UNUVERZITET U TUZLIFAKLTET ELEKTROTEHNIKE TUZLA

ODSJEK ZA KOMUNIKACIJE

INTEGRACIJA OPTIČKIH PRISTUPNIH MREŽA SA POSTOJEĆIM TEHNOLOGIJAMA U PRISTUPNIM

MREŽAMA

Enver Husičić dipl.ing.

• Optičko vlakno – medij za prenos signala• Prednosti u primjeni u odnosu na bakarne kablove

– Značajno manja težina i dimenzije optičkih kablova što u mnogome smanjuje troškove njihove ugradnje.

– Cijena samih kablova je značajno manja od bakarnih za iste prenosne kapacitete.

– Kapaciteti prenosa su, od početnih 155 Mb/s i 620 Mb/s, do današnjih 2,5 Gb/s pa čak i do 10Gb/s, krajnji kapacitet je teoretski veoma visok

– Neelektrična konekcija, nema opasnosti od električnog udara za korisnike sistema.

– Nepostojanje elektromagnetne interferencije dozvoljava upotrebu optičkih kablova u sredinama sa jakim električnim poljima.

– Regeneratorske dionice su tipično 40 Km, a ima primjera dionica dužine preko 100 Km.

– Bolja sigurnost- privatnost-lako se detektuje neovlašten pristup u kablove

• Ograničenja ( poteškoće) u primjeni– Spajanje vlakana: obzirom da se isto radi fuzijom (topljenjem)

krajeva vlakna pri čemu se ne ostvaruje idealan spoj koji unese određeno slabljenje, mora se voditi računa o broju spojeva na jednoj dionici.

– Mora se voditi računa o radijusu savijanja vlakna– Razvoj standarda: standardi su razvijeni brzo, ali usaglašavanje

njihove primjene je teklo sporije.– Do skoro nisu bili razvijeni optički pojačavači tako da se za

postizanje većih dometa morala raditi optičko-električna konverzija što je postizanje većih dometa činilo skupim.

– Staklo je osjetljivo na Gama zračenje te se optički kablovi ne mogu koristiti za komunikacije u nuklearnim postrojenjima.

– Staklo je osjetljivo i na jako električno polje. Pri naponima preko 30 KV dolazi do promjene boje , a time i povećanja slabljenje za prenos svjetlosti.

– Kod primjene optičkih kablova za podmorske veze mora se voditi računa o kvalitetnim konstruktivnim osobinama

• Parametri vlakna– Prečnik polja moda– Jačina polja na kraju vlakna– Slabljenje vlakna (podužno)– Granična talasna dužina– Disperzija

• Borba za smanjenje slabljenje i disperzije različitim tehnologijama proizvodnje vlakna kao i postizanjem nulte disperzije signala u okviru propusnog opsega

• Standardi– ITU-T G.652 a,b (IEC 60793-2-50 B 1.1) vlakno sa

nepomjerenom disperzijom, konvencionalno vlakno– ITU-T G.652 c,d (IEC 60793-2-50 B 1.3) vlakno sa niskim

vodenim grebenom i nepomjerenom disperzijom– ITU-T G.653 a,b (IEC 60793-2-50 B 2) vlakno sa pomjerenom

disperzijom– ITU-T G.654 a,b,c (IEC 60793-2-50 B 1.2) vlakno sa

minimiziranom vrijednošću slabljenjana 1550 nm– ITU-T G.655 a,b,c (IEC 60793-2-50 B 4) vlakno sa pomjerenom

nenultom disperzijom– ITU-T G.656 – vlakno sa NZD za širokopojasni optički prenos

• Pored optičkih vlakana sastavni dijelovi optičkih mreža – Izvori optičkog signala: LE diode; Laserske diode– Detektori optičkog signala: Foto diode– Pasivni elementi-djelioci signala – spliteri

• Tipični omjer dijeljenja za PON mreže je 1:16, 1:32 sa tendencijom na 1:64

• Ravnomjernost slabljenja u cijelom opsegu• Uneseno slabljenje• Parametri sa kojima se mora računati prilikom projektovanja

ukupnog budžeta snage signala u jednoj PON sekciji– AWG ruteri

• Elementi za efikasnije iskorištenej PON mreža,• Manipulacija sa više signala različitih talasnih dužina• Primjenivo za napredne aplikacije u PON mrežama rutiranjem

talasnih dužina– Konektori

• Lagana manipulacija sa elementima mreže, prikladno održavanje sistema

– Instalaciona vlakna• Za unutrašnje instalacije se koriste vlakna koja imaju manje

slabljenje zbog savijanja od klasičnih vlakana.

