ПРОЕКТИРОВАНИЕ PON СЕТЕЙ

Строительство любой компьютерной сети, вне зависимости от её размеров, должно начинаться с разработки проекта. Без проекта монтажники вряд ли начнут прокладку ВОЛС, т.к. это чревато большим количеством ошибок. Грамотно составленный проект сети позволит свести к минимуму финансовые и временные затраты на монтажные работы, а в случае с PON-ом — минимизировать суммарное затухание, что для пассивных оптических сетей является крайне важным показателем.

Если перед Вами стоит задача нарисовать проект PON сети, но Вы не знаете, с чего начать, — данная статья специально для Вас. В ней мы постараемся описать алгоритм разработки проектов PON сетей и указать на ключевые моменты этого процесса.

1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование PON сети можно чётко разделить на 3 этапа:

ЭТАП I. Сбор исходных данных

• Карта района с адресным планом жилых домов;
• Схемы / планы / чертежи существующих кабельных канализаций и опор ЛЭП.

ЭТАП II. Анализ исходных данных и составление концепции проекта

• Определение процента проникновения (процент охвата абонентов);
• Определение топологии сети;
• Выбор места размещения оптических узлов со сплиттерами;
• Определение оптимальной схемы трассировки кабелей;
• Выбор максимальной ёмкости кабеля с учётом резервных волокон;
• Расчёт оптического бюджета потерь.

ЭТАП III. Разработка проектной документации

• Разработка структурной схемы сети;
• Разработка схемы трассировки кабелей на местности;
• Разработка схемы размещения оптических узлов со сплиттерами на местности;
• Разработка схемы кроссировки волокон в оптических узлах;
• И многое другое…

В рамках данной статьи мы рассмотрим ЭТАП Iи ЭТАП II, т.к. они затрагивают большинство типичных вопросов, возникающих у новоиспечённых PONинженеров.

2. СБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Для реализации качественного PON проекта карта района, где предполагается развернуть PON сеть, должна быть максимально детализирована — это избавит проектировщика от лишней головной боли и возможных ошибок. По сути для начала работы над проектом инженеру необходим план застройки выбранного микрорайона с адресным планом и схемой коммуникаций (кабельные канализации или опоры ЛЭП). Как правило, все эти документы можно получить в местных административных органах, однако для этого придётся оббивать пороги десятка различных ведомств.

Поэтому многие проектировщики пытаются облегчить себе жизнь и в качестве плана для будущего проекта используют снимки со спутников. Конечно, топографические снимки, которые предлагает Google.Maps или Яндекс.Карты, можно использовать, однако далеко не всегда, т.к. они обладают рядом недостатков:

• Снимки городов обновляются достаточно редко, а снимки сёл / деревень / ПГТ ещё реже, поэтому такие снимки не отображают реальный план застройки;
• Как правило, на снимках сёл / деревень / ПГТ отсутствуют обозначения домов и дорог;
• По таким снимкам невозможно определить схему коммуникаций.

Существует ещё один вариант получения плана застройки — заказать этот план у коммерческих картографических компаний (например, OpenStreetMap, VISICOM, 2GIS …), однако такое удовольствие стоит дорого. Более того, полученные по итогу векторные цифровые карты всё равно не будут содержать схемы коммуникаций.

В любом случае, какой способ получения исходных данных Вы бы не выбрали, необходимо обойти район будущей сети, т.к. одно дело проложить кабель по опорам на бумаге, и совсем другое — приехать на местность и обнаружить, что опор там нет.

3.ПРОЦЕНТ ПРОНИКНОВЕНИЯ

Процент проникновения (PP — percent of penetration) или, как его ещё называют, процент охвата абонентов является краеугольным камнем любого проекта компьютерной сети. Разумеется, что перед началом проектирования сети доступа, необходимо определить, сколько потенциальных абонентов готово к ней подключиться. Их количество зависит от многих факторов:

• Присутствие других Интернет Сервис Провайдеров (ISP) в данном районе, подключающих абонентов по технологии PON/ FTTx (провайдеры беспроводного / радио / мобильного Интернета не в счёт);
• Тип домовладений: дачный кооператив, частные дома сельского / городского типа, коттеджный посёлок;
• Стоимость подключения / тарифные планы / абонентская плата.

Если Вы — PON провайдер, который «в одиночку» (без конкурентов) решили осваивать частный сектор, то можете рассчитывать в среднем на 40-60% подключений. Для дачных кооперативов эта цифра скорее всего упадёт до 20-30% и будет иметь сезонную зависимость, т.к. круглый год на дачах почти никто не живёт. Поэтому провайдеры, как правило, обходят дачные кооперативы стороной. Совсем другое дело — коттеджные посёлки. Здесь живут абоненты с достатком выше среднего, поэтому процент проникновения может достигать 80-100%.

Однако PON, в отличии от FTTx, считается не столько процентом проникновения, сколько количеством задействованных EPON портов OLT-а. Что имеется в виду? Допустим, Вы решили построить PON сеть в посёлке на 340 домов, из которых, по Вашим оценкам, к Интернету захотят подключиться 50% (170 домов). Перед Вами стоит задача приобрести головную станцию (OLT), который смог бы обеспечить такое количество подключений. У большинства современных OLT-ов коэффициент ветвления составляет 64, т.е. к одному EPON порту можно подключить до 64 абонентских устройств (ONU). Исходя из этого, для подключения 170 абонентов нужен OLT c 3 EPON портами; но т.к. таких не производят, придётся приобрести 4х портовый (например, всем известный BDCOMP3310B). Но если на OLT-е задействовать 3 EPON порта, то количество потенциальных абонентов составит 192 (3х64), а следовательно процент проникновения автоматически вырастет с 50% до 56% (). При этом 1 EPON порт OLT-а остаётся незадействованным. Его можно оставить в качестве резервного (например, пустить со временем ветку PON-а в соседний посёлок) или использовать в текущем проекте, т.е. “развернуть” сеть на 256 подключений вместо 192 (процент проникновения при этом увеличится до 75% ()).

