Проектирование мультисервисной сети передачи данных

Размер волокна в общем случае определяется по внешним диаметрам его ядра, демпфера и оболочки. Например, 50/125/250 - характеристика волокна с диаметром ядра 50 мкм, диаметром демпфера 125 мкм и диаметром оболочки 250 мкм. Оболочка всегда удаляется при соединении или терминировании волокон.

Тип волокна идентифицируется по типу путей, или так называемых "мод", проходимых светом в ядре волокна.

Существует два основных типа волокна - многомодовое и одномодовое.. В таблице 1.3 приведено сравнение этих кабелей.

 

Таблица 1.3 Сравнение одномодовых и многомодовых технологий

Параметры	Одномодовые	Многомодовые
Используемые длины волн	1,3 и 1,5 мкм	0,85 мкм, реже 1,3 мкм
Затухание, дБ/км.	0,4 - 0,5	1,0 - 3,0
Тип передатчика	лазер, реже светодиод	Светодиод
Толщина сердечника.	8 мкм	50 или 62,5 мкм
Стоимость волокон и кабелей.	Около 60% от многомодового	-
Средняя стоимость конвертера в витую пару Ethernet.	-	Около 50% от многомодового
Дальность передачи Ethernet.	около 20 км	до 2 км

 

Из данных приведённых в таблице 3 видно, что при небольших расстояниях выгоднее использовать многомодовый тип кабеля, так как в таких условиях общая стоимость проекта будет значительно ниже за счёт более низкой стоимости оборудования по сравнению с оборудованием для одномодового типа кабеля.

Типовые характеристики современных оптоволоконных кабелей для внешней прокладки:

• Внешний диаметр - 10-20 мм;
• температурный диапазон монтажа - от -10°С до +50°С;
• температурный диапазон эксплуатации - от -40°С до +60°С;
• минимальный радиус изгиба при прокладке - 15 внешних диаметров;
• минимальный радиус изгиба при эксплуатации - 20 внешних диаметров;
• максимально допустимое усилие на растяжение - 2500-10000 Н;
• максимально допустимое усилие на сдавливание - 2000-4000 Н;

Таким образом для проектирования мультисервисной сети в коттеджном районе г. Братска будет использоваться оптоволоконный кабель, так как пропускная способность оптоволокна намного больше, чем у витой пары.

 

1.4.2 Технологии мультисервисных сетей

В настоящий момент в городе Братске провайдеры строят локальные вычислительные сети по следующей схеме: в квартале выбирается точка присутствия, через которую можно подключить несколько домов. В эту точку ставится маршрутизатор и арендуется пара проводов к опорной сети провайдера, которая обеспечивает подключение локальных вычислительных сетей к магистрали. При этом маршрутизация потоков выполняется в точке присутствия, а всю разводку по дому можно осуществлять на неуправляемых коммутаторах. При проектировании сети нужно выбрать технологию проектирования. Рассмотрим самые современные технологии: FTTH, xDSL, xPON и Ethernet.

Технология Fiber To The X (Оптическое волокно до…) — понятие, описывающее общий подход к организации кабельной инфраструктуры сети доступа, в которой от узла связи до определённого места (точка «х») доходит оптоволокно, а далее, до абонента, — медный кабель (возможен и вариант, при котором оптика прокладывается непосредственно до абонентского устройства).

Таким образом, FTTx — это только физический уровень. Однако фактически данное понятие охватывает и большое число технологий канального и сетевого уровня. С широкой полосой систем FTTx неразрывно связана возможность предоставления большого числа новых услуг.

В семейство FTTx входят различные виды архитектур:

FTTN (Fiber to the Node) — волокно до сетевого узла;

FTTC (Fiber to the Curb) — волокно до микрорайона, квартала или группы домов;

FTTB (Fiber to the Building) — волокно до здания;

FTTH (Fiber to the Home) — волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

Однозначно в пользу решений FTTH выступают эксперты, они сравнивают продолжительность жизненного цикла инвестиций в любую технологию доступа и коррелированный рост требований к пропускной способности каналов доступа. Проведенный анализ показывает, что если технические решения, которые закладываются в основу сегмента доступа сети сегодня, окажутся неспособными обеспечить скорость 100 Мбит/с в 2013—2015 годах, то моральное устаревание оборудования произойдет до окончания инвестиционного цикла.

