CC BY
26
УДК 621.391.63
А. А. Ефимов, А. Н. Алещенко ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОЙ СЕТИ ДОСТУПА
Балтийский федеральный университет им. И. Канта, Калининград, Россия Поступила в редакцию 15.02.2022 г. Принята к публикации 05.03.2022 г.
Для цитирования: Ефимов А. А., Алещенко А. Н. Проектирование широкополосной сети доступа // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Сер.: Физико-математические и технические науки. 2022. № 1. С. 27-33.
С опорой на основные принципы построения широкополосных сетей разработана работоспособная сеть для плотно застроенного жилищного комплекса «Легенды моря» (Калининград), имеющего большое количество потенциальных абонентов. Выбраны активные и пассивные компоненты с учетом специфики района. Расчет оптического бюджета подтвердил правомерность выбранных решений.
Ключевые слова: широкополосная сеть доступа, пассивная оптическая сеть (PON), оптический бюджет линии связи, затухание оптического сигнала, пассивное и активное оборудование
Одной из самых актуальных задач построения развитой инфоком-муникационной структуры города Калининграда является обеспечение всех жилых районов надежным и высококачественным доступом в сеть. К сожалению, не все районы города имеют выход в сеть с подобными параметрами. Так, например, жилищный комплекс «Легенды моря», расположенный в одном из самых густонаселенных районов города, не подключен к инфокоммуникационной сети компании «Ростелеком».
Целью данной статьи стала разработка предложений к созданию работоспособной и экономически выгодной абонентской оптической сети доступа для ЖК «Легенды моря».
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: выбрана наиболее перспективная технология построения сети доступа; проведена оценка потенциального количества абонентов, проживающих в данном районе; разработана схема построения сети; по соотношению цены и качества выбрано оборудование (стационарное, абонентское и различные пассивные компоненты) и ВОК (волоконно-оптический кабель); выполнен расчет оптического бюджета.
Наиболее популярными технологиями на данный момент являются xDSL, Ethernet, PON [1].
Технология xDSL является самой простой и недорогой; она позволяет использовать уже готовые медно-кабельные линии, однако за простотой кроется и главный ее недостаток — скорость, которая в идеальных условиях может достигать лишь 50 Мбит/ с [2].
27
© Ефимов А. А., Алещенко А. Н., 2022
28
Технология Ethernet начала развиваться с появлением локальных сетей. Она более сложна в реализации, однако и скорости становятся выгше. Так, например, максимальная скорость абонентской сети доступа в 1000 Мбит/с может достигаться при использовании технологии Gigabit Ethernet [2].
Следующим шагом в развитии можно считать появление технологии волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП), которая выыводит скорости на совершенно новыгй уровень, достигая 2488 мбит/ с по нисходящим и восходящим потокам данных [3].
Для удобства сравнения технологий основные параметры представлены в таблице 1.
Таблица 1
Сравнение технологий построения сети доступа
Технология Максимальная скорость Максимальное
(прием / передача), Мбит/c расстояние, км
ADSL 8 / 1 5,5
ADSL2+ 24 / 1,4 5,5
HDSL 2 4,5
SHDSL 2,32 7,5
VDSL 62 / 26 1,3
Ethernet 10 3,6
Fast Ethernet 100 10
Gigabit Ethernet 1000 20
PON 2488 / 2488 20
Из таблицы 1 видно, что наибольшую скорость при реальном расстоянии обеспечивает технология PON.
Существует несколько разновидностей технологии PON: broadband PON (BPON), Ethernet PON (EPON), Gigabit PON (GPON). Сравнительные характеристики данных технологий сведены в таблице 2.
Таблица 2
Сравнение технологий PON
Параметр BPON EPON GPON
Скорость передачи данных (прямой поток/ обратный), мБит/с 155/622, 622/622 1000/1000 2488/622, 2488/2488
Максимальная дальность, км 20 20 20
Максимальное число абонентов на волокно 32 16 64
Наибольшей скорости и максимального числа абонентов можно достичь при помощи технологии GPON.
Проведенный выше анализ позволяет заключить, что наиболее перспективной является технология GPON, так как она имеет наибольшую скорость, дальность передачи, а также возможность подключения большого количества абонентов.
