Организация сетей сельской связи

О. А. Хацкевич

ОРГАНИЗАЦИЯ СЕТЕЙ сельской СВЯЗИ

Рекомендовано УМО по образованию в области информатики и радиоэлектроники в качестве учебно-методического пособия для студентов, получающих высшее образование по специальностям

1-45 01 01 и 1-45 01 02

Минск БГУИР 2012

УДК 621.395.5 (076)

ББК 32.882я73

Х28

Рецензенты:

кафедра «Радиосвязи и радиовещания» Высшего Государственного

Колледжа Связи( протокол №5 от 23 декабря 2011 г.);

профессор кафедры связи учреждения образования «Военная

академия Республики Беларусь», полковник А. А. Пилюшко

Хацкевич, О. А.

Х28 Организация сетей сельской связи : учеб. метод. пособие /

О. А. Хацкевич. – Минск : БГУИР, 2012. – 52 с. : ил.

ISBN 978-985-488-876-7.

В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы организации современных сетей связи в сельском административном районе. Особое внимание уделено структуре сельской телефонной сети, аппаратуре связи СТС, услугам связи, современным технологиям управления. Рассматриваются вопросы построения пассивных оптических сетей и внедрения новой техники на сети сельской связи.

Может использоваться при проведении практических занятий, курсового и дипломного проектирования специальности МСТК, СРРТ. Может быть полезно студентам и других телекоммуникационных специальностей.

УДК 621.395.4 (076)

ББК 32.882я73

ISBN 978-985-488-876-7 © Хацкевич О. А., 2012

© «Белорусский государственный

университет информатики

и радиоэлектроники», 2012

ОРГАНИЗАЦИЯ СЕТЕЙ СЕЛЬСКОЙ СВЯЗИ 2012

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы структура телекоммуникационных сетей Республики Беларусь прошла сложную и многоплановую модернизацию.

Наряду с развитием транспортной сети связи Республики Беларусь на базе технологии SDH быстрыми темпами развиваются и местные сети, к которым относятся городские сети связи и сети сельских административных районов, что позволяет большинству абонентов помимо традиционной телефонии пользоваться такими услугами, как высокоскоростной доступ к сети интернет и IPTV (Internet Protocol Television – телевидение по интернет-протоколу). Развитие сельских сетей связи является приоритетным направлением развития отрасли связи Республики Беларусь.

В первом разделе пособия рассмотрены принципы построения современных сетей сельской связи, аппаратура уплотнения и линии связи, принципы построения сетей передачи данных. Приведены примеры построения сельских сетей телефонии и передачи данных. Рассматриваются современные услуги связи : высокоскоростной доступ к сети интернет по технологии xDSL, позволяющий оказывать такой вид услуг, как телевидение по интернет-протоколу (IPTV), при котором реализуется телевизионное вещание как в реальном режиме времени, так и интерактивное телевидение, услуга «Объединение корпоративных сетей по интернет-протоколу» VPN (Virtual Private Network – виртуальная частная сеть) предназначена для объединения территориально разрозненных сетей передачи данных абонента в единую сеть передачи данных с использованием виртуальных каналов, организованных на базе сети передачи данных РУП «Белтелеком». В последнее время распространение получает технология беспроводного доступа к сети передачи данных по технологии Wi-Fi (Wireless Fidelity) стандарта IEEE 802.11. Данная услуга в небольших районных центрах и в сельской местности имеет большую перспективу .

Во втором разделе рассмотрены оптические сети доступа и реализующая их аппаратура . Приведен пример построения такой сети.

Третий раздел посвящен расчету трафика на сети, приведен пример построения магистрального, распределительного и абоненсткого участков.

В четвертом разделе рассмотрены вопросы автоматизации процессов управления на сельских сетях связи.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА СЕЛЬСКОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ

1.1 Принципы построения сельских сетей связи

На сегодняшний день на стационарной телефонной сети общего пользования сельского административного района работают 30–60 АТС (автоматическая телефонная станция) РУП «Белтелеком» суммарной номерной емкостью 20000–40000 номеров и могут быть ведомственные цифровые АТС, присоединённые к местной сети связи. Количество станций и емкость зависит от величины района и величины райцентра. На местной сети связи района используются АТС различных типов, основное количество которых составляют электронные цифровые автоматические станции АТСЭФ различных модификаций и емкостей.

