Проектирование сети доступа в зданиях средней и большой этажности. Учебное пособие для студентов направления подготовки 09.03.02 «Информационные систе

кабелей абонентской разводки. Вторичная точка FCP размещается как можно ближе к точке концентрации абонентов, чтобы обеспечить минимальную длину кабелей абонентской разводки. Кроме того, на место расположения вторичной точки FCP влияют такие факторы, как удобство доступа и место размещения сплиттеров. Устройство вторичной точки распределения волокон FCP может иметь вид оптической распределительной муфты, устанавливаемой в колодце кабельной канализации или подвешиваемой на опоре и предназначенной для сращивания небольшого количества волокон.

Кабели абонентской разводки формируют последний участок внешней кабельной сети и прокладываются от последней точки FCP до помещения абонента на расстояние не более 500 м. Кабели абонентской разводки, как правило, включают в себя одно волокно, но могут также содержать дополнительные резервные волокна. Конструкция кабелей может быть полностью диэлектрическая (без металлических защитных элементов), с внешней одинарной или двойной оболочкой из материала, не поддерживающего горение и не выделяющего галогены для внутренней прокладки или из обычного полиэтилена – для внешней прокладки.

3. Внутридомовая разводка

Участок внутридомовой кабельной разводки начинается от распределительного устройства на входе в здание и заканчивается оптическим модулем (розеткой), устанавливаемым в помещении абонента.

Рис. 2. Модель построения внутридомового участка сети

Внутридомовая кабельная разводка может быть двух типов:

прямое подключение абонента с помощью кабеля абонентской разводки;

межэтажное распределение волокон с использованием этажных распределительных боксов.

Кабельный участок между точкой входа в здание и этажным распределительным боксом или оптическим абонентский модулем называется межэтажной разводкой.

Кабели межэтажной прокладки обычно прокладываются в зданиях по существующим или проектируемым кабельным стоякам или каналам. Кабель межэтажной прокладки обычно оканчивается в устройстве, устанавливаемом в подвальном помещении или на техническом этаже здания. В зависимости от архитектуры сети, количества волокон, необходимых

11

для подключения абонента, а также количества жилых помещений в здании, кабели межэтажной прокладки могут иметь различную структуру: индивидуальное волокно в покрытии или группа индивидуальных волокон под одной общей внешней оболочкой. Поскольку эти кабели прокладываются в достаточно сложных условиях (к примеру, с резкими поворотами через узкие каналы), то в конструкции кабелей используется новый тип волокон, не чувствительных к макроизгибам.

Точка входа в здание представляет собой устройство для соединения волокон кабелей внешней прокладки с волокнами кабелей внутренней прокладки. Соединение волокон может быть сварным или разъемным.

Этажное распределительное устройство служит для соединения волокон вертикального межэтажного кабеля с волокнами кабелей горизонтальной абонентской разводки.

Внутридомовая разводка служит для соединения точки внутридомовой разводки с абонентским модулем. Основной элемент внутридомовой разводки – это оптический кабель стандартной конструкции.

Оптический абонентский модуль служит для оканчивания волокон кабеля горизонтальной абонентской разводки. Модуль комплектуется оптическим коннектором для подключения патчкорда, приходящего от абонентского активного оборудования.

Оптический сетевой терминал располагается в помещении абонента и служит для преобразования оптического сигнала, приходящего из сети FTTH, в электрический сигнал.

Оборудование абонента, подключаемое к сети – это дополнительное устройство, позволяющее абоненту получать доступ к услугам, передаваемым по сети FTTH (высокоскоростной интернет, телевидение, телефон и т. п.). Очень часто оборудование абонента является частью сетевого терминала.

Внутриквартирная кабельная разводка позволяет абоненту подключить любое устройство (телевизор, компьютер, телефон и т. п.) к сетевому терминалу.

Оборудование абонента (телевизор, компьютер, телефон и т. п.), которое позволяет пользоваться услугами, передаваемыми по сети FTTH.

4. Планирование сети

Планирование является частью подготовки к процессу развертывания сети FTTH. Различают три отдельные фазы:

1.Стратегическое планирование сети включает два этапа. Первый – принятие решения по поводу целесообразности развертывания сети и определение ширины зоны развертывания. Второй – определение способа построения, типа кабеля и технологии использования кабельной канализации.

2.Планирование сети высокого уровня – это фаза, когда принимаются структурные решения для определенной географической территории планирования. Структурные решения включают в себя определение точек

12

расположения основных элементов сети, а также предварительный расчет стоимости используемых материалов.