Строительство сети – затратное мероприятие, поэтому не каждый провайдер может себе позволить построить PON сеть под 100% проникновения, особенно если речь идёт о районе частного сектора на пару тысяч домов. В связи с этим большинство провайдеров проектируют PON сеть под небольшой процент проникновения, но с возможностью дальнейшего масштабирования и наращивания абонентской базы.

При выборе процента проникновения нужно учитывать тот факт, что PON сеть строится на оптических сплиттерах с количеством выходов, кратным степени двойки¹ (). Это обстоятельство является очень важным и диктует определённые условия при выборе процента проникновения. Смысл в том, что в PON-е хорошая масштабируемость достигается только путём удвоения абонентской базы(доказательство этому утверждению будет приведено в 5-ом разделе).

Примечание¹: существуют нестандартные сплиттеры – 1х3, 1х6, 1х12, 1х24, однако они применяются крайне редко, поэтому мы не будем брать их во внимание.

4.ТОПОЛОГИЯ

Итак, после утверждения процента проникновения, начинается более ответственный этап – выбор топологии будущей сети. Этот этап является наиболее интересным для проектировщика, так как один и тот же проект может быть реализован при помощи нескольких разных топологий, каждая из которых будет обладать определёнными преимуществами. Поэтому торопиться с выбором нельзя, т.к. от топологии зависит слишком много: скорость строительства сети, затраты на строительство, скорость подключения абонентов, качество оптического сигнала, возможность быстрого расширения абонентской базы и т.д.

Не смотря на всё разнообразие, основных топологий в PON-е две: шинная и древовидная. Все остальные топологии, так или иначе, являются их производными. На текущий момент развития PONсетей древовидная топология является самой популярной и, можно сказать, традиционной. «Дерево» является простой, гибкой и понятной топологией с большим потенциалом для наращивания абонентской базы, поэтому сначала мы рассмотрим именно эту топологию.

«Дерево»

Напомним, что PON деревья зачастую строятся на PLC сплиттерах, которые каскадом подключаются друг к другу. В зависимости от того, сколько PLC сплиттеров находится в каскаде, различают 1х, 2х, 3х … уровневые деревья (также можно встретить такие выражения как «дерево с 2 узлами каскадирования» или «2х каскадное дерево»). На рисунке 4.1 наглядно представлены несколько деревьев с разным количеством узлов каскадирования.

Рисунок 4.1 – 1х каскадное (А), 2х каскадное (B) и 3х каскадное (C) деревья

Теоретически можно построить дерево с бо́льшим количеством узлов каскадирования (4, 5 и даже 6), но на практике такие схемы не применяются (чуть позже мы объясним почему).

При описании древовидных топологий часто используются такие обозначения как «1х4+1х16» или «1х2+1х4+1х8» и т.д. Это есть ни что иное как обозначение каскада PLC сплиттеров. Например, запись «1х4+1х16» обозначает 2х уровневое дерево с корневым сплиттером 1х4 и абонентскими сплиттерами 1х16.

Часто при описании PON сетей можно встретить такие понятия как «магистральный / распределительный / абонентский участки», «корневой / распределительный / абонентский сплиттеры». Давайте разберёмся, что означают все эти понятия (Рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 — Обозначения в PON сети

Примечание²: Наличие в сети тех или иных участков / сплиттеров обусловлено количеством узлов каскадирования. Например, распределительные сплиттеры встречаются только в схемах с 3 и более узлами каскадирования.

Выбор топологии, как правило, отталкивается от абонентского участка, т.е. сначала определяется тип (ёмкость) абонентских сплиттеров, а уже потом — всех остальных. Выбор ёмкости абонентских сплиттеров определяется одним из следующих критериев:

• скорость / трудоёмкость строительства сети;
• скорость / трудоёмкость подключения абонентов.

Эти критерии тесно связаны между собой и провайдеру приходится делать выбор в пользу одного из них. На примере карты посёлка мы продемонстрируем, как каждый из этих критериев влияет на выбор ёмкости абонентских сплиттеров.

Итак, дана карта частного сектора на 128 жилых домов (Рисунок 4.3). Необходимо составить схему PON сети данного района под 100%-ное проникновение с учётом 2 вышеуказанных критериев.

Рисунок 4.3 — Карта будущей PON сети с указанием потенциальных абонентов

Скорость / трудоёмкость строительства сети

Бывают ситуации, когда провайдеру необходимо построить сеть в максимально сжатые сроки: нужно опередить конкурентов или побыстрей отчитаться перед инвестором о вводе сети в эксплуатацию. Как бы то ни было, ускорить строительство PON сети можно: для этого необходимо использовать абонентские сплиттеры большой ёмкости (например, PLC 1х16).

В этом случае всю карту можно разбить на сектора (по 16 домов в секторе) и в центре каждого сектора установить абонентский сплиттер 1х16 (Рисунок 4.4). Тогда в качестве корневых сплиттеров будут использованы сплиттеры 1х4 (предполагается, что они расположены в серверной, поэтому на карте не отображены). Таким образом, топология сети будет представлять 2х уровневое дерево «1х4+1х16». Для реализации такой топологии провайдеру понадобится 10 сплиттеров (8 абонентских 1х16 и 2 корневых 1х4).

Плюс данного подхода заключается в том, что для реализации проекта провайдеру требуется минимальное количество «пассивки»: сплиттеров, муфт, PON-боксов, а также кабель минимальной ёмкости для магистрального и распределительного участков. Уменьшение количества «пассивки», в свою очередь, позволяет провайдеру сэкономить время и деньги на монтажных работах.