На ГТС (городская телефонная сеть) района установлено несколько станций, в том числе 2–3 АТС установлены в райцентре. Одна из них является междугородной станцией. В больших райцентрах это число может достигать 10–15. Суммарная номерная емкость составляет 10000–20000 номеров и зависит от величины райцентра и других городов района. На СТС (сельская телефонная сеть) установлено несколько десятков станции малой емкости [3].

Совместно с операторами мобильной связи в труднодоступных местах района, где прокладка кабельных линий связи нецелесообразна, предоставляется связь посредством беспроводных абонентских линий (WLL– Wireless Local Loop). На данный момент в среднем по району задействовано 1300–1500 WLL в стандарте CDMA (оператор ООО СП «БелСел») и 20–50 WLL в стандарте GSM (оператор СООО «Мобильные ТелеСистемы»).

Для межстанционной связи используется аппаратура уплотнения различных типов. Для связи по медным кабелям применяется аппаратура ИКМ-15 «Ива» и ИКМ-30 «Кедр». Для связи по волоконно-оптическим кабелям используется оборудование МОП-Е1х4, МОП-Е1х8, МОП-Е1х16, SMA-16. В качестве резервной аппаратуры используется ИКМ-120 для связи с опорно-транзитными узлами.

На местной сети связи сельского района применяется также абонентская аппаратура уплотнения РСМ-4, 6, 8, 12, 16 и ЕМХ-16.

На ГТС и СТС района на местной сети связи применяются различные типы кабелей связи. На сети используются как медные, так и волоконно-оптические кабели. Кабельные линии связи проложены в телефонной канализации и в грунте. Воздушные линии связи на сегодняшний день не используются.

Для организации межстанционной связи применяются кабели связи с медными жилами КСПП 1х4х0,9, КСПП 1х4х1,2, ЗКП 1х4х1,2, а также волоконно-оптические кабели ОМЗКГЦ и других типов с различным количеством оптических волокон.

В качестве магистральных кабелей связи на ГТС используются кабели марок ТПП, ТППБ, ТППэп, ТППэпЗ емкостью от 50х2 до 600х2 и диаметром жил 0,32…0,5 мм. На СТС в качестве магистральных используются те же кабели связи, но емкость не привышает 200х2.

В качестве распределительных кабелей связи на ГТС и СТС применяются кабели ТПП, ТППБ, ТППэп, ТППэпЗ, КТА емкостью до от 5х2 до 100х2 и диаметром жил 0,32…0,64 мм. Кроме того, на СТС с учетом дальних расстояний широко используются кабели связи с четвёрочным повивом жил марок ТЗБ, ТЗАВБ, ТЗАШП и диаметром жил 0,64…1,2 мм. При строительстве новых кабельных линий связи применяются кабели с гидрофобным заполнением марки ТППэпЗ различных емкостей с диаметром жил не менее 0,5 мм.

В качестве абонентских кабельных линий связи используются малогабаритные кабели связи МТППЗ, КАПЗП и ТППэпЗ-АД емкостью 1х2, 2х2 и 3х2 с диаметром жил 0,5 мм, а также провода ПРППМ 2х0,9 и ПРППМ 2х1,2. Иногда в качестве абонентских кабелей связи используются старые кабели марок ЗКП, КСПП, П-270.

На АТС применяются кабели с поливинилхлоридной оболочкой, не поддерживающей горение марок ТСВ и ТПВ.

На ГТС и СТС применяются различные оконечные устройства:

– шкафы – ШКМ, ШР-20, ШР-50, ШР-150, ШР-300, ШР-600, ШР- 1200;

– кабельные ящики, столбы и боксы – ЯКГ 10х2, ЯКГ 20х2, УКС 10х2, УКС 20х2, УКП 10х2, БМВ, ЯКР 20х2, СР 10х2, СР 20х2, СР 30х2;

– коробки – КРТ, КРТП, КРТМ и т.д.

Типичный пример построения сети связи сельского дминистративного района приведен на рисунке 1.1.

1.2 Сети передачи данных СТС

Сетью передачи данных (СПД) СТС называется совокупность оконечных устройств (терминалов) связи, объединенных каналами связи и коммутирующими устройствами (узлами), обеспечивающими обмен сообщениями между всеми оконечными устройствами [1].

