Как устанавливается городской телефон по технологии fttb. Разработка и обеспечение безопасности сети широкополосного доступа по технологии FTTB в жилом районе города Ижевска. Выбор и обоснование кроссового оборудования

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

    Организация сети оптического доступа. Методы построения и схема организации связи для технологии FTTХ. Витая пара CAT6a. Оборудование оптического линейного терминала. Расчет параметров оптического тракта. Система безопасности для технологии FTTХ.

    дипломная работа , добавлен 11.04.2013

    Выбор и обоснование трассы магистрали, определение числа каналов. Расчет параметров оптического волокна, выбор и обоснование конструкции оптического кабеля. Разработка и элементы схемы размещения регенерационных участков. Смета на строительство и монтаж.

    курсовая работа , добавлен 15.11.2013

    Расчет количества и стоимости оборудования и материалов для подключения к сети передачи данных по технологии xPON. Выбор активного и пассивного оборудования, магистрального волоконно-оптического кабеля. Технические характеристики широкополосной сети.

    дипломная работа , добавлен 14.11.2017

    Обоснование необходимости реконструкции ВОСП на участке Кемерово-Новокузнецк. Выбор системы передачи и типа оптического кабеля. Расчет передаточных параметров оптического кабеля. Электропитание аппаратуры. Экономическая эффективность капиталовложений.

    дипломная работа , добавлен 06.02.2008

    Схема трассы волоконно-оптического кабеля. Выбор оптического кабеля, его характеристики для подвешивания и прокладки в грунт. Расчет параметров световода. Выбор оборудования и оценка быстродействия кабеля, его паспортизация. Поиск и анализ повреждений.

    курсовая работа , добавлен 07.11.2012

    Структурная схема линейного тракта передачи, расчет параметров. Характеристика оптического интерфейса SDH STM-1 полнофункционального оптического мультиплексора "Транспорт-S1". Особенности регенератора МД155С-05F. Параметры оптического кабеля марки ДПС.

    курсовая работа , добавлен 24.04.2015

    Конструкция оптического волокна и расчет количества каналов по магистрали. Выбор топологий волоконно-оптических линий связи, типа и конструкции оптического кабеля, источника оптического излучения. Расчет потерь в линейном тракте и резервной мощности.

    курсовая работа , добавлен 09.02.2011

    Выбор и обоснование трассы прокладки ВОЛП между пунктами Курск-Брянск. Выбор системы передачи и определение ёмкости кабеля, расчёт параметров оптического волокна, выбор конструкции оптического кабеля. Составление сметы на строительство линейных сооружений

    курсовая работа , добавлен 28.11.2010

Широкополосное подключение к Интернету сегодня является основной и востребованной услугой в телекоммуникационной сфере. Количество пользователей, имеющих широкополосный доступ, каждый год растет и также увеличивается пропускная способность и емкость ШПД в связи с высокой потребностью в этом рынка.

Телекоммуникационные компании сегодня, создавая инфраструктуру, в основном инвестируют, проектируют и строят сети ШПД на базе таких передовых технологий как FTTB и PON.

Технология абонентского доступа FTTB (с английского языка переводится как «волокно до здания») является очень востребованной. Она отличается безопасностью, простотой согласования при развертывании сети. В оптоволоконных кабелях и в распределительных сетях узлов второго уровня используется сеть для передачи данных и сеть аналогового кабельного телевидения. Оборудование специализировано.

Ее особенности:

— высокая надежность и низкая вероятность отказа;

— простота построения параллельных цифровых сетей;

— простота реализации новых цифровых технологий;

— работа при низких входных оптических мощностях;

Топология данной сети состоит из узла передачи данных, магистральной волоконно-оптической линии связи и распределительной сети.

Использование FTTB технологии требует выполнения определенных условий по обеспечению оборудования электропитанием и соблюдения требований безопасности, поэтому данной технологии часто отдают предпочтение телекоммуникационные компании в крупных и средних городах. При проектировании сети широкополосного доступа на основе FTTB технологии специалистам нужно произвести максимально четкие расчеты плотности абонентов, поскольку это сказывается на рентабельности проектов.

Технологию GPON активно используют такие провайдеры как Мегафон, Ростелеком, МГТС и другие. Это современная проводная технология доступа к сети интернет, обеспечивающая высокоскоростной доступ в Интернет до 1 Гб/сек, с равными скоростями входящего и исходящего канала относится к наиболее перспективной технологии семейства пассивных оптических сетей (PON -Passive optical network (пассивный широкополосный доступ)).

Основная идея архитектуры PON — использование всего одного приемопередающего модуля в OLT (optical line terminal) для передачи информации множеству абонентских устройств и приема информации от них.

К одному приемопередающему модулю OLT может быть подключено большое число абонентских узлов. На их количество может повлиять только бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры.

Поток информации от OLT к абонентским устройствам прямого (нисходящего) потока передается благодаря волнам длиной 1490 нм. А потоки данных от абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм.

Сигнал телевидения передается волной длиной 1550 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Уникальные возможности пассивных оптических сетей — в решениях оптической «последней мили» и ее дальнейшее распространение для организации высокоскоростных оптических сетей доступа в городских мультисервисных сетях связи.

Еще одна высокоскоростная успешная технология — GEPON Ethernet Passive Optical Network (GEPON) — на базе протокола Gigabit Ethernet. Передачи информации осуществляется со скоростью до 1,2 Гбит/с.

Основные преимущества технологии GEPON:

— простота установки и обслуживания оборудования;

— возможность оптимального использования волоконно-оптического ресурса кабеля (подключение 64 абонентских устройств на ветку PON);

— использование стандартных механизмов 802.3ah, позволяющих снизить стоимость оборудования;

— повышение скорости передачи до 1 Гбит/c в обе стороны и предоставление более широкополосных услуг;

— обеспечение QoS с помощью механизмов 802.1p/TOS.

— возможность использования механизмов, позволяющих предоставлять такие услуги как VoIP или VoD с гарантией качества;

— поддержка DBA (Dynamic Bandwidth Allocation;

— поддержка передачи потокового видео (IGMP Snooping).

Технология подключения Интернета FTTB в настоящее время наиболее распространенная в мире. В начале 2000-х годов она сделала переворот в сфере предоставления провайдерских услуг и остается наиболее востребованной за счет своей простоты и надежности. Но у такого подключения есть ограничения и недостатки, которые также надо учитывать при подключении к сети.

Что значит FTTB?

Предоставление провайдером Интернета по технологии FTTB подразумевает всегда подключение многоквартирного дома. На английском языке аббревиатура расшифровывается как “Fiber to the building” - дословно “Оптическое волокно в дом”. Это одна из вариаций использования технологии FTTx, где “Х” может означать как крупный распределительный узел целого района, так и отдельное конечное устройство, например, домашний компьютер.

Если при заключении договора с провайдером, упоминается FTTB, это значит, что к дому проводится оптоволоконный кабель. Затем он подключается к распределительному узлу в подвале или на крыше здания, а уже к квартирам прокладываются медные витые пары, которые подключаются напрямую к компьютеру или к маршрутизатору, позволяющему распределить доступ к Интернету сразу на несколько устройств.

Внимание! Внешне подключение будет выглядеть как обычное проведение кабеля из подъезда в квартиру без установки модема. Только шнур и все.

Что дает использование FTTx?

Эта технология используется всеми провайдерами, предоставляющими услуги в многоквартирных домах: “Билайн”, “Ростелеком”, “МТС”, “Зеленая Точка” и другие. Главным отличительным признаком, что будет использоваться FTTB всегда служат красивые предложения:

  • скорость до 100 Мбит/сек, позволяющая скачивать фильмы за считанные минуты и участвовать в онлайн-конференциях и играть по сети;
  • безлимитный Интернет, без ограничений на объем трафика;
  • возможность подключения цифрового телевидения и IP-телефонии через 1 кабель.

Все эти возможности появились именно благодаря использованию оптического волокна по технологии FTTB в качестве основы для предоставления доступа к сети.

Что было раньше?

Схема подключения по технологии FTTB получила широкое распространение не просто так. Те, кто пользовался Интернетом еще в прошлом тысячелетии помнят, что доступ был ограниченным, а скорость очень низкой. К тому же подсоединялся шнур через телефон, что создавало дополнительные ограничения.

