ŚWIATŁOWODOWE SIECI DOSTĘPOWE – TECHNIKI FITL 1 Uwagi

ŚWIATŁOWODOWE SIECI DOSTĘPOWE – TECHNIKI FITL
Henryk Gut-Mostowy
1
Uwagi ogólne
Pierwotnie promieniowanie świetlne (widzialne) było wykorzystywane w telekomunikacji
dohoryzontowej. Oczywistą wadą takich systemów była ich wraŜliwość na mgłę oraz inne
czynniki pogodowe. Dopiero opracowanie światłowodów, a więc falowodów optycznych,
wykonanych ze szkła kwarcowego domieszkowanego germanem i nazywanych włóknami
światłowodowymi, dało moŜliwość przechwytywania i prowadzenia wiązki światła w
ośrodku zamkniętym na duŜe odległości. W telekomunikacji współczesnej włókna te stały się
jednym z najbardziej popularnych mediów transmisyjnych. Wpłynęły na to ich unikalne
właściwości, takie jak:
− bardzo wysokie częstotliwości nośne, a więc szerokie pasmo dostępne dla transmisji
sygnałów, czyli bardzo duŜe moŜliwości transportowe (rzędu Gbit/s);
− mała tłumienność światłowodów, a więc moŜliwość budowy łączy dalekosięŜnych bez
konieczności regeneracji;
− odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (wyładowania atmosferyczne, szumy
impulsowe powodowane działalnością człowieka itd.);
− bardzo duŜa tłumienność sprzęŜeniowa pomiędzy sąsiednimi włóknami optycznymi.
2
Model odniesienia sieci FITL
W sieci dostępowej zrealizowanej w technice FITL (Fiber In The Loop) podstawowym
medium transmisyjnym jest włókno światłowodowe, a nośnikiem informacji jest odpowiednio
zmodulowana fala świetlna. W opinii czołowych producentów sprzętu i operatorów
telekomunikacyjnych, technika ta gwarantuje duŜą elastyczność sieci i moŜliwość integracji
usług zarówno wąskopasmowych (telefonia, transmisja danych), jak i szerokopasmowych
(B-ISDN, ATM, itd.). Najprawdopodobniej za kilka lat większość nowych instalacji
abonenckich będzie tworzona w oparciu o tę technikę. W zaleŜności od ulokowania optycznej
jednostki sieciowej ONU, czyli od stopnia penetracji sieci dostępowej przez technikę
światłowodową, wyróŜnia się trzy podstawowe struktury sieci FITL (rys. 1), a mianowicie
struktury:
− światłowód do szafki ulicznej FTTC (Fiber To The Curb),
− światłowód do budynku FTTB (Fiber To The Building) oraz
− światłowód do mieszkania FTTH (Fiber To The Home).
-1-
SYSTEM ZARZĄDZANIA
Q3
Q3
Q3
Q3
Q3
Q3
UNI
R/S
ONU
xDSL bez VDSL
NT
Abonent
FTTC
NT
Abonent
FTTB
ONU
NT
Abonent
FTTH
S/R
SNI
WDU
R/S
OLT
ODN
ONU
xDSL
R/S
Sieć dostępowa
Rys. 1.
Model odniesienia światłowodowej sieci dostępowej FITL. Oznaczenia: OLT − zakończenie linii
optycznej, ODN − optyczna sieć dystrybucyjna, ONU − jednostka sieci optycznej, Q3 − styk z
systemem zarządzania siecią, SNI − styk z węzłem usługi, UNI − styk uŜytkownika z siecią, WDU −
węzeł dostępu do usługi lub do węzła sieci transportowej, xDSL − techniki transmisyjne (HDSL,
ADSL , VDSL), S i R − punkty odniesienia kierunku nadawczego i odbiorczego w sieci
dystrybucyjnej.
W strukturze FTTC światłowód jest doprowadzany do jednostki ONU, która jest
zainstalowana w odpornej na zmienne warunki atmosferyczne szafce kablowej w pobliŜu
ulicy lub drogi. Podłączenie do uŜytkownika jest realizowane z wykorzystaniem istniejącej
pary przewodów miedzianych oraz zastosowaniem jednej z dostępnych technik
transmisyjnych cyfrowego łącza abonenckiego (HDSL, SDSL, ADSL). Struktura taka jest
cenowo efektywna głównie dla osiedli mieszkaniowych, gdzie koszt podłączenia optycznego
jest dzielony pomiędzy wielu abonentów. Udostępniane pasmo do uŜytkownika i tym samym
zakres dostępnych usług multimedialnych jest tu uzaleŜniony od długości i jakości
przewodów miedzianych oraz od zastosowanej techniki transmisyjnej na tym odcinku.