По расстоянию между связываемыми узлами (территории охвата) сети передачи данных можно разделить на локальные, кампусные, городские и глобальные.

Сеть передачи данных РУП «Белтелеком» является глобальной (территориальной) сетью (WAN) и охватывает всю территорию Республики Беларусь. Она не имеет единой сетевой архитектуры и строится на основе некоммутируемых каналов существующих сетей связи.

Рисунок 1.1 – Пример сети связи района

СПД РУП «Белтелеком» выполняет роль связующего транспортного звена для обмена информацией между индивидуальными пользователями, локальными, кампусными и городскими вычислительными сетями различных организаций и ведомств страны, а также предоставляет пользователям доступ к сети Интернет. СПД РУП «Белтелеком» является основой сети интерактивного телевизионного вещания (IPTV) торговой марки «ZALA». Эта услуга является востребованной во многих сельских районах в связи с невозможностью организовать устойчивый прием эфирного телевидения.

Глобальная сеть передачи данных РУП «Белтелеком» состоит из двух основных уровней: транспортного уровня и уровня доступа.

К транспортному уровню относятся линии связи г. Минска с областными центрами и линии связи областных центров с районными. Все участки транспортного уровня сети передачи данных строятся по кольцевым схемам и использованием волнового мультиплексирования высокой плотности (DWDM – Dense Wavelength-Division Multiplexing). Построение транспортного уровня сети передачи данных осуществляется на основе существующих магистральных и зоновых линейных сооружений связи.

На уровне доступа сети передачи данных имеют в большинстве случаев топологию «звезда» или «дерево». Для доступа к сети передачи данных РУП «Белтелеком» в большинстве случаев применяется технология xDSL. В последнее время проектируются и строятся сети абонентского доступа с использованием пассивных оптических сетей (xPON – Passive Optical Network). В первом случае для осуществления доступа устанавливаются мультиплексоры доступа по цифровой абонентской линии (DSLAM – Digital Subscriber Line Access Multiplexer), во втором – оптические линейные терминалы (OLT – Optical Line Terminal).

Глобальная сеть передачи данных РУП «Белтелеком построена по иерархическому принципу. Общее устройство такой сети поясняется рисунком 1.2.

Транспортная сеть передачи данных построена на основе магистральной сети связи Республики Беларусь и взаимоувязана с сетями сопредельных государств. Для передачи телефонного трафика как внутри страны, так и за её пределы используются системы на основе синхронной цифровой иерархии (SDH – Synchronous Digital Hierarchy), такие как STM-4, 16, 64. Для передачи данных применяются системы с волновым мультиплексированием DWDM со скоростями 10 и 40 Гбит/с [6].

Областная СПД РУП «Белтелеком» построена на основе зоновой сети связи области и, как и республиканская, имеет кольцевую топологию. Она состоит из нескольких колец, причем кольцо может иметь сложную ветвящуюся структуру на физическом уровне (рисунок 1.3).

Рисунок 1.2 – Иерархическое построение сети передачи данных

Областной узел передачи данных находится на АМТС (автоматическая междугородная телефонная станция) областного города. Передача трафика по кольцам осуществляется посредством волнового мультиплексирования (DWDM). На каждой длине волны передается либо поток со скоростью 40 Гбит/с, либо 10 Гбит/с.

Рисунок 1.3 – Пример построения СПД

Основным звеном в совмещении сети передачи данных каждого района области с областной транспортной сетью является опорный маршрутизатор, который устанавливается на центральной АТС районного центра, а также АТС некоторых населенных пунктов, не являющихся районными центрами.

Сети всех районов построены по топологии «звезда». Выбор данной топологии эффективен при строительстве СПД на местных сетях области, характеризующихся наличием большого количества небольших населенных пунктов, не требующих для удовлетворения потребности в ШПД (широкополосный доступ) большого количества портов и высокой пропускной способности.

Сеть передачи данных района построена на основе существующей сети связи с использованием волоконно-оптических кабелей.