А.А. Ефимов, А. Н. Алещенко
Оценка потенциального количества абонентов проводилась по градостроительному плану микрорайона. Общее число жильцов — приблизительно 4200 чел., однако около 50 % обслуживаются компанией-оператором «Ростелеком». Таким образом, количество потенциальных абонентов составляет примерно 2000.
Для построения сети за основу выбрана древовидная структура [4], вид которой представлен на рисунке 1.
\ » О
_— Магистра.! шыи
кабель
Распределительный кабель
---По кабельной канализации
По подвесу
\ „л
Щ
Л
Сплиттер I го уровня
О 7-7 Ститтеры 2го уржня
Ветки 1, 2. 3 Ветки 4, 5, 6 Ветки 7. 8. 9 Ветки 10,11,12
— Ветки 13.14.15 — Ветки 16,17 — Ветки IS.19.20.2I
_ |—Ветки 22,23,24-Ветки 25,26,27
^ ' —Детки 28,29,30-Ветки 31,32,33
— Ветки 34,35,36 —Ветки 37,33,39
Рис. 1. Схема проектируемого участка
На каждый подключаемый дом необходимо использовать минимум 3 ветки, каждая на 64 абонента. Таким образом, всего в работе используются 39 различных веток. Для простоты построения дерева некоторые дома будут подключены по подвесу через соседний, поэтому в первый дом заводятся дополнительные кабели для обслуживания абонентов соседней многоэтажки.
До самого района идет магистральный сегмент от OLT, расположенный по улице Гайдара 129а (рис. 2).
29
Рис. 2. Схема магистрального участка
Магистральный сегмент проложен по существующей кабельной канализапди, его длина до проектируемого участка составляет 2,4 км с возможностью продления дальше по улице для подключения следующего микрорайона. На схеме проектируемого участка присутствуют 39 веток, протянутых ко всем неподключенным домам района. Кроме этого быпло подсчитано, что всего необходимо 10 сварных и 12 разъемных соединений.
Следующим этапом построения является выбор пассивного и активного оборудования. В данном случае быгги выпбраны следующие устройства: OLT - Smart AX MA5600T, ONT - HG8447, ВОК: ДПЛ-П-96У (6 * 16) 1,5 кН (магистральный), ДПТ-П-32У (4*8) 6 кН (распределительный), ОБР-У нг(А)-НБ 12 (прокладка внутри зданий), ДПТ-Т-П-04У (1 * 4) 10 кН (прокладка между зданиями), сплиттеры — PO 1*16 (1*8) PLC 2 мм SC/APC, ОРШ — ШКОН-КПВ-320(10)-288SC/ФЗС-ОРШ256, муфты МОГ-Т4-2ФТ16 и М0Г-Т5-40-1КБ4845, ОРК — Crosver F0B-02-04(08), абонентская розетка — ШКОН-ПА-1-SC-SC/APC-SC/APC, абонентская проводка — ШОС^М/0,9 мм-SC/APC-p/t-1,0 м [4].
Теперь необходимо рассчитать оптический бюджет [4] по формуле
ОВ = Т - (- R), (1)
где Т — выгходная мощность передатчика (в данном случае равна 5); R — чувствительность приемника (в данном случае равна 29). Таким образом, оптический бюджет равен 34 дБ. Необходимо также учитывать запас мощности в 3 дБ, так как линия не является идеальной.
Последний этап заключается в расчете затухания по методике, представленной ниже [4]:
А = l*ax + Np*Ap + N*Ac + A¥, (2)
где L — общая длина участка (сумма длины магистрали, расстояния до 1-го сплиттера, до 2-го сплиттера и до конечного пользователя);
ax — затухание сигнала в оптическом кабеле на определенной длине волны (0,33 дБ для 1310 нм и 0,2 дБ для 1550 нм [4]);
Np — общее количество разъемных соединений;
Ap — средние потери на одно разъемное соединение (0,4 дБ [4]);
Nc — общее количество сварных соединений;
Ac — средние потери на одно сварное соединение (0,05 дБ [4]);
Aspi — суммарные потери в оптических сплиттерах (13,9 дБ для 1 * 16 и 10,7 дБ для 1 *8 [4]).
