ПОДЕЛИТЬСЯ

В предыдущем выпуске Mediasat мы рассказывали о технологии GEPON и об открытом всеукраинском проекте UA.PON. В этом выпуске мы хотим подробнее остановиться на одном из самых важных аспектов построения пассивных сетей, а именно — на топологиях сетей. Именно топология сети является залогом успешного функционирования будущего проекта, ведь от топологии зависит потенциал для подключения новых пользователей в уже построенную и функционирующую пассивную сеть.

В рамках проекта UA.PON одним из самых обсуждаемых является вопрос топологии: GEPON сети настолько полиморфны, насколько сильна фантазия инженера-проектировщика. Пассивную сеть можно развернуть практически при любой плотности застройки и ее особенностях.

Поскольку GEPON в классическом виде имеет древовидную структуру, начнем именно с нее. Топология типа «дерево» подразумевает, что сеть имеет «корень», «ветви» и «листья». «Корнем» в GEPON является PON порт OLT, в роли «листьев» выступают ONU, в качестве «ветвей» можно рассматривать оптические кабели, проложенные на всем пути от OLT к ONU. Таким образом, на базе одного OLT возможно построить четыре «дерева» емкостью 64 абонента каждое. 64 – цифра не случайная, ее мы рассматривали в предыдущей статье, поэтому в этом обзоре она будет выступать в качестве константы.

«Деревья» бывают разными, но все их можно условно разделить на два типа: «одиноко растущее дерево» и «лесопосадка». Первый тип «деревьев» использует географически независимые друг от друга узлы деления, то есть «дерево» «произрастает» как бы отдельно от остальных своих собратьев. Второй, по сути, представляет собой «дерево» четыре-в-одном, «корень», «ветви» и узлы деления которого «наложены» друг на друга и географически представляют собой одну и ту же точку или линию.

Другими словами, разница в том, что первый тип «дерева» («одиноко-растущее дерево») обслуживает до 64-х абонентов, используя отдельный многоволоконный (до 8-ми волокон) кабель на каждое направление, в то время как второй тип «дерева» («лесопосадка» или «мультидерево») имеет большую емкость абонентов (256 и более) и использует меньше волокон (4, 8, редко – больше) для обслуживания абонентов.

Кроме того, используя первый тип «дерева», можно обеспечивать связью небольшие локальные районы (до 4-х независимых районов на один OLT), а используя второй тип «дерева», можно построить мощную и очень емкую инфраструктуру в целом населенном пункте, используя группу OLT’ов на стороне провайдера и одно магистральное «дерево».

Рисунок 1. Топология PON типа «дерево»
Рисунок 1. Топология PON типа «дерево»

На рисунке 1 изображен первый тип «дерева» (то, которое «одиноко-растущее»). Вариаций построения топологии такого типа много, но для простоты восприятия показан самый простой случай, отдаленно напоминающий FTTX. На стороне провайдера, сразу за OLT, устанавливается делитель 1х8, который одной стороной подключается к PON порту OLT, а другой – к восьмиволоконному кабелю, играющему роль «ствола» будущего «дерева». По мере необходимости «ствол» режется, от него ответвляется и разваривается одно волокно, из которого начинает расти «ветвь» на 8 абонентов, а остальные волокна пускаются дальше. Каждое ответвление от основной магистрали представляет собой «поддерево» и может быть выполнено с использованием делителя 1х8 или комбинации делителей 1х2 и 1х4.

Основным достоинством первого типа «дерева» является простота понимания процесса построения сети. Кроме того, первый тип «дерева» обеспечивает относительно удобное освоение конкретного направления: один порт на один микрорайон с возможностью ветвления «на месте».

Главным недостатком является отклонение от концепции экономии волокна в пользу простоты исполнения топологии сети: используется четыре независимых многоволоконных магистральных кабеля для построения сети на 256 абонентов под управлением одного OLT.

Второй тип «дерева» («лесопосадка», или «мультидерево») более элегантный, но более сложный с точки зрения проектирования. По сути, именно этот тип «дерева» и является классикой построения древовидных пассивных сетей. Классическое PON-дерево удобно разворачивать в небольших населенных пунктах или микрорайонах с высокой плотностью застройки и большим количеством потенциальных абонентов, географически расположенных рядом.