• из всех вариантов FTTx она обеспечивает наибольшую полосу пропускания;
• это полностью стандартизированный и наиболее перспективный вариант;
• решения FTTH обеспечивают массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи;
• они позволяют существенно сократить эксплуатационные расходы за счет уменьшения площади технических помещений (необходимых для размещения оборудования), снижения энергопотребления и собственно затрат на техническую поддержку.

Существует два часто применяемых типа организации FTTH сетей: на базе технологии Ethernet и на базе технологии PON.

PON - технология пассивных оптических сетей. Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания и узлов сети, и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Число абонентских узлов, подключенных к одному приемопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Cуществует три стандарта сети PON: APON (BPON), GPON и EPON (GePON).

За расширенным стандартом APON закрепляется название BPON (broadband PON).

APON сегодня допускает динамическое распределение полосы DBA (dynamic bandwidth allocation) между различными приложениями и различными ONT и рассчитан на предоставление как широкополосных, так и узкополосных услуг.

Оборудование APON разных производителей поддерживает магистральные интерфейсы: SDH (STM-1), ATM (STM-1/4), Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, видео (SDI PAL), и абонентские интерфейсы E1 (G.703), Ethernet 10/100Base-TX, телефонию (FXS).

В ноябре 2000 года комитет LMSC (LAN/MAN standards committee) IEEE создает специальную комиссию под названием "Ethernet первую милю" EFM (Ethernet in the first mile) 802.3ah, реализовав тем самым пожелания многих экспертов построить архитектуру сети PON, наиболее приближенную к широко распространенным в настоящее время сетям Ethernet. Параллельно идет формирование альянса EFMA (Ethernet in the first mile alliance), который создается в декабре 2001 г. Фактически альянс EFMA и комиссия EFM дополняют друг друга и тесно работают над стандартом. Если EFM больше концентрируется на технических вопросах и разработке стандарта в рамках IEEE, то EFMA преимущественно изучает индустриальные и коммерческие аспекты использования новой технологии. Цель совместной работы – достижение консенсуса между операторами и производителями оборудования, и выработка стандарта IEEE 802.3ah, полностью совместимого с разрабатываемым стандартом магистрального пакетного кольца IEEE 802.17.

Комиссия EFM 802.3ah стандартизировала три разновидности решения для сети доступа:

• EFMC (EFM copper) – решение "точка-точка" с использованием витых медных пар
• EFMF (EFM fiber) – решение, основанное на соединении "точка-точка" по волокну.
• EFMP (EFM PON) – решение, основанное на соединении "точка-многоточка" по волокну. Это решение, являющееся по сути альтернативой APON, получило схожее название EPON.

Аргументы в пользу технологии EPON подкрепляются ориентацией сети Internet исключительно на протокол IP и стандарты Ethernet.

Архитектуру сети доступа GePON можно рассматривать как органичное продолжение технологии APON. При этом реализуется увеличение как полосы пропускания сети PON, так и эффективности передачи разнообразных мультисервисных приложений. Стандарт GePON ITU-T Rec. G.984.3 GePON был принят в октябре 2003 года.

GePON предоставляет масштабируемую структуру кадров при скоростях передачи от 622 Мбит/с до 2,5 Гбит/c, и допускает системы как с одинаковой скоростью передачи прямого и обратного потока в дереве PON, так и с разной. GePON базируется на стандарте ITU-T G.704.1 GFP (generic framing protocol, общий протокол кадров), обеспечивая инкапсуляцию в синхронный транспортный протокол любого типа сервиса, в том числе TDM. Исследования показывают, что даже в самом худшем случае распределения трафика и колебаний потоков утилизация полосы составляет 93% по сравнению с 71% в APON, не говоря уже о EPON.

Основные преимущества GEPON это - отсутствие активного сетевого оборудования на пути к пользователю, полнодуплексный симметричный доступ на скоростях от 40 Мбит/м (при полной загрузке Gepon-узла) до 1,25 Гбит м, высокая масштабируемость, увеличена результативность применения среды передачи данных, что обеспечивается прямым транспортом Ethernet-кадров, результативными схемами приоритезации трафика и IP-протоколами.

