Строительство телекоммуникационной сети доступа между крупным населённым пунктом Юкки и коттеджным посёлком Юкки в Порошкино

Сильной стороной сети EPON является естественная поддержка всех приложений Ethernet без преобразования протоколов или расщепления кадров с их последующей инкапсуляцией (сравните с сетями BPON и GPON). Поэтому данная технология является очень подходящей для оптических сетей доступа, благодаря ей работа IP-приложений в сети Ethernet становится легкой, гибкой и экономически эффективной. Такими IP-приложениями являются:

• Широкополосный Интернет и связанные с ним приложения и услуги.
• IP-телефония (VoIP).
• IP-телевидение (IPTV) – действительно цифровое телевидение.
• Основанные на протоколе IP услуги видео по требованию (VoD).

Будучи частью стандарта IEEE 8002, семейство технологий EPON совместимо с:

• Классификацией и системой приоритетов услуг, описанными в стандарте IEEE 802.1D.
• Виртуальными локальными сетями (Virtual Local Area Network - VLAN), описанными в стандарте IEEE 802.1Q.

Классификация услуг  основана на использовании информации о приоритете длиной 3 бита, с помощью  которых можно определить 2³ = 8 классов услуг. Стандартом IEEE 802.3D рекомендуются классификация и система приоритетов услуг, приведенные в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Приоритеты услуг в соответствии со стандартом IEEE 802.1D.

Приоритет	Биты, определяющие приоритет	Услуга
1	2	3
Наивыс ший	111	Управление сетью. Передача данных для поддержания сетевой  инфраструктуры (кадры маршрутных протоколов, например, SNMP, RIP)
	110	Речь. Передача данных, критичных  к задержке (< 10 мс), например, при  интерактивных переговорах (VoIP)
	101	Видео. Передача данных, критичных по задержке (< 100 мс), например, при интерактивных видео обменах (IPTV, VoD).
1	2	3
	100	Гарантированная доставка (Controlled load). Работа в ситуации некритической к задержке, но критической по потерям (например, деловой трафик, поточный трафик с резервированием).
	011	Нормальная (не гарантированная) доставка с более высоким приоритетом, чем Best effort (Excellent effort). Работа в ситуации некритической к задержке, но критической к потерям. Этот режим может использоваться для привилегированных клиентов.
	000 (по умолчанию)	Нормальная (не гарантированная) доставка (Best effort). Это обычный трафик локальных сетей, например, web-сервис
	010	Зарезервирован на будущее
Наиниз Ший	001	Фоновый режим (Background). Массовые пересылки данных.

 

Согласно стандарту IEEE 802.3ah сеть EPON предназначена только для цифровой связи, а именно для передачи кадров Ethernet. Однако, поскольку сети EPON являются оптическими, они физически могут использоваться и для других приложений, в том числе для аналоговой передачи видео (например, телевидения). Для этой цели используется диапазон длин волн 1550 - 1560 нм.

Рис. 2.5. Сеть EPON, предоставляющая услуги аналогового (AM-VSB) или цифрового (DVB-C) телевидения.

2.5. Расчёт расстояния до каждого абонента

Рис. 2.6. Карта

Коттеджный посёлок  Юкки в Порошкино находится в 7 км от Санкт-Петербурга и в 4 км от крупного населённого пункта Юкки. Линия передачи ВОЛС будет проложена от Юкков до Юкков, протяжённостью 4 км.

Кабель начнём  прокладывать с сельской телефонной станции, находящейся  в самом выгодном положении, т.е. самая близкая к коттеджному посёлку Юкки. Кабель будет проходить вдоль автомобильных дорог по землям, не имеющим сельскохозяйственного значения или по сельскохозяйственным угодьям худшего качества, в местах пересечения с реками кабель будет проложен по мостам. Далее кабель будет подведён к оборудованию, расположенному в здании КПП.