Рисунок 4.4 — Карта сети, разбитая на сектора (по 16 домов в каждом секторе)

На первый взгляд кажется, что данный подход крайне удачный – быстро строим сеть и начинаем подключать абонентов. Однако, как раз на этапе подключения абонентов всплывают все недостатки данного метода. Суть в том, что при низкой плотности застройки часть домов будет находиться на значительном расстоянии от абонентских сплиттеров (200-300 м.). В этом случае провайдеру ничего не остаётся кроме как вести к удалённым абонентам многожильный кабель и «дропать» его по дороге в муфтах или боксах. Конечно, ничего ужасного в этом нет, однако на подключение удалённых абонентов будет уходить слишком много времени, что может негативно сказаться на репутации провайдера.

Скорость / трудоёмкость подключения абонентов

Некоторые провайдеры крайне дорожат своей репутацией, поэтому придерживаются принципа «Будь ближе к клиенту!». Т.е. при поступлении заявки от клиента подключение его дома к сети должно происходить максимально быстро. Если провайдер сообщит клиенту, что «для подключения Вам нужно подождать недельку, пока наши монтажники прокинут до Вашего дома 300 метров оптики по обледенелым столбам», то клиент может вообще отказаться от подключения. Поэтому, чтобы повысить качество обслуживания своих клиентов, провайдер должен устанавливать абонентские сплиттеры на минимальном расстоянии от потенциальных абонентов. Для этого плотность (количество) абонентских сплиттеров должна быть увеличена, а их ёмкость, соответственно, – уменьшена.

Указанному критерию удовлетворяет топология «1х16+1х4» (Рисунок 4.5), т.е. 2х уровневое дерево с корневым сплиттером 1х16 и абонентскими сплиттерами 1х4 (корневые сплиттеры, как и на предыдущей схеме, расположены в серверной, поэтому на карте не обозначены).

Рисунок 4.5 — Карта сети, разбитая на сектора (по 4 домов в каждом секторе)

Мы опять разбиваем карту на сектора и в центре каждого сектора ставим абонентский сплиттер. Но теперь количество секторов в 4 раза больше, чем было при предыдущей топологии – следовательно, клиенты расположены в 4 раза ближе к абонентским сплиттерам. Такой подход позволяет провайдеру подключать абонентов в течение пары часов, т.к. большинство домов находятся в шаговой доступности от сплиттера. Более того, на абонентском участке провайдер может использовать уже готовые дроп-кабели небольшой длины (50-100м.) – это заметно облегчит работу бригаде монтажников.

Однако нужно понимать, что удобству подключения абонентов провайдер противопоставляет скорость строительства сети. И действительно, данный критерий является полной противоположностью предыдущему. Если первый критерий позволял оперативно «развернуть» сеть, используя всего 10 сплиттеров, то в данном случае нам понадобится уже 34 сплиттера (32 абонентских 1х4 и 2 корневых 1х16). Также понадобится больше муфт, PON боксов, большая волоконность распределительного кабеля, больше монтажных работ на этапе строительства сети.

Многие провайдеры пытаются найти компромиссный вариант между предложенными критериями, т.е. добиться оптимальной скорости строительства сети и оптимальной скорости подключения абонентов. Для рассмотренной карты таким оптимальным вариантом является топология «1х8+1х8» (в 80% случаев провайдеры выбирают именно её).

После того как мы выбрали ёмкость абонентского сплиттера, осталось определить количество узлов каскадирования для нашего дерева. Обычно провайдеры используют 2х уровневые деревья: «1х4+1х16», «1х8+1х8» и «1х16+1х4». Использование 3 каскадов сплиттеров в большинстве случаев не нужно и оправдано только тогда, когда есть необходимость жёсткой экономии волокон. Продемонстрируем это на примере (Рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 — Карта PON сети (топология «1х16+1х4») с указанием количества задействованных волокон

На рисунке 4.6 показана схема PON сети небольшого посёлка с 64 потенциальными абонентами. На разных участках оптической трассы задействовано разное количество волокон – от 1 до 9. Бо́льшую часть распределительного участка можно покрыть 4х жильным кабелем, однако на некоторых участках придётся проложить 8х и даже 12х жильный кабель. А теперь представьте, что у Вас на складе лежит пара бухт «четвёрки» и нет возможности купить новый кабель. В этом случае можно увеличить число каскадов и тем самым ещё больше сгруппировать сплиттеры. В нашем примере 2х каскадное дерево «1х16+1х4″ превратится в 3х каскадное –»1х4+1х4+1х4». Посмотрим, как изменится волоконность распределительного участка после внедрения третьего каскада (Рисунок 4.7).

Рисунок 4.7 — Карта PON сети (топология «1х14+1х4+1х4») с указанием количества задействованных волокон

Из рисунка видно, что при 3х уровневом дереве количество волокон на каждом из участков не превышает 4. Т.е. даже на такой небольшой схеме мы видим существенную пользу от 3х каскадной схемы – на больших картах экономия волокон будет более ощутима. Тем не менее, если сильно экономить на волоконности кабеля Вы не собираетесь, то использовать 3х каскадную топологию не стоит. На это есть несколько причин:

• Усложняется карта сети, схемы трассировки / кроссировки волокон;
• Увеличивается количество сплиттеров и оптических узлов;
• Усложняется поиск неисправностей в сети;
• Ухудшается качество сигнала (показатели SNRи ORL)³ за счёт дополнительных переходных искажений;
• Увеличивается оптический бюджет потерь за счёт бо́льшего числа сварок, механических соединений, а также бо́льшего затухания на сплиттерах⁴.

