3.4 Пример реализации pon в Комсомольском микрорайоне. Г. Краснодара

Комсомольский микрорайон (КМР) расположен в северо-восточной части города и входит в состав Карасунского административного округа города Краснодара. Основные магистрали микрорайона – улицы Сормовская, Уральская, Тюляева.В микрорайоне проживают около 80 тысяч человек.Комсомольский относится к числу "спальных" микрорайонов города. Он строился в 70-80-х годах прошлого века, поэтому практически все многоквартирные дома здесь представляют собой панельные или блочные 9-14-этажные строения, есть небольшое количество пятиэтажных "хрущевок".

В инфраструктуру КМР входят: 9 школ, 3 поликлиники, 10 детских садов, стоматологическая поликлиника, Дом детского творчества, Музыкальный эстетический центр. Учебные заведения расположены таким образом, что детям не нужно переходить оживленные улицы.

Так как Комсомольский микрорайон составляют многоэтажные дома, то сеть пассивного оптического доступа организована методом воздушной подвески кабеля и методом подведения оптического магистрального кабеля до объекта по кабельной канализации.

Рассчитаем ёмкость оптического кабеля (H) для подключения 512 абонентов многоквартирного дома по технологии PON.

,(1)

где: N – количество абонентов, 64 – количество волокон.

Типовая схема такой реализации представлена на следующем рисунке.

Рисунок 14 – Схема применения оптических кабелей на сетях доступа PON

На сети КМР используется модульный коммутатор на 16 портов ZyxelGEPONOLT-2300

Рисунок 15 – Коммутатор ZyxelGEPONOLT-2300

Модульный GEPON-коммутатор занимает в 19” стойке 4,5 юнита, допускает настольное размещение и предназначен для подключения по оптике до 512 GEPON-модемов корпоративной или операторской сети на расстояниях до 20 километров. Шасси OLT-2300М позволяет установить до 16 линейных модулей GEPONOLC-2301, обеспечивающих связь на расстояниях до 20 км. Линейный модуль имеет один GEPON-порт с разъемом SC для подключения к пассивной оптической сети и порт DualPersonality (1000Base-T/SFP) для агрегации трафика. Управляющий модуль OMC-2301 имеет два порта внесетевого управления 10/100Base-TXRJ-45 и RS-232. Блок питания OPA-2300 обеспечивает двойное резервирование напряжений питания коммутатора.

4. Расчет длины абонентской линии по технологии PON

4.1 Методика расчета длины абонентской линии по технологии PON (на примере затухания)

Основной задачей проектирования является расчет бюджета потерь и определение оптимальных коэффициентов деления всех разветвителей. Расчет выглядит следующим образом:

• расчет суммарных потерь для каждой ветви без учета потерь в разветвителях;

• поочередное определение коэффициентов деления каждого разветвителя, начиная с наиболее удаленных;

• расчет бюджета потерь для каждого абонентского терминала с учетом потерь во всех элементах цепи, сравнение его с динамическим диапазоном системы.

Обычно абоненты находятся на различном расстоянии от головной станции, то при равномерном делении мощности в каждом разветвителе, мощность на входе каждого ONU будет различна. Подбор параметров разветвителей связан с необходимостью получения на входе каждого абонентского терминала сети примерно одинакового уровня оптической мощности, т.е. построить так называемую сбалансированную сеть. Это принципиально важно по двум причинам. Во-первых, для дальнейшего развития сети важно иметь примерно равномерный запас по затуханию в каждой ветви «дерева» PON.Во-вторых, если сеть не сбалансирована, то на станционный терминал OLT от различных ONU будут приходить в общем потоке сигналы, сильно отличающиеся по уровню.

При выборе разветвителей необходимо знать, какие потери будут вноситься в цепь. Для примерного определения вносимых потерь двухоконных (1210 нм и 1550 нм) разветвителей типа 1х2, 1х4, 1х8, 1х16, 1х32 воспользуемся следующей справочной таблицей.

Таблица 4 – Технические характеристики разветвителей

Конфигурация	1×2	1×8	1×16	1×32
Вносимые потери (Insertion Loss) (дБ)	7,2	10,5	13,8	17,1
Допустимая неравномерность деления оптической мощности между выходными портами (Uniformity) (дБ)	≤0,8	≤1,0	≤1,5	≤2,0
Допустимые изменения потерь оптической мощности при передаче между входным и каждым из выходных портов, обусловленные изменением поляризации (PolarizationDependentLoss)	≤0.3	≤0.3	≤0.3	≤0.3
Возвратные потери (ReturnLoss) (дБ)	≥55	≥55	≥55	≥55
Направленность (Directivity) (дБ)	≥55	≥55	≥55	≥55

Таблица 5 – Рабочие условия и конфигурация разветвителей

Длина волны	1260 – 1360 Нм, 1450 – 1625 Нм	Конфигурация	Размеры (В×Ш × Д)
Максимальный вх. сигнал	17 дБм, 1550 Нм	1×4×8	4 мм×4 мм×40 мм
Рабочие температуры	-40°С – 85°С	1×16	5 мм×4 мм×40 мм
Отн. влажность	5%...85%	1×32	7 мм×4 мм×50 мм

Общие параметры:

1. Мощность передатчика OLT, дБм.