Чтобы рассчитать минимальную  длину кабеля, измеряем расстояние от разветвителя до каждого абонента. Для этого я произвожу расчет с разных точек установки разветвителей для нахождения наиболее выгодного места с целью экономии кабеля. Ниже привожу окончательный расчётные данные.

Таблица 2.3. Расчёт расстояний

№ п/п	Наименование	Расстояние
1	Коттедж № 1	283 м
2	Коттедж № 2	444 м
3	Коттедж № 3	800 м
4	Коттедж № 4	912 м
5	Коттедж № 5	997 м
6	Коттедж № 6	630 м
7	Коттедж № 7	1250 м
8	Коттедж № 8	1360 м
9	Коттедж № 9	1333 м
10	Коттедж № 10	1489 м
11	Коттедж № 11	1486 м
12	Коттедж № 12	1313 м
13	Коттедж № 13	1229 м
14	Коттедж № 14	1105 м
15	Коттедж № 15	1016 м
16	Коттедж № 16	833 м
17	Здание администрации	620 м
18	Развлекательный комплекс	377 м
19	КПП	0 м

 

В итоге до оборудования используется 4 км кабеля маркировки ОПС, а от оборудования до каждого абонента 17,5 км кабеля маркировки ОПТ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВЫБОР ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ

З.1. Структура и типы оптических волокон

3.1.1. Природа света

Все современные телекоммуникационные системы основаны на применении электромагнитных волн. Электромагнитные волны могут  переносить информацию, распространяясь  как по направляющей среде, так и в свободном пространстве или, другими словами, использоваться как в проводных системах связи, так и в беспроводных. Спектр используемых в системах связи частот простирается от десятков Гц до сотен TГц (1 TГц = 10¹² Гц). Свет представляет собой электромагнитные волны с частотами в сотни TГц. Частоты, используемые в системах связи, приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Частоты, используемые в системах связи.

Частотный диапазон	Пример применения
300 – 3400 Гц	Обычный аналоговый телефон
50 кГц – 2,2 МГц	ADSL 2 +
1 - 250 МГц	Передача данных по симметричному  кабелю «витая пара» 6-й категории (применение в ЛВС)
5 - 862 МГц	Кабельное телевидение
3 - 30 МГц (HF)	КВ- радиодиапазон: 5,95 - 26,1 МГц
30 - 300 МГц (VHF)	FM радиодиапазон: 87,5 - 108 МГц
300 - 3000 МГц (UHF)	Наземное цифровое телевидение (DVB-T): 470 - 862 МГц
3 - 30 ГГц (SHF)	Телевизионные спутники: 10,7 - 12,75 ГГц
400 - 800 TГц	Человеческий глаз: Видимый  свет
230 ТГц	Системы связи, работающие по одномодовому волокну на длине  волны 1310 нм

 

Определение понятия  света является недостаточно точным. В некоторых областях науки и  техники свет определяется как часть  электромагнитного спектра, видимая  для человеческого глаза. В других областях понятие света включает также невидимый инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ) диапазоны спектра.

В системах связи используется инфракрасный диапазон. Этот диапазон света невидим для человеческого  глаза. Хотя спектральные характеристики света подробно описаны и специфицированы  в системах связи, часто вместо частоты используется понятие длины волны. Связь между частотой и длиной волны математически выражается следующей формулой:

                                               (3.1.1.1)

где:  l = длина волны

f = частота

c = скорость света.

Скорость света в  вакууме - физическая константа c₀ = 299 792,458 км/с. Для расчетов обычно принимают значение 300 000 км/с, которое часто является достаточно точным.

Скорость света в  такой среде, как стекло, вследствие ее диэлектрических свойств, оказывается всегда ниже c₀. Особенности среды учитываются с помощью величины показателя преломления. Зависимость скорости распространения света в среде от показателя преломления описывается следующей простой формулой:

                                              (3.1.1.2.)

