Руководство по проектированию и строительству волоконно-оптических сетей широкополосного доступа FTTН в районах малоэтажной застройки

FTTH проектирование

Часть 1.   Часть 2.   Часть 3.   Часть 4.  Часть 5.  Часть 6.

Настоящее руководство составлено специалистами Московского представительства фирмы TE Connectivity. Оно охватывает вопросы проектирования, строительства и обслуживания пассивных оптических сетей доступа (ПОН/PON), построенных по технологии FTTH («Волокно до абонента») с использованием пассивных оптических разветвителей сигнала (сплиттеров).

Структурно сеть PON состоит из трех главных элементов (рис. 1): OLT, сплиттеров и ONT. OLT устанавливается в узлах связи и обеспечивает взаимодействие с внешними сетями. Для передачи данных и голоса используются длины волн 1490 нм в прямом потоке (от сетевого узла до абонента) и 1310 нм в обратном потоке (от абонента к сетевому узлу). Между OLT и ONT размещаются один или несколько сплиттеров, которые обеспечивают распределение оптического сигнала от ОLT к группе ONT. Число ONT, подключенных к одному OLT, определяется параметрами карт ОLT, бюджетом оптической мощности и максимальной скоростью приемо-передающей аппаратуры. ONT устанавливается в помещении абонента и обеспечивает подключение таких устройств абонента как компьютер, телефон, телевизор, сетевой роутер, системы пожарной и охранной сигнализации.

Таким образом, сеть PON можно разделить на следующие участки:

 - Станционный участок (Центральный узел) — включает в себя активное оборудование OLT (Optical Line Terminal) и опти-ческий кросс высокой емкости в котором размещаются оптические панели для сращивания и коммутации оптических волокон опорного магистрального кабеля с портами активного оборудования OLT. Активное и пассивное оборудование, как правило, размещается на узле связи в стационарном помещении АТС или в АТС «контейнерного» типа.

- Магистральный участок — включает в себя опорный магистральный волоконно-оптический кабель, магистральные муфты средней емкости (до 96 сварных соединений), обеспечивающие соединение строительных длин кабеля.

- Распределительный участок — включает в себя зоновый магистральный волоконно-оптический кабель, оптические кабели абонентской разводки, распределительные пассивные устройства с установленными оптические разветвителями (сплиттерами), а также сварные и/или коммутационные соединения.

- Абонентский участок — включает в себя абонентскую розетку, внутриобъектовый одноволоконный (реже двухволокон-ный) оптический кабель и ONT в помещении абонента. Допускается использование быстроустанавлимаемых коннекторов.В данном Руководстве не рассматриваются изделия, применяемые для построения станционного сегмента сети FTTH.Структурная схема сети PON

Рис. 1. Структурная схема сети PON

1.1 Выбор схемы деления оптического сигнала в сетях FTTH

Среди возможных вариантов архитектуры сети FTTH, существующих сегодня и планируемых в будущем, лучшим решением следует признать то, которое будет наиболее экономически эффективным, гибким и масштабируемым. Важным вопросом в процессе планирования строительства распределительного участка сети является выбор схемы деления (сплиттерования) оптического сигнала. Существуют две базовые схемы деления оптического сигнала — централизованная (рис. 2) и каскадированная (рис. 3).
В настоящее время существуют терминалы оптических линий (OLT) с картами, которые могут обслуживать до 128 абонентов. Наиболее распространены и доступны OLT, обслуживающие 32–64 абонента. Для примера возьмем OLT на 32 абонента, предполагая, что результаты, полученные при выборе того или иного варианта схемы сплиттерования, можно масштабировать в зависимости от параметров используемых карт OLT.

