CC BY
52УДК 654
А.А. Плахота
ИССЛЕДОВАНИЕ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ШИРОКОПОЛОСНОГО АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА
В статье рассматриваются оптические сети широкополосного абонентского доступа, принципы их построения и функционирования, их эксплуатационные характеристики, современные телекоммуникационные услуги, необходимые требования для пользования ими, средняя величина полезной скорости передачи данных в абонентских каналах.
Ключевые слова: сети широкополосного абонентского доступа, FTTB, GPON, телекоммуникационные услуги, коэффициент активности абонентов, скорость передачи данных.
Сети широкополосного абонентского доступа (САД) обеспечивают подключение абонентского оборудования к сети Интернет. В настоящее время в телекоммуникационных сетях России используются следующие типы оптических сетей широкополосного абонентского доступа:
- с использованием технологии FTTB/ETTH (fiber to the building/ethernet to the home), оптическое волокно до здания (многоквартирного дома), с подключением абонентов дома по интерфейсам (портам) 10/100 BASE-TX при помощи медножильных кабелей типа «витая пара». Данные от оборудования абонента передаются и принимаются в формате кадров Ethernet с максимальной скоростью передачи 100 Мбит/сек. [1]
- используются также варианты САД с технологией FTTB/ETTH, которая обеспечивает передачу и приём данных с максимальной скоростью передачи 1000 Мбит/сек.
- с использованием технологии FTTB/FTTH (fiber to the building/fiber to the home), в которой оптическое волокно доводится до здания, а для подключения абонентов в многоквартирном доме также используются оптические абонентские линии с максимальной скоростью передачи 1000 Мбит/сек с использованием интерфейсов (портов) 100/1000 BASE-X.
- с использованием технологии GPON (Gigabit-capable Passive Optical Networks), гигабитные пассивные оптические сети, в которой оптическое волокно доводится до квартиры абонента и включается в специальное оптическое оборудование. Эта технология также обеспечивает максимальную скорость передачи данных абонента 1000 Мбит/сек. [2]
В качестве примера на рисунке 1 приведена упрощённая схема принципа построения сетей FTTB/ETTH.
В районном узле доступа, устанавливается коммутатор агрегации, который относится к районному узлу доступа сети FTTB и подключается к интерфейсам маршрутизатора оптической городской транспортной сети. [3]
Коммутатор агрегации имеет два вида интерфейсов:
1. Сетевые интерфейсы (порты) - оптические или электрические интерфейсы, которые соединяются с интерфейсами маршрутизатора оптической городской транспортной сети доступа, как правило это интерфейсы 1000 Мбит/с (1 GE) или 10000 Мбит/с (10 GE).
2. Оптические интерфейсы (порты), которые подключаются к оптическим портам коммутаторам доступа.
Для этого оптические порты коммутатора агрегации соединяются с линейным оптическим кабелем (ВОК) разветвительной волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) при помощи оптического кросса.
Разветвительная ВОЛС содержит разветвительные оптические муфты (ОРМ), в которых выделяется необходимое количество волокон для обслуживания абонентов, находящихся в одном или нескольких многоквартирных домах.
Далее разветвительный оптический кабель от ОРМ заводится во внутридомовой узел доступа в многоквартирном доме, в котором оптические волокна подключаются к оптическим портам коммутатора доступа при помощи оптического кросса и оптических патч-кордов (оптических соединительных шнуров).
Электрические абонентские порты коммутатора доступа соединяются с патч-панелью при помощи электрических патч-кордов.
© Плахота А.А., 2019.
Научный руководитель: Сморщевский Владислав Сергеевич - кандидат технических наук, доцент, Кубанский государственный университет, Россия.
Патч-панель - пассивное коммутационное устройство, которое устанавливается в домовом узле доступа для удобства эксплуатации внутридомовых сетей. От патч-панели через внутридомовую сеть с помощью электрических медножильных кабелей типа иТР и распределительных коммутационных коробок КРН кабель от порта патч-панели включается в телекоммуникационную розетку в квартире абонента.