Это все признаки использования ADSL (“асимметричной цифровой абонентской линии”). С технической точки зрения разница заключалась в материалах для шнура, через который и передаются сигналы. Раньше вместо оптического волокна для этой цели использовалась медь. Это хороший материал, но у него есть несколько существенных ограничений:

  1. Скорость передачи сигнала. В отличие от современной оптоволоконной схемы ADSL предоставляла только трафик на скорости до 24 Мбит/сек. Но это в идеальных условиях, а фактически - в несколько раз ниже.
  2. Асимметричность передачи информации. 24 Мбит/сек - это для скачивания файлов. А загрузка информации в сеть происходила в 8 раз медленнее.
  3. Помехи. Непогода, излучение от аппаратуры или линий ЛЭП постоянно приводило к перебоям со связью.
  4. Однопоточность. Одновременно пользоваться телефоном и Интернетом было невозможно. О возможности просмотра телепередач никто и не задумывался.

Оптический кабель лишен этих недостатков и, к тому же, дешевле в производстве. Поэтому постепенно он вытеснил своего предшественника.

Какие ограничения у оптоволокна

Учитывая, чем отличаются технологии ADSL и FTTB, неудивительно, что отказ от меди обеспечил больше возможностей для доступа к сети и стал основой развития для фирм-провайдеров.

Но у существующей на данный момент системы также есть несколько недостатков, которые ограничивают ее распространение:

  1. Цена. Провести оптоволоконный кабель к дому и установить распределительный узел стоит денег. Поэтому частный сектор и районы удаленные от центра города, а также села остаются без проводного Интернета.
  2. Скорость. Оптоволокно способно передавать информацию со скоростью в 1 Гбит/сек, но схема распределения кабелей из витой пары уменьшает ее в 10 раз.
  3. Потоки. Интернет, ТВ и телефония - это предел технологии подключения FTTB. Подключить к одному шнуру другие системы уже невозможно и необходимо проводить отдельную линию.

Жителям городов недостатки технологии FTTB редко доставляют неудобства. А все достоинства такого подключения позволяют существующей схеме успешно конкурировать с другими видами связи, в том числе и беспроводной.

Что изменится в будущем

На данный момент крупные провайдеры уже предлагают потребителям новые услуги, которые предоставляются не благодаря FTTB, а по технологии PON (“пассивной оптоволоконной сети”). Принципиальная разница между этими схемами только в отказе от медной витой пары. Это позволяет избавиться от распределительного узла и провести оптоволокно напрямую в отдельный дом или квартиру.

Важно! PON и GPON - одно и то же. Буква “G” только подчеркивает возможность оптоволокна передавать информацию со скоростью в 1 Гбит/сек для привлечения клиентов.

При сравнении подключения по технологии FTTB и GPON разница заключается не только в высокой скорости. Есть и другие важные преимущества пассивной оптоволоконной сети:

  1. Наличие модема. Если сейчас для ремонта узла требуется вскрывать щиток, расположенный на лестничной клетке или в подвале, то новая схема позволяет провести все необходимые процедуры не выходя из дома, консультируясь по телефону со службой поддержки.
  2. Возможность точечного подключения. PON дает реальную возможность достаточно дешево провести проводной Интернет в частном секторе.
  3. Многопоточность. К пассивной оптоволоконной сети можно подключить одновременно гораздо больше систем.

Но все возможности GPON еще не настолько востребованы клиентами, а 100 Мбит/сек вполне достаточно среднестатистическому пользователю. Поэтому в ближайшие годы провайдеры будут продолжать использование технологии FTTB для обслуживания населения.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра оптоэлектроники

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА ПО ТЕХНОЛОГИИ FTTB

Работу выполнил Кузнецов Максим Сергеевич

Специальность 210401 - Физика и техника оптической связи

Научный руководитель

канд. техн. наук, профессор Ю. Н. Белов

Нормоконтролер инженер И. А. Прохорова

Краснодар 2012

Кузнецов М. С. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА ПО ТЕХНОЛОГИИ FTTB. Дипломная работа: 91 с., 23 рис., 7 табл., 10 использованных источников.

ПРОВОДНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ, АБОНЕНТСКИЙ ДОСТУП, КАБЕЛИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ ДОСТУПА, FTTB

Объектом исследования данной курсовой работы является технологи широкополосного доступа, кабели электросвязи.

Целью работы является изучение структуры сетей широкополосного абонентского доступа и их разновидностей, сравнительный анализ различных типов абонентского доступа, проведение расчетов по удаленности абонентов от активного оборудования, проектирование сети FTTB, расчет основных характеристик сети.

В результате выполнения дипломной работы спроектирована сеть абонентского доступа, рассмотрена необходимость увеличения скорости передачи и протяженности линий связи при использовании низкочастотных кабелей. Проведены расчеты по удаленности абонентов от ближайшего активного оборудования.

абонентский доступ сеть широкополосный

Обозначения и сокращения

Введение

1. Абонентский доступ

1.1 Технологии семейства xDSL

1.2.2 Технологии PON

2. Технологии Ethernet

2.1 Fast Ethernet

2.2 Gigabit Ethernet

3.3 Расчет параметров кабеля

3.3.2 Исходные параметры расчитываемого кабеля

4.2 Выбор оборудования

4.3 Планирование сети

4.4 Предоставление услуг доступа

4.5 Строительство по улице сормовской

4.6 Проектирование кабельной канализации

4.7 Прокладка ОК в канализации

4.8 Линейные сооружения связи внутри здания

4.9 Электропитание

4.10 Абонентское оборудование

4.11 Потери в оптической линии связи

4.12 Экономический расчет проекта

4.12.1 Стоимость товаров

4.12.2 Стоимость работ

4.12.3 Расчет сроков окупаемости

4.13 Масштабируемость сети и перспективы развития

4.13.1 Шаг к новым технологиям

4.13.2 Трансформация в CWDM и PON

4.14 Возможность применения модернизированного кабеля UTP в спроектированной сети

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Обозначения и сокращения

Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия

Asynchronous Transfer Mode - асинхронный режим передачи данных

Broadband Passive Optical Network - широкополосная пассивная оптическая сеть

Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия

Digital Subscriber Line Access Multiplexer - мультиплексор доступа DSL

Ethernet in the First Mile - технология Ethernet на последней миле

Ethernet PON - технология пассивных оптических сетей Ethernet

Ethernet To The Home - Ethernet к дому

Fiber To The Building - волоконно-оптическая линия связи к зданию

Fiber To The Curb - волоконно-оптическая линия связи к распределительной коробке

Fiber To The Home - волоконно-оптическая линия связи к дому

Fiber To The x - волоконно-оптическая линия связи к точке х

Gigabit Passive Optical Network - пассивная оптическая сеть с возможной пропускной способностью до 2,5 Гбит/с

Internet Protocol -- протокол сети Интернет

Optical Line Terminal - оптическое линейное окончание

Optical Network Unit - элемент оптической сети

Passive Optical Networking - пассивные оптические сети

Very high bit-rate Digital Subscriber Line -сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия

Wavelength-Division Multiplexing - Технология волновго мультиплексирования

Digital Subscriber Line -- цифровая абонентская линия, общее обозначение для ряда технологий цифровой абонентской линии

автоматическая телефонная станция

Введение

Выбор той или иной стратегии развития сетей абонентского доступа, со всем многообразием тонкостей, нюансов, для провайдера, определяется в первую очередь из экономической целесообразносности применения технологий, принятия стандартов, охватывающих самые разные области телекоммуникаций. Для абонента, а значит и для провайдера, помимо финансовых затрат имеет не малое значение другие свойства доступа. Это скорость передачи данных, мультисервисность, надежность и качество предоставляемых услуг. Все эти, а так же технические и эксплуатационные и многие другие факторы должны быть приняты во внимание.

Увеличение пропускной способности кабельных систем с внедрением волоконных оптических линий связи вышло на качественно новый уровень. В наши дни оптические системы связи играют ключевую роль. С течением времени они становятся дешевле и более доступными. Однако, как известно, большую часть затрат при развертывании городских сетей уходит на прокладку кабельных систем. Этот факт серьезно ограничивает скорость распространения более новых технологий. Текущий этап эволюции городских сетей абонентского доступа испытывает лишь частичный переход к оптическому волокну, и на данном этапе наиболее актуальны вопросы, связанные с выполнением последней мили в виде медножильных кабелей, протяженность которых около ста метров.

В представленной дипломной работе подробно рассмотрены вопросы проектирования широкополосного абонентского доступа.

