF,BF,CF,DF,EF	564 m
F Sub	15 – 293 m
A Sub	579 – 3456 m

Припустимо, абоненти розподілені по елементах поверхні відповідно до рис. 4.6. Загальна кількість абонентів у сегменті - 1600, у зоні підключення 1600x6=9600.

Складемо розподіл мінімальної і максимальної довжин АЛ для різних елементів поверхні (табл. 4.2).

Рисунок 4.6 – Розподіл абонентів по елементах поверхні

Таблиця 4.2 – Розподіл довжин АЛ

Елементи поверхні	Діапазон довжин АЛ [м]	Загальна кількість абонентів	% абонентів
A1, B1	579–1160	624	39.0
B2,B3,C1	1445–2026	390	24.4
C2,C3,C4,D1,E1	2311–2892	280	17.5
D2,D3,D4,E2,E3,E4	3177–3456	306	19.1

Наприклад, для елементів A₁,B₁ відповідно до (4.5),(4.6),(4.7):

м,

.

Тут приймається, що абоненти в елементі A₁ підключаються через РК у точці F, а абоненти B₁ через ШР у точці B₁.

Для елементів B₂, B₃, C₁

,

,

,

.

На рисунок 4.7 приведена зміна значення , від .

Рисунок 4.7 – Залежність , від

4.3 Розрахунок варіантів розміщення ONU

Розміщення ONU можливо в приміщенні РАТС, у ШР, у РК. Відповідно до розглянутої моделі можливі такі варіанти:

1. FTA (волокно до А).

2. FTAB (волокно до точок А і B).

3. FTAC (волокно до точок А і C).

4. FTABCDE (волокно до точок А,B,C,D,E).

5. FTF (волокно до точок F).

Приймемо максимально припустиму довжину АЛ для технології VDSL рівною 1500м. Потрібно визначити кількість абонентів, які можуть бути підключені до ONU.

Дані розрахунків наведені в табл. 4.3.

Наприклад, для варіанта FTA, ONU розташовується в приміщенні РАТС, абоненти підключаються через ШР у точці А. Отже, можна підключити абонентів A₁ і B₁. Для абонентів B₂ і В₃ розмір шлейфу лежить у діапазоні 1445-2026, тому приймемо, що в середньому довжина АЛ перевищує 1500.

Таблиця 4.3 – Результати розрахунку кількості ONU.

Топологія	Кількість ONU/ємність одного ONU		Кількість абонентів з довжиною АЛ<1500м/загальна кількість абонентів
FTA	1	1xONU(A)/372	372/ 966
FTAB	7	1xONU(A)/186 6xONU(B)/70	606/966
FTAC	7	1xONU(A)/372 6xONU(C)/43	630/966
FTABCDE	25	1xONU(A)/186 6xONU(B)/56 6xONU(C)/31 12xONU(D/E)/21	966/966
Fiber to F	96	12x31 18 x 13 30 x 6 36 x 5	966/966

При розрахунку параметрів вартості варіантів топології приймати, що кількість користувачів VDSL складе 10% від загального числа.

Загальна кількість абонентів з можливістю підключення 62. З умови, що модель складається з 6-ти сегментів, необхідна ємність ONU складе 62х6=372 порта.

Для варіанта FTAB ONU розташовуються в точках А і В. До ONU у точці А підключаються абоненти, розташовані в A₁, до ONU у точці В можливо підключити абонентів B₁, B₂, B₃, C₁ (для абонентів С₁ м).

Отже, необхідний один ONU у точці А ємністю 31х6=186 портів, і 6 ONU у точках B ємністю 31+13х3=70 портів кожний. Загальна кількість підключених абонентів складе 372+70х6=792 з 966.

Для варіанта FTAC до ONU у точці А підключаються абоненти A₁ і B₁. До ОNU у точці С – абоненти C₁, C₂, C₃, C₄, D₁, E₁. Загальна ємність ONU у точці А складе (31+31)х6=372. Ємність ONU у точці C складе 13+6+6+6+6+6=43. Для покриття всієї площі МАД знадобиться 6 ONU у точках С. Загальна кількість підключених абонентів складе 372+43х6=630 з 966. Для варіанта FTABCDE ємність ONU у точці А 31х6=186, у точці В 31+13+13=57, у точці С 13+6х3=31, у точках D і E 5х3+6=21. Необхідно 6 ONU у кожній точці для покриття всієї зони МАД. Загальна кількість абонентів, що підключаються, складе 966. Для варіанта FTF необхідно 12 ONU ємністю 31 портів, 18х13, 30х6, 36х5.