Внутридомовая сеть многоквартирного дома
| Городская оптическая | транспортная сеть
Маршрутизатор
\ Оптические порты
* Оптические порты маршрутизатора
Оптические порты \
Оптические соеди н ител ьные-шнуры
Районный узел доступа
Оптические соединительные шнуры
Электрические абонентские порты
Электрические соединительные шнуры
Разветвительный ВОК
ВОК в составе разветвительной ВОЛС
Электрические абонентские линии
Разветвительная ВОЛС
Рис. 1. Упрощённая схема принципа построения сетей БТТБ/БТТЫ
Принципы построения сетей БТТБ/РТТЫ аналогичны, отличие заключается в использовании других типов коммутаторов агрегации и доступа с оптическими портами, а также в использовании во внут-ридомовой сети оптических кабелей.
Сети вРОМ принципиально отличаются от оптических сетей типа БТТБ и используют принцип пассивного разветвления оптических волокон в квартиры абонентов. На рисунке 2 для примера приведена упрощённая схема принципа построения сетей вРОК
Рис. 2. Упрощённая схема принципа построения сетей вРОМ
В районном узле доступа, устанавливается оптический линейный терминал (OLT), который имеет два вида интерфейсов (портов):
1. Сетевые интерфейсы - оптические или электрические интерфейсы, которые соединяются с интерфейсами маршрутизатора городской оптической транспортной сети, как правило это интерфейсы 1000 Мбит/с (1GE) или 10000 Мбит/с (10 GE).
2.Оптические интерфейсы GPON (2,5 Гбит/с) в сторону абонентов.
Оптические интерфейсы GPON оптическими шнурами подключаются к оптическому кроссу и каждый интерфейс использует для передачи и приема информации в сторону абонента одно оптическое волокно в разветвительной ВОЛС.
Выделенные из ОРМ волокна заводятся в многоквартирный дом и включаются в оптический распределительный шкаф (ОРШ), который выполняет две функции:
1.Функцию оптического кросса (ODF).
2.Разделение мощности оптического сигнала в каждом оптическом волокне от портов GPON OLT на отдельные оптические волокна, которые включаются в квартиры абонентов. Это разделение производится с использованием оптических разветвителей (сплиттеров (S)).
Каждый сплиттер (S) разделяет одно входное волокно на несколько выходных волокон (с коэффициентом разветвления 1:N), например 1:2, 1:16, 1:32.
Далее разветвленные волокна через оптические кабели разводятся по этажам дома и на каждом этаже включаются в оптические распределительные коробки (ОРК). В ОРК могут быть установлены этажные сплиттеры (S), которые в свою очередь разветвляют каждое разветвленное в ОРШ оптическое волокно еще на определенное число оптических волокон и разветвлённые волокна включаются в квартирах абонентов в оптические телекоммуникационные розетки.
Количество сплиттеров на участке от одного порта GPON OLT до абонентских терминалов в квартирах абонентов зависит от выбранной схемы построения сети, которая выбирается при проектировании.
Современные оптические сети широкополосного абонентского доступа позволяют абонентам получать различные современные телекоммуникационные услуги, общие сведения о которых приведены в таблице 1.
Таблица 1
Общие сведения о некоторых современных телекоммуникационных услугах_
Вид услуги Необходимая скорость передачи данных, Мбит/с
Просмотр страниц в сети интернет, электронная почта, социальные сети, (без видео и изображений) 2-3
Многопользовательские онлайн-игры от 2
Многопользовательские онлайн-игры при помощи облачных услуг 50-60
Потоковая музыка 2-3
Видеоконференция 3-4
Видео в SD-качестве 3-4
Видео в HD-качестве 5-7,5
Видео в Full-HD-качестве 8-12
Видео в 2K-качестве 16-24
Видео в 4K-качестве (Ultra-HD) 35-68
Основными эксплуатационными характеристиками САД являются:
1) Средняя величина полезной скорости передачи данных, которая определяется количеством символов (бит или байт) поля данных, переданных за единицу времени (обычно за 1 секунду). Полезная скорость передачи данных зависит от качества оптического канала передачи данных (качество определяется количеством ошибок в канале), количеством активных абонентов, одновременно работающих в конкретной САД и другими факторами. Полезная скорость определяется эксплуатационными условиями в сети передачи данных (СПД) и всегда меньше максимальной скорости передачи данных в канале связи.