W strukturze FTTB światłowód jest doprowadzany do zakończenia traktu optycznego
zainstalowanego w budynku, zwykle w piwnicy lub w kanale konserwacyjnym. Podobnie jak
w poprzednim rozwiązaniu, podłączenie do uŜytkownika jest realizowane z wykorzystaniem
istniejącej pary przewodów miedzianych oraz zastosowaniem jednej z dostępnych technik
transmisyjnych cyfrowego łącza abonenckiego. Struktura taka jest cenowo efektywna głównie
dla abonentów w budynkach z wieloma mieszkaniami. Podobieństwo do FTTC polega na
tym, Ŝe koszt podłączenia optycznego jest dzielony pomiędzy wielu uŜytkowników. Ze
względu na krótszy odcinek kabla miedzianego i moŜliwość zastosowania techniki VDSL,
zakres udostępnianych usług multimedialnych w tym przypadku jest szerszy niŜ w sieci o
strukturze FTTC.
Struktura FTTH jest architekturą docelową sieci FITL z pełnym zakresem usług
szerokopasmowych. Osobny światłowód jest tu doprowadzany bezpośrednio do domu
kaŜdego abonenta, udostępniając mu tym samym pełną szerokość pasma światłowodu. W
konsekwencji zakres świadczonych usług multimedialnych jest w zasadzie nieograniczony.
Dla abonentów mieszkaniowych, w chwili obecnej i najprawdopodobniej jeszcze przez kilka
lat, taka struktura sieci będzie mało atrakcyjna głównie ze względu na koszt podłączenia
optycznego.
3
Elementy konstrukcyjne sieci światłowodowej
Światłowodowa sieć dostępowa jest utworzona w oparciu o dalej opisane, trzy podstawowe
komponenty, takie jak: zakończenie linii optycznej OLT (Optical Line Termination),
jednostka sieci optycznej ONU (Optical Network Unit) oraz pasywna optyczna sieć
dystrybucyjna PON (Passive Optical Network).
-2-
Zakończenie linii optycznej OLT zarządza przyłączonymi do siebie jednostkami ONU
oraz zapewnia połączenie sieci FITL z resztą publicznej sieci telekomunikacyjnej. Z jednej
strony stanowi ono zakończenie linii optycznych przychodzących od wielu jednostek ONU, a
ze strony drugiej łączy sieć dostępową zarówno z publiczną siecią telekomunikacyjną, jak i z
węzłem dostępu do usług sieciowych. Na ogół ma moŜliwość przyłączenia co najmniej
czterech sieci PON, 32 lub więcej jednostek ONU. W zaleŜności od udostępnianych usług,
do zewnętrznej sieci telekomunikacyjnej moŜe być dołączane za pośrednictwem interfejsów
wąskopasmowych (V5.1, V5.2) lub – szerokopasmowych (STM-1, STM-4, ATM).
Zakończenie OLT jest takŜe wyposaŜone w interfejs Q3 do systemu zarządzania siecią. Przez
interfejs ten przekazuje do systemu zarządzania komunikaty o własnym stanie pracy, a takŜe
o stanie pracy pasywnej sieci optycznej i podległych jednostek ONU.
Jednostka sieci optycznej ONU odbiera optyczny sygnał z sieci PON i dokonuje
konwersji sygnału optycznego na elektryczny i na odwrót. Pełni równieŜ funkcję
przetwornika A/C dla sygnałów o częstotliwości akustycznej. Usługi po stronie abonenckiej
są przenoszone za pomocą klasycznej sieci dostępowej, najczęściej wykonanej z
wykorzystaniem symetrycznych par przewodów miedzianych. Połączenie z siecią PON jest
realizowane za pomocą dwóch włókien światłowodowych (w trybie pracy simplex) lub
jednego (w trybie pracy diplex lub pół duplex). Połączenie z siecią optyczną jest dokonywane
za pomocą złączy optycznych, dzięki czemu moŜliwa jest łatwą wymiana np. uszkodzonej
jednostki ONU.
