2.4.2 Древовидная топология
Поскольку GEPON в классическом виде имеет древовидную структуру, не обратить внимание на эту топологию было бы преступлением.
Древовидная топология сама по себе предполагает наличие таких топологических элементов, как «корень», «ствол», «ветви» и «листья».
Сразу определимся с терминологией, которая в данном разделе будет несколько вольной:
— «дерево» — вся пассивная оптическая сеть, подключенная ко всем EPON портам OLT;
— «поддерево» — пассивная оптическая сеть, подключенная к одному конкретному EPON порту OLT.
«Корнем»древовидных структур в PON является собственноOLT, из которого «произрастает» пассивное «дерево» (состоящее, как мы помним, из абонентских «поддеревьев»).
«Стволом» пассивного дерева является обычно самый толстый (читай: ёмкий) кабель, проложенный от «корня» до первого (корневого) делителя.
В качестве «ветвей» можно рассматривать оптические кабелиразной ёмкости, проложенные на всём пути от корневого делителя к «листьям».
В роли «листьев» выступают ONU и всё стоящее за ONU клиентское оборудование.
*Таким образом, на базе одного Low-Level BDCOM OLT (который имеет 4 EPON порта)возможно построить одно дерево, состоящее из четырех поддеревьев суммарной ёмкостью 256 абонентов (по 64 абонента каждое поддерево).
Топологию «дерево» можно строить как угодно (лишь бы фантазии хватило), но концептуально все древовидные топологии можно разделить на два типа:
- Направление и географическое положение дерева и поддеревьев в нем совпадают (например, пассивное дерево «растет и ветвится» только на север от корня).
- Поддеревья «произрастают» независимо друг от друга (например, первое поддерево «растет и ветвится» на север от корня, второе – на северо-запад, третье-на юг…).
Первый тип деревьев представляет собой дерево четыре-в-одном, корень, ствол, ветви и узлы деления которого «наложены» друг на друга и географически представляют собой одну и ту же точку или линию.
*в простонародье дерево первого типа называют «мультидеревом»*
Деревья второго типа используют географически независимые друг от друга узлы деления, то есть поддеревья«произрастают» как-бы отдельно от остальных своих собратьев, имея при этом общий корень.
Другими словами, разница в том, что первый тип дерева (мультидерево) имеет большую ёмкость абонентов (256 и более) и использует общий магистральный кабель (4, 8, редко – больше волокон) для обслуживания абонентов, а второй тип обслуживает до 64-х оптических абонентов на каждое направление, используя отдельный кабель.
*здесь и далее будет указываться цифра 64, характерная для оборудования компании BDCOM и ряда других производителей*
Используя первый тип дерева (мультидерево) можно построить мощную и очень ёмкую инфраструктуру в целом населённом пункте(возможно, даже в небольшом спальном районе города), используя группу OLT’ов на стороне провайдера и одно магистральное дерево.
Второй тип дерева логично использовать для обеспечения связью небольших локальных районов (до 4-х независимых районов на один Low-Level OLT).
Первый тип дерева(«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 «мультидерево» является грамотный выбор местоположения узлов деления.
Это связано с тем, что до последнего (абонентского) узла деления ствол и ветви мультидерева будут содержать в себе волокна от всех включенных в корень поддеревьев.
*Число волокон в мультидереве (до абонентского узла деления) должно быть равно количеству EPON портов в корне или кратно ему. Кратность нужна в случае, если планируется расширение абонентской базы в заданном районе: в этом случае в корень придется ставить еще один OLT, к которому потребуется подключать дополнительные волокна (а это очень удобно делать, когда они уже в наличии, а не когда надо судорожно и в спешке прокладывать новый кабель).*
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 1хM, обеспечивающий транспорт сигнала на M направлений внутри этого квадрата. (Рисунок 9).
Рисунок 9 – квадратно-гнездовой способ проектирования топологии PON типа «мультидерево» с использованием планарных делителей 1х4
Фактически, сеть будет представлять собой N независимых поддеревьев (где N кратно числу EPON портов в корне мультидерева и, соответственно, числу волокон в кабеле) в одном физическом дереве.