• U tradicionalnim mrežama Prva milja ( poslednja milja) je dio mreže koje doživljava radikalne promjene jer postojeća rješenja sve teže zadovoljavaju potrebe za propusnošću.

• Tipični servisi i zahtjevana propusnost je data na slici• 40 – 100 Mb/s je propusnost koja danas zadovoljava i zahtjevne

korisnike

• Digitalna pretplatnička linija DSL je tehnologija koja je znatno produžila vijek mrežama sa bakarnim kablovima.– Brzina prenosa i domet DSL linija je ograničena fizičkim i

električnim parametrima parice kao i diskontinuitetima na samoj liniji što sve skupa utječe na kvalitet signala

– Maksimalna iskoristivost se postiže znatnim smanjenjem dužine pretplatničkog kabla i prenosom po VDSL tehnologiji

• U mrežama kabl operatera u upotrebi je Kablovski modem čijim uvođenjem su značajno poboljšane karakteristike mreža sa koaksijalnim kablovima.

• Mreže sa kabl modemima imaju dosta sličnosti sa PON mrežama sa spliterima iako koriste različite medije za prenos– P2MP konfiguracija mreže– DOCSIS standardi

• Prva milja u bežičnim pristupnim mrežama je radio veza i time su realizovane– mobilne mreže

• Prenos govora, Prenos podataka

– Lokalne mreže-mreže Wi-Fi pristupnih tačaka za povezivanje Inteligentnih terminala na mrežu

– Wi-Max mreže za fiksni i mobilni pristup za veća rastojanja

Lokalne petlje koje koriste optičko vlakno za pristupne konekcije korisnika servisa na mrežu operatera su optičke pristupne mreže– FTTX- ovisno o tome koliko duboko u mreži prema korisniku

servisa je postavljeno optičko vlakno

Generalna podjela– P2P- veza tačka-tačka– P2MP- veza tačka-više tačaka– Pasivna mreža-nema aktivnih komponenti između CO i

korisničke opreme

Primjenom splitera u pasivnoj optičkoj mreži se postiže– Raspodjela troškova i ukupnog propusnog opsega OLT-a

između ONU jedinica– Smanjenje ukupne dužine vlakana u mreži– Prilagođenje šema dijeljenja (1:N) rasporedu korisnika u

prostoru – Ako želimo koristiti veći stepen dijeljenja moramo računati sa

većom osjetljivošću na degradacije kao i manji opseg po korisniku

– Optimalan stepen dijeljenja je 1: 40

Principijelna šema TDM PON mreže podržava

-TDM način rada – uz primjenu splitera-WDM način rada – uz primjenu WDM multipleksera – skuplje rješenje

Standardna TDM struktura mreže

-Konfiguracija primjenjiva za APON,EPON,G-PON tehnologije-Veza “jedan prema svima” i “svi prema jednome”-Dvije ONU jedinice ne komuniciraju međusobno na optičkom nivou-Rad u režimu “master” (OLT) -”klient” (ONU)

Pored prenosa servisa na 1,3 µm i 1,49 µm, primjenjiv je jednostavan princip distribucije TV signala na 1,55 µm na istoj pasivnoj infrastrukturi

Tehnologije za prenos servisa u pasivnim optičkim mrežama su APON (BPON), G-PON i E-PON

• APON je ATM baziran prenos u PON mrežama• Preporuka ITU-T G.983.1

– kombinacije brzina za APON sisteme.

• Originalni APON je definisao opseg 1300 nm za odlazni i 1500 nm za dolazni prenos. Usvojena je gruba WDM(CWDM) podjela talasnih dužina na ovim opsezima

• G-PON tehnologija omogućava prenos po jednom ili dva vlakna, uz bitske brzine – Dolazne(downstream): 1244,16/2488,32 Mb/s– Odlazne(Upstream): 155,52/622,08/1244,16/2488,32 Mb/s– Za veće brzine potrebni su snažniji izvori sgnala i osjetljiviji

prijemnici– Fizički domet i odnos dijeljenja definisani kao 20 km i 1:32– U preporuci G.984.2, specificirn je maksimalni logički domet od

60 km i odnos dijeljenja do 1:128 računajući na budući razvoj tehnologija

– Podržan je prenos signala 8 kHz od OLT-a do ONU-a i dodatnog referentnog signala od 1 kHz što omogućava kompatibilnost sa TDM baziranim servisima