1. Абонентский доступ

Абонентский доступ - это возможность пользователя обмениваться различного рода информацией удаленно от источника по запросу. Конечная реализация абонентского доступа включает в себя физическую среду и устройства приема передачи и обработки данных. Абонентский доступ характеризуется, в конечном счете, пакетом предоставляемых услуг. Самые распространенные из них - доступ к сети internet, телевидение и телефония. Пакет услуг зависит от пропускной способности абонентской линии.

1.1 Технологии семейства xDSL

Рассмотрим обычную схему проводного доступа на медных низкочастотных кабелей связи. (рисунок 1).

1 - центральная станция, 2 - магистральные участки других направлений, 3 - магистральный участок, 4 - распределительный шкаф,

5 - распределительные участки других направлений, 6 - распределительный участок, 7 - абонентская коробка, 8 - абонентская проводка, проложенная к другим пользователям сети, 9 - абонентская проводка, 10 - оконечные устройства.

Рисунок 1 - Схема построения абонентского доступа на базе медных кабелей

Распространен случай, когда от АТС протянут медный кабель (сотни пар). Этот кабель подключается в распределительный шкаф, от которого по разным направлениям расходятся кабели с меньшим на порядок количеством пар. Этот кабель доходит до абонентской коробки, откуда по абонентской проводке пара приходит непосредственно к абоненту. Изначально такие линии были предназначены для телефонной связи. С развитием сети Internet, и появлением новых услуг связи, эти линии стали использоваться в цифровых систем передачи данных. Дальнейшее их развитие привело к появлению технологий VDSL, ADSL, ADSL2, ADSL2+, SHDSL путем применения различных способов кодирования и организации широкополосной связи .

В местных первичных сетях связи часто применяется медный кабель серии ТПП. На рисунке 2 представлены теоретические графики зависимости скорости передачи информации по кабелю ТПП, от его длины при прочих идеальных условиях, для некоторых технологий семейства xDSL.

Рисунок 2 - Скорости передачи информации по кабелю ТПП, в зависимости от его длины

В источниках и приведены аналогичные графики для технологий подгруппы ADSL (рисунок 3).

Рисунок 3 - Скорости передачи информации для технологий ADSL в зависимости от длины линии

При анализе графиков выясняется, что двухпроводный низкочастотный медный кабель может эффективно использоваться на расстоянии до 6 км, в зависимости от уровня электромагнитных помех, качества самого кабеля, и т. д. Из-за взаимного влияния пар количество абонентов ограничено, так как перекрестные помехи снизят скорость передачи информации. На практике можно использовать около 40 % от общего количества пар. Кроме того, медные кабели со временем стареют, качество изоляции падает, медь подвергается коррозии. Все эти проблемы увеличивают затухание кабеля, способствуют влиянию помех, а значит, снижают скорость передачи данных. Даже в лучшем случае, при малых расстояниях скорость передачи цифровой информации не может превышать 30 Мб/с. Даже этого не достаточно, чтобы обеспечить одновременную работу нескольких услуг. Для реализации телевидения высокого качества требуется пропускная способность до 32 Мбит/с. Кроме того растет потребность в увеличении качества, и скорости доступа к ресурсам в сети Internet.

1.2 Технологии с использованием ВОЛС

В настоящее время существует возможность реализовать технологии проводного доступа на основе оптического волокна. К ним относятся FTTx и PON. Эти технологии могут использоваться как одновременно, так и совместно со многими другими в решении проблемы последней мили.

Стоит заметить, что оптические волокна проводит фотоны а не электрические сигналы. Почти все проблемы, присущие металлическому кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, гальванической развязки полностью устраняются.

Современные оптические излучатели в волоконно-оптических системах связи способны переключаться с частотой порядка десятков ГГц. Оптические волокна отличаются низким затуханием (менее10 дБ/км). Благодаря таким характеристикам ВОЛС обладают неоспоримым преимуществом по сравнению с медножильными линиями связи. Оптическое волокно способно обеспечить большую скорость передачи информации на большие расстояния.

Технологии семейства FTTx предусматривают доведение оптического кабеля к точке «x». Они классифицируются по степени близости абонента к точке доведения волокна (рисунок 4).

Рисунок 4 - Варианты реализации FTTx

Технологии FTTx можно так же классифицировать по способу передачи данных от сетевого концентратора к абоненту. FTTB можно интерпретировать как FTTC и FTTCab, так как нет между ними принципиального отличия . Одна из технологий, применяемых на последней миле это xDSL (рисунок 5).

1 - центральная станция, 2 - магистральные участки других направлений (оптический кабель), 3 - магистральный участок (оптический кабель), 4 - коммутатор с DSLAM, 5 - распределительные участки других направлений (медные витые пары), 6 - распределительный участок (медные витые пары),7 - DSL-модем, 8 - Ethernet-кабель, 9 - оконечные устройства,10 - защищающий распределительный шкаф с источниками питания, 11 - дом или офис абонента

Рисунок 5 - Схема построения смешанного абонентского доступа с использованием xDSL

В данной схеме оптический кабель подключается к DSLAM. Это устройство обычно бывает установлено в защищенном от неблагоприятных погодных условий и вандализма шкафу, где так же предусмотрен блок бесперебойного питания. Участок от шкафа до абонента аналогичен участку традиционной DSL линии. Данная схема наиболее пригодна для реализации FTTC и FTTN, в случае, когда расстояние от узла связи более 5 км.

Существует еще один вид смешанного доступа, когда распределительная абонентская сеть строится на основе заранее проложенной локальной сети Ethernet, коммутаторы в сети имеют один или несколько оптических интерфейсов, через которые соединяются с другими коммутаторами, либо с сетевыми устройствами в центральном узле связи. Через которые обеспечивается доступ в интернет, работа прочих услуг абонентского доступа и работу всей сети.

Технологии смешанного доступа предполагают доведение оптики до точки концентрации. Но можно провести оптоволоконный кабель прямо к абоненту, будь то квартира, дом или офис. Это соответствует концепции FTTH (Fiber To The House - "волокно к дому") рисунок 6.

1 - центральная станция c оптическим передатчиком, 2 - магистральные участки других направлений (оптический кабель), 3 - магистральный участок (оптический кабель) 4 - оптоэлектронный модем, 5 - оконечные устройства, 6 - дом или офис абонента

Рисунок 6 - Схема построения технологии FTTH с топологией точка-точка

Эта технология позволяют предоставлять индивидуальному пользователю каналы с пропускной способностью выше 1 Гбит/с, при этом расстояние от узла связи до абонента по сравнению с DSL может быть больше в несколько десятков раз.

1.2.2 Технологии PON

Оптические сети можно разделить на два класса - активные и пассивные. Между узлом доступа и оконечным пользовательским оборудованием активной сети имеется какое-либо активное оборудование (например, регенератор или коммутатор). В пассивной сети активное оборудование отсутствует, т. е. сеть состоит только из пассивных компонентов: волоконно-оптические соединители, разветвители и мультиплексоры WDM. Обычно вместо полного названия "пассивная оптическая сеть" используется аббревиатура PON (Passive Optical Network) (рисунок 7).

Рисунок 7 - Общая структура сети PON

Активное оборудование в центральном офисе или на узле доступа называется оптическим линейным терминалом (Optical Line Terminal - OLT), а оборудование на абонентском узле - оптическим сетевым устройством (Optical Network Unit - ONU). Некоторые из услуг связи, обычно предоставляемых сетями PON, также показаны на рисунке 7. Ключевым звеном в сети PON является разветвитель (пассивный оптический сплиттер), который характеризуется коэффициентом разветвления N. Разветвляясь, оптический сигнал делится по мощности на N направлений. Количество ответвлений от одного волокна может достигать 32.

PON - это семейство быстроразвивающихся, наиболее перспективных технологий широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну. Суть технологии пассивных оптических сетей - разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности - сплиттеров. Следствием этого преимущества является снижение стоимости системы доступа, уменьшение объема необходимого сетевого управления, высокая дальность передачи и отсутствие необходимости в последующей модернизации распределительной сети .

Из технологий семейства PON на сегодняшний день известны 4 вида:

* APON (ATM PON);

* BPON (Broadband PON);

* GPON (Gigabit PON);

* EPON (Ethernet PON).