РУП «Белтелеком» предоставляет на территории сельского района услуги широкополосного доступа на основе технологий xDSL, поэтому связующим звеном в сети доступа между опорным маршрутизатором и абонентским оборудованием являются мультиплексоры доступа цифровой абонентской линии (DSLAM). Мультиплексоры доступа, установленные на ЦАТС (центральная АТС) райцентра подключены к опорному маршрутизатору оптическими интерфейсами 1000 Base-LX. Удаленные DSLAM подключены к маршрутизатору также посредством одномодовых оптических интерфейсов 1000 Base-LX, но с использованием мультиплексирования WDM и DWDM.

Основная масса DSLAM включена в маршрутизатор РУЭСа. Ее общая монтированная емкость составляет 4000 - 6000 портов.

Следует отметить, что эта цифра постоянно увеличивается в связи с подключением новых абонентов IPTV и высокоскоростного доступа к сети интернет.

Пример топологии построения сети передачи данных типичного РУЭСа приведен на рисунке 1.4.

СПД на уровне доступа имеет протяженность и сложность во много раз меньше, чем транспортная сеть. Несмотря на это, от данного участка напрямую зависит уровень и качество услуг, которые может предоставить своим абонентам интернет-провайдер.

1.3 Современные услуги связи на СТС

Внедрение услуг на базе технологий семейства xDSL стало настоящим прорывом в развитии местных сетей связи небольших районных центров, а также сельских населенных пунктов. На основе данной технологи оказываются такие виды услуг, как высокоскоростной интернет, интерактивное телевидение, оказываются услуги по организации виртуальных частных сетей. Основным достоинством данной технологии (особенно на местных сетях связи районов) является отсутствие необходимости в дополнительной прокладке дорогостоящих кабельных линий связи, причем расстояние от узла передачи данных до абонента может достигать на кабелях с парной скруткой и диаметром жил 0,5 мм 2,5 км при скорости передачи 6 Мбит/с [4]. Типичный РУЭС (районный узел электросвязи) оказывает услуги высокоскоростного доступа к сети Интернет различных тарифных планов со скоростями до 6,144 Мбит/с.[4].

Высокоскоростной доступ к сети Интернет по технологии xDSL позволяет оказывать такой вид услуг, как телевидение по интернет- протоколу (IPTV), при котором реализуется телевизионное вещание как в реальном режиме времени, так и интерактивное телевидение. Данная услуга сочетает в себе преимущества кабельного телевидения с интерактивностью сети Интернет. Услуга позволяет самостоятельно управлять выбором телевизионных каналов, группировать их, просматривать программу передач на экране телевизора в реальном и интерактивном (с задержкой по времени) режимах, производить запись программ. Доступен также широкий спектр дополнительных услуг. Учитывая, что во многих районах Беларуси эфирное телевидение принимается плохо, данная услуга является достаточно популярной. В большинстве сельских административных районов число пользователей этой услуги уже сегодня достигает несколько тысяч абонентов. Более широкому распространению услуги препятствуют недостаточные возможности сети.

Рисунок 1.4 – СПД РУЭС

Для передачи видеоизображения требуется высокая скорость передачи информации в нисходящем потоке. Высокоскоростной интернет по технологии xDSL подходит для этого. Для организации интерактивного вещания достаточно наличие узла передачи данных на АТС (ГТС, СТС). У абонента устанавливается ADSL-модем и приставка STB (Set Top Box) – ресивер цифрового телевидения, который принимает сигнал телевидения по интернет-каналам и передает его на аналоговый вход (RCA, S-Video) телевизионного приемника [13,14].

Услуга «Объединение корпоративных сетей по интернет- протоколу» VPN (Virtual Private Network – виртуальная частная сеть) предназначена для объединения территориально разрозненных сетей передачи данных абонента в единую сеть передачи данных с использованием виртуальных каналов, организованных на базе сети передачи данных РУП «Белтелеком». Виртуальные каналы могут быть организованы на местном, областном и республиканском уровнях. Обладая всеми преимуществами xDSL- соединения, VPN вытесняет услугу «Коммутируемый доступ к корпоративной сети Заказчика» (VPDN – Virtual Private Dialup Network).

В последнее время распространение получает технология беспроводного доступа к сети передачи данных по технологии Wi-Fi (Wireless Fidelity) стандарта IEEE 802.11. Данная услуга в небольших районных центрах, а тем более в сельской местности, внедряется очень низкими темпами. Обычно на территории района действует несколько беспроводных точек доступа. Следует отметить, что большая часть современных ADSL-модемов обладает функциями беспроводной точки доступа по технологии Wi-Fi, что дает абонентам возможность в большей мере использовать портативные устройства (смартфоны, портативные компьютеры – ноутбуки, нетбуки).