Примечание³: SNR (SignaltoNoiseRatio) — соотношение «сигнал/шум» [dB]; OLR (OpticalReturnLoss) – соотношение «исходный сигнал/отражённый сигнал» [dB]. Чем эти показатели выше, тем «чище» сигнал.

Примечание⁴: Затухание сплиттера 1хNвсегда меньше, чем затухание пары сплиттеров 1xY+1xZ, где Y*Z=N. Другими словами, сплиттер 1х16 вносит меньше затуханий, чем каскад из пары сплиттеров 1х4 (13.6 dBпротив 14 dB).

Именно из-за всех вышеперечисленных недостатков схемы с 3 каскадами не получили широкого распространения, а схемы с более чем 3 каскадами вовсе не применяются.

«Шина»

Шинная топология используется провайдерами крайне редко – в основном в тех случаях, когда необходима жёсткая экономия волокон или когда карта местности представлена несколькими крайне протяжёнными улицами (по несколько километров). Существует две классификации шинных топологий: по типу используемых сплиттеров и по степени ветвления. По типу используемых сплиттеров шины делятся на классические и комбинированные (Рисунок 4.8).

Рисунок 4.8 — виды шинной топологии: классическая (A) и комбинированная (B)

Классическая шина представляет из себя каскад последовательно соединённых не равноплечих FBT сплиттеров 1х2: выход с меньшим затуханием соединяется с магистралью, а к выходу с бо́льшим затуханием подключается абонент. Шина в классическом виде никогда не применяется, т.к. подключить последовательно 64 FBT сплиттера и при этом сохранить достаточную мощность сигнала для каждого абонента невозможно. Поэтому всегда используется комбинированный вариант шины⁵: к выходу FBT сплиттера с бо́льшим затуханием подключается не абонент, а PLC сплиттер. Таким образом, в классической шине используются только FBT сплиттеры, а в комбинированной шине – FBT и PLC⁶.

Примечание⁵: Далее по тексту под шиной будет подразумеваться только комбинированная шина.

Примечание⁶: Вместо PLC сплиттеров можно использовать FBT сплиттеры 1хN (N≥4), но в этом нет особого смысла, т.к. PLC сплиттеры имеют более равномерное затухание на всех выходах, а также меньшие габариты и чуть меньшую стоимость.

По степени ветвления шины делятся на линейные и нелинейные (Рисунок 4.9).

Рисунок 4.9 — виды шинной топологии: линейная (A) и нелинейная (B)

Линейная шина строится на не равноплечих FBT сплиттерах 1х2, последовательно подключенных друг за другом, и напоминает ёлочную гирлянду. Нелинейная шина строится на тех же сплиттерах, но имеет хотя бы 1 узел ветвления, поэтому больше похоже на дерево.

При описании шинной топологии используется примерно та же терминология, что и при описании древовидной. Отличие заключается лишь в том, что у шины в принципе нет распределительного участка – есть магистральный участок (каскад FBT сплиттеров) и абонентский участок. Соответственно в описании шинной топологии отсутствуют такие понятия как распределительные и корневые сплиттеры – есть только магистральные сплиттеры (FBT) и абонентские (PLC).

Среди PON-щиков принято использовать шину только в тех случаях, когда нужно проложить сеть вдоль длинной улицы, на которой нет ответвлений. На самом деле, построить шину при квадратно-гнездовом способе расположении домов тоже можно, однако это не всегда целесообразно. Представьте, что Вы купили недостроенную сеть с уже проложенным кабелем. Само собой, Вам захочется оставить всё как есть и не трогать кабельную инфраструктуру. Но может так случиться, что волоконности имеющегося кабеля для древовидной топологии не хватает – вот тут шинная топология окажется как нельзя кстати.

При рассмотрении древовидной топологии мы говорили о 2 критериях, которые применяют провайдеры при выборе абонентских сплиттеров: скорость строительства сети и скорость подключения абонентов. Проектирование шинной топологии также начинается с абонентского участка, поэтому указанные критерии здесь вполне применимы. Если необходимо построить сеть максимально быстро, то, как и в случае с деревом, провайдер может использовать схему cабонентскими сплиттерами большой ёмкости (например, «4FBT+1×16»: 4 последовательно соединённых FBTсплиттера, к абонентскому выходу которых подключается PLC 1×16)⁷. Если провайдер хочет быстро подключать абонентов, то тогда он использует схему «16FBT+1×4». Компромиссным вариантом для представленных схем является топология «8FBT+1×8».

Примечание⁷: В шинной топологии количество FBTсплиттеров на 1 меньше чем PLC. Это обусловлено тем, что в предпоследнем оптическом узле принято устанавливать FBT50/50 и к обоим его выходам подключать абонентские PLC сплиттеры. Таким образом, в обозначении «8FBT+1×8» восьмёрка, стоящая перед «FBT», определяет количество оптических узлов в каскаде. При этом в 7 оптических узлах будут установлены и FBTи PLCсплиттеры, а в последнем (8-ом) оптическом узле будет только PLCсплиттер. Для удобства восприятия далее по тексту будем считать, что в каждом оптическом узле расположены и FBTи PLCсплиттеры.

Вернёмся к карте, изображённой на рисунке 4.3, и построим схему данного района под 100%-ное проникновение, используя шинную топологию «8FBT+1×8» (Рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 — карта сети, построенная по шинной топологии «8FBT+1×8»

Экономия волокон, как говорится, на лицо: только на одном отрезке магистрального участка используется 2 волокна, на всех остальных – 1. Тем не менее, у шинной топологии есть 2 очевидных недостатка. Во-первых, шина плохо масштабируется, т.е. быстро увеличить абонентскую базу не получится (об этом мы подробнее поговорим в следующем разделе). Во-вторых, шинная топология усложняет поиск неисправностей в сети. Допустим, какая-то ONU вышла из строя и постоянно светит в сеть на 1310 нм. Чтобы найти источник «засвета» в 2х уровневом дереве ремонтной бригаде необходимо провести замеры сигнала всего в 2 оптических узлах: корневом и абонентском. В случае с шиной ремонтной бригаде придётся проверять все оптические узлы по очереди, пока источник «засвета» не будет найден.

