3. Оптический бюджет мощности для проектируемой сети

1. Расчет энергетического бюджета системы

Главным параметром в проектировании сети по технологии GPON является оптический бюджет мощности (ОБМ) [7,8]. ОБМ показывает максимальное значение затухания на участке от OLT до абонентского оборудования. Каждый абонент находится на определённом расстоянии, для расчёта ОБМ выбирается самый удалённый абонент от OLT.

ОБМ можно рассчитать по формуле 3.1, используя технические характеристики активного оборудования проектируемой сети (таблица 3.1)

P_опт = P_прд – P_пр. (3.1)

Таблица 3.1 – Технические характеристики активного оборудования

Параметр		SFP-xPON (Class B+)	NTU-RG1421GC-W
Чувствительность приемника, дБм	min	-8	-4
	max	-28	-28
Мощность передатчика, дБм	min	+1,5	+0,5
	max	+5	+5

Энергетический бюджет системы рассчитывается в обоих направлениях и имеет диапазон значений.

Максимальный ОБМ в прямом направлении

P_{опт↓макс} = 5 – (-28) = 33 (дБм).

Минимальный ОБМ в прямом направлении

P_{опт↓мин} = 1,5 – (-4) = 5,5 (дБм).

Максимальный ОБМ в обратном направлении

P_{опт↑макс} = 5 – (-28) = 33 (дБм).

Минимальный ОБМ в обратном направлении

P_{опт↑мин} = 0,5 – (-8) = 8,5 (дБм).

Соответственно суммарное затухание на всем участке сети должны быть в следующих пределах:

- в прямом направлении от 5,5 до 33 дБм;

- в обратном направлении от 8,5 до 33 дБм.

Оптический бюджет мощности должен допускать некоторые отклонения в рабочих характеристиках системы, не сказываясь на коэффициент ошибок для сети GPON (BER = 10^-9). Если сделать запас можности нулевым, то волоконно-оптическая линия должна иметь в точности такую же оптическую мощность, которая необходима для преодоления потерь в кабеле, соединительных и пассивных устройствах. Величину эксплуатационного запаса примем равной 5 дБм.

2. Расчет потерь на линейном участке g-pon

Источники потерь сети GPON показаны в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Потери на элементах сети G-PON

Потери	Значение, дБ
Оптическое волокно (1310 нм) на км	0,34
Оптическое волокно (1490 нм) на км	0,22
Оптическое волокно (1550 нм) на км	0,2
Сварные соединения	0,1
Разъемные соединения	0,35
Сплиттер 1:60	17,5
WDM - мультиплексор	0,5

На рисунке 3.1 показаны места соединений, пассивное оборудование, протяженность всех участков сети от OLT до абонента дома 8 на улице Горького (городская сеть доступа).

Рисунок 3.1 – Участок сети от OLT до абонента

Суммарные потери на линии определяются суммой потерь, каждого пассивного элемента сети (А_п), разъёмными соединениями (A_р) и неразъёмными (А_н), а также в кабеле (А_k). Таким образом, суммарные оптические затраты вычисляются следующим образом.

А_∑ = А_k · L_∑ + N_р · A_р + N_н · А_н + А_п + А_э, (3.2)

где N_р – количество разъемных соединений;

N_н – количество неразъемных соединений;

А_э – эксплуатационный запас (5 дБм);

a_k – значения затухания кабеля на км;

L_∑ – длина кабеля.

Пассивными элементами, вносящими потери, на данном участке сети являются WDM – мультиплексор и один сплиттер с коэффициентами разветвления 1:64.

Суммарная протяженность линии связи от станционного оборудования до абонента в городе N рассчитывается

L_∑ = 2,2 + 0,35 + 0,03 + 0,003·12 + 0,02 = 2,626 км.

Учитывая данные в таблице 4.2 определим суммарные потери на линиях в городе N для длин волн 1310 нм, 1490 нм, 1550 нм.

А_∑1310нм = 2,626 · 0,35 + 10 · 0,35 + 16 · 0,1 + 17,5 + 0,5 + 3 = = 0,919 + 3,5 + 1,6 + 17,5 + 0,5 + 3 = 27,019 дБм,

А_∑1490нм = 2,626 · 0,22 + 10 · 0,35 + 16 · 0,1 + 17,5 + 0,5 + 3 = = 0,578 + 3,5 + 1,6 + 17,5 + 0,5 + 3 = 26,678 дБм,

А_∑1550нм = 2,626 · 0,20 + 10 · 0,35 + 16 · 0,1 + 17,5 + 0,5 + 3 = = 0,525 + 3,5 + 1,6 + 17,5 + 0,5 + 3 = 26,625 дБм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсовой работы была успешно спроектирована и рассчитана мультисервисная сеть доступа на основе технологии GPON для жилого микрорайона города N. Проектом предусмотрено подключение 600 абонентов в двух многоквартирных домах.

