2. Построение сети доступа

2.1 Архитектура сети

Общая архитектура оптических сетей доступа приведена на рисунке 1, она применима к технологии G-PON.

Рисунок 1 - Общая архитектура оптических сетей

Представленная схема применима к технологии GPON, главными функциональными элементами в такой схеме являются центральный приёмо-передающий узел OLT и абонентский̆ узел, который̆ включает в себя ONT между данными элементами включается распределительный участок ODN [1-3].

Центральный узел OLT представляет из себя устройство, устанавливаемое в главном офисе. Устройство получает данные со стороны магистральных сетей через сервисные интерфейсы Service node interfaces (SNI) и формирует нисходящий поток к абонентским узлам по дереву PON.

На рисунке 2 показана функциональная блок-схема OLT

Рисунок 2 - Функциональная блок-схема OLT

Абонентский узел ONT/ONU с одной стороны имеет абонентские интерфейсы, а с другой стороны – интерфейс для подключения к PON. Передача происходит на длине волны 1310 нм, а приём на 1550 нм. ONT принимает данные от OLT конвертирует их и передаёт абонентам через абонентские интерфейсы User network interfaces (UNI). На рисунке 3 показана функциональная блок-схема ONU.

Рисунок 3 - Функциональная схема ONU

Распределительный участок сети включает в себя пассивные оптические элементы, распределяющие поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий в другом направлении. В большинстве случаев используют разветвители 1хN, для резервирования по волокну используют разветвители 2хN.

2.1 Схемы передачи трафика в gpon

В сети GPON используется метод формирования кадра GEM, который встраивается в секцию PON и не зависит от типа интерфейсов SNI на OLT и типов абонентских интерфейсов UNI на ONU. Нисходящий поток передаётся каждому абоненту от OLT. Абонентское устройство определяется параметром идентификатора ONU-ID в который включаются контейнеры передачи T-CONT с несколькими портами, определяемые параметрами Port-ID. Каждый нисходящий поток, приходящий на ONU фильтруется в соответствии со своими GEM Port-ID. Принцип передачи трафика в GPON и механизм мультиплексирования восходящего потока на основе метода GEM показывается на рисунках 4 – 5.

Рисунок 4 - Принцип передачи трафика в GPON

Рисунок 5 - Мультиплексирование в режиме GEM

2.3 Структура кадра

Рассмотрим архитектуру уровня сходимости GTC в системе GPON. Данный уровень состоит из подуровня формирования кадров GTC и подуровня адаптации TC. На данном уровне обеспечивается управление потоками трафика пользователя, перенос трафика, защита, функции эксплуатации, управления и технического обслуживания. На рисунке 6 показан стек протоколов системы GTC.

Рисунок 6 - Стек протоколов системы GTC

На подуровне формирования кадров GTC имеется глобальная видимость всей передаваемой информации, а на подуровне формирования кадров GTC OLT имеется прямое равенство уровней формирования кадров GTC ONU.

В заголовок кадра GTC включена информация OAM, которая выполняет функцию определения величины пропускной способности, переключения ключа и сигнализацию динамического назначения пропускной способности. Канал PLOAM обрабатывается в выделенной области кадра GTC, предназначен для передачи информации управления, которая не передаётся по встроенному каналу OAM. Канал OMCI предназначен для управления уровнями услуг, которые лежат выше. Поток трафика зависит от типа использования ATM или GEM. T-CONT служит групповым блоком для каждого ONU, а идентификаторы восходящего потока Alloc-ID точно указывают на направление движения пакетов.

OLT передаёт указатели в блоке PCBd, которые указывают интервалы времени начала передачи при передаче данных от ONU в соответствии с картой распределения пропускной способности BWmap. Концепция управления доступом к среде передачи TC GTC показана на рисунке 7.

Рисунок 7 - Концепция управления доступом к среде передачи TC GTC

Структуры кадров TC GTC для нисходящего и восходящего потока показаны на рисунке 8.

Рисунок 8 - Структура кадров TC GTC

Рассмотрим подробнее структуру кадра нисходящего потока на рисунке 9.

Рисунок 9 - Структура нисходящего потока TC GTC

Данный кадр имеет длительность 125 мкс для скоростей передачи 1,24416 Гбит/с, так и 2,48832 Гбит/с. В системе со скоростью передачи 1,24416 Гбит/с кадр имеет длины 19440 байтов, а в 2,48832 Гбит/с – 38880 байтов. Диапазон длин PCBd одинакова для двух скоростей и зависит от числа распределяемых структур в единицу времени. Подробнее физические блок управления нисходящим потоком PCBd показан на рисунке 10.

Рисунок 10 - Физический блок управления нисходящим потоком PCBd

OLT передаёт PCBd способом широковещательной передачи, и каждое ONU получает полный блок, в соответствии с которым начинает действовать.

Поле Psync длиной в 32 бита служит начальной комбинацией для блока управления PCBd = 0xB6AB31E0. ONU может использовать данную комбинацию для поиска начала кадра.

Поле Ident длиной в 32 бита выступает как счётчик суперкадра и может использоваться для системы шифрования информации пользователя, а также может использоваться как опорные сигналы. Структура поля Ident показана на рисунке 11.

Рисунок 11 - структура поля Ident

30 младших бит кадра образуют счётчик, каждый Ident кадра будет на единицу больше, чем предыдущий. Когда счётчик достигает максимального значения – следующий кадр будет иметь 0 значение счётчика. 1 бит кадра является резервным, а старший бит показывает есть ли в нисходящем потоке прямое исправление ошибок (ПИО).

Поле PLOAMd имеет размер в 13 байт и содержит сообщение PLOAMd, в котором содержатся аварийные сигналы о пересечении порогов, инициируемые событиями, а также в поле PLOAMd размещаются все сообщения, относящиеся к активации.