где: c = скорость света в среде

c₀ = 300 000 км/с (скорость света в вакууме)

n = показатель преломления среды

Показатель преломления  стекла приблизительно равен 1,5. Таким  образом, скорость света в оптическом волокне составляет приблизительно 200 000 км/с = 200 м/мс.

Хотя свет в своей  основе – это движение электромагнитной волны, его распространение часто  описывается лучевой моделью, согласно которой свет распространяется в  виде лучей. Энергетические характеристики света описываются корпускулярной теорией, утверждающей, что свет состоит из частиц с квантовой энергией. Эти частицы называют фотонами.

3.1.2. Распространение  света в оптическом волокне

Процессы, происходящие в оптическом волокне, описываются  законами преломления и отражения света на границе раздела двух сред. На рис. 3.1 луч света падает на границу раздела двух сред с разными показателями преломления. Показатель преломления среды 1 больше показателя преломления среды 2 (n₁ > n₂). Луч света, входящий из среды 1 падает на поверхность раздела под углом падения j₁ и преломляется под углом преломления j₂. Углы падения и преломления определяются как углы между падающим и преломленным лучами света и нормалью к границе раздела двух сред. На рис. 3.1 угол преломления больше чем угол падения. Процесс преломления луча описывается законом преломления Снеллиуса:

                                          (3.1.2.1.)

При определенном значении угла падения, угол преломления составит 90 градусов, то есть луч света будет распространяться параллельно границе раздела. При последующем увеличении угла падения, луч света будет полностью отражаться от границы раздела, оставаясь в плоскости падения (в среде 1), при этом угол отражения будет равен углу падения. Это явление получило название полного внутреннего отражения, а угол падения, при котором оно происходит, называют критическим углом.

Рис. 3.1. Закон Снеллиуса и понятие критического угла

На рис. 3.2 показано продольное сечение оптического волокна. Волокно состоит из двух структурных элементов: сердцевины и оболочки. Показатель преломления (n₁) сердцевины больше, чем показатель преломления (n₂) оболочки. Когда угол j между входящим лучом света и осью волокна достаточно мал, на границе раздела оболочки и сердцевины будет наблюдаться явление полного отражения, а луч света будет направлен в сердцевину. Лучи, для которых не выполняется условие полного внутреннего отражения, частично проходят через границу раздела в оболочку.

Рис. 3.2. Конструкция оптического волокна и траектории лучей в нем.

Синус максимально возможного угла падения j в соответствие с рис. 3.2 называют числовой апертурой, NA:

                                                 (3.1.2.2.)

3.1.3 Основные типы волокон

Основным элементом волоконно-оптического  кабеля является волоконный световод или оптическое волокно.  Оптическое волокно – это диэлектрический  волновод, работающий в оптическом диапазоне длин волн и обеспечивающий распространение вдоль него световых сигналов.

Конструктивно оптическое волокно выполняется в виде тонкой стеклянной нити цилиндрической формы  с круглым поперечным сечением и  состоит из сердцевины, одной или  нескольких оболочек и одного или  нескольких защитных покровов        (см. рисунок 3.3).    

Рис. 3.3.  Конструкция ОВ: 1 – сердцевина;

2 – отражающая оболочка; 3 –  защитное покрытие

 

Сердцевина – центральная  область ОВ, через которую передается основная часть оптической мощности сигнала. Оболочка ОВ служит для создания лучших условий отражения на границе раздела сердцевина-оболочка, защиты сердцевины волокна от механических повреждений, а также для защиты от излучения энергии в окружающее пространство и поглощения нежелательного излучения извне.

Каждый элемент конструкции  ОВ характеризуется определенным значением  показателя преломления: сердцевина –  , оболочка – . Для обеспечения направляющих свойств необходимо, чтобы выполнялось условие: > .

Соотношение между  и принято характеризовать относительной разностью показателей преломления, которая определяется по следующему выражению:

                                                        .                                           (3.1.3.1)