5.РЕТОПОЛОГИЯ

Данный раздел не имеет непосредственного отношения к этапам проектирования сети, однако информация, приведённая здесь, крайне полезна при выборе топологии и процента проникновения будущей сети. Под ретопологией мы будем понимать процесс изменения топологии сети для увеличения абонентской базы. Тем провайдерам, которые сразу проектируют сети под 100%-ное проникновение, данный раздел будет не интересен, т.к. ретопология их сетям со временем не понадобится. Однако для большинства PON провайдеров, которые не могут позволить себе такую роскошь, как 100%-ный охват абонентов, раздел будет полезен.

Чтобы быстрей вникнуть в суть проблемы, давайте сразу перейдём к примерам. Есть посёлок на 512 домов, из которых провайдер хочет подключить 50% – 256 домов. В качестве головной станции был выбран всем полюбившийся OLTBDCOMP3310Bна 4 EPON порта (коэффициент ветвления 1:64), из которых задействуются все 4. На рисунке 5.1 представлена упрощённая схема сети через пару месяцев после запуска (чтобы не загромождать рисунок, на схеме отображены только 2 поддерева из 4). Для проекта выбраны 2 древовидные топологии: «1х16+1х4» (первое поддерево) и «1х2+1х8+1х4» (второе поддерево). Это сделано специально, чтобы в последствии определить, какой из вариантов лучше подходит для ретопологии.

Рисунок 5.1 — упрощённая схема проекта с указанием количества подключённых к каждому сплиттеру абонентов

На каждом сплиттере указано количество подключённых к нему абонентов, из чего видно, что абоненты разбросаны по карте достаточно хаотично: некоторые абонентские сплиттеры заняты полностью, а к некоторым не подключен ни один абонент. Если в секторе, который обслуживается полностью заполненным сплиттером 1х4, появятся новые клиенты, то провайдер столкнётся с проблемой: с одной стороны, 64 абонентов на порту ещё нет, поэтому подключать новых абонентов можно, а с другой стороны, – некуда (все выходы сплиттера заняты).

У провайдера есть 2 пути выхода из положения. Если динамика роста абонентской базы высокая (другими словами, если много заявок на подключение), то ретопологии сети не избежать. Если же заявок мало и в ближайшее время приток новых абонентов не предвидится, то можно обойтись без ретопологии. Как? – Установить абонентский сплиттер бо́льшей ёмкости. В нашем случае, если абонентский сплиттер 1х4 занят, то его можно заменить сплиттером 1х8. ВНИМАНИЕ! Такой заменой сплиттеров мы делим сигнал на 128 (1х16+1х8)! Данный метод необходимо применять с большой осторожностью.⁸ Использование каскада сплиттеров с делением на 128 может пагубно отразиться на мощности сигнала: оптический бюджет потерь может превысить оптический бюджет мощности PON (30 dB). В этом случае ONU будут работать не стабильно или не будут работать вообще.

Примечание⁸: Данный метод рекомендуется использовать только опытным PON-щикам, которые отдают себе отчёт в том, что сигнал, приходящий на ONU, должен быть в худшем случае -26 dBm, но никак не меньше!

Некоторые провайдеры, не смотря на предостережения, сразу делят поддеревья на 128 узлов, предвидя сильный разброс абонентов. Такой метод получил название «разведка строительства» (Рисунок 5.2).

Рисунок 5.2 — упрощённая схема проекта с указанием количества подключённых абонентов (метод «Разведка строительства»)

Данная схема ничем не отличается от схемы, показанной на рисунке 5.1, кроме абонентских сплиттеров. И первое и второе поддерево в текущей схеме поделены не на 64, а на 128 узлов: топологии «1х16+1х8» и «1х2+1х8+1х8» соответственно. Заметьте, что число абонентов на порт не превышает 64, но при этом есть возможность подключать абонентов где угодно и не беспокоиться о том, что ёмкости абонентского сплиттера не хватит, т.к. суммарная ёмкость абонентских сплиттеров обеспечивает 100%-ное проникновение.

Такой подход, конечно, рискованный (может не хватить оптического бюджета), однако он позволяет сэкономить на OLT-ах при низком стартовом бюджете проекта, и при этом учесть неравномерную плотность абонентов на разных участках карты.

Вернёмся к основной теме нашего раздела (ретопологии) и снова обратимся к схеме, изображённой на рисунке 5.1. Допустим, что провайдер ошибся с выбором процента проникновения, т.к. все поддеревья уже почти заполнены, а заявки на подключение продолжают поступать в большом количестве. Чтобы продолжать подключать новых, абонентов провайдеру необходимо масштабировать свою сеть под больший процент проникновения; при этом масштабирование должно проходить максимально быстро, чтобы текущие абоненты не жаловались на постоянные ремонтные работы и отсутствие Интернета.

Как уже отмечалось в 3-ем разделе, масштабирование сети проходит наиболее эффективно при удвоении абонентской базы. Это наглядно продемонстрировано на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 — варианты ретопологии методом удвоения

При помощи простой ретопологии, построенной на замене абонентских и корневых сплиттеров, мы добиваемся удвоения процента проникновения. При этом замена может происходить не сразу, а в 2 этапа:

1) Замена корневого сплиттера 1хN на 2 сплиттера 1х;

2) Замена абонентских сплиттеров 1хN на сплиттера 1х2N.