Технология GePON в полной мере подходит для внедрения в коттеджном районе города по нескольким причинам:

1). Отсутствие активного сетевого оборудования на пути к пользователю.

2). Повышение скорости передачи до 1 Гбит/c в обе стороны.

3). Широкополосный доступ. Данная технология позволяет предоставлять услуги triple-play;

4). Возможность подключения 64 абонентских устройств на ветку PON и эффективное использование оптического волокна;

5). Простота установки и обслуживания.

В таблице 1.4 приведено сравнение характеристик стандартов PON

 

Таблица 1.4 Сравнительные характеристики PON

Характеристики	APON (BPON)	EPON	GePON
Институты стандартизации / альянсы	ITU-T SG15 / FSAN	IEEE / EFMA	ITU-T SG15 / FSAN
Дата принятия стандарта	октябрь 1998	июль 2004	октябрь 2003
Стандарт	ITU-T G.981.x	IEEE 802.3ah	ITU-T G.984.x
Скорость передачи, прямой/обратный поток, Мбит/с	155/155 622/155 622/622	1000/1000	1244/155,622,1244 2488/622,1244,2488
Базовый протокол	ATM	Ethernet	SDH
Линейный код	NRZ	8B/10B	NRZ
Максимальный радиус сети, км	20	20 (>30№)	20
Максимальное число абонентских узлов на одно волокно	32	16	64 (128І)
Приложения	любые	IP, данные	любые
Коррекция ошибок FEC	предусмотрена	нет	необходима

 

Технология Gigabit Ethernet - это расширение IEEE 802.3 Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и прочее, но при этом предоставляя теоретически десятикратное увеличение производительности. Поскольку технология Gigabit Ethernet совместима с 10Mbps и 100Mbps Ethernet, возможен легкий переход на данную технологию без инвестирования больших средств в программное обеспечение, кабельную структуру и обучение персонала

Как и в стандарте Fast Ethernet, в Gigabit Ethernet не существует универсальной схемы кодирования сигнала, для стандартов 1000Base-LX/SX/CX используется кодирование 8B/10B, для стандарта 1000Base-T используется специальный расширенный линейный код TX/T2. Функцию кодирования выполняет подуровень кодирования PCS, размещенный ниже среданезависимого интерфейса GMII. 1000Base-T - это стандартный интерфейс Gigabit Ethernet передачи по неэкранированной витой паре категории 5 и выше на расстояния до 100 метров. Для передачи используются все четыре пары медного кабеля, скорость передачи по одной паре 250 Мбит/c. Предполагается, что стандарт будет обеспечивать дуплексную передачу, причем данные по каждой паре будут передаваться одновременно сразу в двух направлениях - двойной дуплекс (dual duplex).

Для разработки мультисервистной сети предачи данных коттеджного микрорайона г.Братска выбрана технология GePON, так как данная технология является одной из самых перспективных сетевых технологий и обеспечивает высокую надежность, гибкость, низкую стоимость и легкость внедрения, выдерживает большие нагрузки в случайные моменты времени, передавая огромный объем данных.

 

Выводы по главе

 

Исходя из вышеизложенного, в 27 микрорайоне сложилась ситуация, когда среди жителей появилась необходимость в большой скорости Интернета и широком пакете услуг. Проведенный анализ телекоммуникационных сетей позволил выбрать требуемую ширину канала. Сегментация сети проведена по 8 сегментам микрорайона, чтобы обеспечить равномерность нагрузки канала. Проведенный анализ предметной области позволил сформулировать требования к проектируемой сети. В качестве основной технологии построения магистральной подсистемы выбрана технология 10 Gigabit Ethernet. Технология, применяемая в горизонтальной подсистеме - технология GePON. Средой передачи данных СКС выбран оптоволоконный кабель.

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ

 

2.1 Выбор концепции построения сети

 

2.1.1 Топологии сети

Проектируемая сеть состоит из двух уровней: магистральный уровень и уровень сети доступа.

Магистральный уровень сети должен обеспечивать высокую отказоустойчивость, так как на магистрали объединяются потоки большого количества сети доступа. Существуют две топологии, которые обеспечивают высокую надежность: «каждый с каждым», и «кольцо». Однако для топологии "каждый с каждым» нужно очень много кабеля, и портов, что не позволит достичь экономической эффективности.