Основной задачей инженера-проектировщика при построении топологии будущей сети типа «классическое дерево» является грамотный выбор местоположения узлов деления. Это связано с тем, что до последнего (абонентского) узла деления пассивное «дерево» будет представлять собой «мультидерево», «ствол» и «ветви» которого состоят из оптического кабеля с числом волокон, кратным четырем. «Ветви» «мультидерева» обязательно должны покрыть всю площадь предполагаемого района подключения, а «листья», как и во всех остальных случаях, отводятся под абонентские подключения. Проектировать такую пассивную сеть удобно, разбивая жилой массив на квадраты (квадратно-гнездовой способ) и устанавливая в центре каждого квадрата делитель 1хN, обеспечивающий транспорт сигнала на N-направлений внутри этого квадрата. (Рисунок 2).

Рисунок 2. Квадратно-гнездовой способ проектирования топологии PON типа «мультидерево» с использованием планарных делителей 1х4
Рисунок 2. Квадратно-гнездовой способ проектирования топологии PON типа «мультидерево» с использованием планарных делителей 1х4

Фактически, сеть будет представлять собой N независимых «деревьев» (где N кратно четырем) в одном кабеле. Кратность четырем обуславливается тем, что OLT имеет четыре PON-порта, каждый из которых способен управлять «деревом», состоящим из 64-х абонентов. Если планируемых подключений  256 или меньше, то устанавливается один OLT, и «мультидерево» строится на четырехволоконном кабеле, если же планируемых подключений больше – используется больше линейных терминалов для управления сетью и более емкий кабель.

Проще говоря, все PON-порты OLT (которые являются «корнями» независимых «деревьев») «упаковываются» в один общий «ствол», который делится на «ветви». «Ветви» также являются общими, и, по сути, «мультидерево» представляет собой группу «одиноко-растущих» «деревьев», расположенных в одном магистральном кабеле, который начинается и заканчивается в одних и тех же точках.

После того, как обозначены основные узлы деления и проложен кабель, начинается пошаговое  развитие «мультидерева». В корневом N-волоконном кабеле, идущем от станции провайдера до абонентских узлов деления, задействуется первое волокно (начинает расти «ствол» первого «одиноко-растущего» «дерева»). Во всех узлах деления это волокно соединяется необходимыми делителями (первое «одиноко-растущее» «дерево» начинает ветвиться), а остальные волокна остаются «разорванными» (рисунок 3). Таким образом, становится активным первое из N-деревьев в «мультидереве».

Рисунок 3. Основной узел деления при развитии топологии PON типа «мультидерево»
Рисунок 3. Основной узел деления при развитии топологии PON типа «мультидерево»

Как только любой из абонентских делителей (тот, из которого растут «листья» абонентских подключений) на определенном направлении полностью заполняется абонентами, в этом же направлении начинает развиваться второе из N-деревьев – и так до тех пор, пока все волокна на всех направлениях не будут заняты.

«Мультидерево» может быть построено на базе любых делителей: 1х2 сварные с процентным соотношением мощности выходных сигналов, планарные 1х2, 1х4, 1х8, 1х16 с одинаковыми показателями затуханий на каждом выходе. Концепция PON-дерева предполагает, что пассивная сеть может быть построена на базе комбинации любых делителей с учетом соблюдения основного правила: делить «дерево» нельзя больше, чем на 64 абонента с соблюдением оптического бюджета системы 30 дБ.

Основным достоинством «мультидерева» является экономия волокна и простота включения нового абонента.
Основные недостатки: сложность первоначального проектирования и риски, связанные с неверным планированием числа возможных абонентов.
Часто населенные пункты спроектированы так, что топология типа «дерево» неуместна, поэтому возникают вопросы  о создании сети с топологией типа «звезда» или «шина». Оптический бюджет GEPON системы, а также существующие в производстве делители позволяют реализовать и ту, и другую топологии.
Топология типа «звезда» представляет собой, по сути, вырожденное «дерево» первого типа: длинный магистральный кабель с небольшим количеством волокон с одной стороны подключается к PON-порту OLT, а с другой заканчивается планарным делителем большой емкости (1х64 или 1х32) (рисунок 4).