Если какое-то из поддеревьев OLT-а насыщено (достигло 64 абонентов) или приближается к насыщению, а заявки на подключение ещё есть, то можно сначала заменить корневые сплиттеры, а абонентские сплиттеры менять потом, по мере необходимости.⁹ Это позволяет свести к минимуму неудобства текущих абонентов во время проведения ремонтных работ.

Примечание⁹: Нужно понимать, что заменяя 1 корневой сплиттер на 2, мы увеличиваем количество поддеревьев – следовательно, понадобится ещё один свободный EPON порт (а если его нет, то новый OLT).

Стоит обратить внимание, что приведённые на рисунке 5.3 варианты ретопологии не затрагивают схему трассировки волокон – она остаётся прежней (правда, схему кроссировки в оптических узлах придётся слегка подправить из-за увеличения количества корневых сплиттеров). Нужно учитывать, что любое масштабирование сети предусматривает наличие резервных волокон – в приведённых схемах резерв волокон необходим только на магистральном участке.

Существует ещё одна интересная и довольно популярная схема ретопологии (Рисунок 5.4). В отличии от схем, продемонстрированных на рисунке 5.3, здесь корневой сплиттер не заменяется парой других сплиттеров, а просто удаляется. Таким образом, на первом этапе мы превращаем 3х каскадное дерево в пару 2х каскадных, а на втором этапе производим замену абонентских сплиттеров. Стоит отметить, что в данном варианте ретопологии в качестве корневого сплиттера может использоваться только сплиттер 1х2; причём, его желательно устанавливать непосредственно в серверной (рядом с OLT-ом) – тогда «разделение деревьев» будет проходить максимально быстро.

Рисунок 5.4 — вариант ретопологии методом удвоения

Вооружившись несколькими вариантами схем ретопологии, можно вернуться к рассмотрению рисунка 5.1 и определить, топология какого поддерева позволит удвоить абонентскую базу наиболее быстро и с минимальными трудозатратами. Ответить на этот вопрос однозначно достаточно сложно, т.к. для обоих поддеревьев процесс ретопологии потребует минимум монтажных работ, однако ретопология второго поддерева пройдёт немного быстрей. Это произойдёт потому, что корневой сплиттер второго поддерева находится в серверной (по крайней мере, должен находиться), а монтажные работы в помещении всегда проходят быстрее, чем «в поле».

Пару слов стоит сказать о ретопологии шины. В отличие от дерева, масштабировать шину под бо́льший процент проникновения немного сложнее. Допустим, у нас есть шина, построенная по топологии «16FBT+1×4» (процент проникновения = 50%) и её необходимо перестроить под 100%-ное проникновение (Рисунок 5.5).

Рисунок 5.5 — ретопология шины «16FBT+1×4» в 2 шинs «8FBT+1×8»

Как мы видим, ретоплогия шины займёт значительно больше времени, чем ретопология дерева. На первом этапе ретопологии дерева необходимо заменить только корневой сплиттер; здесь же приходится менять половину каскада FBT сплиттеров. Кроме того, в дереве резерв волокон осуществлялся на небольшом по протяжённости магистральном участке (от OLT-а до корневого сплиттера); в случае с шиной резервное волокно приходится «протягивать» через полкарты – это заметно увеличивает кабельную инфраструктуру.

6.ТРАССИРОВКА ВОЛОКОН И ВЫБОР ЁМКОСТИ КАБЕЛЯ

Давайте на время вернёмся к рисунку 4.3, как к отправной точке проектирования, и проанализируем, какие шаги мы (как провайдер) уже сделали и какие шаги предстоит сделать для завершения проекта.

В самом начале мы имеем лишь карту местности с обозначениями домов. Исходя из своих предположений о платёжеспособности населения (или других критериев), мы выбираем процент проникновения будущей сети. Затем мы определяем концепцию строительства: «Строим быстро, подключаем медленно» или «Строим медленно, подключаем быстро» или компромиссный вариант. На основании намеченной концепции и плотности размещения потенциальных абонентов мы выбираем ёмкость абонентских сплиттеров. Исходя из ёмкости абонентских сплиттеров и процента проникновения, мы делим карту местности на равные секторы¹⁰ и в центре каждого сектора устанавливаем абонентский сплиттер.

Примечание¹⁰: Под равенством секторов подразумевается, что в каждом секторе находится одинаковое количество домов.

Остаётся выбрать окончательную топологию сети (2-3х каскадное дерево или комбинированная шина). В случае с деревом мы выбираем место на карте для размещения корневых и распределительных сплиттеров. В случае с шиной этого делать не нужно, т.к. магистральные FBT и абонентские PLCсплиттеры территориально находятся рядом друг с другом (чаще всего в одном и том же PONбоксе). Результатом проделанной работы будет являться схема, представленная на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 — схема сети с размеченными секторами и с расставленными сплиттерами

Невооружённым глазом видно, что на схеме отсутствует кабельная инфраструктура. Наша задача – выбрать пути прохождения кабеля, а также определить его волоконность на разных участках кабельной трассы. Как правило, трассировка кабеля (волокон) на схеме не является творческой задачей, т.к. провайдер ограничен в своих действиях местными условиями: наличием кабельной канализации, осветительных опор, а также разрешением на прокладку кабеля через них. Тем не менее, следует придерживаться пары рекомендаций при трассировке кабеля на схеме.

Рекомендация 1:

Трассировку нужно производить таким образом, чтобы волокна магистрального, распределительного и абонентского участков по возможности не пересекались, т.е. находились в разных кабелях, – это позволяет немного уменьшить оптический бюджет потерь за счёт сокращения количества сварок. Зачастую добиться полного разграничения волокон разных участков невозможно, поэтому провайдеры идут на компромисс: магистральные и распределительные волокна помещают в одном кабеле, а абонентские волокна – в отдельном.