Исходя из технических характеристик выбранного оборудования, мощность передатчика OLT варьируется в диапазоне -1~+3дБм;

2. Чувствительность приемника ONT, дБм.

Исходя из технических характеристик выбранного оборудования, чувствительность приемника ONT варьируется в диапазоне -26~-30 дБм;

3. Избыточные потери, дБ.

Исходя из технических характеристик выбранного оборудования, избыточные потери каждого сплиттера составляют 0,1 дБ;

4. Затухание в волокне, дБ/км

Тип оптического волокна, применяемого при построении данной сети SMF-28e производства CorningIncorporated. В качестве расчетного используется затухание на той длине волны, где оно максимально. Таким образом, примем максимальное затухание при λ=1310 нм α=0,35 дБ/км.[8].

Для каждой оптической линии представим все потери в линии в виде суммы затуханий всех компонентов:

(2)

где

A_∑– длина i-участка, км;

n – количество участков;

α – коэффициент затухания оптического кабеля, дБ/км;

N_PC– средние потери в разъемном соединении, дБ;

N_CB – количество сварных соединений;

A_CB – средние потери в сварном соединении, дБ;

A_РАЗ1 – потери в i-оптическом разветвителе, дБ.

Первое слагаемое относится к суммарным потерям в оптическом кабеле, второе – к потерям в разъемах, третье – к потерям на сварках, и четвертое – потери в разветвителях.

После этого, произведем расчет затухания для каждой цепи (от OLT до ONU). Расчет бюджета потерь должен подтвердить, что для каждой цепи общая величина потерь (включая запас) не превышает динамический диапазон системы, т.е.:

,(3)

где

P – динамический диапазон;

P_ВЫХmin – минимальная выходная мощность передатчика OLT, дБм;

P_ВХ – допустимая мощность на входе приемника ONU, дБм;

A_∑ – суммарные потери в линии (между OLT и ONU), дБ;

P_ЗАП – эксплуатационный запас PON, дБ.

Эксплуатационный запас необходимо предусматривать на случай повреждений в линейном тракте, ухудшения условий передачи и дальнейшего развития сети. Обычно берется запас 3-4 дБ, но если на отдельных сегментах сети предполагается подключение значительного количества пользователей, то там запас должен быть явно больше [1].

Описанную последовательность расчетов применим в дальнейшем.

Определим параметры оптических разветвителей и производим расчет оптического бюджета сети для проекта PON, представленного на следующем рисунке. Потери в разъемных соединениях принять A_PC = 0,3 дБ, потери на сварках А_СВ = 0,05 дБ, коэффициент затухания оптического кабеля – 0,35дБ/км на длине волны 1310нм.

Длины участков: l₁=4км, l₂=2км, l₃=2км, l₄=4км, l₅=6км.

Рисунок 16 – Участок OLT – ONU

Произведем расчет потерь по приведенной выше формуле для каждой из трех цепей:

(4)

(5)

(6)

Сеть можно считать сбалансированной, т.к. разброс между затуханиями цепей минимален.

Проверим. не превышает ли бюджета потерь, включая запас, динамический диапазон системы. Учитывая, что для системы PONUTSTARCOMдинамический диапазон составляет 29дБ, получим:

29дБ>(10,2+3) дБ(7)

Выводы. Расчет параметров оптической распределительной сети успешно завершен. Произведен расчет потерь для оптических линий. Определены коэффициенты деления разветвителей для сети заданной топологии.

4.2 Тестированиесети PON

При тестировании сети PON оператора обычно волнуют два основных вопроса:

• Реальное затухание в оптической линии между центральным узлом и абонентским устройством (действующим или готовящимся к подключению).

• Местоположение проблемного участка, если реальное затухание в линии оказалось выше ожидаемого (расчетного или опорного).

Для ответа на первый вопрос достаточно провести простые измерения с помощью оптического тестера. Второй вопрос более сложен и требует применения оптического рефлектометра (OTDR), а также определенного опыта расшифровки рефлектограмм.

Как правило, желательно, чтобы все необходимые измерения могли проводиться на работающей сети PON без отключения абонентов (кроме, возможно, тестируемого). Такое тестирование осуществляется на нерабочей длине волны с применением дополнительных устройств (волновых мультиплексоров, фильтров), чтобы излучение измерительной аппаратуры не вносило помех в полезный сигнал. В сети PON для прямого канала (от центра к абонентам) используется длина волны 1490 или 1550 нм, для обратного канала – 1310 нм. Для тестирования сети PON обычно используют длину волны 1625 нм.

Излучение измерительной аппаратуры (тестера, рефлектометра) вводится в волокно сразу после центрального узла с использованием волнового мультиплексора. Это излучение способно вызвать помехи на оптическом приемнике абонентского устройства, поэтому перед каждым абонентским устройством необходимо установить фильтр. Для того чтобы можно было проводить тестирование без отключения сети, волновой мультиплексор и фильтры должны быть стационарно включены в оптический тракт, рис. 17.