Ключевые результаты работы включают:

1. Технико-экономическое обоснование выбора технологии GPON, доказавшее её преимущества перед другими решениями (xDSL, FTTx) в части пропускной способности, надежности и перспектив масштабирования.

2. Разработку полной архитектуры сети с топологией "дерево" и коэффициентом разветвления 1:60, что обеспечило оптимальное использование волоконно-оптического ресурса.

3. Детальный расчет необходимого оборудования включая:

   • Станционный узел на базе MA4000-PX

   • 2 модуля PLC8 с 16 трансиверами SFP-xPON

   • 10 распределительных шкафов со сплиттерами 1:60

   • 600 абонентских терминалов ONT

4. Расчет оптического бюджета мощности, подтвердивший соответствие суммарных потерь (26,6-27,0 дБ) энергетическому потенциалу системы (7,5-35 дБ). Затухание на наиболее протяженной линии составило 27,019 дБ при допустимом значении 32 дБ.

5. Проработку вопросов надежности с расчетом коэффициента готовности (0,999992) и среднего времени наработки на отказ (533120 часов), а также внедрением принципов резервирования критических элементов сети.

Спроектированная сеть обеспечивает предоставление современных телекоммуникационных услуг, включая высокоскоростной доступ в Интернет, IP-телефонию и цифровое телевидение. Использование пассивной оптической архитектуры гарантирует долгосрочную эксплуатационную эффективность и возможность поэтапного наращивания мощностей без существенных капитальных вложений.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Росляков А.В. Сети доступа. Учебное пособие для вузов. – М.: Горячая линия - Телеком, 2008. – 96 с.

2. Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи: учебное пособие. 2-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2010. – 272 с.

3. Фокин В.Г. Проектирование оптической сети доступа: учебное пособие/ФГОБУ ВПО «СибГУТИ». – Новосибирск, 2012. – 312 с.

4. Рекомендации МСЭ-Т G.652. Характеристики среды передачи – Волоконно-оптические и кабели. – М., 2005. – 42 с.

5. Рекомендации МСЭ-Т G.983.1. Цифровые участки и система цифровых линий – Оптические линейные системы для местных сетей и сетей доступа. Оптические системы широкополосного доступа, базирующие на пассивной оптической сети (PON). – М., 2005. – 34 с.

6. Рекомендации МСЭ-Т G.657. Характеристики среды передачи – Волоконно-оптические и кабели. Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля, не чувствительного к потерям на микроизгибе, для использования в сетях доступа. – M., 2006. – 29 с.

7. Рекомендации МСЭ-Т G.984.2. Цифровые участки и система цифровых линий – Оптические линейные системы для местных сетей и сетей доступа. Пассивные волоконно-оптические сети. – M., 2006. - 35 с.

8. Рекомендации МСЭ-Т G.984.3. Пассивные оптические сети с возможностью передачи на гигабитных скоростях (G-PON): Технические характеристики передачи на уровне сходимости. – M., 2014. - 160 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ П1. СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

AON – Active Optical Network / Активная оптическая сеть.

CATV – Cable television / Кабельное телевидение.

EDFA – Erbium Doped Fiber Amplifier / Эрбиевый волоконный усилитель.

FDH – Fiber Distribution Hub / Распределительный волоконный узел.

GPON – Gigabit-capable Passive Optical Networks / Гигабитная пассивная оптическая сеть.

GTC – G-PON Transmission Convergence / Конвергенция передачи.

NGN – Next Generation Network / Сети следующего поколения.

OLT – Optical Line Termination / Оптический линейный терминал.

ONT – Optical Network Terminal / Оптический сетевой терминал.

ONU – Optical Network Unit / Оптический сетевой узел.

OAN – Optical Access Networks / Оптическая сеть доступа.

ODN – Optical Distribution Network / Распределительная оптическая сеть.

PON – Passive Optical Network / Пассивная оптическая сеть.

POS – Passive Optical Splitter / Пассивный оптический сплиттер.

WDM – Wave length Division Multiplexing / Спектральное уплотнение каналов.

ВОК – Волоконно-оптический кабель.

МСЭ-Т – Международный союз электросвязи.

ОРШ – Оптический распределительный шкаф.

ОРК – Оптическая распределительная коробка.

ОБМ – Оптический бюджет мощности.

ОСД – Оптическая сеть доступа.

ЦСЭ – Центральный силовой элемент.

1