На рисунке 1.5 представлены способы подключения основных современных телекоммуникационных услуг на СПД РУП «Белтелеком» c применением технологий семейства xDSL.

1.4 Оборудование передачи данных на СТС

Для организации сети передачи данных РУЭСа применяется оборудование различных типов, назначений, производителей, имеющее различные характеристики. Основную массу оборудования составляет оборудование фирмы Huawei Technologies (Китай)[7].

На транспортной сети передачи данных в качестве опорно-транзитных используются коммутирующие маршрутизаторы Quidway NE80E-16, NE40E-X16/8 (Huawei). Маршрутизаторы NE80E-16 и NE40E-X16 устанавливаются в областном городе. NE40E-X8 установлены в узлах СПД двух «колец» областной СПД и на «кольце» городской сети областного города.

На транспортном уровне для волнового мультиплексирования DWDM применяются мультиплексоры Optix Metro фирмы Huawei. На местных сетях используются более простые спектральные мультиплексоры WDM, которые часто называют оптическими конверторами. Они позволяют осуществлять передачу на двух длинах волн, по одной из которых передаются потоки Е1 для связи удаленной АТС с ЦАТС РУЭСа, а по другой – поток для связи опорного маршрутизатора с удаленным DSLAM. На сети связи сельского РУЭС применяются WDM/CWDM устройства линейки ОСМ фирмы Ротек (Россия). Мультиплексоры ОСМ-01 и ОСМ-02 осуществляют передачу соответственно на двух и восьми длинах волн. Мультиплексор ввода/вывода может использовать до трех длин волн. Данные устройства являются пассивными и электрической энергии не потребляют.

Кроме того, на транспортной сети областей используется множество другого вспомогательного оборудования, назначением которого является сбор и хранение информации в базах данных, управление трафиком для работы посторонних интернет-провайдеров, управление сетью передачи данных, управление работой частных виртуальных сетей и т.д. Большую часть из этого оборудования составляют коммутаторы и маршрутизаторы фирмы Cisco (США). В качестве мультиплексоров доступа цифровых абонентских линий (DSLAM) используется разнообразное оборудование различных производителей. В таблице 1.1 приведены характеристики DSLAM, которые используются на сети передачи данных РУЭС.

В качестве оборудования доступа РУЭСом используются xDSL­-модемы, точки беспроводного радиодоступа и STB-приставки для IP TV.

Основным звеном в сети доступа по технологии xDSL являются модемы, которые могут выполнять функции шлюзов для предоставления различных телекоммуникационных услуг (передача данных, видео, звука и т.д.). На сети РУЭСа используются модемы различных производителей. Все устройства данного класса предназначены для организации высокоскоростных абонентских линий в большинстве случаев с асимметричной скоростью передачи. Поддерживаются режимы работы ADSL, ADSL2, ADSL2+, что позволяет передавать данные со скоростью до 24 Мбит/с к абоненту (downstream) и 1 Мбит/с от абонента (upstream) [13,14]. У некоторых модемов есть режим работы, при котором скорость передачи от абонента увеличивается до 3,5 Мбит/с (Annex M). Дальность передачи информации некоторых моделей можно увеличить до 5,5 - 7 км (Annex L). Основными различиями моделей с практической точки зрения является количество портов Ethernet 10/100 Base-T – 1 или 4 и наличие или отсутствие беспроводного радиодоступа Wi-Fi (стандарт IEEE 802.11).

В некоторых случаях используются модемы с симметричными скоростями передачи (SHDSL). Такие устройства предназначены для организации частных сетей передачи данных.

