Схемы оптоволоконных сетей: FTTx, PON/GPON, звезда, кольцо и дерево

Оптоволоконная сеть — это не просто кабель между двумя точками. Перед монтажом необходимо определить архитектуру доступа, физическую топологию, количество волокон, места установки кроссов и муфт, способ резервирования, а для пассивных сетей — также схему и коэффициенты деления оптических сплиттеров.

В исходных материалах по ВОЛС часто рядом перечисляют FTTx, PON, «звезду», «кольцо» и «дерево». Технически это понятия разных уровней. FTTx описывает, насколько близко оптическое волокно подходит к абоненту. PON или point-to-point определяют архитектуру оптического доступа. Звезда, кольцо, дерево и линейная схема описывают физическую или логическую топологию сети.

Содержание

• Архитектура и топология: в чем разница
• FTTx: FTTN, FTTC, FTTB и FTTH
• Point-to-point: выделенное волокно к абоненту
• PON и GPON: пассивное дерево
• PLC-сплиттер и разветвление кабеля — не одно и то же
• Топология «звезда»
• Кольцевая топология
• Древовидная топология
• Линейная схема и «шина»
• Гибридные схемы
• Что делать с FDDI в современных проектах
• Как проектируют схему ВОЛС
• Оптический бюджет в PON
• Кроссы, муфты и точки распределения
• Резервирование и отказоустойчивость
• Оборудование «Анбик» для построения ВОЛС
• Типичные ошибки
• Пример схемы небольшой FTTH/GPON-сети
• Заключение

Архитектура и топология: в чем разница

При проектировании ВОЛС полезно разделять три уровня:

1. Архитектура доступа. Например, point-to-point или point-to-multipoint PON.
2. Глубина оптического доступа FTTx. Волокно может заканчиваться в узле, шкафу, здании или непосредственно у пользователя.
3. Топология. Звезда, кольцо, дерево, линейная или гибридная схема описывает взаимное расположение и соединение узлов.

Одна сеть может одновременно быть FTTH, использовать GPON и иметь физическую древовидную топологию. Другая может быть FTTB, построенной по point-to-point Ethernet и организованной как звезда.

FTTx: FTTN, FTTC, FTTB и FTTH

FTTx — общее обозначение сетей, в которых оптическое волокно используется хотя бы на части сети доступа.

Архитектура	Где заканчивается оптика	Последний участок
FTTN	В узле сети или распределительном узле	До абонента остается сравнительно длинный участок другой среды передачи
FTTC / FTTCab	В уличном шкафу или точке рядом с группой пользователей	Короткий медный или другой абонентский участок
FTTB	В здании	Разводка по зданию может выполняться медной СКС или другой средой
FTTH	В помещении абонента	Оптическое волокно подходит непосредственно к ONT/ONU или абонентской розетке

Чем ближе волокно подходит к пользователю, тем меньше зависимость последней мили от характеристик медной линии. При этом возрастает количество оптических окончаний, распределительных точек и требования к организации абонентского сегмента.

Point-to-point: выделенное волокно к абоненту

В архитектуре point-to-point между активным узлом и конечной точкой создается выделенный оптический канал. На физическом уровне такая сеть часто напоминает звезду: от центрального кросса или коммутатора отдельные волокна расходятся к пользователям.

                ??? Абонент 1
Коммутатор ? ODF??? Абонент 2
                ??? Абонент 3
                ??? Абонент 4

Преимущества point-to-point:

• простая локализация неисправности;
• каждый абонент получает выделенное волокно;
• отсутствуют потери на пассивном делении мощности;
• удобная индивидуальная модернизация интерфейса.

Недостаток — большее количество волокон, портов активного оборудования и мест коммутации.

PON и GPON: пассивное дерево

PON (Passive Optical Network) — архитектура point-to-multipoint, в которой между центральным активным оборудованием и абонентскими ONT/ONU используются пассивные оптические компоненты. В GPON центральный элемент называется OLT, а распределительная пассивная часть сети — ODN.

OLT ?? ODF ?? магистральное волокно ?? PLC 1×8 ??? ONT 1
                                                ?? ONT 2
                                                ?? ONT 3
                                                ?? ...
                                                ?? ONT 8

Сплиттер не требует электропитания, но деление сигнала сопровождается вносимыми потерями. Поэтому коэффициент деления, каскадирование сплиттеров, длина волокна, сварки и разъемы должны учитываться в оптическом бюджете.

Для PON чаще применяют одномодовое волокно OS2 и разъемы SC/APC, поскольку угловая полировка снижает обратные отражения.

PLC-сплиттер и разветвление кабеля — не одно и то же

Это одно из самых важных различий при чтении схем ВОЛС.

Разветвление кабеля в муфте означает, что многоволоконный кабель физически разделяют на несколько направлений. Например, из 96-волоконного кабеля часть волокон может уйти в один 48-волоконный кабель, а другая часть — в другой. Оптическая мощность внутри каждого отдельного волокна при этом не делится.

96 волокон ?? муфта ?? 48 волокон → район A
                 ????? 48 волокон → район B

PLC-сплиттер получает сигнал на одном оптическом входе и делит его мощность между несколькими выходами:

1 волокно ?? PLC 1×8 ?? 8 оптических выходов

В реальной FTTH-сети оба решения могут использоваться одновременно: муфты формируют кабельные ответвления, а сплиттеры создают пассивное оптическое деление.

