Материал: Проект сети широкополосного доступа 12-го микрорайона г. Сургута

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию и может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных решений, например, использующих оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации, при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Но, поскольку оптический кабель нужно прокладывать индивидуально до абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для отдельных крупных абонентов, а не для спальных районов.

Дерево с активными узлами - это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания и обслуживания.

Решения на основе архитектуры PON используют логическую топологию P2MP. К одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Топология «дерево» с пассивным оптическим разветвителем

Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, так как на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии - сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Исходя из вышеперечисленного, данный вариант топологии сети доступа для микрорайона является наиболее оптимальным. Поэтому проектирование сети опирается и будет в дальнейшем опираться именно на эту топологию.

Основная идея архитектуры PON - использование всего одного приемопередающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентскими устройствами ONT и приема информации от них. Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT - прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм (рисунок 2.2). В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Рисунок 2.2 - Принцип частотного разделения потоков в PON

Прямой поток на уровне оптических^. сигналов, является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически образуется распределенный демультиплексор. Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA. Для того чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных, c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Преимущества технологий сети xPON:

отсутствие промежуточных активных узлов;

надёжность;

экономия ОВ и эффективное использование полосы пропускания;

экономия оптических приемо-передатчиков в узле сети;

низкие расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание сети;

перспективность создания распределительной инфраструктуры;

возможность постепенного наращивания сети, высокая гибкость;

легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания;

древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети.

.1.2 Сравнительный анализ и выбор конкретной технологии

На сегодняшний день наиболее известны пять видов технологий PON, развивающиеся в двух направлениях. Первое - эволюционная ветка решений на основе протокола ATM, включающая в себя технологии APON, BPON и GPON, второе - эволюционная ветка на базе Ethernet-решений, куда входят технологии EPON и GEPON. Эволюционное развитие PON-технологий достаточно освещено в предыдущем разделе, поэтому сразу стоит обратиться к верхним ступеням их развития - GPON и GEPON.

Таблица 2.2 - Сравнительный анализ технологий GEPON и GPON

Технология GPON разработана под эгидой ITU-T и стандартизована в рекомендации G.984, принятой в 2005 г.; технология GEPON создавалась в рамках IEEE и регламентируется стандартом 802.3ah, принятым в 2004 г.лучше, чем EPON по показателям полосы пропускания, поддержки мульти-услуг, показателю ветвления и OAM, а также GPON более подходит для сетей, которым необходимо управление, взаимодействие с другим оборудованием, защита и др.

При равном коэффициенте разветвления на абонента сети GPON приходится вдвое большая скорость передачи по downstream-потоку по сравнению с абонентом сети GEPON. Технологии GPON и GEPON предоставляют пользователю практически одинаковый ресурс при условии, что в одном PON-дереве сети GPON вдвое больше пользователей.

Проанализируем возможности технологий GPON и GEPON для поддержки услуг Triple^. Play, под которыми сегодня понимается совокупность услуг телефонии, доступа в Интернет и передачи видеоинформации, предоставляемых в одной сетевой точке и с использованием одного типа носителя информации. Достаточно мощный профиль услуг Triple Play можно сформулировать так: одному конечному пользователю должны быть доступны три канала IPTV - один HDTV (15 Мбит/c) и два SDTV (2x4 Мбит/c), доступ в Интернет (2 Мбит/c), доступ к локальным ресурсам (1 Мбит/c), три линии VoIP (0,3 Мбит/c). То есть общий ресурс на одного пользователя составляет порядка 28 Мбит/c, при условии, что он пользуется всеми сервисами одновременно. Как следует из вышеизложенного, такой профиль услуг может поддерживаться в одном PON-дереве как для 32 пользователей GEPON, так и для 64 пользователей GPON. На самом же деле передаваемый в многопользовательском режиме (Multicast) трафик, включающий трафик IPTV, в дереве PON для каждого пользователя не дублируется, поэтому все абоненты одного дерева PON могут одновременно смотреть все транслируемые в нем IPTV-каналы. В результате услуги IPTV фактически не налагают ограничений на коэффициент разветвления, а реальная полоса, доступная абоненту, значительно шире.

В GEPON реализация режима Multicast в дереве PON, стандартизованная IEEE, базируется на обработке пакетов с Multicast-адресами и близка к технологиям, применяемым в Ethernet-сетях. В GPON поддержка Multicast в дереве PON стандартизована ITU-T только для ATM-протокола. При использовании GEM каждый производитель GPON реализует режим Multicast, базируясь на различных дополнениях к протоколу GEM, разрабатываемых самостоятельно либо на основе сторонних патентов.

До последнего времени наиболее распространена была технология EPON, это произошло благодаря Японии и Корее, где она начала применяться ранее других стран (с 2004 года) и является превалирующей над всеми другими технологиями широкополосного доступа. Рынок GPON растет с 2005 года главным образом за счет США. Ряд крупных Европейских операторов также ориентированы на технологию GPON, где первые крупные внедрения произошли в 2007 году. Первая тройка операторов - лидеров FTTH в разных регионах мира по убыванию:

. Япония: NTT использует EPON с 2004 года;

. США: Verizon применяет GPON с 2005 года;

. Европа: FranceTelecom выбрал GPON в 2007 году.