Рисунок 4. Топология PON типа «звезда»
Рисунок 4. Топология PON типа «звезда»

Доставка сигнала до абонентов может быть реализована двумя способами. Первый способ состоит в том, чтобы «упаковывать» часть выводов делителя в многоволоконный кабель с целью транспорта волокон в одном направлении (например, группа частных домов, расположенная на некотором удалении от делителя). По прибытию в район назначения волокна выводятся из кабеля непосредственно в дома к абонентам, где подключаются к ONU. Второй способ проще: выводы делителя соединяются с абонентским патч-кордом внешнего исполнения, который сразу прокладывается от узла деления прямиком до абонента.

Второй способ подключения типа «звезда» удобно использовать только в том случае, если большое количество абонентов размещено на небольшом удалении от делителя и есть возможность прокладки абонентских патч-кордов каждому абоненту в дом.
Достоинства «звезды» проявляют себя только случае высокой плотности абонентов на малой площади. В остальных случаях практичнее использовать «дерево» или «шину».

Очень часто на территории Украины встречаются небольшие населенные пункты (деревня, село и проч.), представляющие собой одну или несколько параллельно идущих длинных улиц. «Дерево» и «звезду» в таких населенных пунктах развертывать нет смысла: это неудобно и дорого. Единственный выход – «шина».

«Шина» в GEPON-сетях развертывается на одном волокне с использованием каскада сварных делителей 1х2 с процентным соотношением мощности выходных сигналов. При этом вход первого делителя подключается к PON-порту OLT, а остальной каскад строится по принципу «большая мощность – в линию», то есть большая мощность выходного сигнала поступает в магистральную линию и питает весь дальнейший каскад делителей, а меньшая выходная  мощность отводится для подключения абонента.

Однако, как показывает практика, делать одно ответвление для одного конкретного абонента неудобно. Во-первых, увеличивается количество сварок на магистральном волокне, что снижает качество сигнала, особенно на последних участках каскада. Во-вторых, возрастает сложность включения нового абонента в центр уже существующего каскада: при включении будут производиться сварные работы, что приведет к отсутствию подключения у абонентов в нижестоящем каскаде. Кроме того, нарушится общая схема затухания в линии, что может отрицательно сказаться на качестве сигнала у последних абонентов в каскаде.

Выход из этой ситуации состоит в комбинировании сварных делителей 1х2 с процентным соотношением мощности выходных сигналов и планарных делителей 1х2, 1х4 и 1х8 (рисунок 5).

Рисунок 5. Топология PON типа «шина»
Рисунок 5. Топология PON типа «шина»

При этом сохраняется «шинная» топология, но ответвление сигнала идет не на одного абонента, а на группу абонентов, которые могут быть расположены в радиусе 200 и более метров от планарного делителя.

Данная схема удобна тем, что при грамотном планировании сеть становится легко масштабируемой, и включение нового абонента производится «в три шага»: прокладка патч-корда внешнего исполнения от планарного делителя до абонента, подключение патч-корда к делителю, подключение патч-корда к абонентской ONU.

Кроме того, топологию типа «шина» удобно использовать в случаях, когда улицы в населенных пунктах достаточно емкие с позиции числа абонентов, и в то же время имеют достаточно длинную протяженность. В этом случае более «близкие» к головной станции OLT абоненты обслуживаются одной «шиной» (одним волокном и одним PON-портом OLT), более удаленные – другой «шиной».

Расчеты и практика показали, что наибольшая эффективность топологии типа «шина» достигается при комбинировании сварных делителей 1х2 и планарных делителей 1х4 и 1х8. Для достижения одинакового стабильного сигнала на всех ONU в каскаде должны быть установлены сварные делители 5%/95%, 10%/90% и 20%/80%. С последовательностью установки и полученными значениями мощности сигналов на ONU можно ознакомиться на http://local.com.ua в ветке проекта UA.PON.

Немаловажным является тот факт, что все приведенные схемы и расчеты оставляют запас мощности сигнала, которой хватит на 7-10 километров «свободного» волокна, которое можно использовать для построения «ствола» пассивного «дерева», его «ветвей», а также для абонентских ответвлений.

Автор: Игорь Никишин

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Понравилось нас читать?