Поиск неисправностей в линии. Часть 1.

При проектировании сети по технологии PON постоянно ставишь на разные чаши весов оптический бюджет и удобство обслуживания линий связи. Бюджета как говорится много не бывает, поэтому в идеале вся линия от OLT до абонента не содержит никаких соединений, кроме сварных. Но такое не практикуется, представьте себе приходящий кабель зачищается, на волокно клеится разъем и вставляется в SFP порт головного терминала. Я бы очень хотел иметь такое оборудование, с помощью которого можно заново покрыть волокно буферными покрытиями. К тому же оконечить волокно клеевым способом сложно, необходимы специальные инструменты и оборудование: для полировки, для сушки, для оценки качества полировки. Поэтому большинство операторов для строительства сетей использует готовые пигтейлы (отрезок волокна на один конец которого в заводских условиях приклеивается, скалывается, полируется коннектор, и тестируется на потери) и специальные аппараты для сварки оптических волокон. Соединение волокон из кабеля и пигтейлов выполняется внутри кроссов или муфт, которые защищают соединения от повреждений и неблагоприятных факторов, а коммутация с внешними линиями осуществляется через оптические розетки. Таким образом одно разъемное соединение в нашей линии мы уже имеем. Точнее их уже три - два соединения у нас на порту OLT, а второе на входе ONU. Эти соединения по-любому остаются в линии, количество остальных будет зависеть от проектировщика линий связи. В нашей сети, как я уже писал добавляется соединение в муфте, где будет подключаться кабель идущий к абоненту, а также два соединения на делители верхнего уровня - одно на входе и на ответвлении. Таким образом в нашей линии будет шесть разъемных оптических соединений. Типичные потери на таких соединениях по заявлениям производителей составляют 0.5 дБ, а суммарные потери на соединениях в линии составят 3 дБ. На сварных соединениям стандартами приняты максимальные потери в 0.1 дБ, но как правили эта цифра сильно завышена. По измерениям проводимой компанией Fujikura для своих аппаратов средние потери получились в районе 0.01-0.03 дБ, что согласитесь намного меньше расчетных.
Разъемные соединения потенциально являются источником неисправностей и чем их больше в линии, тем вероятность появления ее возрастает. К тому же часть разъемов на верхнем уровне сети влияют на исправную работу многих абонентских устройств. В своей практике часто сталкиваюсь с избыточными потерями на адаптерах. Замена розетки обычно помогает исправить ситуацию.

Планирование распределительной сети. Часть 3.

В сети постоянно попадаются сообщения о довольно жестких требованиях к качеству оптических соединений на сварке и в разъемах для сетей PON. Одни пишут что надо использовать специальные сварочные аппараты, другие - что каждое соединение надо сразу проверять рефлектометром. Так как наша компания является еще и оператором кабельного телевидения, где потери в оптических линиях довольно критичны, то с самого начала строительства линий стараемся не допускать потерь на сварке белее чем 0.03 дБ по показаниям сварочного аппарата.  Но оценка качества сварки аппаратом довольно приблизительная, при реальных измерениях получаются другие цифры. Поэтому также визуально оцениваем сам процесс сварки. Обычно некачественно выполненное соединение видно стразу, это темные пятна или черные точки - "пузыри". Аппарат не всегда правильно оценивает такого рода повреждения, и в таком случае лучше перестраховаться и переварить подозрительный участок.
Исходя из возможных потерь в линии и на соединениях, кстати на соединении через адаптер гораздо больше шансов получить большие потери, чем на сварочном стыке. Одно некачественное соединение может перечеркнуть все идеальные сварки по линии. Ещё хотел бы заметить, что в настоящее время качество приобретаемых пигтейлов и патчкордов довольно случайный параметр. Так и не нашел никакой зависимости качества от цены или от производителя. В основном качество более менее на уровне, но фактор лотереи остается.
Ключевым вопросом при строительстве линии оставался вопрос как выполнять распределение сигнала через делители: вваривать их в линию или использовать для этого адаптеры(оптические розетки)? В первом случае мы снижаем потери в линии за счет уменьшения количества соединений через адаптеры, во втором - можем производить переключения и замену делителей для отведения необходимой мощности в нужном направлении без дополнительных работ на линии. Хотя предусмотреть все возможные варианты распределения сигнала сложно и такая схема скорее больше подходит для соединения шиной. Для добавления абонента в конец линии нужно будет заменить все делители по линии и так далее. Нюансов очень много, сложно принять правильное стратегическое решение. Так что в большинстве случает без работ по сварке волокон не обойтись.
В нашем случае в принципе можно было бы полностью все соединения выполнить методом сварки, так как линия рассчитана на 100% подключение и никаких изменений в распределении сигнала не намечается. Но как было написано ранее, подключение абонентов будет производиться готовым патчкордом, так что соединение через розетку на последнем участке линии становится обязательным условием. Сам делитель по входу соединяется с приходящим волокном через сварное соединение. Для делителя верхнего уровня, который делит луч на основные направления приняли решение полностью выполнить его на разъемах.
Далее объясню с чем это связано. 