Проблема FTTH заключается в высокой стоимости развертывания сети, так как для каждого абонента необходимо выделять по волокну в кабеле так же оптическое оборудование у абонента требует больших финансовых затрат . Технология PON позволяет оператору сэкономить на прокладке волокна, однако проблема цены оборудования не решена. Многие операторы до сих пор стараются использовать имеющуюся медно-кабельную инфраструктуру. Технология FTTB становится наиболее перспективной в ближайшие годы как с применением EFM так и с использованием DSL. Преимущества этой концепции в том, что один оптический интерфейс может обеспечивать доступ десятков абонентов, медная кабельная проводка и коммутационное оборудование не требуют больших затрат, сетевые интерфейсы Ethernet имеются на большинстве компьютеров. Есть так же возможность организации локальной сети в пределах многоквартирного дома или групп домов .

Для районов с частной застройкой наиболее пригодны технологии FTTN в виде xDSL, а так же FTTH и PON. Так как абоненты разнесены в пространстве на достаточно большие расстояния. Схема FTTB наиболее пригодна для районов с высокой концентрацией многоквартирных домов, поскольку максимально возможная длина абонентской линии связи ограничена сотней метров.

2. Технологии Ethernet

Ethernet -- это самый распространенный сегодня стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов .

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии, в которую входят сегодня также Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10G Ethernet.

В более узком смысле Ethernet -- это сетевой стандарт передачи данных со скоростью 10 Мбит/с, который появился в конце 70-х годов как стандарт трех компаний -- Digital, Intel и Xerox. В начале 80-х Ethernet был стандартизован рабочей группой IEEE 802.3, и с тех пор он является международным стандартом. Технология Ethernet была первой технологией, которая предложила использовать разделяемую среду для доступа к сети.

Локальные сети, являясь пакетными сетями, используют принцип временного мультиплексирования, то есть разделяют передающую среду во времени. Алгоритм управления доступом к среде является одной из важнейших характеристик любой технологии LAN, в значительно большей степени определяющей ее облик, чем метод кодирования сигналов или формат кадра. В технологии Ethernet в качестве алгоритма разделения среды применяется метод случайного доступа. И хотя его трудно назвать совершенным -- при росте нагрузки полезная пропускная способность сети резко падает, -- но благодаря своей простоте послужил основной причиной успеха технологии Ethernet.

Популярность стандарта Ethernet 10 Мбит/с послужила мощным стимулом его развития. В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, в 1998 -- Gigabit Ethernet, а в 2002 году -- 10G Ethernet. Каждый из новых стандартов превышал скорость своего предшественника в 10 раз, образуя впечатляющую иерархию скоростей 10 Мбит/с -- 100 Мбит/с -- 1000 Мбит/с -- 10 Гбит/с.

При использовании технологий Ethernet для предоставления услуг доступа применяются две основные топологии (рисунок 8 и рисунок 9).

Рисунок 8 - Кольцевая топология

Рисунок 9 - Смешанная топология

Для резервирования каналов и уменьшения загруженности можно применять кольцевые топологии, однако, с целью экономии, в ряде случаев, на коммутаторах предварительной агрегации можно использовать топологию типа «звезда», однако такая топология не обладает высокой надежностью .

Как видно из рисунков 8 и 9, структура сетей подчиняется иерархии. По мере удаления от абонентов используются все более высокоскоростные подключения.

2.1 Fast Ethernet

Организация физического уровня технологии Fast Ethernet является более сложной по сравнению с предыдущими стандартами, поскольку в ней используются три варианта кабельных систем:

*волоконно-оптический многомодовый кабель (два волокна);

Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо большей пропускной способностью, чем коаксиальный кабель, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе.

Сети Fast Ethernet имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах. Основным отличием конфигураций сетей Fast Ethernet является сокращение диаметра сети примерно до 200 м, что объясняется сокращением времени передачи кадра минимальной длины в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз по сравнению с 10-мегабитной сетью Ethernet.

Тем не менее это обстоятельство не очень препятствует построению крупных сетей на технологии Fast Ethernet. Дело в том, что середина 90-х годов отмечена не только широким распространением недорогих высокоскоростных технологий, но и бурным развитием локальных сетей на основе коммутаторов. При использовании коммутаторов протокол Fast Ethernet может работать в дуплексном режиме, в котором нет ограничений на общую длину сети, а остаются только ограничения на длину физических сегментов, соединяющих соседние устройства (адаптер-коммутатор и коммутатор-коммутатор).

Физические варианты Fast Ethernet отличаются друг от друга в большей степени, нежели варианты физической реализации Ethernet. Здесь меняется как количество проводников, так и методы кодирования. А так как физические варианты Fast Ethernet создавались одновременно, а не эволюционно, как для сетей Ethernet, то имелась возможность детально определить те подуровни физического уровня, которые не изменяются от варианта к варианту, и те подуровни, которые специфичны для каждого варианта физической среды.

Официальный стандарт 802.3 установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия (рис. 13.2);

*100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP типа 1;

*100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

Для всех трех стандартов справедливы перечисленные ниже утверждения и характеристики.

*100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля с двумя волокнами.

Как любая сеть, Fast Ethernet имеет ограничения по длине линии связи (таблица 1).

Таблица 1 - Максимальная длина сегмента для различных стандартов

2.2 Gigabit Ethernet

Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet состояла в максимальном сохранении идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с.

Так как при разработке новой технологии естественно ожидать некоторых технических новинок, идущих в общем русле развития сетевых технологий, то важно отметить, что стандарт Gigabit Ethernet, так же как и его менее скоростные собратья, на уровне протокола не поддерживает:

*качество обслуживания;

*избыточные связи;

*тестирование работоспособности узлов и оборудования (за исключением тестирования связи порт-порт, как это делается в Ethernet 10Base-T, 10Base-F и Fast Ethernet).

Все три названных свойства считаются весьма перспективными и полезными в современных сетях, а особенно в сетях ближайшего будущего.

В качестве физической среды передачи данных для Gigabit Ethernet могут использоваться следующие типы кабелей, предусмотренных стандартом 802.3z:

*одномодовый волоконно-оптический кабель;

*многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;

*многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;

*экранированный цифровой медный кабель.

Применимо к сетям абонентского доступа, технологии Ethernet могут использоваться по иерархической схеме, когда низкоскоростные каналы связи объединяются в высокоскоростные потоки данных. Благодаря оптическому волокну сети могут быть значительно удалены от центральных узлов связи.

3. Витая пара в сетях Ethernet

Витая пара (англ. twisted pair) -- вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), для уменьшения взаимных наводок при передаче сигнала, и покрытых пластиковой оболочкой. Витая пара используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring.

В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распространённым для построения локальных сетей .

В зависимости от наличия защиты -- электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

*неэкранированная витая пара (UTP -- Unshielded twisted pair)

*экранированная витая пара (STP -- Shielded twisted pair)

*фольгированная витая пара (FTP -- Foiled twisted pair)

*фольгированная экранированная витая пара (SFTP -- Shielded Foiled twisted pair)

В некоторых типах экранированного кабеля защита может использоваться ещё и вокруг каждой пары, индивидуальное экранирование. Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних, и т. д. Экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.

В дополнение к этому кабель применяется одножильный многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы, а во втором - из нескольких.

Одножильный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для прокладки в коробах, стенах и т.д. с последующим оконечиванием розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются. Однако для "врезания" в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.

В свою очередь многожильный кабель плохо переносит "врезание" в разъемы панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручиваниях. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (PatchCord), соединяющих периферию с розетками. Кроме того, многожильный провод оказывает меньшее сопротивление высокочастотному сигналу (Скин-эффект).

Кабели на основе витой пары медные неэкранированные делятся по своим электромеханическим свойствам на 5 категорий.

Кабель категории 1 применяется в случаях, где требования к скорости передачи данных минимальны. Обычно он применяется для аналоговой и цифровой передачи голоса и низкоскоростной передачи данных.

Кабель категории 3 стандартизирован в 1991 году. Тогда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), впоследствии на его основе создан стандарт EIA-568A. Этот стандарт определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частоты 16 МГц, что обеспечивает работу данного кабеля с высокоскоростными сетевыми приложениями. Кабель категории 3 предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса. Шаг скрутки проводов соответствует трем виткам на 30,5 см. На основе этого кабеля построено большинство кабельных систем офисных зданий, по которым осуществляется передача голоса и данных.