*Применительно к оборудованию BDCOM, работает это так:
— если абонентов в районе покрытия PON не планируется более 256 – надо ставить Low-LevelOLTP3310B (4 EPON порта по 64 абонента на каждом) и строить «мультидерево» на четырехволоконном кабеле;
— если абонентов районе покрытия PON планируется более 256, но на данный момент готово подключиться до 256 абонентов, при этом не известно, когда количество абонентов будет больше ёмкости одного стандартного OLT – прокладывается восьмиволоконныйкабель (или кабель большей ёмкости, если денег не жалко или если есть уверенность в том, что от абонентов не будет отбоя).При полной загрузке одного OLT (256 абонентов) в корень дерева ставится еще один такой же OLT (или старый заменяется на более мощный и с большим количеством портов), а свободные волокна в дереве подключаются к новым EPON портам.*
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 поддерева). Во всех узлах деления это волокно соединяется необходимыми делителями (первое поддерево начинает ветвиться), а остальные волокна остаются «разорванными» (Рисунок 10). Таким образом, становится активным первое из N поддеревьев в «мультидереве».
Рисунок 10 – 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: FBT 1×2, PLC 1х2, 1х4, 1х8, 1х16. Концепция PON-дерева предполагает, что пассивная сеть может быть построена на базе комбинации любых делителей с учётом соблюдения основного правила: каждое поддерево нельзя делить больше, чем на N абонентов с соблюдением оптического бюджета системы.
*как уже было сказано выше, для оборудования BDCOM N = 64 при оптическом бюджете системы 30дБ).*
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.
На рисунке 11 изображен второй тип дерева. Вариаций построения топологии такого типа много, но для простоты восприятия показан самый простой случай, отдалённо 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 поддерева. 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 поддерева может быть выполнено с использованием делителя 1х8 или комбинации делителей 1х2 и 1х4.
Рисунок 11 – топология PON типа «дерево»
Основным достоинством второго типа дерева является простота понимания процесса построения сети. Кроме того, второй 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 несколько независимых многоволоконных магистральных кабелей (по одному кабелю на каждый EPON порт OLT) для построения пассивной сети под управлением одного OLT (читай как: у пассивного дерева такого типа может быть только ОДИН корень).
И первый, и второй типы деревьев, как уже было сказано выше, могут ветвиться с использованием любых делителей 1хN, образуя разнообразные причудливые формы. Главное – соблюдение двух правил:
А) «Правило оптического бюджета»: оптический бюджет потерь необходимо «уложить» в минимальный оптический бюджет системы. При этом желательно оставить 3дБ «про запас»;
Б) «Правило деления на N»: ни одно волокно, выходящее из PON-порта OLT, не должно быть поделено больше, чем на N конечных волокон, и к нему должно быть подключено не более N ONU (зависит от программных возможностей системы).
Однако, как показывает практика, не все комбинации делителей одинаково полезны хороши. Рассмотрим самые «ходовые» комбинации в цифрах (Рисунок 12). При строительстве ирасчётах каждой комбинации наиболее правильно использовать комбинированную «механическо-сварную» методологию включения делителей: вход делителя сварен с корневымUpLink волокном, а выходы соединяются с DownLink волокнами(ветвями или абонентскими патч-кордами) посредством механического соединения типа SC/UPC-SC/UPC.
Ниже показаны самые распространенные топологии типа «дерево», численные данные по которым можно найти в приложенных таблицах, показанных в качестве примера. Каждая таблица с расчётами включает в себя потери на соединении SFPOLT с корневымволокномподдерева, а также потери на соединении «абонентскийпатч-корд – ONU».
Рисунок 12 – Основные способы ветвления пассивного дерева.
PLC 1×8 + PLC 1×8.
Самый распространённый набор делителей для любого типа древовидной топологии. Для полной загрузки одного поддерева (64 абонента для одного EPON порта оборудования BDCOM) таких делителей нужно 9: один корневой + восемь абонентских (см. Рисунок 9 и Рисунок 12). Для полной загрузки стандартного«мультидерева» на 256 абонентов (опять же, и далее в том числе, для оборудования BDCOM), построенного по принципу «1х8 + 1х8», необходимо 36 этих самых «1х8» (см. Рисунок 10, Рисунок 12).