 

Централизованная схема деления сигналаКаскадированная схема деления сигнала

 

 

 

 

 

 

 Рис. 2. Централизованная схема деления сигнала                       Рис. 3. Каскадированная схема деления сигнала

 

В рассматриваемом примере в случае централизованного деления сигнала используется сплиттер 1×32, устанавливаемый в муфте или шкафу. Такую точку можно назвать зоновым узлом агрегации (ЗУА) сети. Вход сплиттера подключается в порту OLT на станции, а выходы к волокнам распределительного кабеля для подключения 32 абонентов через коммутационные поля, соединительные муфты и демаркационные точки.
Каскадное деление оптического сигнала, как правило, предполагает использование двух или более сплиттеров, подключенных последовательно. В общем случае общий коэффициент деления дерева сплиттеров соответствует заданной емкости порта OLT. В рассматриваемом нами примере — 32. Таким образом, в случае двухкаскадной схемы можно говорить о вариантах каскадирования 1×2–1×16, 1×4–1×8 и т.п. В случае трехкаскадной схемы возможна конфигурация 1×2–1×4–1×4 или подобные. Для упрощения расчета примем, что все одноуровневые ветви дерева, образованного при использовании такого подхода, симметричны с точки зрения потерь сигнала и не используются сплиттеры с несимметричным коэффициентом деления.
Первый сплиттер каскада, как и в случае централизованного подхода, устанавливается в распределительной муфте или шкафу ЗУА. Сплиттеры второго или следующих уровней располагаются в муфтах, размещенных как можно ближе к абонентам. Такие муфты можно назвать узлами абонентской агрегации (АУА) или терминалами доступа.
Одним из наиболее важных вопросов является обеспечение эффективности использования каждой карты OLT. В крупных проектах неэффективное использование карт OLT стоимостью около 150 тыс. руб. может заметно увеличить начальные затраты на развертывание сети.
В то же время необходимо учитывать и планировать стоимость материалов и работ по строительству сети, которые сопоставимы, а зачастую и превышают стоимость активного оборудования сети. Также необходимо учитывать опережающее падение цен на активное оборудование по сравнению с ценами пассивных компонентов.
Не меньшее значение имеет возможность модернизации сети для адаптации будущих технологических изменений, так как телекоммуникационная отрасль продолжает развиваться значительными темпами.

1.2 Эффективность использования портов OLT

Максимальная эффективность схемы централизованного деления оптического сигнала в части использования портов OLT проявляется в случае отличия числа абонентов в кластере от значения коэффициента деления схемы. Каждый абонент при такой топологии подключается к порту OLT через один и тот же сплиттер. Например, кластер из 32 абонентов в случае централизованного деления подключается к одному порту OLT (рис. 4). При использовании двухкаскадной топологии, например, 1×8–1×4 и терминалов, обслуживающих менее 4 абонентов, потребуется потребуется более одного порта OLT (рис. 5). Схема централизованного деления оптического сигнала является более эффективной и в случае, когда планируется невысокий про-цент подключений абонентов на начальном этапе развертывания сети FTTH. В этом случае поставщик услуг (провайдер) имеет значительную гибкость в использовании волокон для обеспечения физического подключения абонентов, вне зависимости от физического месторасположения.
В общем случае количество требуемых портов OLT для обслуживания заданного количества абонентов (Nаб) и, соответственно, количество магистральных опорных волокон, а также эффективность использования портов OLT можно высчитать по следующей методике:
1. Определяется количество абонентских кластеров (КлАб), исходя из предполагаемого коэффициента деления второго каскада (Кд2). В случае централизованного деления сигнала примем за коэффициент деления второго каскада 1.
2. Определяется теоретическое количество портов OLT (Nolt) по формуле Nolt = Округление(КлАб×д2/32,0)
3. Эффективность использования портов OLT (Kolt) определяется по формуле Kolt= Nаб/32/ Nolt×100Рассмотрим жилую зону, состоящую из 357 абонентов.
В случае централизованной схемы деления сигнала и непрерывного сплиттерного поля (кластер состоит из одного абонента) для обслуживания зоны необходимо 12 портов OLT, что дает 92.97% эффективность использования портов.

Централизованная схема (кластер из 32 абонентов)

Каскадированная схема (кластер из 32 абонентов)

 Рис. 4. Централизованная схема деления сигнала  Рис. 5. Каскадированная схема деления сигнала

В случае каскадной схемы деления оптического сигнала (1×8–1×4) число портов OLT остается тем же вплоть до 96 абонентских кластеров. В случае, если кластер состоит лишь из 3 абонентов, для обслуживания зоны потребуется 15 портов OLT, что даст 74.38% эффективность использования портов.