Рекомендация 2:

Трассировку нужно производить таким образом, чтобы на одном кабеле «висело» как можно меньше сплиттеров – это позволяет уменьшить волоконность некоторых участков, и, что самое главное, – защитить часть абонентов от обрыва кабеля (Рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 — схемы равномерной (A) и не равномерной (B) трассировки волокон

На рисунке 6.2 показаны 2 схемы одного поддерева нашей сети, построенного по топологии «1х8+1х8» с корневым сплиттером, установленным в серверной (рядом с OLT-ом). Рисунок 6.2(A) демонстрирует равномерную трассировку, т.е. распределительные волокна расходятся от OLT-а почти в равных пропорциях (4/3). Это позволяет покрыть практически весь распределительный участок 4х волоконным кабелем (без учёта резервных волокон).¹¹

Примечание¹¹: в данном случае «четвёрки» не хватит только на одном небольшом участке между OLT-ом и первым оптическим узлом – там нужно будет проложить «восьмёрку».

На рисунке 6.2(B) показана не равномерная трассировка: распределительные волокна расходятся от OLT-а в разных пропорциях (6/1). При такой схеме «восьмёрку» придётся прокладывать уже не на одном, а на трёх участках (подразумевается, что 5х и 6х волоконных кабелей не существует).

Допустим, на участке, обозначенном на обеих схемах (Рисунок 6.2(A,B)) красным кругом, произошёл обрыв кабеля. В этом случае при равномерной трассировке произойдёт отключение 4 сплиттеров, а при не равномерной – 6 сплиттеров. Стоит отметить, что приведённый пример является не совсем типичным, т.к. корневой сплиттер расположен не в центре поддерева. Равноудалённое расположение сплиттера от группы подключённых к нему сплиттеров обеспечивает более оптимальную трассировку кабеля (волокон).

Рисунок 6.3 демонстрирует упрощённую схему сети с проведённой трассировкой волокон. Упрощение заключается в том, что на схеме не отображены абонентские волокна, а также на схеме отсутствует градация волокон по цветам.

Рисунок 6.3 — готовая схема сети с указанием количества распределительных и магистральных волокон

Суть в том, что на данном этапе нам абсолютно всё равно, какого цвета волокно идёт в ту или иную сторону – цветовая градация волокон будет иметь значение только на третьем этапе проектирования при составлении проектной документации. Пока же нам важно знать, сколько на том или ином участке оптической трассы задействовано магистральных и распределительных волокон. Сумма этих волокон позволит нам определить минимальную волоконность участка кабеля, т.е. количество волокон без учёта резерва.

Резервирование волокон является обязательным для построения качественной и надёжной сети. Количество резервных волокон в большей степени зависит от процента проникновения, а также от участка сети, через который проходит кабель. Например, если провайдер построил сеть под 100%-ное проникновение, то ему нет смысла закладывать большое количество резервных волокон, – максимум 1-2 волокна в качестве эксплуатационного резерва. Если же сеть построена под небольшой процент проникновения, то необходимо также предусмотреть резерв под масштабирование сети. Существует несколько негласных правил, определяющих процентное соотношение резервных волокон по отношению к основным для разных участков сети:

• Магистральный участок: 50-100%
• Распределительный участок: 20—50%
• Абонентский участок: 0-20%

В любом случае при выборе количества резервных волокон провайдер не должен следовать каким-то правилам, а должен исходить из реалий своей сети.

7. РАСЧЁТ ОПТИЧЕСКОГО БЮДЖЕТА ПОТЕРЬ

Наступает самый ответственный момент – мы должны убедиться, что спроектированная сеть отвечает требованиям PON системы по затуханию. Другими словами, нам необходимо определить, не вышли ли мы за рамки оптического бюджета в 30 dB¹².

Примечание¹²: используя SFPOLT модули стандарта PX30 или PX40, можно добиться увеличения оптического бюджета PON сети до 33-35 dB.

На самом деле, считать оптический бюджет потерь на последнем шаге проектирования является плохим тоном – грамотный проектировщик при первом взгляде на карту должен примерно определить топологию будущей сети и оценить суммарное затухание сигнала между её конечными узлами. Повторный расчёт бюджета потерь на завершающем этапе проектирования нужен лишь для документирования сети и для получения более точных результатов.

Более того, для грубой оценки бюджета потерь проектировщику не нужно знать даже топологию – достаточно иметь информацию о размерах будущей сети и месте расположения OLT-а. Иными словами, проектировщика больше интересует не сама топология, а длина магистрального и распределительного участков. Почему же топология не так важна при грубой оценке оптического бюджета потерь? Всё дело в том, что проектировщик должен обладать достаточным количеством статистических данных и должен знать максимальное затухание любого каскада сплиттеров. Продемонстрируем это на примере – возьмём самые распространённые топологии и для каждой посчитаем суммарное затухание сигнала, приходящееся на каждый конечный узел сети.

«Дерево»

Как мы уже говорили, самыми распространёнными древовидными топологиями являются «1х8+1х8», «1х4+1х16», «1х16+1х4», «1х4+1х4+1х4» и «1х2+1х8+1х4». На рисунке 7.1 представлены схемы данных топологий с указанием суммарных затуханий каскада сплиттеров.

Рисунок 7.1 — Суммарное затухание каскада сплиттеров основных древовидных топологий

При рассмотрении рисунка 7.1 необходимо обратить внимание на следующие моменты:

• на рисунке отсутствует схема топологии «1х4+1х16» – в ней нет необходимости, т.к. по затуханиям она аналогична схеме «1х16+1х4» (от перемены мест сплиттеров в каскаде суммарное затухание не изменится);
• при расчёте суммарного затухания учитывались только потери на сплиттерах (потери сигнала в волокне, а также на сварных и механических соединениях нас в данный момент не интересуют);
• в качестве показателей затуханий сплиттеров использовались максимально допустимые значения, заявленные производителем;
• PLC сплиттеры делят сигнал равномерно, поэтому нет смысла считать затухание для каждой ветки – достаточно сделать вычисления только для одного конечного узла.