Что касательно бюджета потерь и остаточного оптического бюджета – его проиллюстрирует Таблица 3, в которой показаны значения уровня сигнала после каждого элемента дерева (SC/UPC-SC/UPC механические соединения и делители 1х8). Напомним, что за исходное значение мощности принята мощность 4dBm, а минимальная чувствительность ONU по паспорту равна -26dBm.
Как видно из таблицы, дерево 1х8 + 1х8 имеет нормальные показатели в плане потерь мощности. Остаточный оптический бюджет ~7дБ способен обеспечить глубину дерева до 19 км (без учёта сварок, перегибов и проч.) при затухании на длине волны 1310nm = 0,36дБ/км.
PLC 1×4 + PLC 1×4 + PLC 1×4.
Достаточно удобная топология для жилых массивов, в которых абоненты расположены кучно близко друг к другу, но каждая группа абонентов обособлена от других таких же групп (Рисунок 12). Набор делителей 1х4 и 1х16 можно использовать двумя способами: или сначала поделить корень поддерева на 4 ветви, а потом каждую из них поделить еще на 16, или наоборот (сначала на 16, а потом на 4). Сторонники есть и у того, и у другого способа. Бюджет потерь одинаков: от перемены мест слагаемых сумма… ну, вы в курсе.
Количество делителей для первого случая: 4 штуки 1×4 + 16 штук 1х16. Для второго случая: 4 штуки 1х16 + 48 штук 1х4 (естественно, для 256 абонентов в мультидереве). Потери в дереве проиллюстрирует Таблица 5.
Видно, что потери такие же, как и при использовании 1х8 + 1х8 (Таблица 3), а мобильность сети также возрастает (по отношению к базовой топологии 1х8 + 1х8).
PLC 1×4 + PLC 1×16.
Достаточно удобная топология для жилых массивов, в которых абоненты расположены кучно близко друг к другу, но каждая кучка группа абонентов обособлена от других таких же групп (Рисунок 10). Набор делителей 1х4 и 1х16 можно использовать двумя способами: или сначала поделить UpLink на 4 DownLink`a, а потом каждый из них поделить еще на 16, или наоборот (сначала на 16, а потом на 4). Сторонники есть и у того, и у другого способа. Бюджет потерь одинаков: от перемены мест слагаемых сумма… ну, вы в курсе.
Количество делителей для первого случая: 4 штуки 1×4 + 16 штук 1х16. Для второго случая: 4 штуки 1х16 + 48 штук 1х4 (естественно, для 256 абонентов в дереве). Потери в дереве проиллюстрирует Таблица 5.
Видно, что потери такие же, как и при использовании 1х8 + 1х8 (Таблица 3), а мобильность сети возрастает в разы.
PLC 1×2 + PLC1x4 + PLC1x8.
Самая масштабируемая (читать как «мобильная») древовидная топология (Рисунок 10). 6 вариантов строительства дерева делают этот набор делителей практически универсальным средством для построения PON:
- 1×2 + 1×4 + 1×8;
- 1×2 + 1×8 + 1×4;
- 1×4 + 1×2 + 1×8;
- 1×4 + 1×8 + 1×2’
- 1×8 + 1×2 + 1×4;
- 1×8 + 1×4 + 1×2;
Как и в предыдущем случае, бюджет потерь для всех вариаций одинаков (см. Таблица 6).
Как видно, мощность на приёмнике ONU схожая с вариантом 1х4 + 1х4 + 1х4 (Таблица 4), мобильность выше. Одна из самых «ветвистых»среди наиболее распространенных топологий.
На самом деле, все вышеперечисленные комбинации – это только «верхушка айсберга» PON. Иногда потребность такова, что вместо планарных делителей 1х2 необходимо использовать сварные с неравноплечим коэффициентом затуханий на каждом выходе. Иногда требуется каскад планарных делителей 1х2 (вплоть до 6 делителей подряд). Все возможные комбинации перечислить просто невозможно, и в этом большой плюс: берем карту местности, включаем фантазию и делаем то, что никто никогда еще не делал! Оптический бюджет стерпит!