Планирование распределительной сети. Часть 2.

На самом деле схемы распределения оптического сигнала в большинстве случаев не применяются в чистом виде. Прежде всего это связано с разнообразными условиями подключения - необходимо учитывать множество факторов в конкретной ситуации: расположения домов, расстояния между группами абонентов, общая протяженность линий и многих других. Так может в начале линии произойти деление на 3, далее шиной два абонента, потом делитель на 16 отводов. В общем вариантов масса, универсального решения на все случаи жизни нет.
Также в схеме подключения учитывается процент подключения абонентов. Для группы домов один оператор может оставить запас мощности на всех абонентов, а другой - на 50-70 процентов, или посчитает что достаточно и 20%, 90% и так далее. Количество предполагаемых подключений зависит от уровня достатка жителей домов, предполагаемой стоимости подключения, сроков окупаемости, наличия конкурентов и инфраструктуры. Так в условиях монополии можно рассчитывать на большой процент подключений, а при входе в район, где уже долго работает другой провайдер количество абонентов скорее всего будет небольшим.
Для своей сети мы решили заложить 100% подключение домов. Такая позиция была основана на том, что было решено полностью построить сеть до абонентских отводов и в дальнейшем выполнять подключение клиентов от ближайшей муфты, не производя никаких дополнительных работ на основной ВОЛС. Для подключения абонента достаточно будет проложить заготовленный патчкорд, либо изготовить на месте используя разъемы для быстрого монтажа. Тем самым подключение абонента сможет выполнить простой монтажник, а не привлекать для этих работ специалистов по сварке оптических волокон. Закладывая меньший процент подключения мы создаем вероятность того, что рано или поздно столкнемся  с нехваткой абонентских отводов в конкретном месте и что потребует выполнения работ по доставке дополнительного сигнала - проварке дополнительных волокон, замене делителей, выделении портов на OLT и других. Конечно невозможно быть уверенным, что линия полностью рассчитана и новых точек подключения не появится, но все таки вероятность такого исхода сильно снижается. Скорее всего до 100% подключения дело не дойдет, но в таком случае мы имеем свой плюс - расширяется полоса пропускания к каждому клиенту в нисходящем и восходящем потоке.

Планирование распределительной сети. Часть 1.