3. Детальное планирование сети – это конечный этап планирования, когда создается проектная документация, которая может передаваться строительным компаниям.

В целом, три фазы процесса планирования идут последовательно одна за другой. Однако некоторые изначальные решения могут потребовать пересмотра. Например, предполагаемое размещение сетевого узла или точки присутствия может поменяться после составления детальных планов. В таких случаях очень важно вернуться к ранним этапам планирования и пересмотреть первоначально принятые решения.

Чтобы создать надежную сеть, каждое решение должно основываться на достоверной информации. Поэтому, очень важно иметь точные исходные данные, особенно картографические данные обозначенной зоны развертывания сети. Тип и точность требуемых данных будут меняться в зависимости от этапа планирования. Наиболее важные данные для планирования сети можно разделить на три категории: картографические данные, данные по характеристикам активного и пассивного оборудования, данные по стоимости активного и пассивного оборудования.

Необходимо учитывать географические особенности зоны развертывания сети на всех фазах проведения планирования: топология района города, включая тротуары, подземные переходы и т. п., местоположение зданий, количество подъездов и количество квартир потенциальных абонентов и/или офисов.

Картографические данные городов можно получить из базы данных больших географических информационных систем (ГИС), кроме того, подробные карты городов размещены на специализированных интернет сайтах. Сложнее получить информацию о количестве жилых помещений потенциальных абонентов. Для этого необходимо обследовать каждое здание и определить количество жилых помещений и наличие офисных помещений. Точность планирования можно повысить, используя дополнительные данные. Например, тип покрытия автомобильных дорог и тротуаров может помочь определить затраты на земляные работы; наличие действующей линейно-кабельной инфраструктуры (существующая кабельная канализация с незанятыми каналами) помогает уменьшить расходы на развертывание сети FTTH; подходящее месторасположение сетевого узла или точки распределения волокон. Такие дополнительные данные получить достаточно сложно. Поэтому на раннем этапе можно опустить некоторую детальную информацию и рассматривать ее как приблизительно точную. Более подробные данные требуются на поздних этапах планирования, но для принятия лучших стратегических решений высокого уровня следует собрать высококачественные данные на ранних этапах.

При проектировании сети на базе PON в зданиях средней и большой этажности следует придерживаться следующих правил:

13

1.Магистральная и распределительная сети должны предусматривать подключение всех квартир без исключения. Потенциальная монтированная емкость оптических распределительных коробок со сплиттерами второго уровня позволяет обеспечивать подключение 100 % квартир в доме.

2.Конфигурация сети основывается на двухкаскадной схеме с ветвлением

по сплиттерам первого и второго уровня. В первом случае речь идет о соотношении 1 : 8 и 1 : 16, во втором – 1 : 8 и 1 : 4 соответственно. При этом, в формуле N1 × N2 коэффициент деления пассивной оптической сети не должен превышать значения 64. За N1 и N2 берутся значения делителей первого и второго уровня каскадирования.

3.В качестве этажных сплиттерных коробок применяются оптические распределительные коробки на 16 и на 8 выходов.

4.Объем оптических волокон для построения магистральной сети рассчитывается исходя из 100 % проникновения в жилые дома.

5.Конструкция магистрального кабеля должна соответствовать способам монтажа и условиям окружающей среды.

6.Желательно использовать необходимый минимум муфт на трассе.

7.Емкость распределительной сети рассчитывается исходя из емкости волоконно-оптических кабелей между этажами, которая определяется количеством этажей.

8.Проектирование сплиттеров зависит от количества квартир на этаже.

9.ВОК между подъездами, как правило, монтируется в подвалах или технических этажах.

10.Оболочка распределительного кабеля для прокладки внутри дома не должна быть выполнена из горючих материалов.

11.Металлическая броня оптического кабеля в жилых домах должна быть заземлена. Для этого применяется групповая заземляющая шина и провода типа ПВ–3 1 × 16.

Один из самых важных аспектов при проектировании сетей – это расчет оптического бюджета. На рисунке 3 приведена структурная схема сети.

Рис. 3. Структурная схема линейной части сети PON при многоквартирной застройке

Как показано на схеме выше, линейная часть PON сети состоит из четырех основных участков:

станционный – оптическая линия связи от OLT до станционного оптического распределительного шкафа (ОРШ или ODF – Optical Distribution Frame);

14

магистральный – линейный участок от станционного ОРШ до ОРШ на объекте или муфты магистрального участка;

распределительный – линейный участок от ОРШ на объекте или муфты магистрального участка до оптической распределительной коробки (ОРК) или ближайшей к пользователю муфты;

абонентский – линейный участок от ОРК или ближайшей к абоненту муфты до абонентского терминала ONT.