Кабель категории 4 - это улучшенный вариант предыдущей категории. Этот кабель должен выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц, при этом обеспечивать хорошую помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Эта категория хорошо подходит для систем с увеличенным до 135 метров расстоянием, а также в сетях Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. Однако на практике почти не используется.

Кабель категории 5 специально разработан для поддержки высокоскоростных протоколов. Их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. На кабель категории 5 ориентированно большинство высокоскоростных стандартов. С ним работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с FDDI с физическим стандартом TP-PMD, Fast Ethernet, 100VG- AnyLAN и более скоростные протоколы АТМ со скоростью 155 Мбит/с, а также вариант Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Вариант Gigabit Ethernet на основе витой пары с использованием 4-жильного кабеля UTP стал стандартом в 1999 году. Кабель категории 5 пришел на смену третьей категории, и в настоящее время кабельные системы крупных зданий строятся на этом типе кабеля в сочетании с волоконно-оптическим.

Кабели UTP выпускаются в 2-парном и 4-парном исполнении. Каждая пара такого кабеля имеет свой шаг скрутки и определенный цвет. В 4-парном исполнении две пары предназначены для передачи данных и еще две для передачи голоса.

Для соединения кабелей используются розетки и вилки RJ-45, которые представляют собой восьмиконтактные разъемы и внешне похожи на телефонные разъемы.

Основное назначение этого кабеля - поддержка высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем UTP-кабель категории 5, максимальная длина сегмента которого не должна превышать 100 метров. Кабель категории 7 вряд ли целесообразен к применению: стоимость сети на его основе близка к стоимости сети на оптоволокне, а характеристики оптоволоконных кабелей выше. Поэтому, вероятно, в ближайшем будущем он постепенно уйдет, оставшись только в истории развития кабелей.

Кабели на основе экранированной витой пары STP хорошо защищают от внешних помех передаваемые сигналы. Заземляемый экран, использующийся в этом типе кабеля, усложняет прокладку, так как требует качественного заземления и удорожает сам кабель. Экранированный кабель применяется только для передачи данных.

3.1 Особенности передачи электрических сигналов

Любая система электросвязи представляет собой одну или несколько симметричных цепей, типовая схема отрезка которой отображена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Эквивалентная электрическая схема участка симметричной цепи

Данная схема является так же схемой фильтра низких частот. Этим вызвано ограничение в скорости передачи данных во всех кабелях электросвязи. Если в кабеле несколько цепей, то стоит обратить внимание на наличие взаимного влияния линий друг на друга (рисунок 11).

1 - передатчик, 2 - приемник, 3 - симметричная пара, 4 - влияющий проводник

Рисунок 11 - Принцип взаимного влияния

где C - емкость, Ф;

Относительная диэлектрическая проницаемость среды;

0 - электрическая постоянная, Ф/м;

S - площадь поверхности, м2;

r - расстояние между проводниками, м.

Если расстояние r1 не равно расстоянию r2 (рисунок 11) то емкости будут разными. Стоит добавить, что влияние оказывается по всей длине кабельной линии, к тому же количество симметричных пар в кабеле может быть порядка десятков и сотен. Особенно эта проблема актуальна для технологий семейства xDSL. С целью уравнять среднее по длине кабеля расстояния между проводниками смежных пар в кабеле, а значит и соответствующие емкости внутри кабеля и, следовательно, избавиться от взаимных влияний, каждую пару скручивают, причем с отличающимся шагом скрутки. Таким образом, среднее расстояние между парами уравнивается. Такой метод решения проблемы взаимных помех применяется для VDSL и серии технологий Ethernet.

3.2 Конструктивные особенности

В сетях Metro Ethernet на участке абонентской проводки, как правило, используют кабели UTP пятой категории . Такие кабели представляют собой четыре медных проводника покрытых поливинилхлоридной изоляцией (ПВХ) или полиэтиленовой изоляцией. Жилы свиты между собой по принципу двойной парной скрутки, это позволяет снизить электромагнитные влияния. Таким образом, попарно скрученные жилы образуют витые пары. Они имеют разный шаг скрутки для уравнивания емкостных составляющих кабеля. Далее витые пары укручены между собой с шагом в десятки раз большим, чем при парной скрутке. Вся эта конструкция окружена полимерной оболочкой из тех же материалов, что и отдельные проводники. Возможная схема поперечного разреза такого кабеля представлена на рисунке 12.

1- медный проводник, 2 - оболочка проводника

Рисунок 12 - Возможный поперечный разрез кабеля

В соответствии со стандартом FastEthernet - 100BASE-TX, IEEE 802.3u на медном кабеле, для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с достаточно двух витых пар, причем, при прочих равных условиях, гарантируется работа системы передачи с протяженностью кабельной линии длиной до 100 метров, при использовании кабеля UTP категории 5. Но с целью дальнейшего увеличения пропускной способности локальной сети и перехода к стандарту 1000BASE-T IEEE 802.3ab, где скорость составляет 1 Гбит/с, заранее прокладывают кабель 5e категории с четырьмя витыми парами. Так же свободные пары могут быть задействованы для подключения телефонной связи, работающей поверх IP . Аналоговый сигнал, передающийся по свободной паре, оцифровывается, кодируется и инкапсулируется в Ethernet-фрейм .

Как известно, технологию ETTH по витой паре с прокладкой FTTB целесообразно применять в плотно заселенных местах. С этой точки зрения наиболее эффективно устанавливать рассматриваемые сети в многоквартирных, многоэтажных, близко расположенных домах. Удобно так же то, что в домах имеется питание для активного оборудования и технические этажи, где есть возможность разместить коммутаторы, блоки бесперебойного питания и так далее.

Часто при прокладке волоконного кабеля до коммутатора на техническом этаже в многоквартирном доме, максимально возможной длины витой пары, в данном случае 100 м, не достаточно, чтоб провести кабель электросвязи более удаленным от коммутатора абонентам. Решить данный вопрос можно двумя способами. Одно из решений подразумевает установку коммутаторов нескольких точках внутри здания, что значительно увеличит финансовые и временные затраты. Другое решение заключается в усовершенствовании кабелей электросвязи. Это достигается изменением конструктивных параметров, материалов изготовления.

3.3 Расчет параметров кабеля

3.3.1 Принцип расчета основных параметров

К первичным параметрам симметричной линии связи относятся: емкость C, индуктивность L, сопротивление проводника R, и проводимость изоляции G. Схема расположения этих элементов представлена на рисунке 9. Первичные параметры присущи определенной не нулевой длине линии, они увеличиваются с увеличением протяженности кабеля .

Так как изолированные проводники укручены между собой, ведем параметр, который будет характеризовать соотношение длины проводников к длине кабеля:

где D - средний диаметр кабельной скрутки, мм;

h - шаг скрутки, мм.

Средний диаметр кабельной скрутки рассчитывается по формуле:

где dп - диаметр группы, мм;

n - число групп в центральном поливе.

В рассматриваемом случае, число групп равно двум, группа представляет собой витую пару. Центральный повив - единственный. Диаметр группы - не что иное, как средняя ширина пространства, занимаемая парой. В случае парной скрутки:

где d - диаметр изолированного проводника мм.

Введем коэффициент, учитывающий близость проводников смежных проводников в случае двойной парной скрутки:

где dдп - диаметр двойной парной скрутки, мм;

d - диаметр изолированного проводника, мм;

dг - диаметр голого проводника, мм;

a - расстояние между центрами проводников, мм.

В рассматриваемом случае расстояние между центрами проводников равно диаметру изолированного проводника. Диаметр двойной парной скрутки рассчитывается, по формуле:

Используя выше указанные параметры можно рассчитать емкость:

где r - радиус голого проводника.

Для расчета первичных параметров L, R необходимо знать специальные функции Бесселя. Для рассматриваемых частот они имеют следующий вид:

где r - радиус голого проводника, мм;

k - коэффициент вихревых токов, мм-1.

Поскольку радиус голого проводника фиксированный, коэффициент вихревых токов зависит от частоты Произведение и радиуса голого проводника для меди можно представить как функцию, аргументом которой является частота:

где f - частота, Гц.

Таким образом, можно представить функции Бесселя как функции частоты.

По этой причине индуктивность так же представляется функцией частоты, которая имеет вид:

где µ - относительная магнитная проницаемость среды;

Q(f) - функция Бесселя (8).

Для меди µ=1. Общая индуктивность является суммой внешней и внутренней

Проводимость изоляции так же зависит от частоты:

где Rиз - удельное объемное электрическое сопротивление изоляции, Ом·км;

tgд - тангенс угла диэлектрических потерь.