По представленной методике можно найти затухание для каждой ветки. Ввиду большого числа проектируемых веток на слайде представлены 3 ближайшие ветки и 3 ветки, которые наиболее удалены от магистрали. Можно заметить, что самое большое затухание не превышает оптический бюджет, а разница между минимальным и максимальным затуханием очень мала, что говорит о высокой сбалансированности проектируемой линии связи.
А.А. Ефимов, А. Н. Алещенко
Таблица 3
Минимальное и максимальное затухание на ветках
Ветка Минимальное затухание с учетом 3 дБ Максимальное затухание с учетом 3 дБ Разница между макс. и мин. затуханием Сравнение макс. затухания с опт. бюджетом
1310 1550 1310 1550 1310 1550
1 30,42236 30,0984 30,44546 30,112 0,0231 0,014 30,44546 <34
2 30,42368 30,0992 30,44612 30,112 0,0224 0,014 30,44612 <34
3 30,42434 30,0996 30,4481 30,114 0,0238 0,014 30,4481 <34
37 30,63059 30,2246 30,65369 30,238 0,0231 0,014 30,65369 <34
38 30,63191 30,2254 30,65435 30,239 0,0224 0,014 30,65435 <34
39 30,65303 30,2258 30,65633 30,240 0,0238 0,014 30,65633 <34
31
Так как все дома являются типовыми, ниже на рисунке 3 будет представлена типовая внутридомовая проводка [5].
Рис. 3. Внутридомовая разводка кабеля
Из рисунка 3 видно, что ОРШ устанавливается либо в подвале дома, либо на его крыше. В первом случае дом будет подключен при помощи кабельной канализации, во втором — при помощи подвеса. От ОРШ идут внутридомовые кабели на каждый этаж к ОРК, от которой и прис-ходит разводка по квартирам.
Таким образом, была разработа широкополосная сеть доступа на основе технологии СРОК, так как именно эта технология является наиболее перспективной среди всех рассмаотренных ввиду ее наибольшой
32
скорости, дальности расстояния и наибольшего количества абонентов на одну ветку. Данная сеть имеет древовидную структуру и объединяет своими ветвями более 2000 пользователей, проживающих в жилом комплексе «Легенды моря». Чтобы убедиться в работоспособности сети, был найден оптический бюджет, а также наибольшие и наименьшие затухания на ветвях. Данные расчеты показали, что сеть полностью работоспособна и хорошо сбалансированна. Представлена также типовая внутридомовая разводка кабеля.
Список литературы
1. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы : учебник для вузов. 4-е изд. СПб., 2020.
2. Парфенов Ю. А. Последняя миля на медных кабелях. М., 2001.
3. Попов С. А. Пассивное оборудование PON. Эволюция продолжается // Вестник связи. 2011. № 11.
4. Попова Б. В. Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи. М., 1995.
5. ОАО «Гипросвязь». Пассивные оптические сети. Правила проектирования и монтаж / Минсвязи, ОАО «Гипросвязь». Минск, 2011.
Об авторах
Александр Андреевич Ефимов — студ., Балтийский федеральный университет им. И. Канта, Калининград, Россия.
E-mail: efimov_alex99@mail.ru
Алексей Николаевич Алещенко — доц., Балтийский федеральный университет им. И. Канта, Калининград, Россия.
E-mail: AAleshchenko@kantiana.ru
A.A. Efimov, A.N. Aleshchenko BROADBAND ACCESS NETWORK DESIGN
Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad, Russia Received 15 February 2022 Accepted 05 March 2022
To cite this article: Efimov A. A., Aleshchenko A. N. 2022, Broadband access network design, Vestnik of Immanuel Kant Baltic Federal University. Series: Physical-mathematical and technical sciences, № 1. P. 27—33.
Relying on the main principles of broadband networks building a working network in a densely built up house estate "Legends of the sea" (Kaliningrad), with plenty of potential users was built. An active and passive component that consider the estate's specifics were chosen and also an optical budget for a theoretical check of network's efficiency was calculated.
Keywords: broadband network, passive optical network, optical budget, attenuation, passive and active equipment
A.A. Etywuoß, A. H. AAe^eHKO
The authors
Aleksandr A. Efimov, Student, Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad, Russia.
E-mail: efimov_alex99@mail.ru
Aleksey N. Aleshchenko, Associate Professor, Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad, Russia.
E-mail: AAleshchenko@kantiana.ru
33