2) Среднее время «скачивания» (приема) определенных объемов информации в зависимости от средней величины полезной скорости передачи данных.
3) Средняя стоимость подключения абонента к конкретному типу САД.
Качество оказания современных телекоммуникационных услуг в эксплуатационных условиях определяется приведенными выше характеристиками.
В данной статье были проанализированы статистические материалы о средней полезной скорости передачи данных при использовании некоторых «облачных» хранилищ данных. В качестве примера в таблице 2 приведены результаты исследований о средней полезной скорости передачи данных и среднем времени «скачивания» файла размером 1,28 Гбайт в некоторых «облачных» хранилищах данных.
Средняя полезная скорость передачи и среднее время
Таблица 2
Облачное хранилище One Drive Google Drive Yandex Disk ICloud Drive Dropbox
Среднее время «скачивания» (приема) файла размером 1,28 Гбайт 37 минут 18 секунд 2 минуты 49 секунд 2 минуты 21 секунда 2 минуты 7 секунд 16 минут 19 секунд
Средняя полезная скорость передачи данных при «скачивании» (приеме) информации 4,58 Мбит/с 60,6 Мбит/с 72,6 Мбит/с 80,6 Мбит/с 10,5 Мбит/с
В данной статье изложены результаты расчётов и анализа важнейших эксплуатационных характеристик САД.
Автором статьи была разработана методика расчетов примерной величины полезной скорости передачи данных в абонентских каналах САД в зависимости от эксплуатационных условий.
В этой методике учитывается тот фактор, что из общего числа абонентов (Мобщ) в каждый момент времени только какая-то часть абонентов получает информацию из сети передачи данных. Этот фактор учитывается коэффициентом активности абонентов:
" (1)
^акт
^общ
где пакт - среднее число клиентов активных в каждый момент времени суток. Также в данной методике учтены исследования компании «Comnews Research», согласно которым фактическая средняя величина полезной скорости передачи данных у различных поставщиков услуг примерно в 1.2 - 2 раза меньше заявленной скорости, которую должен обеспечить поставщик услуг. [4]
При организации СПД в каналах передачи данных предусматривается запас по пропускной способности, который по различным оценкам составляет от 50 % до 70 % от максимальной пропускной способности канала передачи данных между коммутатором агрегации или OLT и маршрутизатором оптической транспортной сети.
В данной статье автором предполагается что запас по пропускной способности составляет 70%. Далее приведена формула, согласно которой производились расчеты примерной средней величины полезной скорости передачи данных:
К
кл.ср.факт.
■•^общ
факт.скор.
(2)
где: п - количество активных сетевых портов коммутатора агрегации или оптического линейного терминала (OLT) в направлении к маршрутизатору оптической транспортной сети,1^р - скорость передачи данных в каналах между коммутатором агрегации или OLT и маршрутизатором оптической транспортной сети, Мобщ - общее количество абонентовДакт - коэффициент активности абонентов конкретной САД, который составляет ^акт « 0,05 ^ 0,15 (согласно исследованиям компании «Яндекс») [5], ^зап - коэффициент запаса по пропускной способности канала передачи данных (при учете, что запас по пропускной способности канала передачи данных между коммутатором агрегации или OLT и маршрутизатором оптической транспортной сети составляет 70%), ^факт.скор. - коэффициент фактической средней величины скорости передачи данных, который составляет Кфакт скор. ~ 0,5 (согласно исследованиям компании «Comnews Research»).