Вся прелесть технологий PON состоит в том, что в распределительной сети отсутствуют узлы с активным оборудованием. Таким образом сразу отпадают сразу несколько проблем: необходимость согласования размещения узла, подключение его к электросети, не надо устанавливать источники бесперебойного питания и обслуживание их, замена оборудования в случае аварии и иметь некоторый резерв такого оборудования. Ну кроме этого еще необходимо выделять сотрудников для выполнения работ на узле, либо несколько увеличить штат работников.
Естественно у PON есть и недостатки, думаю поговорим о них немного попозже, так же думаю что какие то неучтенные проблемы возникнут в ходе строительства и эксплуатации этих линий связи.
При планировании распределительной сети прежде всего возникли пару основных вопроса: как разделять сигнал в линии и каким образом делать ответвления от основной линии. Поясню что имеется в виду, а то вопросы звучат практически одинаково, а смысл вкладывается разный.
Существует несколько основных схем деления сигнала.
Первая, централизованная - это когда из центрального узла до каждого абонента заложено отдельное волокно. Понятно, что это слишком дорогостоящий вариант, так как многоволоконные кабели имеют большую стоимость, также вам необходимо на узле оконечить все волокна от абонентов в оптических кроссах. Сейчас появились модульные кроссы большой емкости, но они представляют из себя довольно большой шкаф, который довольно сложно где то разместить. В случае PON в этом же шкафу устанавливаются оптические делители и сигнал подается к каждому абоненту отдельно. Большой плюс данного подхода заключается в том, что можно наращивать емкость OLT постепенно, по мере подключения абонентов. Данный вариант больше подходит для многоквартирных домов, где длина кабелей получается небольшая, а удобство обслуживания и подключений на порядок облегчается. К тому же уровни сигнала на концах абонентских отводов будут практически идентичными, зависящими только от длины кабеля и неравномерности значений затуханий на отводах делителя.
Второй вариант - это подключение шиной. В этом случае используются делители с неравномерным делением сигнала между отводами. Например, для схемы где на один луч OLT можно подключить 64 ONU, и на первом ответвлении будет 8 абонентов поставить делитель с   отношением сигнала на отводах 12:88. То есть на отвод к абонентам поступит 12 процентов оптической мощности, а дальше по линии пойдет 88 процентов от первоначальной мощности. Почему именно 12? - спросите вы. Потому что приближенно на каждого абонента нам необходимо подать 1/64 сигнала, поступающего от OLT. Или грубо говоря 1,5%, что для первых восьми абонентов на ответвлении составит суммарно 12%. Далее в абонентской линии также установлены делители с различным отношением проходящей/отводящей мощности оптического сигнала. Ну предположим такие: 12:88, 14:86, 17:83, 20:80, 25:75, 33:67 и 50:50.
Преимущество такого решения, как вы уже поняли, в использовании всего одного магистрального волокна по всей линии, то есть снижение затрат на оптический кабель. Также возможно подобрать делители таким образом, что бы получить максимально близкие значения уровня оптического сигнала у каждого абонента. К недостаткам такой схемы можно отнести большое количество номиналов оптических делителей, которые скорее всего будут изготавливать на заказ. Конечно делители довольно надежные устройства, в моей практике было два случая выхода из строя - один не пропускал сигнал с самого начала, а у второго отказал один отвод спустя некоторое время. Какая была причина сказать не могу. Скорее всего вы захотите иметь на складе некоторый запас делителей разных номиналов. Также стоит отметить что неравномерные делители пока изготавливаются методом сварки волокон. При таком изготовлении сложно добиться заданных параметров гашения сигнала между отводами и производитель оставит за собой право на небольшую погрешность. В каскаде таких делителей эти погрешности будут накапливаться и в итоге на выходе мы получим не совсем то, на что рассчитывали.
Третий вариант - звезда. В этом случае в схеме присутствуют точки деления сигнала на несколько направлений. Обычно стараются разместить такую точку в центре распределительной сети, при этом возможно что в обратную сторону от центра также будут идти волокна с частью оптической мощности. Довольно часто эти волокна физически находятся в том же кабеле. Далее сигнал в лучах звезды также может делиться аналогичным образом. Получается даже не звезда, а структура больше похожа на снежинку. Но повторю еще раз - все ее лучи физически могут быть в одном кабеле. Зачем же это нужно? Просто так гораздо проще распределять оптическую мощность используя только несколько номиналов делителей. Например мы в своей сети планируем использовать делители на 2, 4 и 8 отводов с равномерным делением сигнала между отводами. Для примера в одном луче приблизительно по центру кабельной линии находится делитель на 8. Половина отводов идет дальше по улице, а другая половина возвращается назад. На каждой улице каждый из этих отводов может делиться на 8, либо на 2 и потом еще на 4, в зависимости от количества и расположения домов. Таким образом суммарно мы получаем деление каждого луча OLT на 64 абонента (8*8 или 8*2*4).

Сделан выбор в пользу GPON

Читая характеристики оборудования, немногочисленную информацию на сайтах, просматривая некоторые специализированные форумы провайдеров постоянно терзали сомнения: какую технологию использовать в своей сети? Можно сказать что свои плюсы и минусы есть в каждой из них. Для GEPON  плюс в основном был в том, что технология основана на ethernet протоколах и по сути является продолжением линеек оборудования локальных сетей, в следствии чего эта технология в принципе должна быть и дешевле. Отличие GPON в том, что он основан на передаче различных видов информации: ATM ячеек, кадров Ethernet и TDM, упакованных в GEM-кадры. Для передачи траффика ethernet оборудование сначала дробит пакеты на кадры, а на принимающей стороне собирает обратно, то есть возрастает нагрузка на аппаратное обеспечение, которому надо выполнять эту задачу и что в итоге увеличивает стоимость оборудования. Хотя надо отметить, что в последнее время это различие в стоимости не такое уж и существенное.
Но у GPON`а остаются уще пару плюсов. Во первых, полоса пропускания в сторону абонентов увеличена до 2.5 Гбит/сек, а у GEPON полоса одинаковая в каждую сторону - 1.25 Гбит/сек. Во вторых, эффективность использования полосы на физическом уровне - у GPON она составляет 93%, а у конкурента находится на уровне 68-72%, то есть от гигабита остается около 850-900 Мбит/сек, остальные данные составляет различная служебная информация. В третьих, большинство абонентских устройств в GEPON - с портами FastEthernet и лишь некоторые поддерживают скорость в один гигабит, в противоположном лагере практически все устройства оснащены гигабитными портами, что позволяет огласить свое мнимое преимущество перед другими провайдерами :) . Ну и еще повлияло то, что в большинстве опросов народ голосует за GPON, уж не знаю почему.
По стоимости выбирали самый бюджетный вариант, так как повторюсь, вкладывать в неизвестную технологию много денег желания большого не возникало. Из бюджетных решений остановились на компании Dasan Networks, корейском производителе электронного оборудования. Железо уже куплено - OLT и несколько штук ONU (на 2 и 4 порта).

