Научная статья на тему 'Задачи оптимизации оптоволоконных сетей связи на участке абонентского доступа'

Задачи оптимизации оптоволоконных сетей связи на участке абонентского доступа Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»

CC BY
542
42
Поделиться

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук, автор научной работы — Егоршев Д. Е.

Исследуются вопросы оптимизации оптоволоконных сетей связи, построенных на основе технологий Ethernet и пассивной оптической сети (Passive Optical Network, PON). Приводятся особенности наиболее широко применяемых топологий построения сетей абонентского доступа. Рассматриваются положительные и отри цательные стороны данных технологий с точки зрения поставщика услуг связи. Обсуждается вопрос о необходимости оптимизации сети.

Похожие темы научных работ по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук , автор научной работы — Егоршев Д.Е.,,

Текст научной работы на тему «Задачи оптимизации оптоволоконных сетей связи на участке абонентского доступа»

7 декабря 2011 г. 18:58

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Задачи оптимизации оптоволоконных сетей связи на участке абонентского доступа

Исследуются вопросы оптимизации оптоволоконных сетей связи, построению на основе технологий Ethernet и пассивной оптической сети (Passive Optical Nefwork, PON). Приводятся особенности наиболее широко применяемых топологий построения сетей абонентского доступа. Рассматриваются положительные и отрицательные стороны данных технологий с точки зрения поставщика услуг связи. Обсуждается вопрос о необходимости оптимизации сети

Егоршев Я Е.,

Системный администратор

ООО "Меридиан Экспресс Интернэшнл",

unexperienced@rambler.ru

Введение

В настоящее время проектируется и вводится в эксплуатацию все возрастающее количество сетей с использованием оптоволоконного кабеля. Большую роль играет оптоволокно и в широкополосных сетях доступа. И следует отметить, что сеть доступа, это наименее медленно обновляющийся участок сети связи. Так как инвестиции в инфраструктуру сети доступа (кабель и его прокладку) являются фундаментальными, то при проектировании сети необходимо учитывать, не станет ли использование той или иной технологии доступа узким местом в будущем [1 ].

Задачи оптимизации оптоволоконной сети заключаются в выборе такой структуры сети и показателей ее узлов, при которых выбранная характеристика максимальна. Главными целями для операторов сети могут быть: поддержание постоянной скорости передачи данных, уменьшение задержек и джиттера при передаче трафика реального времени, увеличение отказоустойчивости сети на выбранных участках и уменьшение стоимости развертывания и обслуживания сетевой инфраструктуры.

Выбирая между проводными технологиями передачи сигнала до абонента, оператор сети связи европейского региона будет строить сеть доступа на базе одной из двух наиболее перспективных Е1Ьегт>е1 или РОМ

1. Проблемы выбора технологии построения сети доступа

Так как строительство сети доступа — это процесс капитальный, трудо- и ресурсоемкий, то подходить к нему следует основательно. Принято считать, что главные затраты при развертывании оптоволоконной сети до дома (Fiber to the home, ПГГН) приходятся на строительство инфраструктуры, т.е. на работы, связанные с прокладкой кабеля и строительством помещений для размещения оборудования [2]. Стоимость самого кабеля и размещенного на линии оборудования будет на-

много ниже.

Замена вышедшего из строя или устаревшего активного оборудования не обойдется слишком дорого оператору связи, однако внесение изменений в инфраструктуру после завершения прокладки кабеля потребует больших затрат на строительные работы. Статистика [2] показывает, что потребности пользователей в пропускной способности канала растут в геометрической прогрессии. В настоящее время многие поставщики услуг доступа в Интернет предлагают для частных абонентов доступ со скоростью 100 Мбит/с, а за рубежом предлагают доступ со скоростью 1 Гбит/с

Длительный срок службы и большие затраты на построение оптоволоконной сети предъявляют вькокие требования к правильному выбору топологии и технологии.

Для сетей на базе технологии Ethernet в основном применяют топологии "звезда” и "кольцо", в то время как сети на базе технологии RON всегда строятся по топологии "древо".

