Топологии построения пассивных оптических сетей

Лекция 7. Принципы построения сети доступа FTTH GPON

Основы построения PON P2MP

Главными особенностями построения пассивных оптических сетей (PON) конфигурации P2M является использование всего одного оптического приемо-передающего модуля на стороне оператора для организации связи со  множеством абонентских устройств (до 128) и использовании пассивного устройства – оптического сплиттера, для распределения сигнала. Таким образом, можно отметить следующие основные достоинства архитектуры PON:

- отсутствие промежуточных активных узлов, требующих организации бесперебойного питания и обслуживания;

- экономия оптических приемопередатчиков на центральном узле;

- экономия оптических волокон в магистральном и распределительном каебле.

Основными элементами PON P2MP сети являются:

1) Оптический линейный терминал  OLT (Optical Line Terminal) – устройство, устанавливаемое в помещении оператора, принимающее данные со стороны мультисервисной сети связи и формирует нисходящий поток к абонентским терминалам (прямой поток).

2) Оптический сетевой терминал узел ONT (Optical Network Terminal) – оборудование, устанавливаемое у абонента, и оборудованное оптическим интерфейсом для связи с OLT и абонентскими интерфейсами для предоставления услуги Triple Play.

3) Оптический сплиттер (разветвитель) – пассивное устройство, в одном направлении разделяющее оптическое излучения на несколько портов  и объединяющее излучение с нескольких портов в обратном направлении. В общем случае у разветвителя может быть M входных и N выходных портов. В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1xN с одним входным портом. Разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну.

Количество ONT, подключенных к одному приемо-передающему модулю OLT, в основном определяется энергетическим потенциалом системы передачи и максимальной скоростью передачи оборудования.

Для организации двунаправленной передачи по одному ОВ используется принцип спектрального уплотнения: для передачи нисходящего потока от OLT к ONT, как правило, используются длины волн 1490/1550 нм, а восходящий поток от разных ONT к OLT, передаются на длине волны 1310 нм. В приемо-передающих модулях OLT и ONТ встроены WDM (волновые) мультиплексоры, разделяющие исходящие и входящие потоки. Реализация этого принципа показана на рис. 7.1.

Рисунок 7.1 – Структура и принцип действия PON

Информация от OLT для всех абонентских ONT  передается по принципу временного разделения каналов. На уровне оптических сигналов прямой поток является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из общего потока предназначенную только ему часть информации.

Если передачу телевизионного сигнала предполагается производить на отдельной несущей (1550 нм) OLT устанавливается оптический мультиплексор WDM для объединения передаваемых сигналов на длинах волн 1490 нм (голос, данные) и 1550 нм (видео).

В нисходящем потоке все абонентские узлы ONT ведут передачу на одной и той же длине волны – 1310 нм, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Для того чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных c учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от центрального узла OLT. Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Топологии построения пассивных оптических сетей

Пассивные оптические сети могут быть построены и использованием различных топологий. Выбор топологии определяется особенностями застройки участка сети. Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки с точки зрения экономии ОВ, удобства тестирования, эксплуатации, обслуживания и возможности развития сети.

Топология «звезда» применяется при организации связи в районах многоэтажной застройки с большим количеством абонентов в здании. Данная топология характеризуется минимальным количеством оптических разветвителей – сплиттеров и единственным местом их установки. Сплиттер может размещаться непосредственно в помещении оператора (например, на стойке оптического кросса) в случае плотного расположении абонентов в районе узла оператора. При этом расход ОВ несущественно меньше, по сравнению с конфигурацией P2P. Также для городской застройки широко применяется одноуровневое размещение сплиттера в оптическом распределительном шкафу, находящемся в многоэтажном здании.

Достоинства данной топологии: удобство в обслуживании, проведении эксплуатационных измерений и обнаружения места повреждения линии.

Рисунок 7.2 – Топология «звезда»

Шинная топология применяется при расположении абонентов вдоль оптической магистрали. Особенность топологии в большой разности коэффициентов деления сплиттеров. Данная топология требует подробного расчета уровня оптического сигнала для подбора соответствующих неравномерных сплиттеров (с неравномерным разделением мощности по отводам) таким образом, чтобы входная оптическая мощность на каждом оптическом приемнике соответствовала его чувствительности (диапазону входной мощности) оборудования.

Топология может применяться при линейном расположении пользователей вдоль магистрали и только при небольшом количестве каскадов (количество каскадов определяется оптическим бюджетом проектируемой линии в процессе проектирования).

Рисунок 7.3 – Топология «шина»

Топология «дерево» применяется при разнесенном расположении абонентов. Оптимальное распределение мощности между различными ветвями решается подбором коэффициентов деления сплиттеров. Древообразная топология гибкая с точки зрения потенциального развития и расширения абонентской базы.

Рисунок 7.4 – Топология «дерево»

Таблица 7.1.  Сравнение основных топологий PON