Тангенс угла диэлектрических потерь материала оболочки зависит от частоты. Типичная зависимость отображена на рисунке 13

Рисунок 13 - Теоретическая зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от частоты

Активное кабельное сопротивление цепи вычисляется по следующей формуле:

где R0 - удельное сопротивление проводника, Ом/км;

Rm - сопротивление, обусловленное дополнительными потерями на вихревые токи, Ом/км;

p - коэффициент, учитывающий тип скрутки (при двойной парной p = 2);

F(f), E(f), H(f) - специальные функции Бесселя (9), (10), (11) соответственно.

В малопарных кабелях, так же в кабелях без дополнительных металлических конструкций, коими и являются рассматриваемые, сопротивление Rm принимается равным нолю.

Удельное сопротивление медного проводника определяется по следующей формуле:

где с - удельное сопротивление металла, Ом·мм2/м

Q(f) - функция Бесселя (8).

Для меди с=0.0175.

Наконец собирая полученные данные, можно записать функцию затухания от частоты:

где f - частота, Гц;

R(f) - функция сопротивления обусловленного активными потерями от частоты, Ом/км;

G(f) - функция проводимости изоляции от частоты, См/км;

L(f) - функция индуктивности от частоты, Гн/км;

C - ёмкость симметричной кабельной цепи, Ф/км.

3.3.2 Исходные конструктивные параметры рассчитываемого кабеля

В источнике приведены конструктивные характеристики кабеля, традиционно применяемого в локальных сетях - UTP категории 5e:

Диаметр изолированного проводника d=0.9 мм.

Диаметр голого проводника dг=0.51 мм.

Материал проводника - медь.

Материал оболочки проводника - полиэтилен высокой плотности.

В соответствии с ГОСТ 16337-77, тангенс угла диэлектрических потерь: tgд=3·10-4 на частоте 1 МГц. В источнике приведены tgд=14·10-4 на частоте 550 кГц, и tgд=2·10-4 на частоте 10 кГц. Из рисунка 13 и полученных значений тангенса диэлектрических потерь видно, что частота, соответствующая точке максимума меньше 1 МГц. Это значит, что на частотах свыше 1 МГц, с ростом частоты, наблюдается уменьшения величины tgд. Следовательно, если принять tgд=3 ·10-4 на всем диапазоне частот, то расчетное затухание на частотах свыше 1 МГц будет незначительно превышать реальные значения, что обеспечит дополнительный энергетический запас системы в дальнейшем. В источнике , относительная диэлектрическая проницаемость среды? при наилучшей технологии производства полиэтилена составляет 1.2. Удельное объемное электрическое сопротивление изоляции Rиз в пределах от 1015 до 1017 Ом·км . Примем к рассмотрению наиболее худший вариант, когда Rиз=1015 Ом·км. Шаг скрутки, в соответствии с , лежит в пределах от 12 до 32 мм. Для расчетов используем типичный случай, когда шаг h=24 мм. Сведем все исходные данные в таблицу 2.

Таблица 2 - Исходные характеристики рассчитываемого кабеля

3.3.3 Расчет первичных параметров и затухания кабеля

К исходным данным была применена выше изложенная методика, в результате расчетов были получены графики зависимости параметров электрической цепи от частоты, они приведены на рисунках 14, 15, 16, 17.

Рисунок 14 - Зависимость индуктивности от частоты

Рисунок 15 - Зависимость волнового сопротивления от частоты

Рисунок 16 - Зависимость активного сопротивления проводника от частоты

Рисунок 17 - Зависимость активного сопротивления проводника от частоты

Как видно из графика, с ростом частоты внутренняя индуктивность убывает и зависимость уменьшается. В области высоких частот общая индуктивность близка к значению внешней.

Функция проводимости изоляции линейно возрастает. В реальности эта зависимость близка к линейному закону, но не является таковой, поскольку не линейна зависимость tgд от частоты.

График затухания в симметричной цепи кабеля в диапазоне частот от нуля до ста МГц изображен на рисунке 18

Рисунок 18 - Зависимость затухания симметричной кабельной цепи от частоты.

Занесем значения расчетных параметров на частоте 100 МГц в таблицу 3

Таблица 3 - Рассчитанные параметры

Полученный результат по затуханию соответствует требованию стандартов TIA/EIA-568-A и ISO/IEC 11801 . Однако по-прежнему актуален вопрос уменьшения затухания на столько, на сколько это возможно.

Не малое зависит от качества изоляции и проводника. Изменив материалы можно добиться как уменьшения, так и увеличения затухания. Так же очевидно, что при уменьшении шага скрутки затухание увеличится, так как увеличится отношение длины проводника к длине кабеля.

3.3.4 Зависимость затухания от диаметра проводника и толщины оболочки

При фиксированных свойствах изоляции справедлив вопрос об уменьшении затухания кабельной цепи за счет изменения геометрических параметров кабеля, а именно диаметра изолированной жилы и диаметра голого проводника.

Зафиксируем частоту f на ста МГц, и преобразуем выше представленные выражения и функции частоты в функции от диаметра голого проводника при постоянной толщине изолированного проводника(d=0.9 мм). При этом 0

Рисунок 19 - Зависимость затухания симметричной кабельной цепи от диаметра изоляции.

Из данного графика можно сделать важный вывод о том, что существует оптимальная толщина изоляции проводника. Для того, чтобы найти точку минимума, необходимо взять производную б?(dг)=(dб)/(ddг). Функция б?(dг) так же представлена на рисунке 17. При диаметре dг=0.31 мм функция б?(d) обращается в ноль. Это значит, что при этом диаметре наблюдается минимум затухания. Затухание при d=0.9 мм и dг=0.31 мм составило 175.94 дБ/км.

Проделав аналогичную операцию для ряда других диаметров изолированного проводника, найдем для них значения оптимальных диаметров голого проводника и занесем результаты в таблицу 4.

Таблица 4 - Оптимальные значения конструкции пары

Диаметр изолированного проводника d, мм.

Диаметр голого проводника, dг, мм.

График оптимальной зависимости представлен на рисунке 20.

Рисунок 20 - Оптимальная зависимость диаметра изолированного проводника от диаметра голого проводника.

Полученная зависимость близка к линейной, поэтому по данным точкам можно восстановить линейную функцию. Итак, оптимальная зависимость аналитически выглядит следующим образом:

Вторым слагаемым в данной формуле в ряде случаев можно пренебречь.

Если учесть данную зависимость, можно получить график функции затухания от диаметра голого проводника при условии, что диаметр изолированной жилы подобран оптимально. Результат данного расчета приведен на рисунке 21.

Рисунок 21 - Зависимость затухания от диаметра изолированного проводника при оптимально подобранном диаметре изолированной жилы

Точка минимума данной функции соответствует диаметру проводника dг=2.1 мм. При этом диаметр изолированного проводника должен быть равен 6.144 мм. Таким образом, увеличение диаметра проводника до 2.1 мм ведет к уменьшению затухания. при дальнейшем увеличении диаметра наблюдается рост затухания.

3.3.5 Оценка возможности удлинения линии связи при увеличении диаметра проводника

Для технологии Fast Ethernet, предельное затухание витой пары составляет 220 дБ/км. Для кабеля с параметрами изоляции, соответствующими данным из таблицы 2, диаметром голого проводника равным 1 мм и согласно графику на рисунке 21, затухание составило 85.8 дБ/км. Результат более чем в 2.5 раза меньше, чем предельное значение затухания для Fast Ethernet. Это значит, что есть возможность удлинить линию связи более чем в 2.5 раза. Максимально допустимая длина кабеля UTP пятой категории, с затуханием при частоте 100 МГц не более чем 220 дБ/км, между двумя интерфейсами Fast Ethernet, составляет 100 м. Благодаря увеличению диаметра голого проводника до 1 мм, можно получить максимальную длину линии связи более чем 250 м. Таким образом, если речь идет о совместном использовании технологий FTTB и ETTH, можно добиться экономии при развертывании сети Ethernet, за счет уменьшения затрат на оптические интерфейсы, шкафы для активного оборудования, проводку для питания, оптические кабели.