Но к 2012 году объемы продаж оборудования GPON обогнало EPON за счет активно растущих рынков США, Европы и Китая. Таким образом, на сегодня наиболее перспективной и экономически оправданной считается технология GPON в силу её активного продвижения всеми крупными вендорами и оптимальной архитектуры, где выделяют большую полосу пропускания, высокую концентрацию абонентов, проброс потоков E1, трансляцию сигналов кабельного ТВ, а также контроль и профилирование трафика, благодаря механизму динамического управления полосой пропускания.

Благодаря этим преимуществам, наиболее оптимальным для построения сети доступа выбирать именно технологии PON, а конкретно - GPON.

.2 Выбор проектируемого оборудования

Сеть FTTx по технологии PON состоит из трех основных частей: Станционный участок - это активное оборудование OLT (OLT - OpticalLineTerminal) и оптический кросс высокой плотности ODF (ODF - OpticalDistributionFrame), смонтированные на узле связи в помещении АТС.

Абонентский участок - это персональная абонентская разводка одноволоконным дроп-кабелем (реже двухволоконным) от элементов общих распределительных устройств до оптической розетки и активного оборудования ONT (ONT - Optical Network Terminal) в квартире абонента.

Линейный участок - это волоконно-оптический кабель, шкафы, сплиттеры, коннекторы и соединители, располагающиеся на всем пространстве между станционным и абонентским участком.

Линейный участок в свою очередь состоит из двух основных частей:

магистральный участок - это кабель, прокладываемый в каналах телефонной канализации или ВЛС от кросса ODF на АТС в направлении территории с большой группой зданий (район, квартал) и завершающийся оптическим распределительным шкафом (ОРШ);

распределительный участок - это кабель, выходящий из ОРШ и прокладываемый преимущественно внутри зданий вертикально по межэтажным стоякам.

Самым сложным и капиталоёмким является линейный участок, состоящий из множества разнообразного пассивного оборудования и большого количества строительно-монтажных работ, поэтому очень важно применение наиболее оптимальных методов его построения. Линейный участок определяет итоговую топологию пассивной оптической сети.

.2.1 Выбор активного оборудования

Технология GPON обеспечивает полосу пропускания 2,5 Гбит/с на группу до 64 абонентов по одному магистральному волокну в радиусе до 20 км. Структурно любая пассивная сеть состоит из трёх главных элементов: станционного терминала OLT, пассивных оптических сплиттеров и абонентского терминала ONT. Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеет необходимые интерфейсы взаимодействия с абонентской стороны.

Строительство сети доступа по технологии PON в г. Сургуте ПАО «Ростелеком» ведёт с использованием оборудования оптических терминалов LTР-8Х производства ООО Предприятие «Элтекс» (рисунок 2.3). Использование аналогичного оборудования позволит обеспечить сокращение эксплуатационных расходов, рациональное использование комплектов ЗИП, единство контроля и управления сетью. Поэтому в данной работе мы будем использовать именно это оборудование.

Станционный^. терминал предназначен для организации широкополосного доступа по пассивным оптическим^. сетям. Выход в транспортную сеть реализуется посредством интерфейсов Gegabit uplink и 10G Base-X. Интерфейсы GPON служат для подключения оптической распределительной сети. К каждому интерфейсу можно подключить до 64-х абонентских оптических терминалов по одному волокну. Всего на одном терминале 8 портов GPON (рисунок 2.4). Динамическое распределение полосы DBA (Dinamic Bandwidth Allocation) позволяет предоставлять полосуl пропускания в сторону пользователя до 2,5Гбит/с.

Рисунок 2.3 - Внешний вид терминала OLT LTP-8X

Применение оборудования LTP-8X позволяет строить масштабируемые, отказоустойчивые сети «последней мили», обеспечивающие высокие требования безопасности, как в городских условиях, так и в сельских районах.

ОT LTP-8X осуществляет управление абонентскими устройствами, коммутацию трафика и соединение с транспортной сетью.

Рисунок 2.4 - Типовая схема организации связи с использованием терминала LTP-8X

Конечному пользователю доступны следующие виды услуг:

голосовые услуги;

HDTV;

VoIP-телефония (на базе протоколов SIP/H.323/MGCP);

высокоскоростной доступ в интернет;

IP TV;

видео по запросу (VoD);

видеоконференции;

развлекательные и обучающие программы в режиме «Online».

Возможности:

динамическое распределение полосы DBA;

поддержка механизмов качества обслуживания QoS, приоритезация различных видов трафика на уровне портов GPON в соответствии с 802.1p;

поддержка функций безопасности;

удаленное управление ONT, автоматическое обнаружение новых ONT;

коррекция ошибок FEC;

возможность измерения мощности принимаемого сигнала от каждой ONT;

организация VLAN (диапазон идентификатора VLAN 0-4094);

фильтрация по МАС-адресу, размер таблицы МАС адресов - 16 000 записей;

поддержка IGMP Snooping v1/2/3, IGMP proxy;