1.3 Возможность проведения измерений параметров сети

Выбор централизованной или каскадной схемы деления оптического сигнала может оказывать влияние на порядок и способы проведения измерений оптических параметров, а также на технологию устранения неисправностей на сетях доступа. На начальном этапе развития технологии PON операторы сталкивались с трудностями применения оптических рефлектометров (OTDR) при проведении измерений «от станции». Проблемы возникали при тестировании сети с оптическими сплиттерами, которые затрудняли контроль оптических параметров нескольких абонентских участков сети с событиями (коннекторы, сварное соединение волокна и пр.), расположенными на относительно одинаковом расстоянии от точки ветвления оптического сигнала.
Вторым моментом, усложняющим измерение параметров сети, была невозможность проведения измерений без отключения абонента. Решением данной проблемы является использование рефлектометров, работающих на длине волны 1625 нм и имеющих режекторные фильтры, препятствующие проникновению в приемник измерительного прибора сигналов с длиной волны менее 1620 нм.
Можно выделить три этапа «жизни» сети: строительство, ввод в эксплуатацию и обслуживание. Каждый из этапов предполагает свой, оптимизированный подход к тестированию сетей PON. Более подробно ознакомиться с измерениями на каждом этапе можно в книге «Рефлектометрия оптических волокон» (А.В. Листвин, В.Н. Листвин. — М. ЛЕСАРарт, 2005. — 208 с.) В общем случае работы, связанные с определением параметров сети, можно свести к получению количественных значений конкретных параметров либо получению качественной оценки функционирования отдельных элементов сети.
Первый подход может быть рекомендован на этапе строительства сети и проведения приемо-сдаточных испытаний. В этом случае работы по проведению измерений выполняются квалифицированными специалистами с использованием дорогостоящего оборудования. Как правило, затраты времени на проведение таких работ являются довольно значительными.
Второй подход сводится к локализации «проблемных» элементов сети за ограниченное время и восстановлению работоспособности за ограниченное время и с минимальными затратами. Для решения такой задачи представляется разумным использование простого набора оборудования, который может состоять из излучателя видимого оптического сигнала и детектора активного волокна.
Таким образом, можно сделать следующие выводы:
– имеющееся специализированное измерительное оборудование с одинаковым успехом справляется с проведением количественных измерений параметров оптической сети как с централизованной, так и с каскадированной схемой деления сигнала;
– при проектировании сети, строительстве, разработке процедур технического учета и последующем обслуживании необходимо соблюдать баланс между дорогостоящими измерениями и экономичными способами контроля работоспособности сети и локализации неисправностей.

1.4 Потери оптического сигнала

При выборе централизованной либо каскадной схемы построения сети возникает необходимость оценить потери оптического сигнала в случае применения той или иной топологии.В качестве примера приводятся максимальные параметры внесенных (прямых) потерь сплиттеров эконом-класса производства компании ТЕ Connectivity и теоретические (расчетные) показатели:

Таблица 1. Прямые потери в оптических сплиттерах

Сплиттер

Реальные потери мощности,
дБ
Теоретические потери мощности,
дБ
Максимальные потери, определенные
стандартом ITU-N G.671, дБ
1×32 17.0 15.05 18.6
1×16 13.3 12.04 15.0
1×8 10.4 9.03 11.4
1×4 7.0 6.02 7.8
1×2 3.5 3.01 4.2

Возьмем для примера две возможные топологии каскадного построения сети и оценим вносимые потери в сравнении с централизованной схемой:
1×2-1×16. 3.5+13.3= 16.8 дБ
1×8-1×4. 10.4+7.0=17.4 дБ
1×32. 17.0 дБ
Видим, что дополнительные вносимые потери не превышают 0.6 дБ.
Справедливости ради стоит упомянуть, что в приведенных расчетах не учитывались потери на соединении сплиттерных каскадов, которые составят 0.05 дБ для сварного соединения и 0.3 дБ в случае применения разъемного соединения.