Рисунок 1.5 – Услуги абонентского доступа по технологии xDSL

Таблица 1.1 – Основные характеристики DSLAM

	МА5600	Surpass Hi x5630	AAM-1212
Производитель	Huawei (Китай)	Siemens (Германия)	ZyXEL (Китай)
Поддерживаемые технологии	VDSL2, ADSL, ADSL2, ADSL2+, SHDSL	ADSL, ADSL2, ADSL2+, SHDSL, VoIP	ADSL, ADSL2, ADSL2+
Количество слотов
Количество портов на одну плату услуг: - ADSL - SHDSL			-
Высота стойки	10 U	6 U	1 U (IES-1000M)
Максимальное количество портов: - ADSL - SHDSL			12 / 241 -
1 – шасси IES-1000M позволяет установить два комплекта ААМ-1212

Список ADSL модемов, используемых на сети передачи данных типичного РУЭС, приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Модемы xDSL

Производитель	Модель	Количество портов 10/100 Base-T	Наличие Wi-Fi (IEEE 802.11)
Huawei (Китай)	Smart AX MT880a (u)		Нет
Huawei (Китай)	Smart AX MT882a (u)		Нет
Huawei (Китай)	EchoLife HG510a (v)		Нет
Huawei (Китай)	EchoLife HG520c (v)		Есть
D-Link (Тайвань)	DSL-2500U		Нет
D-Link (Тайвань)	DSL-2540U/BRU/D		Нет
ZyXEL (Китай)	P660RT3		Нет
Промсвязь (РБ)	УА-101А (В)		Нет
Промсвязь (РБ)	УА-200А (В)		Есть
ZTE (Китай)	ZXDSL 831 II		Нет
ZTE (Китай)	ZXDSL 832 CII		Нет
ZTE (Китай)	ZXV10 W300		Eсть

Для просмотра программ IP-телевидения на сетях сельской связи используются STB-приставки ПТ-100 (Промсвязь, РБ) и ZXV10 B600IP (ZTE, Китай).

Для беспроводного радиодоступа по технологии Wi-Fi IEEE 802.11 на территории сельского района устанавливается несколько точек доступа Cisco Aironet 1231G производства США.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ДОСТУПА

Сектором стандартизации Международного Союза Электросвязи (ITU – International Telecommunication Union) выделяется несколько характерных вариантов архитектур построения сетей оптического доступа, которые характеризуются степенью приближения оптического сетевого терминала или узла к пользователю. Все разновидности архитектур предполагают наличие участка с распределительными медными кабелями, но чем короче этот участок, тем больше используется волоконно-оптический кабель, и, соответственно, выше пропускная способность сети. Возможные варианты архитектур при использовании волоконно-оптического кабеля изображены на рисунке 2.1. Максимальное использование оптических технологий предполагает архитектура FTTH (Fiber to the Home – волокно до дома/квартиры), при которой оптический сетевой терминал устанавливается в квартире или частном доме пользователя. К нему при помощи коротких медных кабелей подключаются различные устройства (телефон, телевизор, компьютер и т.д.). Технология FTTB (Fiber to the Building – волокно до здания) предполагает установку ONT (Optical Network Terminal – оптический сетевой терминал) в подъезде многоэтажного здания. Те или иные архитектуры могут использоваться как для жилых зданий, так и для производственных.

В современных оптических сетях доступа могут использоваться различные топологии сети. Выбор наиболее оптимальной технологии построения сети зависит от различных факторов: плотность абонентов, расположение абонентов, необходимая пропускная способность, виды предоставляемых услуг и т.д. Из множества топологий построения оптических сетей доступа можно выделить четыре основные топологии: «кольцо», «точка-точка», «дерево с активными узлами» и «дерево с пассивными узлами» [3].

Топология «кольцо» (рисунок 2.2, а) зарекомендовала себя с лучшей стороны в городских телекоммуникационных сетях, так как городские магистрали, расположение узлов планируются еще на стадии проектирования. При построении сети доступа не всегда известно, где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено. Из-за такого недостатка, как сложность наращивания новых абонентов, использование топологии «кольцо» на сетях доступа весьма ограничено.

Рисунок 2.1 – Архитектуры сетей оптического доступа

Топология «точка-точка» (рисунок 2.3, б) может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных решений, например, использующих оптические модемы. Основным преимуществом данной топологии является очень высокая степень безопасности и защиты передаваемой информации. Однако существует и ряд недостатков, которые связаны с неэкономичностью данной топологии, поскольку волоконно-оптический кабель необходимо прокладывать к каждому абоненту. Кроме того, не экономятся станционные порты оптических линейных терминалов.