Поле ПЧБ размером в 8 бит служит для хранения результата от проверки всех битов на четность с чередованием по битам, переданных после последнего ПЧБ.

Поле Plend размером в 4 байта устанавливает длину карты распределения пропускной способности и сегмента АТМ. Поле передаётся два раза для защиты от ошибок. Структура поля показана на рисунке 12.

Рисунок 12 - структура поля Plend

Поле Bwmap размером Nx8 байт содержит карту распределения пропускной способности, Каждый раз вводимые данные этого поля представляют собой однократное размещение пропускной способности в определённом T-CONT, число вводов данных даётся в поле Plend. Структура поля показана на рисунке 13.

Рисунок 13 - Карта распределения пропускной способности Bwmap

Карта Bwmap описывает порядок передачи блоков ONU. Во время каждого периода распределения в соответствии с управлением OLT ONU выполняет передачу одного из четырёх типов заголовка PON и данные.

Заголовки:

• Физического уровня (PLou);

• Администрирования и управления в процессе эксплуатации физического уровня восходящего потока (PLOAMu);

• Последовательного выравнивания уровня мощности восходящего потока (PLSu);

• Сообщения о динамической пропускной способности восходящего потока (DBRu).

Структура восходящего потока разобрана на рисунках 14 и 15.

Рисунок 14 - Структура восходящего потока

Длины кадров для всех скоростей такая же, как для нисходящего потока.

Рисунок 15 - Структура блоков кадра восходящего потока

Кадр нисходящего потока состоит из физического блока управления нисходящего потока PCBd, сегмента ATM и сегмента GEM. Кадр восходящего потока должен содержать как минимум из заголовка физического уровня PLOu.

3. Расчет проектируемой сети

3.1 Предпроектные работы для многоквартирных домов

3.1.1 Исходные данные

Таблица 1 - Исходные данные согласно варианту

Вариант	3
Число абонентов проектируемой городской сети (квартир) для двух домов	640
Число этажей в доме	16
Число подъездов в доме	5

3.1.2 Предпроектные работы

Произведем расчет сети абонентского доступа в городе N.

На рисунке 16 показана общая схема проектируемой сети, а на рисунке 17 приведена схема подключения подъездов многоквартирных домов.

Данная сеть должна обеспечить предоставление следующих услуг:

• Высокоскоростной доступ в Интернет (от 10 Мбит/с);

• Передачу голоса (для VoIP или для традиционной телефонии).

При проектировании мультисервисной сети связи стоит учитывать то, что со временем появляются новые услуги, например, телевидение высокой чёткости HDTV (High Definition Television), для которого требуется полоса в размере 15-20 Мбит/c, и требования к ширине полосы пропускания для доступа в сеть Интернет возрастает [3].

Для проектирования выбранной сети доступа используем технологию GPON.

Для обоснования выбора данной технологии рассмотрим преимущества и недостатки сетей доступа, построенных на других технологиях.

В первую очередь рассмотрим технологию доступа на основе технологии xDSL.

Технология xDSL предоставляет широкополосное подключение передаёт информацию по симметричным парам. К каждому абоненту требуется подвести одну симметричную пару, в сумме на 100 абонентов потребуется 100 симметричных пар, которые имеют высокое электромагнитное взаимодействие друг на друга, которое негативно влияет на дальности и скорости передачи данных. Данная технология не подходит для передачи больших объёмов данных, поэтому разберём технологии построения оптических сетей доступа FTTx.

Технологии FTTx основаны на доведении оптического кабеля до активного объекта сети x, после которого передача информации происходит по другой среде передачи данных. В нашем случае возможно использовать схему организации сети «волокно до распределительного шкафа FTTCab или «волокно до строения» FTTB. В первом варианте Оптическое волокно будет подводиться к активному устройству, расположенного в распределительном шкафу на улице, зачастую это устройство представляет DSLAM ADSL2+ или VDSL2. Использование данной организации сети может позволить достичь скорости для ADSL2+ до 25 Мбит/с, для VDSL2 до 100 Мбит/с. Недостатком является то, что в узлах перехода с оптического оборудования на медное используется активное оборудования, которое требует обеспечение электроэнергией и менее надёжное чем пассивное оборудование, что увеличивает сложность монтажных работ, сложность управления и увеличивает эксплуатационные расходы.

Второе решение организации сети FTTx, которое можно применить для данной сети доступа – это организация «оптоволокна до дома» FTTH, его можно организовывать на базе технологий «Точка-точка» P2P, Ethernet (AON) или GPON.

Данное решение организации сети потребует подключение отдельного абонента к отдельному индивидуальному порту в узле доступа, что потребует отдельное волокно. Уменьшить количество оптоволоконного кабеля на участке данной сети можно.

Технология GPON имеет множество преимуществ перед активными сетями.

На рисунке 16 предоставлена общая схема проектируемой сети GPON. В данной схеме можно выделить следующие узлы:

• Сетевой узел, который включает в себя оптический приёмо-передающий модуль OLT, мультиплексор спектрального разделения по длинам волн WDM MUX, передатчик кабельного телевидения CaTV, усилитель мощности кабельного телевидения CaTV на длине волны 1550 нм, распределительный кросс ODF OLT;

• Магистральный участок волоконно-оптической линии связи;

• Оптические распределительные шкафы FDT;

• Распределительный участок волоконно-оптической линии связи;

• Оптические распределительные коробки FDB;

• Абонентский участок ВОЛС;

• Абонентские терминалы ONT.

Рисунок 16 - Общая схема проектируемой сети для многоквартирных домов

Рисунок 17 - Схема подключения многоквартирных домов