1.5 Процент подключенных абонентов и стоимость кабеля

процент подключенных абонентов в контексте выбора топологии сети безусловно оказывает влияние на решение об эффективном использовании карт OLT. Этот вопрос более подробно рассматривался выше. Как было отмечено, наличие абонентских кластеров с числом абонентов, соответствующим коэффициенту деления, и процент подключенных абонентов более 75 позволяет достаточно эффективно использовать каскадную схему сплиттерования. В прочих случаях необходимо более внимательно оценить экономическую целесообразность применения централизованной топологии.
Необходимо отметить еще одно преимущество каскадной схемы построения сплиттерного поля, а именно уменьшение количества необходимых оптических волокон в сети, что может заметно повлиять на стоимость каблирования зоны.
Экономия в значительной части обеспечивается не фактом использования кабеля с меньшим числов волокон, но суще-ственно меньшим объемом работ по терминации оптических волокон.
Ниже приведены сравнительные оценочные стоимостные характеристики кабелей ОКСН (Оптический Кабель СамоНесущий) различных производителей, содержащие 16 или 32 оптических волокна:

Таблица 2. Оценочные стоимостные характеристики кабелей

Производитель Марка кабеля Кол-во волокон Цена за тыс.руб/1км
без НДС
Siemens A-D(T)H 15 мм2 1×32 E9/125 0.38F3.5+0.23 H18 32 57,3
Siemens A-D(T)H 15 мм2 1×16 E9/125 0.38F3.5+0.23 H18 16 44,5
Alcatel LL-SG5LV(FT-KKT25) 2×16 FSN 9/125 32 111.2
Alcatel LL-SG5LV(FT-KKT25) 2×8 FSN 9/125 16 90.0
Москабель-Фуджикура ОКСН 8 8 35,6
Москабель-Фуджикура ОКСН 16 16 40,5
Москабель-Фуджикура ОКСН 32 32 49,6
Москабель-Фуджикура ОКСН 64 64 69,9

Как указывается в документе «РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ОТРАСЛИ. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ НА МАГИСТРАЛЬНОЙ И ВНУТРИЗОНОВЫХ ПЕРВИЧНЫХ СЕТЯХ ВСС РОССИИ. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ» РД 45. 047-99, утвержденным письмом Минсвязи России от 27.12.1990 №7934, стоимость cтроительно-монтажных работ (СМР) напрямую зависит от стоимости прокладываемого кабеля с коэффициентом ×1.1.
Пример упрощенного расчета стоимости строительства зоны из 32 абонентов:

Таблица 3. Влияние каскадирования сплиттеров на стоимость, время инсталляции
и оптический бюджет зоны из 32 абонентов длиной 480 м

Топология 1х32

1х8 - 1х4

Количество волокон в кабеле 32 8
Длина кабеля с кольцами запаса, м 520 520
Количество сварок волокна 65.0 17.0
Количество разъемных соединений 65.0 41.0
Количество последовательных соединений 3 3
Количество последовательных разъемов 3.00 3.00
     
Стоимость кабеля, руб/м 49.6 35.6
Стоимость подвеса кабеля, руб/м 54.56 39.16
Стоимость работ по сварке волокна, руб 300.00 300.00
Стоимость работ по соединению, руб/разъем 30.00 30.00
     
Время сварки, мин/волокно 5.00 5.00
Время соединения, мин/разъем 0.10 0.10
     
Прямые потери на сварном соединении, дБ 0.05 0.05
Прямые потери на разъемном соединении, дБ 0.30 0.30
Прямые потери в сплиттере 1×32, дБ 17.00 -
Прямые потери в сплиттере 1×8, дБ - 10.40
Прямые потери в сплиттере 1×4, дБ - 7.00
     
ИТОГО    
Стоимость, руб 75,613.00 45,205.00
Время (без времени подвеса кабеля), мин 331.50 89.10
Оптический бюджет, дБ 18.05 18.45

Исходя из вышеприведенного анализа стоимости и времени строительства можно сделать вывод об экономической целе-сообразности применения каскадной топологии построения сети.

Часть 1.   Часть 2.   Часть 3.   Часть 4.  Часть 5.  Часть 6.

Основные термины и определения