Немного о PON. Часть 3.

В механизмах доставки траффика у GPON и GEPON заложена возможность распределения полосы пропускания - то есть абоненту потребляющему больший траффик выделяется свободная, не используемая другими абонентами полоса пропускания. Явно это довольно сложная технология и не буду говорить как она работает, потому что не знаю. Таким образом при входящем канале в 1 Гбит/сек, всю скорость может получить один абонент, если оператор даст ему такую возможность, а остальные абоненты не пользуются в это время интернетом. Полоса распределяется между всеми абонентами, которые в настоящее время ей пользуются, и только при нехватке скорости общей полосы начинает снижаться скорость к пользователям. Еще раз повторю что также скорость может ограничиваться как со стороны провайдера, так и самим оборудованием PON. 

Немного о PON. Часть 2.

Еще раз хочу напомнить уважаемые читатели, что я не являюсь инженером в области PON, сетевых технологий или волоконной оптики. Всё что знаю в каждой из этих областей основано на личном опыте. Знания я сам понимаю поверхностные, но может быть кому то пригодятся.
Итак, продолжим. Основное отличие между GPON и GEPON состоит в том, что в первом случае используются кадры определенной длины и их передача синхронизирована  - то есть OLT посылает и принимает кадры согласно своим внутренним часам. Так как размер этих кадров строго определен, то в случае передачи большого пакета он разбивается на небольшие кусочки  и передается по частям. Технология GEPON создана на основе Ethernet, когда время и размер передаваемой информации не известен. И если данные от OLT фильтруются ONT по идентификатору, то для восходящего трафика действует такая система: периодически от головного терминала к каждому абонентскому устройству посылается пакет данных, содержащий информацию о том, когда и в течении какого времени OLT готово принимать данные от ONT. Так как длительность передачи данных может изменяться, то отпадает необходимость разбивки пакетов на части. Естественно это не значит что можно передать за раз большой файл, например с любимым фильмом :)  Нет, здесь имеется в виду размер Ethernet пакетов. Хотя в свой промежуток времени ONT может успеть передать несколько пакетов. В любом случае пакет передается целиком. С точки зрения передачи именно ethernet траффика технология GEPON выглядит достаточно привлекательно, тем более количество передаваемых данных постоянно растет с развитием Интернет-сервисов и всё увеличивающихся требований к качеству контента.

Немного о PON. Часть 1.

Честно говоря выбирать то в чём не очень хорошо разбираешься довольно сложно. Тем более я больше технарь, чем компьютерщик. В описании оборудования много красивых слов - igmp snooping, multicast, vlan, 64 абонента на луч и т.д. Ради пополнения своих знаний поискал в интернете описание технологий GPON и GEPON. Хочу сказать что толковую информацию по пассивным сетям довольно сложно найти, в основном попадаются рекламные проспекты с обобщенным описанием. Ну что то вроде того что от OLT к абонентам идет поток на длине волны 1490, а от абонентов - 1310нм. К абонентам идет общий поток кадров в которых присутствует идентификатор ONU (Optical Network Unit) - клиентского устройства, и эти устройства принимают информацию только со своим идентификатором, остальную игнорируют. Также в этом потоке содержится информация для ONU когда им предоставлено время для отправки данных в сторону OLT, то есть от абонента в сеть. Точное соблюдение времени передачи ONU это фактически краеугольный камень работы технологий GPON и GEPON, так как сигнал от множества абонентов собирается в одно волокно, а чувствительный элемент на линейном терминале воспринимает только одну длину волны. То есть если абонентские устройства будут передавать информацию когда им вздумается, то в волокне все их сообщения превратятся в такую кашу, множество сигналов наложатся друг на друга и головное оборудование так ничего и не поймет. Это можно сравнить что вы стоите перед толпой людей и каждый из них вам хочет что то сказать и все они говорят одновременно. В итоге кроме шума и гула голосов вы ничего не разберете. А вот если вы им крикните: "Говорите все по очереди!!! Начинаем с самого левого и по порядку.." Вот тогда вы сможете их всех выслушать, но затратив на это больше времени.