Pasywna sieć optyczna PON zapewnia fizyczne połączenie pomiędzy zakończeniem OLT a
jedną, bądź większą liczbą jednostek ONU. Jest utworzona ze wszystkich tych elementów
sieci FITL, które znajdują się pomiędzy dwoma punktami odniesienia S i R (rys. 1). Tworzą
ją jedynie bierne elementy optyczne takie, jak: jednomodowe włókna światłowodowe,
łączniki optyczne, tłumiki optyczne, optyczne urządzenia rozgałęziające oraz spojenia łączące
poszczególne światłowody. Medium transmisyjnym jest tu światłowód jednomodowy.
Transmisja w obu kierunkach (do i od abonenta) jest realizowana przy wykorzystaniu
pojedynczego włókna światłowodowego w trybie duplex lub – diplex, lub przy wykorzystaniu
dwóch oddzielnych włókien, po jednym dla kaŜdego kierunku w trybie simplex. W trybie
diplex dla kaŜdego kierunku transmisji jest wykorzystywana fala optyczna o innej długości.
W trybie simplex dla kaŜdego kierunku transmisji stosuje się osobne światłowody i fale
świetlne o dowolnej dopuszczalnej długości.
4
Uwarunkowania techniczne – kierunki rozwoju
Jednym z najistotniejszych powodów wciąŜ małej popularności techniki FITL są
wysokie ceny urządzeń końcowych. Zarówno po stronie centralowej jak i abonenckiej trzeba
bowiem instalować urządzenia oparte na technice światłowodowej, których koszt jest, mimo
dość znacznego spadku cen w ostatnich latach, w dalszym ciągu wysoki.
Rozwiązania typu FTTH/B nie są przeznaczone dla odbiorcy indywidualnego. Jedynymi w
obecnej chwili uŜytkownikami, dla których struktury te stają się opłacalne są abonenci
biznesowi oraz róŜnego rodzaju instytucje uŜyteczności publicznej. Potrzebują oni sieci o
bardzo duŜych przepływności binarnych (rzędu kilkaset Mbit/s lub więcej). Dla odbiorców
indywidualnych i małych firm rozwiązaniem atrakcyjnym jest struktura FTTC, uzupełniona o
techniki xDSL.
Konieczność budowy od podstaw infrastruktury technicznej jest następnym czynnikiem,
sprawiającym, Ŝe dostępowe sieci światłowodowe są w dalszym ciągu niezbyt popularne.
Prowadzenie kabli światłowodowych jest kosztowne, poniewaŜ trzeba je umieszczać w
kanalizacji kablowej. Jedynymi dostępnymi typami światłowodów, przystosowanym do
prowadzenia na liniach napowietrznych są kable typu OPGW, ADSS i ADL, przystosowane
-3-
do podwieszania lub okręcania wokół istniejących kabli wysokiego i średniego napięcia. Dla
pozostałych typów jest, jak juŜ wspomniano, niezbędna kanalizacja kablowa. O ile w terenie
miejskim kanalizacja taka na ogół istnieje, to na obszarach słabo zurbanizowanych musi być
zbudowana od podstaw.
Pomimo wyŜej wzmiankowanych niedogodności, bez wątpienia sieci dostępowe FITL
są jednym z przyszłościowych rozwiązań w dziedzinie szerokopasmowego dostępu
abonenckiego. Cechują się one najwyŜszymi przepływnościami binarnymi, z moŜliwością
dalszego ich powiększania (do kilkudziesięciu Gbit/s) przy pomocy technik zwielokrotniania
WDM lub DWDM, lecz bez potrzeby wymiany najbardziej kosztownego składnika sieci,
którym jest medium transmisyjne. Tak wielkie moŜliwości transportowe sieci
światłowodowych czynią je w tej chwili najtańszym sposobem przesyłania wielkich ilości
danych w przeliczeniu na jeden bit informacji. W obszarze dostępowym wykorzystuje się
obecnie tylko niewielką część ich potencjalnych moŜliwości. Z tego powodu, przy cenach
urządzeń końcowych wciąŜ znacznie przekraczających ceny urządzeń dostępowych opartych
na kablach miedzianych, pozostają one poza zasięgiem indywidualnego uŜytkownika. Na
dzień dzisiejszy urządzenia końcowe techniki FITL są bowiem tworzone w oparciu o drogie
rozwiązania mikrooptyki. Szans na zmianę tej sytuacji upatruje się w wykonywaniu
nadajników i/lub odbiorników optycznych jako struktur hybrydowych.
-4-