Станционный участок. В оптический линейный терминал GPON устанавливаются SFP GPON модули с разъемами SC/UPC. Для уменьшения обратных отражений в оптической линии связи, которые могут привести

квозникновению нелинейных эффектов, в сетях PON используются

коннекторы SC/APC. Магистральный оптический кабель заводится в оптический распределительный шкаф (ОРШ 1), в котором оптические волокна данного кабеля с помощью пигтейлов расшиваются на панели

сразъемами SC/APC. Порты PON OLT подключаются к разъемам ОРШ 1

спомощью оптических патчкордов SC/UPC – SC/APC.

Магистральный участок. На магистральном участке отсутствуют разъемные соединители, в зависимости от длины данного участка могут использоваться неразъемные соединения в виде сварки оптического волокна, то есть могут располагаться оптические муфты.

Распределительный участок. Магистральный участок заканчивается на объекте в ОРШ 2, в котором на панели с оптическими разъемами

спомощью пигтейлов выведены оптические волокна магистрального кабеля. С другой стороны, к данным разъемам подключаются сплиттеры. Выходные порты сплиттеров подключаются к оптическим разъемам ОРШ 3, к которым

сдругой стороны, с помощью пигтейлов, подключены некритичные к малым радиусам изгиба оптические волокна вертикального распределительного кабеля. Конструктивно ОРШ 2 и ОРШ 3 могут быть выполнены в виде одного ОРШ с отдельными распределительными панелями и местом для

размещения сплиттеров. Выделение волокон на этажах выполняется в оптических распределительных коробках (ОРК), в которых соединяются волокна распределительного и абонентского кабеля или по другому называемому drop-кабелю и который используется на участке от ОРК до оптической розетки в квартире абонента.

Абонентский участок. В квартире абонента может быть установлена оптическая розетка с коннектором SC/APC, к которой через пигтейл подключается абонентский кабель. К оптической розетке с помощью оптического патчкорда SC/APC-SC/APC присоединяется абонентский терминал клиента ONT.

Перед произведением расчета PON сети необходимо выполнить предварительное планирование сети, то есть произвести выбор необходимого коэффициента деления, выделение групп пользователей, распределение сплиттеров, а также выбор магистрального, распределительного и абонентского волоконно-оптических кабелей с учетом требуемого количества ОВ. При

15

проведении выбора волоконно-оптических кабелей необходимо предусмотреть избыточность по ОВ для возможности дальнейшего расширения сети.

Под оптическим бюджетом линии связи необходимо понимать максимально возможное затухание в оптической линии связи между передатчиком и приемником, при котором данная линия может сохранять работоспособность. Основным условием расчета оптического бюджета для сохранения этой работоспособности является выполнение следующего условия:

где ∆Р (дБ) – оптический бюджет линии; αmax, (дБ) – максимально возможное затухание в PON сети, то есть затухание волоконно-оптической линии связи на участке от передатчика до самого удаленного приемника.

Если вышеуказанное условие выполняется, то линия спроектирована корректно, работоспособна и может использоваться в эксплуатации. В случае если условие не выполняется, то необходимо произвести повторное планирование сети, а затем повторно выполнить расчет до тех пор, пока условие не будет выполняться.

Оптический бюджет линии определяется следующим образом:

где ∆Р (дБ) – оптический бюджет линии; Tx (дБм) – уровень мощности передатчика; Rx (дБм) – чувствительность приемника.

Максимально возможное затухание в сети для самого протяженного участка от ONT до OLT рассчитывается по следующей формуле:

где αРСi (дБ) – потери на разъемном соединении (коннекторах); αНРСi (дБ) – потери на неразъемном соединении (сварка ОВ); β (дБ) – потери, вносимые

оптическим сплиттером; l (км) – длина волоконно-оптического кабеля; kλ (дБ/км) – коэффициент затухания оптического волокна на длине волны λ;

ξ(дБ) – эксплуатационный запас.

Втаблице 1 приведены данные значений, которые могут быть использованы при расчете оптического бюджета.

Таблица 1

Справочные значения для расчета затухания в сети

Конкретные значения коэффициента затухания оптического волокна приводятся в паспорте волоконно-оптического кабеля. Потери на неразъемных

16

соединениях обычно принимается не более 0,02 дБ. Но при проектировании принято брать значения с запасом. Также учитывается эксплуатационный запас, который обусловлен деградацией источника оптического излучения в процессе эксплуатации и старением волокна со временем.