• EPON je tehnologija prenosa u PON mrežama na bazi Ethernet protokola

• EPON standard definiše minimalni odnos dijeljenja od 1:16• EPON definiše dva različita dometa, 10 km i 20 km.• EPON takođe koristi plan talasnih dužina opisan u ITU-G.983.3.• Osobine ONU jedinice su skoro iste za domet 10 i 20 km. Više se

promjena dešava na OLT-u kada se razdaljina prenosa povećava sa 10 na 20 km. Ovim se omogućava da korisnik koristi isti ONU ako se povećava rastojanje

• EPON je definisao simetričnu propusnost od 1 Gb/s u oba smjera

• Usporedba G-PON i E-PON– Na primjeru 1:32 dijeljenja u pasivnoj mreži, EPON sistem

može ponuditi prosječne bitske brzine od 31,25 Mb/s po jednoj ONU jedinici u oba smjera

– G-PON sa simetričnim brzinama od 2488 Mb/s može ponuditi 77,75 Mb/s po svakoj ONU.

– Ova analiza daje prednost G-PON sistemima.

• Bolja funkcionalnost PON mreža se postiže korištenem naprednih rješenja koja omogućavaju postizanje bolje ekonomičnosti sa povećanjem dometa iznad 20 km te podržavajući veće odnose dijeljenja snage 1:64 ili 1:128

• To se postiže uvođenjem pojačavača u mreži za obezbjeđenje neophodna snaga signala

• Alternativa za proširenje mogućnosti PON mreža , pored korištenja pojačavača je i uvođenje struktura WDM-PON.

• Osnova WDM-PON mreže je WDM sprežnik (prespojnik) koji zamjenjuje splitere na mjestu udaljene jedinice.

• Na jednoj infrastrukturi je moguće uraditi više logičkih PON sistema po različitim talasnim dužinama.

• Postignuta skalabilnost mreže

• Spomenute tehnologije su sazrele u svakom pogledu i one su omogućile da gradnja optičkih pristupnih mreža krene u cijelom svijetu

• Početni troškovi za izgradnju mreža su značajni te je neophodno naći puteve migracije sa bakra na vlakno koji će garantovati punu iskoristivost ulaganja.

• Kada se izgradi optička mreža treba računati da ista u budućnosti mora obezbijediti– veći nivo dijeljenja (>64)– veće brzine(>1 Gbps)– veću propusnost po korisniku (>100 Mbps)– dvosmjerni prenos, simetrična brzina podataka, pristup po

jednom vlaknu– veći domet (>20 km)– zadržati pasivnost– jednostavnu nadgradnju,centralizovano upravljanje– dinamička dodjela resursa, .........

• Prepreke za izgradnju pristupa sa gigabitnim brzinama i sa dostupnim tehnologijama nisu tehničke nego ekonomske prirode

• Izgradnjom širokopojasnih mreža operatori nastoje kompenzirati smanjenje prihoda od tradicionalnih fiksnih telekomunikacionih mreža i sigurno je da porast mrežnih kapaciteta može generisati porast prihoda

• Računajući na navike korisnika koj nisu spremni linearno više platiti za propusnost, ukupni prihod raste sporije od rasta propusnosti

• Dakle, rješenje je razvijati nove servise koji će navesti korisnike na trošenje, kao i na konstantno smanjivanje cijene propusnosti u okviru mreža

• Pravac za postizanje manje cijene propusnosti je da se reducira brojnost opreme u mreži, odnosno postići jednostavnost mreže u toploškom smislu

• Kod izgradnje , kapitalni troškovi različitih konfiguracija mreža, koje opslužuju N korisnika, uzimajući u obzir samo optičke komponente, mogu se predstaviti izrazom

CAPEX= OLT + MUX+ N x ONU + Korisnička mreža + Distributivna mreža+Spojevi

Cijena optičkog kabla, uključujući i pretplatnički i distributivni se računa koristeći model koji pokazuje kako se cijena po vlaknu smanjuje ako se broj vlakana u kablu povećava.

• Vidljivo je da je P2P mreža znatno skuplja od P2M mreže, troškovi su direktno zavisni od broja korisnika jer za svakog treba najmanje jedno vlakno.

• Sa trenutnim cijenama TDM PON je najpovoljnija varijanta u slučaju za izgradnju FTTH sistema kad su u pitanju kapitalna ulaganja.

• Ove druge mreže će imati manju cijenu kada se postigne razvoj optičkih komponenti takav da njihova primjena u komercijalne svrhe bude isplativa.