Для ADSL линии, в соответствии c , затухание симметричной цепи кабеля типа ТПП, на верхней частоте 2 МГц, составляет 23.85 дБ/км. При этом диаметр проводника в этом кабеле 0.5 мм. Для кабеля с параметрами изоляции и шагу скрутки соответствующими данным из таблицы 2, диаметром голого проводника равным 1 мм и диаметром изолированного проводника, рассчитанным из выражения (18), при частоте 2 МГц, затухание, по данным расчетов, составило 11.71 дБ/км. Затухание рассчитанной витой пары примерно в 2 раза меньше. Это значит, что линия абонентского доступа DSL, при использовании 4 жильного кабеля типа UTP с затуханием 11.71 дБ/км на частоте 2 МГц может работать с той же эффективностью, что и линия DSL на основе ТПП, при длине линии связи в 2 раза большей.

Проведенные расчеты позволили найти параметры оптимальной по затуханию витую пару, однако, изготовленный по такому принципу кабель будет в несколько раз толще традиционно применяющихся кабелей. Его масса так же будет превышать разумные пределы, поэтому производителю необходимо отыскать не только оптимальный кабель с точки зрения соблюдения условий минимального затухания, но и с точки зрения соблюдения оптимальных массогабаритов. Увеличения диаметра проводника дает ощутимые снижения затухания. Особенно на высоких частотах.

4. Проектирование сети доступа

Проектирование мультисервисной сети на базе технологий FTTB с применением Ethernet осуществляется в Комсомольском микрорайоне города Краснодара.

Краснодар (основан в 1793 году; до 1920 года -- Екатеринодамр; статус города получил в 1867 году) -- город на Юге России, расположенный на правом берегу реки Кубань, на расстоянии 120--150 километров от Чёрного и Азовского морей. Административный центр Краснодарского края. Крупный экономический и культурный центр Северного Кавказа и Южного федерального округа; исторический центр политико-географической области Кубань. Неофициально нередко именуется «столицей Кубани», а также «южной столицей России».

Область проектирования расположена в восточной части города и ограничена с юга и востока - цепью озер «Карасунов», с запада - улицей Тюляева, с севера улицей Уральской. Район простирается с запада на восток вдоль улицы Сормовской. Карта рассматриваемого участка приведена в приложении Б.

4.1 Целесообразность проектирования

Большая часть домов района уже имеет широкополосный доступ по рассматриваемой технологии, однако с южной стороны от улицы сормовской в настоящее время наблюдается активная застройка территорий, прилегающих к озерам, есть так же сданные дома, не имеющие подключения FTTB. Проект охватывает 12 домов. Эти дома наиболее удаленные от АТС, расположенной по адресу улица Тюляева дом 4.

От АТС по району проложена кабельная канализация, изначально предназначенная для медножильных телефонных кабелей связи. Кабельная канализация пригодна так же для прокладки оптических кабелей связи. Большая часть кабельной канализации уже проложена.

Задача подключения домов состоит:

В строительстве недостающей кабельной канализации,

В строительстве шахт и кабельных каналов внутри подключаемых зданий,

В прокладке оптического кабеля ко всем подключаемым зданиям,

В прокладке медно-жильных кабелей связи на распределительном участке,

В установке оборудования на АТС (уровень агрегации),

В установке оборудования в подключаемых домах

4.2 Выбор оборудования

Большинство имеющихся в Краснодаре на сегодняшний день провайдеров могут предложить максимальную скорость доступа к сети интернет около 16 Мбит/с. В связи с постоянным ростом потребностей абонентов, а так же с внедрением услуг HD-TV необходимо не только обеспечить максимальную скорость превышающую имеющуюся, но так же оставить «запас» для наращивания скорости.

В большинстве домов, в которых предстоит построить сети FTTB, 16 этажей и на каждом из них в среднем по 4 квартиры (для одного подъезда или секции). Таким образом, при использовании коммутаторов с 24 портами, необходимо установить в каждый подъезд по 2-3 таких коммутатора. Для построения мультисервисной сети целесообразно использовать распространенные и проверенные Ethernet коммутаторы доступа третьего уровня QSW-2900-24T-AC, компании Qtech. Коммутаторы имеют по 24 порта 10/100BaseT для передачи информации по электрическим кабелям и два гигабитных оптических транковых порта, которые могут использоваться для образования гигабитных колец или для прямой связи с АТС. Это значит, что в такой сети, при прочих удовлетворяющих условиях, можно одновременно предоставлять три основные услуги. Это HD-TV со скоростью до 12 или 20 Мбит/с, в зависимости от метода кодирования видеосигнала, услуги телефонии, со скоростью до 80 кбит/с, в зависимости от используемого кодека, а так же услуги доступа к сети интернет с большим спектром тарифных планов. Эти услуги образуют концепцию Triple Play.

...

Подобные документы

    Основные этапы развития сетей абонентского доступа. Изучение способов организации широкополосного абонентского доступа с использованием технологии PON, практические схемы его реализации. Особенности среды передачи. Расчет затухания участка трассы.

    дипломная работа , добавлен 02.12.2013

    Анализ технологии широкополосного доступа на основе ВОЛС, удовлетворяющей требованиям абонентов. Выбор телекоммуникационного оборудования (станционного и абонентского), магистрального и внутриобъектового оптического кабеля и схема его прокладки.

    курсовая работа , добавлен 01.10.2015

    Проектирование пассивной оптической сети. Варианты подключения сети абонентского доступа по технологиям DSL, PON, FTTx. Расчет длины абонентской линии по технологии PON (на примере затухания). Анализ и выбор моделей приёмо-передающего оборудования.

    дипломная работа , добавлен 18.10.2013

    Основные понятия систем абонентского доступа. Понятия мультисервисной сети абонентского доступа. Цифровые системы передачи абонентских линий. Принципы функционирования интерфейса S. Варианты сетей радиодоступа. Мультисервисные сети абонентского доступа.

    курс лекций , добавлен 13.11.2013

    Особенности построения цифровой сети ОАО РЖД с использованием волоконно-оптических линий связи. Выбор технологии широкополосного доступа. Алгоритм линейного кодирования в системах ADSL. Расчет пропускной способности для проектируемой сети доступа.

    дипломная работа , добавлен 30.08.2010

    Разработка состава абонентов. Определение емкости распределительного шкафа. Расчет нагрузки для мультисервисной сети абонентского доступа, имеющей топологию кольца и количества цифровых потоков. Широкополосная оптическая система доступа BroadAccess.

    курсовая работа , добавлен 14.01.2016

    Широкополосный доступ в Интернет. Технологии мультисервисных сетей. Общие принципы построения домовой сети Ethernet. Моделирование сети в пакете Cisco Packet Tracer. Идентификация пользователя по mac-адресу на уровне доступа, безопасность коммутаторов.

    дипломная работа , добавлен 26.02.2013

    Анализ существующей телефонной сети связи, оценка ее преимуществ и недостатков. Обоснование необходимости проектирования современного оборудования. Выбор типа кабеля и расчет его конструктивных, электрических и оптических характеристик, этапы прокладки.

    дипломная работа , добавлен 13.12.2013

    Развитие сервиса телематических услуг связи доступа в сеть Интернет с использованием технологии VPN. Модернизация сети широкополосного доступа ООО "ТомГейт"; анализ недостатков сети; выбор сетевого оборудования; моделирование сети в среде Packet Tracer.

    дипломная работа , добавлен 02.02.2013

    Создание широкополосного абонентского доступа населению микрорайона "Зареченский" г. Орла, Анализ инфраструктуры объекта. Выбор сетевой технологии, оборудования. Архитектура построения сети связи. Расчет параметров трафика и нагрузок мультисервисной сети.

В России все больше растет интерес к развертыванию сетей доступа с возможностью предоставлением абоненту широкополосного канала связи. Причиной данного интереса служит быстрый рост требований к полосе пропускания сетей связи, обусловленный появлением новых широкополосных услуг. К таким услугам можно отнести услуги для бизнеса (видеоконференц-связь, удаленное обучение, телемедицина) и развлекательные услуги (видео по запросу, цифровое вещание, HDTV, on-line игры и т.д.). Используемые в настоящее время технологии не могут предоставить экономически выгодного решения для удовлетворения растущих потребностей, поэтому в ход идут не совсем привычные технологии.

Одна из них - FTTx (Fiber To The ... -- «волокно до …») - технология организации сетей доступа с доведением оптического волокна до определенной точки. Несмотря на то, что FTTx - технология не новая, однако широкое распространение она получает именно сейчас.