Сети на базе Ethernet вытеснили такие технологии как Token Ring за счет своего быстрого развития и снижения стоимости активного оборудования в расчете на одного абонента.

Услуги передачи данных по сети Ethernet и Ethefnet-каммутация стали приносить доход на рынке корпоративных сетей и привели к снижению цен, появлению законченных продуктов и ускорению освоения новых решений [2]. Даже ночальнью проекты обеспечили прекрасную устойчивость к различного рсда повреждениям кабеля и оказались весьма рентабельными. К недостаткам кольцевой топологии можно отнести разделение полосы пропускания внутри каждого кольца доступа, и снижение пропускной способности при подключении нового абонента что в свою очередь порождает трудности масштабирования архитектуры. Архитектура "звезда" предполагает наличие выделенных оптоволоконных линий от каждого оконечного устройства абонента к коммутатору.

Сравнительный анализ технологий APON, EPON, GPON и 1OG-EPON

Характеристики АРОХ (ВРОХ) ЕРОХ GPOX lOG-EPOX

Лата принятия стандарта октябрь 1998 июль 2004 октябрь 2003 Сентябрь 2009

Стандарт ITU-TG9SU IEEE 802 3ah ITU-T G 984 x IEEE S02 3av

Скорость передачи прямой обратный поток. Монт с 155/155 622155 622 622 10001000 1244 155.622,1244 2488 622,1244.2488 10.3125 1.25 10 3125 10 3125

Базовый протокол ATM Ethernet SDH Ethernet

Максимальное число абонентских узлов на одно волокно 32 16 64(128) 1024

182

T-Comm, #7-2010

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

При построении сети PON используются устройства разветвители (Splitters), с помощью которых оптоволоконная линия разделяется между абонентами с неким коэффициентом. Максимальное количество абонентов, которых можно подключить к 1 линии зависит от конкретной технологии RON и достигает 1 ООО в случае стандарта IEEE 802.3av [5). Архитектура FTTH на базе EPON построена на использовании протокола Ethernet (см. таблицу).

2. Основные преимущества архитектуры на базе PON

Перечислим основные преимущества архитектуры на базе PON.

1) Экономия оптоволоконного кабеля.

Пассивные оптические сети требуют прокладки существенно меньшего количества жил от устройства Optical line Termination (OLT) до устройств Optical Network Termination (ONT) устанавливаемых у пользователя, благодаря использованию разветвителей. Также возможна воздушная прокладка оптического кабеля, с вводимыми ограничениями на количество жил.

При отсутствии существующей инфраструктуры или развертывании сети в новых районах экономия на оптоволоконном кабеле невелика, поскольку увеличение затрат на использование кабеля с большим количеством жил не может сравниться со стоимостью рытья траншей и необходимостью использования чужой инфраструктуры, например, канализационных коллекторов [2].

2) Топология сети PON

Технология RON очень хорошо подходит для построения сети в коттеджных поселках для подачи услуги Triple Play. Конечно, возможно тянуть в каждый дом отдельное волокно, но в данном случае выгоднее строить сеть по техно лоти PON. Также, PON может быть применим при модернизации существующих сетей кабельного телевидения. В большинстве своем при их строительстве использовался оптический кабель с малым количеством оптических жил (от 4 до 8). Кроме того, топология кабельного телевидения совпадает с топологией дерева PON. Следовательно, оператор кабельного телевидения, выбрав PON, может быстро развернуть услуги широкополосного доступа в Интернет и начать предоставлять услуги Triple Play, т.к. телевидение в инфраструктуре PON может передаваться по отдельной длине волны [ 1 ].

3) Введения новых услуг без нужды обновлять оборудование на линии.

Это возможно благодаря использованию другой длины волны для передачи данных для этой услуги и полному отделению всех потоков данных друг от друга.

При развертывании архитектуры PON поставщики услуг связи сталкиваются с несколькими проблемами:

— Полоса пропускания одного канала сети PON распределяется между всеми абонентами, подключенными к одному "дерев/. Чем больше абонентов подключено в одном "дереве", тем меньше затраты на кабель, но меньше и пропускная способность в расчете на одного абонента.