Рисунок 4.8 – Розподіл частки абонентів у залежності від довжини АЛ

На рис. 4.8 наведене процентне співвідношення частки абонентів, які мають довжину АЛ менше заданої для різних варіантів розміщення ONU.

Як видно, варіант FTA більше підходить для технології ADSL зі значно більшою припустимою довжиною АЛ. Тільки 42% абонентів мають АЛ менше 1500м. Порівняння варіантів FTAC і FTAB показує, що при варіанті FTAC менше середня довжина АЛ і більше абонентів мають можливість підключення.

4.4 Розрахунок пропускної здатності розглянутої топології VDSL

При розрахунку VDSL систем важливим параметром є загальна пропускна здатність, необхідна для передачі інформації від усіх користувачів VDSL. При цьому приймемо, що пропускна здатність індивідуальної системи є функцією від довжини АЛ (рис. 4.9).

Рисунок 4.9 – Залежність досяжної пропускної здатності технології VDSL від довжини АЛ (0.4 мм)

На першому етапі для кожного розміщення ONU визначимо середню довжину АЛ для всіх елементів поверхні, де можуть розташовуватися абоненти. Для варіанта ATA це A₁,B₁,B₂,B₃. При розрахунку приймемо, що усередині елементів поверхні абоненти розташовуються рівномірно.

У такий спосіб для A₁

Для В₁

За графіком на рис. 4.9 визначаємо, що при довжині 704 м пропускна здатність порядку, що досягається, 11 Мбіт/с, а при 1106 порядку 8 Мбіт/с. Необхідна пропускна здатність для абонентів одного сегмента:

.

Для всієї МАД:

.

Для варіанта ATAB:

Для всієї МАД:

Для варіанта АTАС:

Для всієї МАД:

Для варіанта ATF:

Для всієї МАД:

Розрахунок пропускної здатності також можливо провести за допомогою програми VDSL Simulator. Текст програми з поясненням знаходиться у додатках А-В. У КП необхідно зробити порівнювальний аналіз розрахунку пропускної здатності за допомогою графіка та програми. Дані розрахунку звести в таблицю.

4.5 Розрахунок вартості створення МАД VDSL

Загальна вартість створення МАД VDSL задана виразом:

де – загальна вартість;

– вартість кабельної інфраструктури (включаючи прокладку ОК);

– вартість монтажу ONU (розміщення в будинках і монтаж);

– вартість ONU (устаткування й електроживлення);

– вартість OLT ( устаткування, монтаж, електроживлення);

– VTU-C і VTU-R (устаткування і монтаж);

– вартість устаткування для технічного обслуговування (ТЕ) і виконання ТЕ;

– інші витрати.

4.5.1 Кабельна інфраструктура

Вартість нової оптичної мережі складається з таких частин:

- земляні роботи, що залежать від типу місцевості;

- вартість кабелю, що складається з вартості нового кабелю і монтажних робіт.

Вартість кабелю і земляних робіт пропорційна довжині необхідного нового кабелю, що визначається з розглянутої раніше геометричної моделі при різних варіантах розміщення ONU.

де – загальна вартість кабелю;

– вартість оптичного кабелю;

– вартість земляних і монтажних робіт;

– вартість введення кабелю в експлуатацію.

Розглянемо кабелі з кількістю оптичних волокон 48, 24, 12. У моделі мережі доступу кабелі використовуються в такий спосіб:

- канали зв'язку АВ і ВР: 48 ОВ;

- канали зв'язку CD і СЕ: 24 ОВ;

- канали зв'язку BF, CF, DF, EF: 12 ОВ.

Таблиця 4.4 – Приблизна вартість оптичних кабелів і монтажних робіт

Кількість волокон	Вартість кабелю, грн/м			Вартість монтажних робіт , грн/м
	Низька	Середня	Висока
48	60	102	162	78
24	60	90	150	75
12	48	78	138	69

Різна вартість кабелю обумовлена різними умовами прокладки кабелю.

4.5.2 Розрахунок вартості на стороні ONU

Вартість розміщення ONU, включаючи переустаткування приміщення РАТС або ШР, РК:

де – вартість розміщення;

– вартість будівельних робіт;

– вартість монтажу оптичного устаткування.

Таблиця 4.5 – Вартість розміщення ONU ( )

Розташування ONU	Оцінна вартість, грн.
	Низька	Середня	Висока
РАТС	30 000	60 000	90 000
Мережа доступу	60 000	120 000	180 000

Як видно з таблиці, вартість розташування ONU на стороні РАТС відрізняється від вартості при розташуванні на стороні мережі доступу. Це обумовлено тим, що при розташуванні ONU на стороні мережі доступу набагато частіше потрібне нове приміщення для розміщення устаткування.