Есть несколько вариантов реализации FTTx, из них можно выделить:

FTTH - Fiber To The Home (доведение волокна до квартиры);

FTTB - Fiber To The Building (доведение волокна до здания).

В данном курсовом проекте мы будем реализовывать представленные методы.

Выбор и обоснование технологии широкополосного доступа

Термин «широкополосный доступ» используется для обозначения постоянного и высокоскоростного подключения к Интернет. Однако широкополосный доступ - это не только высокая скорость обмена информацией, но и особый способ использования всемирной сети. Пользователь широкополосного доступа имеет возможность в любую секунду получить или отправить большой объем любой информации, которая может включать в себя цветные изображения, аудио- и видиоклипы, анимацию, телевизионный контент и многое другое. Широкополосный доступ обеспечивает предоставление пользователю самых современных услуг, независимо от точки его подключения. Обладатель широкополосного доступа имеет больше возможностей по использованию мультимедийных услуг и по информационному обеспечению своего бизнеса. Это файловый обмен, видеоконференции, игры; услуги охранных систем; телефонные и банковские услуги и т.д. Всё это стало доступным благодаря современным сетям широкополосного доступа (ШПД).

Широкополосный доступ способствует также появлению новых сфер деятельности человека и обогащает уже существующие. Он стимулирует экономический рост и открывает новые возможности для инвестиций и трудоустройства.

Методы построения FTTХ

Технология FTTx (англ. Fiber to the x -- оптическое волокно до точки X), название которой происходит от заглавных букв английского выражения Fiber-to-the-build/home, что означает «оптика в каждый дом». Этот термин применяется для любой компьютерной сети, в которой от узла связи до определенного места (точка X) доходит оптоволоконный кабель. Широкая полоса систем FTTx открывает новые возможности предоставления абонентам большего числа новых услуг.

Технология FTTB (англ. Fiber to the Building -- волокно до здания) - на сегодняшний день наиболее востребованная в России технология строительства широкополосных сетей. Широкому распространению FTTB способствовали снижение цен на оптический кабель (ОК), появление дешевых оптических приемников, передатчиков и оптических усилителей (ОУ). Использование оптики в FTTB позволяет использовать для передачи данных быструю технологию Metro Ethernet, избавляет от необходимости заземления несущего троса, исключает выход оборудования из строя от статического электричества, и облегчает согласование развертываемой сети в надзирающих инстанциях. Топология сети, построенной по технологии FTTB, показана на рисунке ниже.

Топология данной сети во многом повторяет гибридную волоконно-коаксиальную сеть и также состоит из узла передачи данных, магистральной волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) и распределительной сети. Отличие FTTB состоит лишь в заменеоптических узлов ГВКС на «узлы второго уровня» (усилительные пункты) и кабеля распределительных сетей с коаксиального кабеля на оптический. Головная станция и домовая распределительная сеть не требуют изменения при модернизации, а для магистрали может потребоваться лишь увеличение числа оптических волокон. Исходя из вышесказанного, в сетях FTTB возрастает количество прокладываемого оптоволокна и устанавливаемых оптических приемников.

Сеть FTTB, построенная по данной технологии - это две наложенные сети: одна для услуг аналогового кабельного телевидения, другая -- для услуги передачи данных. Объединяет их использование различных волокон в одних и тех же ОК на участках магистрали и в распределительных сетях узлов второго уровня. В остальном, в отличие от DOCSIS, при использовании FTTB все оборудование строго специализировано: либо передача ТВ, либо передача данных, и при выходе из строя одного оборудования другая услуга не страдает.

При использовании варианта FTTB оптическое волокно заводится в дом, как правило, на цокольный этаж или на чердак (что более экономически эффективно) и полключается к устройству ONU (Optical Network Unit). На стороне оператора связи устанавливается терминал оптической линии OLT (Optical Line Terminal). OLT является primary устройством и определяет параметры обмена трафика (например, интервалы времени приема/передачи сигнала) с абонентскими устройствами ONU (или ONT, в случае FTTH).

Дальнейшее распределение сети по дому происходит по «витой паре».

Этот подход целесообразно применять в случае развертывания сети в многоквартирных домах и бизнес-центрах среднего класса. Российские операторы связи разворачивают сети FTTB пока только в крупных городах, но в перспективе использование данной технологии повсеместно. В FTTB нет необходимости прокладывать дорогостоящий оптический кабель с большим количеством волокон, как при использовании FTTH.

FTTH - (англ. Fiber to the Home- оптическое волокно до квартиры). Учитывая, что российские абоненты проживают в основном в многоквартирных домах, FTTH означает, в отличие от FTTB, доведение оптического волокна до квартиры абонента.

Существует два типа организации FTTH сетей: на базе Ethernet и на базе PON.

Архитектуры на базе Ethernet

Необходимость быстрого вывода на рынок и снижения стоимости для абонентов привели к появлению сетевой архитектуры на базе Ethernet-коммутации. Передача данных по сети Ethernet и Ethernet-коммутация стали приносить доход на рынке корпоративных сетей и привели к снижению цен, появлению законченных продуктов и ускорению

освоения новых продуктов. В основе первых европейских проектов сетей Ethernet FTTH

лежала архитектура, при которой коммутаторы, расположенные на цокольных этажах многоквартирных домов, были объединены в кольцо по технологии Gigabit Ethernet. Эта структура обеспечивала прекрасную устойчивость к различного рода повреждениям кабеля и была весьма рентабельной, но к ее недостаткам можно было отнести разделение полосы пропускания внутри каждого кольца доступа (1 Гбит/с), что давало в перспективе сравнительно небольшую пропускную способность, а также вызывало трудности масштабирования архитектуры.

Затем широкое распространение получила архитектура Ethernet типа «звезда». Такая архитектура предполагает наличие выделенных оптоволоконных линий (обычно одномодовых, одноволоконных линий с передачей данных Ethernet по технологии 100BX или 1000BX) от каждого оконечного устройства к точке присутствия (point of presence, POP), где происходит их подключение к коммутатору. Оконечные устройства могут находиться в отдельных жилых домах, квартирах или многоквартирных домах, на цокольных этажах которых располагаются коммутаторы, доводящие линии по всем квартирам с помощью соответствующей технологии передачи.

Архитектура Ethernet FTTH с топологией «Звезда»:

Архитектуры на базе PON

При использовании архитектуры на базе пассивной оптической сети PON для развертывания сетей FTTH оптоволоконная линия распределяется по абонентам с помощью пассивных оптических разветвителей с коэффициентом разветвления до 1:64 или даже 1:128. Архитектура FTTH на базе PON обычно поддерживает протокол Ethernet. В некоторых случаях используется дополнительная длина волны нисходящего потока, что позволяет предоставлять традиционные аналоговые и цифровые телевизионные услуги пользователям без применения телевизионных приставок с поддержкой IP.

Ниже на рисунке изображена типичная пассивная оптическая сеть PON, в которой используются различные терминаторы оптической сети (optical network termination, ONT) или устройства оптической сети (optical network unit, ONU). ONT предназначены для использования отдельным конечным пользователем. Устройства ONU обычно располагаются на цокольных этажах или в подвальных помещениях и совместно используются группой пользователей. Голосовые сервисы, а также услуги передачи данных и видео доводятся от ONU или ONT до абонента по кабелям, проложенным в помещении абонента.

Архитектура пассивной оптической сети (PON):

В настоящее время существует три различных стандарта сети PON, которые приведены в таблице. Параметры полосы пропускания обозначают совокупную скорость передачи данных в нисходящем и восходящем потоках. Эта скорость передачи данных делится между 16, 32, 64 или 128 абонентами, в зависимости от плана развертывания.

Таблица Разновидности PON


Архитектура BPON -- это традиционная технология, которая в настоящее время все еще применяется некоторыми сервис-провайдерами в США, однако она быстро вытесняется другими архитектурами. В то время как EPON была разработана с целью снижения стоимости путем использования технологии Gigabit Ethernet, архитектура GPON разрабатывалась, чтобы обеспечить более высокую скорость передачи данных нисходящего потока, снизить накладные расходы и обеспечить возможность передачи трафика ATM и TDM. Несмотря на добавленную поддержку старых протоколов, эта возможность пока редко используется на практике. Вместо этого архитектура GPON используется в качестве транспортной платформы Ethernet.

Схема организации связи для технологии FTTХ

Общий план строительства ВОЛС курсового проекта

Схема организации технологии FTTB

Схема организации технологии FTTH