• Obzirom da su dostupne različite tehnologije i konfiguracije mreža na neki način je otvorena utakmica između P2P Etheren, GPON i

EPON rješenja• Aregumentacija za implementaciju PON (P2MP) mreža je:

– Kod kapitalnih ulaganja potrebna je manje optičkih kablova te manji broj aktivne opreme

– Kod operativnih troškova je bitno što nema aktivne opreme u prostoru mreže, potrebno je manje prostora za smještaj opreme na centralnoj lokaciji(CO), te je manja potrošnja energije.

• Argumentacija protiv ugradnje PON (P2MP) mreža je:– Kod kapitalnih ulaganja je problem zajedničkog korištenja

dolazne (download) veze, te asimetrična podjela propusnog opsega što ograničava broj i vrstu servisa.

– Kod operativnih troškova se javljaju teškoće u slučaju potrebe dijeljenja infrastrukture te je složenija lokalizacija i otklanjanje kvarova. Takođe ne podržava postojeće ISDN korisnike a treba računati i sa cijenom ONT uređaja.

• Argumentacija za ugradnju FTTH P2P mreža je:– dugoročno rješenje u kontekstu kapitalnih ulaganja– sa aspekta OPEX-a nema aktivne opreme u distributivnim

ormarima, jednostavnije je proširiti propusni oseg, postoji mogućnost dijeljenja infrastrukture (unbundling).

• Argumentacija protiv FTTH P2P mreža je:– sa aspekta CAPEX-a su veća ulaganja u optičke kablove, veći je

broj mrežnih interfejsa.– sa aspekta OPEX-a je potreban veći prostor za ugradnju opreme

na CO lokacijama, veća potrošnja energije, potreban veći prostor za smještaj optičkih razdjelnika.

Iz navedenih razloga se nameće zaključak da će svaki operator imati svoj scenarij implementacije optičkih mreža u pristupu, ovisno o stepenu dosadašnje implementacije optičkih kablova, Dakle , primjenjiva su i FTTH P2P i FTTH PON rješenja, uz balansiranje CAPEX i OPEX parametara

• Pristupna mreža u BH Telecomu je izgrađena kao mreža bakarnih kablova u fiksnoj i kao mreža baznih radio stanica u mobilnoj mreži.

• Izgrađena je i mreža Wi-Fi pristupnih tačaka za bežični pristup internet mreži ( manja gustina –hoteli, tržni centri, fakulteti...)

• Bazne stanice u mobilnoj mreži su povezane radio linkovima i optičkim linkovima na transportnu mrežu.

• Wi-Fi pristupne tačke su povezane sa DSL tehnolgijom na agregacijsku mrežu.

• Zbog naraslih potreba za propusnošću nameće se primjena različitih tehnologija u pristupnim mrežama, pa tako i optičkih kablova.

Na primjeru izgradnje bakarnih pristupnih mreža u BH Telecomu postignuta je slijedeća struktura troškova izgradnje

• Troškovi građevinskih radova su nezaobilazni bez obzira koja se tehnologija koristila u pristupnim mrežama.

• Do svakog korisnika se mora izgraditi trasa sa pripadajućim elementima bez obzira na topologiju mreže.

• Ukupni troškovi će u konačnici zavisiti od vrste primijenjenih kablova i načina umrežavanja, odnosno od topologije pristupne mreže.

• U ruralnim mjestima pristupne mreže su izgrađene tako da je, pored mreže bakarnih kablova,izgrađena cijevna distributivna kanalizacija postavljena do svakog individualnog stambenog objekta, a u urbanim naseljima do kolektivnih stambenih objekata,

• Svaka ova situacije može posebno diktirati tehničko rješenje za uvođenje optičkih kablova (FTTH ili FTTB), sa aspekta troškova koji će tom prilikom nastati.

• Kada se posmatraju već izgrađene mreže, činjenica je da je kompletna mreža BH Telecoma, sa aspekta implementacije optičkih kablova gledajući prema korisničkoj lokaciji , tipa FTTN- optika do čvorišta.

• Ugradnja kablova sa bakarnim provodnicima je aktuelna još uvijek na mjestima gdje nije do kraja izvršena decentralizacija mreže u smislu izgradnje gušće mreže krajnjih čvorišta, odnosno gdje nije izvršeno skraćivanje skraćivanje bakarne parice na prosječnih 800 m

• Na znatnom broju pristupnih mreža je postignut povoljan odnos dužine posljednje milje prema postojećoj ponudi servisa tako da sa tog aspekta nije upitno postizanje povećanja broja korisnika (širokopojasni pristup internetu)

• Ima situacja gdje pristupna mreža ne zadovoljava osnovne parametre za kvalitetnu DSL konekciju

• Otežan je masovan prelazak na distribuciju zahtjevnijih servisa koji traže veću propusnost (distribucija video sadržaja....)