— Проблема защиты трафика. В отличие от обычной Ethemet-коммутации, в PON используется общая среда передачи, поэтому требуется шифрование нисходящего потока данных. Для этого используется алгоритм шифрования Advanced Encryption Standard (AES) [7] с 256-разрядным ключом для нисходящего потока. Однако использование функций шифрования влияет на производительность устройств и их стоимость.

— При каждом разветвлении оптического кабеля в соотношении 1:2 уровень сигнала падает примерно на 3,4 дБ [2]. Таким образом, накладывается ограничение на максимальное количество ветвлений

одной линии PON.

Пассивные оптические разветвители не имеют возможности передавать служебную информацию о неполадках в сети, что затрудняет поиск и выявление неисправности на линии.

Таким образом, видно, что у технологии PON, которая считается весьма перспективной технологией абонентского доступа, присутствует также немалое количество недостатков. Часть из них, в частности нехватка пропускной способности канала, исправляются в новых версиях рекомендаций Сектора стандартизации Международного союза электросвязи и IEEE, однако позже опять напоминают о себе. Также, стандарты и спецификации выходят чаще, чем оператор сети связи может позволить себе полную модернизацию кабельной инфраструктуры и оборудования на линии. И даже проектирование сети с большим запасом "прочности" отнюдь не гарантирует готовность сети к предоставлению новых услуг все увеличивающемуся количеству абонентов.

В этом случае поставщикам услуг связи пригодится возможность анализировать состояние и динамику изменений уже запушенных в эксплуатацию участков сети и, на основании данных о среде, в которой предстоит строить новый участок, производить процесс оптимизации сети.

Заключение

С учетом вышеприведенных факторов, задачи оптимизации оптоволоконной сети будут актуальны для обеих технологий. При этом параметры оптимизации для Ethernet и PON могут отличаться. Для сети на базе технологии RON поставщики услуг связи смогут использовать оптимизацию по наименьшему значению затуханию сигнала, в зависимости от мощности установленного оборудования и расположения разветвителей. Или оптимизацию по наименьшей стоимости инфраструктуры сети, в зависимости от количества используемых оптоволоконных линий до OLT, расположения оконечного устройства и разветвителей и потребностей каждого абонента в пропускной способности канала. Для сети на базе технологии Ethernet большое значение будет играть оптимизация по наименьшему показателю задержки и джиттера при передаче трофика реального времени, такого как IP-телефония, видео- и аудиоконференции, а также оптимизация по стоимости, с учетом установленного коммутационного оборудования, топологии сети, требуемой пропускной способности до абонента и типов предоставляемых услуг.

Для поставщиков услуг связи проведение подобных мероприятий становится особенно актуальным после введения сети в эксплуатацию и, соответственно, отсутствия возможности вносить в нее крупные изменения без больших издержек на проведение строительных робот.

Литература

Шитсе Д Eltiernel или PON / Шипов, Д — Кабельщик, 2009. — №3.

2 Госымов И. Архитектура оптических сетей доступа FTTH (Fiber-ЫЬе-Home) / Гасымов И. — Официальный документ компадои Cisco, 2007.

3 кЬоюв В. Сейчас наступил оптимальньй момент для разворачивания сетей EPON / Ива но В. — СсопесН Мир Связи, 2006. — №11.

4 Сергеев A PON: многообещающая “пассивность" / Сергеев А — Connect! Мир Связи, 2004. — №8.

5. 10Gb/s Ethernet Passive Optical Network standard // IEEE standard 802.3av / 2009.

6. Ethernet in the First Mile (EFM) // IEEE standard 802.3ah / 2004.

7 Daemon J. AES Proposal: Rijndael / J. Daemen, V. Rijmen // NIST Rijndael Specification / 2003.

6 Бродский НЮ. Тенденции и перспективы распространен технологий широкополосного доступа в России / Бродский, НЮ. — Вест к* связи, 2008 -№9.

Т-Сотт, #7-2010

183