Рисунок 17 – Схема подключения волнового мультиплексора и фильтров

Для измерения затухания в оптической линии между центральным узлом и абонентским устройством используется оптический тестер на 1625 нм. Передатчик тестера подключается к свободному концу волнового мультиплексора на центральном узле. Приемник тестера подключается к свободному концу волокна перед фильтром, рис. 18.

Рисунок 18 –Измерение затухания с отключением абонентского устройства

Можно измерять затухание и без отключения абонентского устройства. Для этого на абонентском устройстве нужно использовать не фильтр, а волновой мультиплексор, как на центральном узле, рис. 19.

Рисунок19 – Измерение затухания без отключения абонентского устройства

Затухание на длине волны 1625 нм несколько выше, чем на 1550 и 1490 нм (в среднем на 10%). Поэтому тестирование затухания на длине волны 1625 нм дает оценку сверху для затухания на рабочих длинах волн. Если эта оценка укладывается в допустимый бюджет (23 дБ), то затухание на рабочих длинах волн заведомо удовлетворяет требованиям по бюджету. Если затухание на длине волны 1625 нм превышает допустимое значение, то для точного определения затухания на рабочих длинах волн необходимо провести перерасчет на основе паспорта оптического кабеля.

Измерение с помощью оптического тестера позволяет получить реальное значение затухания на участке от центрального узла до абонентского устройства, но не дает ответа на вопрос, где находится проблемный участок, если это затухание оказалось выше ожидаемого (расчетного или опорного). Для локализации проблемного участка используется более сложное устройство – оптический рефлектометр (OTDR).

Рефлектометр с тестовым модулем на 1625 нм подключается к свободному концу волнового мультиплексора на центральном узле, рис. 20. Излучение рефлектометра распространяется по дереву PON и за счет отражения на препятствиях и обратного рассеивания в оптическом волокне частично поступает обратно на вход рефлектометра. Таким образом, снимается рефлектограмма дерева PON – график затухания в линии в зависимости от расстояния. Каждый пик или скачок затухания на этом графике соответствует определенному элементу сети или событию в волокне.

Рисунок 20 – Снятие рефлектограммы дерева PON

Методика тестирования сети PON с использованием рефлектометра заключается в следующем. После каждого изменения топологии сети (подключения нового абонента, замены сплиттера и т.п.) снимается опорная (эталонная) рефлектограмма, которая соответствует нормальному состоянию сети. При обнаружении проблем в сети (например, если затухание, измеренное оптическим тестером, оказалось выше расчетного) снимается новая рефлектограмма, которая сравнивается с опорной.

сеть оптический абонентский

5. Технология выполнения строительно-монтажных работ

5.1 Алгоритм работы монтера

При подаче заявки абонента на подключение услуги происходит проверка технической возможности на подключение (загруженность абонентской линии, наличие свободных портов на оборудовании). При наличии такой возможности монтёр получает у диспетчера наряды и необходимое оборудование с полным пакетом документов в зависимости от выбранного клиентом перечня услуг с назначенным временем проведения инсталляционных работ.

В приложении А отображена блок-схема алгоритма действий при строительно-монтажных работах.

5.2 Выбор топологии

Если места установки абонентских терминалов легко выбираются исходя из реального расположения пользователей, то выбор топологии требует выбора одного из нескольких возможных вариантов. Кроме наиболее распространенной топологии «дерево», на практике могут встречаться варианты, преобразованные к топологиям типа «звезда» или «шина». Схема «звезда» может применяться при плотном расположении абонентов недалеко от главной станции. В этом случае разветвитель размещается в станционном помещении рядом с OLT, что удобно в обслуживании. Такая схема проста и удобна для эксплуатационных измерений и обнаружения места повреждения линии. Однако, по аналогии со схемой «точка-точка», здесь нет экономии волокон. При достаточно разнесенном и неравномерном расположении абонентов такая схема может оказаться неэффективной.

Рисунок 21 – Топология PON«звезда»

Шинная топология может использоваться, если дома абонентов находятся на одной линии вдоль оптической магистрали. Схема достаточно экономичная, но она предполагает очень большую разность выходных мощностей оптических разветвителей (типа 1/99, 3/97 и т.п.), что достаточно сложно технологически реализовать с хорошей точностью. Она реально может применяться только при «линейном» расположении пользователей вдоль магистрали и только при небольшом количестве каскадов, иначе потери в разветвителях станут сильно ограничивать дальность передачи.

Рисунок 22 – Топология PON«шина»

Традиционная топология «дерево» остается наиболее популярной. Вопросы оптимального распределения мощности между различными ветвями решаются удачным подбором коэффициентов деления оптических разветвителей. Древообразная топология является очень гибкой с точки зрения потенциального развития и расширения абонентской базы. Потенциальные проблемы могут быть связаны со сложностью оптических измерений, особенно со станционной стороны. В целом, такую схему можно рекомендовать при локальных сосредоточениях (кластерах) абонентов в районе обслуживания.

Рисунок 23 – Топология PON«дерево»