• Moguća su dva scenarija prelaska sa bakarnih na optičke pristupne mreže:– postepena zamjena bakarnih kablova optičkim kablovima

• Kod postepene zamjene se podrazumijava ugradnja optičkih kablova za konkretne slučajeve naraslih potreba za propusnošću.

• Ovdje se mora voditi računa o tome da će u nekom periodu koegzistirati bakarna i optička pristupna mreža u domenu jednog čvorišta što postavlja dodatne zahtjeve za eksploatacijom i održavanjem mreže.

• Isto će se desiti i na CO lokaciji (čvorište) gdje se uvodi dodatna oprema za uvezivanje i dovođenje u funkciju optičke pristupne mreže

• Stohastički raspored korisnika u mreži• Primjer umrežavanje velikih korisnika

– Za ove slučajeve je P2P konfiguracija je podesna kao rješenje jer se u startu maksimalno može odgovoriti na zahtjev korisnika.

– Porastom broja zahtjeva se mora voditi računa o budućoj topologiji i neophodno je isprojektovati strukturu optičke mreže tako da se u konačnici svi korisnici mogu prebaciti na optički kabl a da se postigne prihvatljiva cijena migracije.

– kompletna zamjena bakarnih kablova sa optičkim kablovima• Kod scenarija potpune zamjene bakarnih kablova sa

optičkim kablovima, u početku je neophodno uraditi kompletnu analizu mogućih korisničkih zahtjeva te odabrati tehničko-tehnološko rješenje u skaldu sa istim.

• Ovdje se računa sa većim početnim troškovima ulaganja, a kasnije sa manjim troškovima eksploatacije i održavanja.

• U svakom slučaju treba voditi računa o interfejsima prema preostaloj mreži (jezgro,transport)kako bi se postigla puna funkcionalnost optičkih pristupnih mreža.

• U slučaju kada se gradi optička mreže na neizgrađenoj lokaciji, potrebno je optimiziranje uticaja svih faktora koji učestvuju u strukturi troškova izgradnje.

• Važno je pravilno razumijevanje udjela svake stavke u troškovima i raditi na uštedi po istima.

• tipičan raspored troškova za izgradnju FTTH mreža na novim lokacijama

Zaključna razmatranja

• Za uspješnu izgradnju optičkih pristupnih mreža neophodno je voditi računa o nekoliko stvari

• Procjenom stanja postojećih mreža neophodno je provjeriti stanje kompletne infrastrukture sa ciljem donošenja kvalitetne odluke o izgradnji optičke pristupne mreže.

• Potrebno je sagledati stanje opreme i prostora na CO lokacijama, potrebe za resursima napajanja te stanje bakarne i optičke mreže.

• Veoma važan korak je odrediti se koji servisi i paketi servisa će biti ponuđeni kroz mrežu.

• Ovo će prije svega zavisiti od konkretnih zahtjeva tržišta, ponude konkurentskih operatera te raspoloživih sredstava za investiranje.

• Takođe se mora voditi računa da se kroz mrežu mogu ponuditi i budući servisi. Početno odlučivanje o ponudi servisa direktno utiče na oblik buduće optičke pristupne mreže.

• Kada se odredi paleta servisa za nuđenje kroz optičku pristupnu mrežu, tada se mora odlučiti koja je to širokopojasna tehnologija koja će omogućiti isporuku odabranih servisa.Takođe se mora voditi računa o porastu broja korisnika – skalabilnost mreže

• Balans između kapitalnih troškova ulaganja i operativnih troškova se mora postići usvajanjem optimalne topologije same mreže vlakana.

• Suština je pozicionirati tačke u mreži na kojima se mijenja brzina prenosa, vrsta protokola i medij za prenos informacija. Ovime se definiše do koje tačke će biti postavljeno optičko vlakno gledajući ka korisničkoj lokaciji

• Kapitalna ulaganja će u velikoj mjeri zavisiti od kompleksnosti same mreže, dinamičkog plana izgradnje kao i broja korisnika koji će biti odmah priključeni na mrežu.

• Operativni troškovi održavanja mreže će zavisiti od same topologije mreže, tj.koja je FTTx topologija primijenjena, te od spremnosti osoblja koje će raditi na održavanju i eksploataciji mreže.

• Kapitalni i operativni troškovi direktno utiču jedni na druge tako da smanjenje jednih povećava druge i obrnuto.

• Cilj je naći balans između istih.