Итак, теперь мы знаем, что в худшем случае (при использовании 3х каскадного дерева «1х2+1х8+1х4») мощность сигнала уменьшится на 22.4 dB. При этом запас оптического бюджета составит 7.6 dB (30-22.4).

«Шина»

Как уже отмечалось ранее, шинная топология в чистом виде не используется, поэтому здесь мы будем рассматривать исключительно линейные комбинированные шины, а именно «4FBT+1×16», «8FBT+1×8» и «16FBT+1×4» (Рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 — Суммарное затухание каскада сплиттеров основных шинных топологий

Рисунок 7.2 достаточно наглядно демонстрирует недостатки шинной топологии, вызванные использованием не равноплечих FBT сплиттеров:

• значительный разброс значений (причём, чем длиннее каскад сплиттеров, тем больше разброс);
• необходимость рассчитывать затухание для каждого узла в отдельности.

Из рисунка 7.2 видно, что максимальное суммарное затухание сигнала 22.06 dB имеет шинная топология «16FBT+1×4». При использовании этой топологии запас оптического бюджета составит 7.94 dB (30-22.06). Таким образом, проектировщик знает, что какую бы топологию он не выбрал (дерево или шину), суммарное затухание сигнала на каскаде сплиттеров не превысит значение 22.4 dB.

Для получения более точной оценки суммарного затухания проектировщику также необходимо оценить потери на сварных и механических соединениях. Но прежде чем это сделать, нужно выбрать схему «включения» сплиттеров, т.е. как сплиттер будет соединён с оптической трассой: при помощи сварок или при помощи коннекторов. Существует несколько вариантов соединения сплиттеров:

Сварной (все выходы сплиттера свариваются с волокном).

• минимальное затухание сигнала;
• максимальные трудозатраты при поиске неисправности в сети.

Механический (все выходы сплиттера соединяются с волокном при помощи коннекторов).

• максимальное затухание сигнала;
• минимальные трудозатраты при поиске неисправности в сети.

Комбинированный (часть выходов сплиттера сваривается с волокном, остальная часть – соединяется коннекторами).

• оптимальное затухание сигнала;
• минимальные трудозатраты при поиске неисправности в сети.

Как показывает практика, провайдеры чаще всего выбирают комбинированный вариант «включения» сплиттеров, т.к. он обеспечивает компромисс между затуханием сигнала и удобством поиска неисправностей в сети. На рисунке 7.3 показаны комбинированный метод «включения» сплиттеров для древовидной и шинной топологий.

Рисунок 7.3 — оптимальные схемы «включения» сплиттеров для древовидной (A) и шинной (B) топологий с указанием мест сварок и механических соединений

Проанализировав рисунок 7.3, можно сделать следующие выводы:

• для древовидной топологии: при прохождении через PLC сплиттер (направление 1) сигнал теряет на сварном и механическом соединениях суммарно 0.55 dB (0.5 + 0.05) ¹³;
• для шинной топологии: при прохождении через FBTсплиттер (направление 2) сигнал теряет на сварных соединениях суммарно 0.1 dB (0.05+0.05) ¹³;
• для шинной топологии: при прохождении через FBT и PLC сплиттеры (направление 3) сигнал теряет на сварных и механических соединениях суммарно 0.6 dB (0.05+0.05+0.5) ¹³.

Примечание¹³: в качестве показателей затуханий на сварных и механических соединениях использовались максимально допустимые значения (среднее затухание на SCконнекторе составляет 0.35 dB, а затухание на сварке может составлять всего 0.01 dB или даже меньше).

Что это нам даёт? Полученные цифры позволяют сделать оценку затуханий на сварных и механических соединениях для ранее рассмотренных топологий (дерево «1х2+1х8+1х4» и шина «16FBT+1×4»):

• Дерево «1х2+1х8+1х4»: 3*0.55 dB = 1.65 dB
• Шина «16FBT+1×4»: 14*0.1 dB+ 0.6 dB = 2 dB¹⁴

Примечание¹⁴: для грубой оценки шины нет необходимости производить расчёт для каждого узла – достаточно сделать вычисления для одного, самого удалённого.

Теперь для указанных топологий мы знаем не только затухание каскада сплиттеров, но и затухание на сварных и механических соединениях. Давайте их просуммируем:

• Дерево «1х2+1х8+1х4»: 22.4 dB + 1.65 dB = 24.05 dB(запас оптического бюджета 5.95 dB)
• Шина «16FBT+1×4»: 22.06 dB + 2 dB = 24.06 dB(запас оптического бюджета 5.94 dB)

Полученные результаты для обеих топологий идентичны и приводят нас к следующему заключению: при использовании любой топологии запас оптического бюджета под прокладку оптического кабеля составит около 6 dB.Именно поэтому проектировщику достаточно знать только длину оптической трассы, чтобы определить, уложится ли он в 6 dB или нет.¹⁵

Примечание¹⁵: на самом деле запас оптического бюджета составит около 3 dB, т.к. проектировщик должен предусмотреть около 3 dBэксплуатационного резерва.

При документировании проекта оптический бюджет потерь должен быть посчитан более точно и для каждого конечного узла сети. Для определения суммарного затухания всех элементов цепи можно воспользоваться формулой, представленной ниже:

 A_∑ = α * L_∑ + A_W * N_W + A_C * N_C + A_S, dB