Выбор технологии PON

Следующим вопросом был: какую технологию PON сетей использовать. В настоящее время используются технологии APON, EPON, GPON и GEPON. Первые две мы не рассматриваем, так как они являются устаревшими и не обеспечивающие современные потребности абонентов. Оставался выбор между GPON и GEPON. Обе технологии представлены большим количеством производителей,  продукция которых однако даже в рамках одной технологии не совместима  между собой. Оно и понятно - кому охота вкладываться в разработки, если потом пользоваться будут все и выиграют те, кто сможет дать более низкую цену на оборудование. А так можно привязать к себе потребителя, ведь даже технологически выгодней держать в запасе оборудование одного производителя, а не целый зоопарк на случай возможных отказов. Резервирование по схеме N+1 в любом случае обойдется дешевле чем 1+1. Поэтому выбор производителя фактически связывает с ним ваше предприятие надолго и ставит в зависимость от него.
Как бы то ни было, покупать дорогостоящее решение от именитых вендоров, фактически на обум было страшновато. Мы выбирали практически самое дешевое решение. Кроме того, для пилотного запуска нам нужно было готовое решение, а не модульное. Некоторые производители не выпускают отдноюнитовые OLT (Optical Line Terminal), а только модульные шасси, что тоже сразу исключало их из списка, потому что до удаленного узла, с которого будет подаваться оптический сигнал на частный сектор, от центрального узла у нас ограниченное количество волокон, а они и так каждый на счету.
В общем определился круг доступных производителей, абонентское оборудование можно сказать приблизительно по одной цене у всех компаний.
Остался нерешенным вопрос - GPON или GEPON?

Немного о себе

Доброго времени суток вам, гости моего блога.
Работаю я в компании, предоставляющей населению услуги интернет, в простонародье - интернет-провайдер. В нашем небольшом городе действуют пять провайдеров: три из них (в том числе и наша компания) образовались в самом городе. В последствии самую крупную выкупил МТС, а также две пришедшие в город не так уж давно - Вымпелком и мегамонстр Ростелеком, существующий давно, но получивший ресурсы Центртелекома пару лет назад. Есть еще несколько организаций, предоставляющие интернет организациям и госструктурам. С нами в работе они практически не сталкиваются, поэтому и сведений о них у меня мало.
Подключаем абонентов по классической схеме - волокно до дома. К сожалению, волокно не от центрального узла, а от районного - объединяющего в себе пару десятков домов. Схема сети - звезда.
В течении нескольких лет постепенно, район за районом строилась сеть. Не спеша, не нахрапом, потому как ресурсы для строительства ограничены, да и магистральное и абонентское оборудование проще закупать планомерно.
Как бы то ни было, постепенно была построена сеть во всех многоквартирных домах города. Перед лицом встала проблема выбора технологии подключения абонентов в районах частной застройки, которых территориально можно насчитать в коичестве трех - два райнона приблизительно 150 домохозяйств, а самый большой - около 600. Долго взвешивались различные варианты подкючения абонентов - от размещения узлов на опорах ЛЭП и подключения домов по витой паре, до полностью оптической сети.
Практически сразу пришли к выводу, что к абоненту должен заходить оптический кабель - дабы обезопасить абонентское оборудование (и свои нервные клетки) от последствий гроз.
Осталось определиться по какой схеме организовать доставку траффика - организацией микроузлов на несколько домов, и объединением их в крупный магистральный узел или же использовать оборудование для пассивных оптических сетей. Первый вариант при отказе от узлов трубует использование многоволоконных кабелей - что усложняет монтаж и обслуживание кабельных линий, зато дает возможность использование хорошо изученного и недорогого оборудования. В принципе, мне этот вариант кажется более предпочтительным.
Но и с технологиями PON было желание познакомиться, оценить плюсы и минусы не на бумаге и из рекламных проспектов, а в реальных условиях.