Неэкономичности в использовании волокон и портов OLT избавлена топология «дерево с активными узлами» (рисунок 2.3, в). Данная топология хорошо подходит для построения сетей на основе стандарта Ethernet с соблюдением иерархии по скоростям. Недостатком данной топологии является необходимость установки дополнительных промежуточных активных узлов, что приводит к дополнительным материальным затратам и необходимости индивидуального питания этих узлов.

При использовании топологии «дерево с пассивными узлами» (рисунок 2.3, г) вместо активных узлов применяются пассивные оптические разветвители (сплиттеры). В данном случае используется логическая структура «точка-многоточка», которая заложена в основу технологии пассивных оптических сетей (PON). Экономия достигается как в использовании пассивных компонентов сети, которые не требуют питания и постоянного обслуживания, так и в более экономичном использовании кабельной инфраструктуры и станционного оборудования. К одному порту OLT подключается одно оптическое волокно, по которому могут работать до 64 оптических сетевых терминалов (в некоторых случаях до 128 ONT). К достоинствам данной технологии также можно отнести простоту подключения новых абонентов без перерыва связи, возможность динамического расширения полосы, которая достигается увеличением скорости передачи за счет неработающих в данный момент абонентов.

Рисунок 2.2 – Варианты построения оптических сетей доступа

Дальнейшее увеличение скорости передачи может производиться без замены используемого оборудования. Кроме того, при дальнейшем развитии возможно использование спектрального мультиплексирования (WDM) для увеличения скорости передачи для каждого пользователя.

В основе принципа работы пассивных оптических сетей заложено то, что информация для всех пользователей передается от оптического линейного терминала (OLT) одновременно с временным разделением каналов [2]. Из общего потока информации каждый оптический сетевой терминал (ONT) выделяет и передает пользователю только ту часть информации, которая предназначается только ему. При передаче в обратном направлении информация от каждого ONT с помощью сплиттера объединяется в один общий поток и передается в OLT (рисунок 2.3).

Передача и прием в обоих направлениях осуществляется по одному оптическому волокну но на различных длинах волн. При передаче информации от пользователя к OLT (upstream) используется длина волны 1310 нм, при передаче от OLT к пользователю (downstream) – длины волн 1490 или 1550 нм.

Рисунок 2.3 – Принцип работы пассивных оптических сетей

Довольно часто длина волны 1550 нм используется для передачи всем абонентам одновременно телевизионных сигналов. В таком случае на станции устанавливается дополнительный мультиплексор WDM.

Всего существует несколько разновидностей пассивных оптических сетей. Первоначально в 90-х годах была разработана технология APON (ATM PON), принцип работы которой основывался на передаче информации в ячейках ATM со служебными данными. Этой технологией обеспечивалась передача информации в симметричном (155/155 Мбит/с) и асимметричном режимах (622/155 Мбит/с). Для предотвращения ошибок, связанных с наложением информации, OLT направляет каждому абонентскому устройству сообщения, разрешающие отправку информации.

Технология BPON (Broadband PON) [2] является дальнейшим развитием технологии APON с увеличением скорости передачи данных до 622/622 Мбит/с в симметричном и 1244/622 Мбит/с в асимметричном режимах. Данная технология поддерживает концепцию Triple Play. На современном этапе технологии APON и BPON считаются устаревшими и практически не используются.

Широкое распространение Ethernet привело к применению этой технологии в пассивных оптических сетях [2]. По технология EPON (Ethernet PON) или GEPON (Gigabit Ethernet PON) оптическая пассивная сеть функционирует на основе интернет протокола (IP) со скоростью 1000/1000 Мбит/с. Для предотвращения конфликтов между сигналами обратных потоков в EPON применяется протокол управления множеством узлов (MPCP). Данная технология ориентирована на предоставление услуг по передаче данных.

Из всех технологий PON наиболее удачной в плане реализации концепции Triple Play считается технология GPON (Gigabit PON). Она является продолжением технологий APON/BPON, но с большей скоростью передачи информации (до 2488 Мбит/с). В основе GPON лежит базовый протокол SDH. Технология GPON поддерживает трафик ATM, IP, речь, видео, а также SDH. Сеть на основе GPON работает в синхронном режиме с постоянной длительностью кадра. Высокая эффективность полосы пропускания обеспечивается линейным кодом NRZ со скремблированием. Основным недостатком технологии GPON является большая стоимость активного оборудования в сравнении с другими технологиями пассивных оптических сетей.