Для выполнения количественных расчетов в данной статье автором была разработана схема расположения многоквартирных домов для условного городского микрорайона (рисунок 3).
nV,
up
Кластер 1 (группа пятиэтажных домов)
Кластер 2 (группа семнадцатиэтажных домов)
40 м
Дом №2 Дом №1
3 п 3 п
2 п 2 п
1 п 1 п
Внутрирайонная дорога
Зеленые насаждения
Внутрирайонная дорога
Кластер 3
(группа двадцатидвухэтажных домов)
К- Дом №1 14 м >
4 п 3 п 2 п 1 п
Дом №2
4 п 3 п 2 п 1 п
— '8 м '
Рис. 3. Схема расположения многоквартирных домов в условном городском микрорайоне
Условный городской микрорайон состоит из трех групп домов, которые условно называются кластерами:
1) Кластер 1 - 4 дома, имеющих по 5 этажей, 6 подъездов, 4 квартиры на этаже.
2) Кластер 2 - 3 дома, имеющих по 17 этажей, 3 подъезда, 8 квартир на этаже.
3) Кластер 3 - 2 дома, имеющих по 22 этажа, 4 подъезда, 8 квартир на этаже.
Для сетей РТТБ/БТТН с максимальной скоростью абонентских каналов передачи данных 100 Мбит/с и вРОМ в данном микрорайоне были разработаны детальные схемы расположения оборудования и линейно-кабельной инфраструктуры.
Также были произведены расчеты стоимости организации данных типов сетей и средней стоимости подключения абонентов к данным сетям.
Результаты расчетов средней величины полезной скорости передачи данных для сети РТТБ/БТТН (100 Мбит/с) и вРОМ приведены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты расчетов средней величины полезной скорости передачи данных в абонентских каналах для сетей РТТБ/БТТН (100 Мбит/с) и ОРОЫ
Тип сети: РТТБ/БТТН (100 Мбит/с) ОРОЫ
Количество интерфейсов 100 Количество интерфейсов 100
1 | 4 1 1 2
Какт. = 0,05 Какт. = 0,05
Средняя величина полезной скорость передачи данных, Мбит/с 27,5 100 68,8 137,6
Какт. = 0,15 Какт. = 0,15
Средняя величина полезной скорость передачи данных, Мбит/с 9,2 36,7 22,9 45,9
8 м
10 м
15 м
70 м
Дом №4
15 м
6 п
0 м
6 п
5 п
4 п
3 п
2 п
1 п
6 п
5 п
5 п
3 п
4 п
4 п
70 м
42 м
2 п
3 п
3 п
2 п
2 п
1 п
6 п
5 п
4 п
3 п
2 п
1 п
1 п
1 п
15 м
4 м
10 м
4 м
16 м
40 м
16 м
Результаты расчетов среднего времени «скачивания» (приема) информации разных объемов при средней величине полезной скорости передачи данных для сети РТТБ/БТТИ (100 Мбит/с) приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты расчетов среднего времени «скачивания» (приема) информации разных объемов при средней _величине полезной скорости передачи данных для сети РТТБ/БТТИ (100 Мбит/с)_
Размер файла, Гбайт Количество интерфейсов 10G
1 | 4
Какт. = 0,05
Средняя величина полезной скорости передачи данных, Мбит/с 27,5 100
1,69 Среднее время «скачивания» текстового файла (книги) 8 минут 12 секунд 2 минуты 15 секунд
1,5 Среднее время «скачивания» видео файла (ББ-качество) 7 минут 16 секунд 2 минуты
60 Среднее время «скачивания» видео файла (иИБ-качество) 290 минут 55 секунд 80 минут
17 Среднее время «скачивания» установочного файла игры 82 минуты 25 секунд 22 минуты 40 секунд
Какт. = 0,15
Средняя величина полезной скорости передачи данных, Мбит/с 9,2 36,7
1,69 Среднее время «скачивания» текстового файла (книги) 24 минуты 29 секунд 6 минут 8 секунд
1,5 Среднее время «скачивания» видео файла (ББ-качество) 21 минута 44 секунды 5 минут 27 секунд
60 Среднее время «скачивания» видео файла (иИБ-качество) 869 минут 34 секунды 217 минут 59 секунд
17 Среднее время «скачивания» установочного файла игры 246 минут 23 секунды 61 минута 45 секунд
Далее были выполнены расчеты для сети вРОМ для разработанной модели в условном городском микрорайоне.