Таблица 2

Потери, вносимые оптическими сплиттерами

Вносимые оптическими сплиттерами потери приведены в таблице 2. Рассмотрим пример расчета оптического бюджета при условии, что

объект строительства – многоквартирная застройка, коэффициент сплитирования которой составляет 1 × 64, максимальное расстояние от OLT до ONT – 10 км, уровень мощности передатчика составляет + 1,5–5 дБм, чувствительность приемника – в диапазоне от – 8 до – 28 дБм.

Структура сети приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Структура сети

По условию задачи максимальное расстояние от OLT до ONT составляет 10 км. Так как длина магистрального участка значительно превышает длины станционного, распределительного и абонентского участков, можно предположить, что основная длина кабеля приходится на участок ОРШ 1 – ОРШ 2, но стандартная строительная длина волоконно-оптического кабеля обычно составляет 2–4 км, и на рассматриваемом участке потребуется монтаж оптических муфт (сварных соединений). Коэффициент сплиттирования составляет 1 × 64, поэтому предположим, что используются оптические сплиттеры 1 × 2 и 1 × 32.

При проведении данных расчетов будем использовать наибольшие значения из приведенных значений в таблицах. Согласно схеме, на рассматриваемом участке семь разъемных соединений, соответственно общие потери на них составят 2,1 дБ. Количество неразъемных соединений – 5, соответственно общие потери на них составят 0,25 дБ. Общая длина волоконно-оптического кабеля – 5 км, соответственно потери на них составят 2 дБ. Потери на сплиттерах 1 × 2 и 1 × 32 составят 3,2 и 17

17

соответственно и общие потери на сплиттерах – 20,2 дБ. Суммируя все потери и учитывая эксплуатационный запас (2,1 + 0,25 + 2 + 20,2 + 3), получаем 27,55 дБ.

Произведем расчет оптического бюджета линии с учетом заданных параметров, с заданными уровнем мощности передатчика и чувствительностью приемника:

работоспособной.

5. Задание для самостоятельного решения

Необходимо спроектировать сеть доступа микрорайона зданий средней и большой этажности по технологии PON. Объект строительства сети: многоквартирная застройка, коэффициент деления (сплиттирования): 1 × 64. Выполнение задания осуществляется по вариантам (см. табл. 3).

Номер варианта определяется по последней цифре зачетной книжки или студенческого билета. Номер схемы расположения зданий средней и большой этажности приведены в Приложении 1.

В соответствии с исходными данными:

1.Произведите выбор необходимых материалов (предпочтительно использование материалов российских производителей).

2.Разработайте схему прокладки распределительной сети (пример схемы сети приведен в Приложении 2).

3.Разработайте структурную схему проектируемой сети (пример структурной схемы сети приведен в Приложении 3).

4.Разработайте схему распределения волокон (примеры схем

18

распределения оптических волокон приведены в Приложении 4).

5.Разработайте схему домовой распределительной сети для каждого типа здания (примеры схем домовых распределительных сетей приведены

вПриложении 5).

6.Произведите предварительный расчет оптического бюджета.

19

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Борисов, В. Н. Проектирование инфокоммуникационной системы связи с применением технологии G-PON / В. Н. Борисов, Е. А. Згоняйко // МОЛОДЕЖНАЯ НАУКА : сборник статей VI Международной научнопрактической конференции, Пенза, 23 января 2022 года. – Пенза : Наука и Просвещение (ИП Гуляев Г. Ю.), 2022. – С. 33–36.

2.Инфокоммуникационные сети : энциклопедия для руководителей и специалистов предприятий, преподавателей, аспирантов и студентов вузов отрасли инфокоммуникаций / С. П. Воробьев, А. Е. Давыдов, В. В. Ефимов, В. И. Курносов. – Т. 1. – 2-е изд., переработ. и доп. – СПб : Наукоемкие технологии, 2019. – 739 с.

3.Соболева, В. В., Ворначева, Н. Ю. Проектирование информационной

системы деятельности строительной организации / В. В. Соболева, Н. Ю. Ворначева // Потенциал интеллектуально одаренной молодежи – развитию науки и образования. Материалы X Международного научного форума молодых ученых, инноваторов, студентов и школьников / под общ. ред. Т. В. Золиной : Астрахань, 2021. – С. 125–128.

4. Справочное руководство по сетям FTTH / Cristina Deac и др. – 5-е изд.,

переработ. : Eileen Connolly Bull, Connolly Communication AB : FTTH Council Europe, 2012. – 119 с.

20