Учитывая преимущества GPON, связанные с хорошими возможностями реализации концепции Triple Play, используем эту технологию при построении оптической сети передачи данных.

Сравнительные характеристики пассивных оптических сетей приведены в таблице 2.1.

При построении пассивных оптических сетей из-за плохой совместимости оборудования различных производителей необходимо придерживаться выбора активного станционного и абонентского оборудования одного производителя.

В настоящее время в Республике Беларусь широко используется оборудование фирмы Huawei Technologies Co., Ltd. (Китай), являющееся одним из лидеров в производстве телекоммуникационного оборудования в мире.

Основой пассивной оптической сети является оптический линейный терминал (OLT). Выбор OLT производится по количеству необходимых PON-интерфейсов.

В качестве OLT терминала можно использовать SmartAX MA5600T (рисунок 2.4). В данном устройстве объединены функции агрегирующего коммутатора и граничного маршрутизатора. Для построения проектируемой сети потребуются шасси SmartAX MA5600T со стандартными платами управления и коммутации и 8 линейных интерфейсных плат GPON (по 8 портов каждая). В комплект линейных плат GPON входят SFP-модули, обеспечивающие работу GPON-интерфейса в классе В или классе С[15,16].

Основные технические характеристики оптического линейного терминала SmartAX MA5600T приведены в таблице 2.2.

Терминал EchoLife HG8245 имеет возможность беспроводного абонентского доступа Wi-Fi IEEE802.11. Оборудование данного типа используется из расчета пять терминалов на один подъезд жилого дома .

Питание ONU MA5612 и MA5620 предусмотрено переменным напряжение 220 В или постоянным –48 В. Для снижения энергопотребленя и повышения отказоустойчивости данных устройств применяется пассивное охлаждение. Основным пассивным элементом сети является оптический сплиттер (разветвитель). Обычно используются сплиттеры с коэффициентом ветвления 2:64. Два входа сплиттера обеспечивают резервирование по схеме «1+1» без участия обслуживающего персонала для переключения элемента сети на резервное волокно.

Используются компактные сплиттеры Huawei серии SPL9101-64-P2064 (рисунок 2.6), характеристики которых приведены в таблице 2.4 [7]. Входы и выходы сплиттеров выполнены в виде пигтейлов.

Таблица 2.1 – Сравнительные характеристики разновидностей PON

Характеристики	BPON	GPON	EPON (GEPON)
Стандарт	Рекомендации ITU-T G.983.x	Рекомендации ITU-T G.984.x	Стандарт IEEE 802.3ah
Протокол	ATM	SDH (GFP)	Ethernet
Линейный код	NRZ скремблированием	NRZ со скремблированием	8B10B
Максимальная дальность, км			10 (класс 1) 20 (класс 2)
Диапазон затухания, дб	5 - 20 (класс A) 10 - 25 (класс B) 15 - 30 (класс С)	5 - 20 (класс A) 10 - 25 (класс B) 15 - 30 (класс С)	21/231 (класс 1) 26/261 (класс 2)
Количество абонентов	до 32	до 64 (1282)	до 32
Диапазон длин волн, нм: а) одно волокно - прямой поток - обратный поток б) два волокна	1480-1580 1260-1360 1260-1360	1480-1580 1260-1360 1260-1360	1490, 1550 -
Скорость передачи1, Мбит/с	155,52/155,52 622,08/155,52 622,08/622,08 1244,16/155,52 1244,16/622,08	1244,16/155,52 1244,16/622,08 1244,16/1244,16 2488,32/155,52 2488,32/622,08 2488,32/1244,16 2488,32/2488,32	1000/1000
Уровень ошибок BER	10-10	10-10	10-12
Резервирование	Есть	Есть	Нет
Защита данных	Шифрование открытыми ключами	Шифрование открытыми ключами	Нет
1 – прямой поток / обратный поток; 2 – теоретически возможно до 128

Рисунок 2.4 – Внешний вид OLT SmartAX MA5600T

Для электропитания OLT используется стандартная шина питания АТС–60 В. Энергопотребление при выбранной конфигурации (шасси MA5600T и восемь линейных оптических плат) составит 660 Вт.

Таблица 2.2 – Характеристики OLT SmartAX MA5600T