Результаты расчетов приведены в таблице 5.
Таблица 5
Результаты расчетов среднего времени «скачивания» (приема) информации разных объемов при средней _величине полезной скорости передачи данных для сети вРОМ_
Размер файла, Гбайт Количество интерфейсов 10G
1 1 2
Какт. = 0,05
Средняя величина полезной скорости передачи данных, Мбит/с 68,8 137,6
1,69 Среднее время «скачивания» текстового файла (книги) 3 минуты 17 секунд 1 минута 38 секунд
1,5 Среднее время «скачивания» видео файла (ББ-качество) 2 минуты 54 секунды 1 минута 27 секунд
60 Среднее время «скачивания» видео файла (иИБ-качество) 116 минут 17 секунд 58 минут 8 секунд
17 Среднее время «скачивания» установочного файла игры 32 минуты 57 секунды 16 минут 28 секунд
Какт. = 0,05
Средняя величина полезной скорости передачи данных, Мбит/с 22,9 45,9
1,69 Среднее время «скачивания» текстового файла (книги) 9 минут 50 секунд 4 минуты 55 секунд
1,5 Среднее время «скачивания» видео файла (ББ-качество) 8 минут 44 секунды 4 минуты 21 секунда
60 Среднее время «скачивания» видео файла (иИБ-качество) 349 минут 21 секунда 174 минуты 18 секунд
17 Среднее время «скачивания» установочного файла игры 98 минут 59 секунд 49 минут 23 секунды
Результаты расчетов средней стоимости подключения абонентов в сетях РТТБ/БТТН (100 Мбит/с) и вРОМ в условном городском микрорайоне приведены в таблице 6.
Таблица 6
Результаты расчетов средней стоимости подключения
абонентов в сетях РТТБ/БТТН (100 Мбит/с) и ОРОЫ_
Тип сети FTTB/ETTH (100 Мбит/с) GPON
Средняя стоимость подключения абонента в кластере 1 (группа из четырех пятиэтажных домов), руб. 9534,35 11624,64
Средняя стоимость подключения абонента в кластере 2 (группа из трех семнадцатиэтажных домов), руб. 9019,41 10862,48
Средняя стоимость подключения абонента в кластере 3 (группа из двух двадцатидвухэтажных домов), руб. 9207,83 10759,72
Средняя стоимость подключения абонента в условном городском микрорайоне, руб. 9184 10933,47
Полученные в данной статье результаты могут быть использованы для проектирования новых сетей широкополосного абонентского доступа, а также в учебном процессе для обучения студентов по направлению «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» для более глубокого понимания принципов построения современных телекоммуникационных сетей.
Библиографический список
1.Скляров О. К. Волоконно-оптические сети и системы связи: Пер. с англ. под ред. Скляров О. К. - М.: Лань, 2010. - 272 с.
2.Помялов А. Арифметика GPON: Скорость доступа / А. Помялов // Фотон-экспресс. - 2012.-№4. -С.35 - 39.
3.Баркова И. В. Методика расчета объемов оборудования и линий связи при построении сетей широкополосного доступа / И. В. Баркова, Т. П. Сергеева // T-comm - 2013. - №7. -С.12 - 15.
4.Реальная скорость проводного интернет-доступа в России ниже, чем обещают провайдеры // Москва: Ведомости. - Электронный новостной ресурс. - (Рус). - URL: https://www.vedomosti.ru/technology/articles/2014/11/27/kto-pritormozil-internet [13 декабря 2018]
5.Развитие интернета в регионах России // Москва: Яндекс. - Электронный ресурс со статистическими исследованиями. - (Рус). - URL: http://company.yandex.ru/researches/reports/2013/ya internet regions 2013.xml [25 апреля 2019]
ПЛАХОТА АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант, Кубанский государственный университет, Россия.
