4.ТОПОЛОГИЯ

<< 3.Процент проникновения

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 PON сетей 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 c абонентскими сплиттерами большой ёмкости (например, "4FBT+1x16": 4 последовательно соединённых FBT сплиттера, к абонентскому выходу которых подключается PLC 1x16)⁷. Если провайдер хочет быстро подключать абонентов, то тогда он использует схему "16FBT+1x4". Компромиссным вариантом для представленных схем является топология "8FBT+1x8".

Примечание⁷: В шинной топологии количество FBT сплиттеров на 1 меньше чем PLC. Это обусловлено тем, что в предпоследнем оптическом узле принято устанавливать FBT 50/50 и к обоим его выходам подключать абонентские PLC сплиттеры. Таким образом, в обозначении "8FBT+1x8" восьмёрка, стоящая перед "FBT", определяет количество оптических узлов в каскаде. При этом в 7 оптических узлах будут установлены и FBT и PLC сплиттеры, а в последнем (8-ом) оптическом узле будет только PLC сплиттер. Для удобства восприятия далее по тексту будем считать, что в каждом оптическом узле расположены и FBT и PLC сплиттеры.

Вернёмся к карте, изображённой на рисунке 4.3, и построим схему данного района под 100%-ное проникновение, используя шинную топологию "8FBT+1x8" (Рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 - карта сети, построенная по шинной топологии "8FBT+1x8"

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 >>