Топология «звезда»

В звезде все конечные направления сходятся в центральной точке. В оптической СКС это может быть кросс и коммутатор в серверной. В сетях доступа — центральный узел связи или распределительный шкаф.

Звезда удобна тем, что неисправность одной линии обычно не затрагивает остальные лучи. Недостатком становится концентрация большого количества кабелей и портов в центральном узле.

Кольцевая топология

В кольцевой схеме узлы связаны по замкнутому контуру. Основное преимущество — возможность организовать альтернативное направление передачи при повреждении одного участка, если активное оборудование и протокол поддерживают резервирование.

Узел A ????? Узел B
  ?             ?
  ?             ?
Узел D ????? Узел C

Кольцо характерно прежде всего для транспортных, городских, промышленных и корпоративных сетей. Оно не является обязательной топологией PON: абонентская пассивная сеть обычно строится как дерево, хотя магистраль, подводящая трафик к OLT, может быть зарезервирована кольцом.

Древовидная топология

Дерево удобно для постепенного разветвления сети от магистрали к распределительным и абонентским сегментам. Именно поэтому визуально схема PON чаще всего выглядит древовидной.

Однако дерево может быть двух принципиально разных типов:

• волоконное дерево — в муфтах распределяются отдельные волокна или группы волокон без деления оптической мощности;
• PON-дерево — в распределительных узлах применяются оптические сплиттеры 1:N.

Проектировщик должен четко отмечать на схеме, где находится сварочное разветвление кабеля, а где — PLC-сплиттер.

Линейная схема и «шина»

Топология «шина» часто встречается в учебных классификациях компьютерных сетей. Для современного классического Ethernet на оптике общая пассивная «шина» не является типовой архитектурой, как в старых коаксиальных сетях.

При этом физически линейное размещение узлов встречается в промышленных и транспортных сетях: кабель проходит последовательно вдоль объектов, а в каждой точке часть волокон выводится или устанавливается активный узел. Такая трасса может выглядеть как линия или цепочка, но логическая топология определяется оборудованием и протоколом.

Гибридные схемы

На практике крупные сети почти всегда комбинированные. Например:

• магистраль между узлами — резервированное кольцо;
• от узла до зданий — звезда;
• внутри района FTTH — PON-дерево;
• внутри ЦОД — высокоплотная звезда или spine-leaf с оптическими соединениями.

Поэтому название одной топологии не описывает всю сеть целиком. Проект состоит из нескольких уровней, каждый из которых решает свою задачу.

Что делать с FDDI в современных проектах

В старых классификациях оптических сетей часто упоминается FDDI. Это историческая технология локальных сетей с двойным кольцом. Ее полезно знать как пример отказоустойчивой кольцевой архитектуры, но FDDI не следует ставить в один ряд с современными технологиями доступа FTTH или GPON.

Сегодня кольцевая резервируемая логика реализуется другими Ethernet, транспортными и операторскими технологиями.

Как проектируют схему ВОЛС

Проект оптической сети начинается не с выбора муфты или количества портов кросса. Сначала определяют:

1. Количество конечных точек. Абоненты, здания, шкафы, камеры, базовые станции, серверные.
2. Требуемую пропускную способность. Сегодня и с учетом развития.
3. Дальности. От них зависят тип волокна и оптические интерфейсы.
4. Архитектуру. Point-to-point, PON или смешанная сеть.
5. Резервирование. Нужно ли альтернативное направление или резервные волокна.
6. Количество волокон. Рабочие, резервные и технологический запас.
7. Распределительные узлы. Кроссы, муфты, шкафы, сплиттерные боксы.
8. Оптический бюджет. Особенно для PON.
9. Монтажные и эксплуатационные резервы. Запасы кабеля, кассет и портов.

После этого формируется схема сварок: для каждого волокна указывают, откуда оно приходит, через какие муфты и кроссы проходит и где заканчивается.

Оптический бюджет в PON

В PON нельзя выбирать коэффициент деления только по количеству абонентов. Каждый сплиттер вносит потери, которые суммируются с затуханием волокна, сварками, адаптерами и технологическим запасом.

Упрощенно:

Потери линии = кабель + сварки + разъемы + сплиттер(ы) + запас

Итоговое значение должно укладываться в допустимый бюджет выбранного класса OLT/ONT и технологии PON. При каскадном делении, например 1×2 и затем 1×8, необходимо учитывать оба сплиттера и запас на старение, ремонт и измерительную погрешность.

Кроссы, муфты и точки распределения

Оптический кросс используется для оконцевания кабеля, защиты сварок и коммутации через адаптеры и патч-корды. В серверной обычно применяют стоечные ШКОС, а на распределительных и абонентских участках — настенные ШКОН.

Оптическая муфта защищает сварные соединения в линейной части и позволяет организовать проход, ответвление или восстановление кабеля.

Сплиттерный узел дополнительно содержит PLC-разветвители и используется в PON для деления оптического сигнала.

Не стоит заставлять один корпус выполнять слишком много несовместимых функций. Если кросс одновременно используется как транзитная муфта, распределительный узел и место хранения большого запаса волокна, монтаж и дальнейшее обслуживание быстро усложняются.

Резервирование и отказоустойчивость

Резервирование можно организовать на разных уровнях:

• резервные волокна в кабеле;
• два независимых кабельных маршрута;
• кольцевой магистральный сегмент;
• резервирование OLT и фидерных волокон в специализированных PON-схемах;
• резервное питание активных узлов;
• запасные порты кроссов и сплиттеров.

Дублирование одной и той же трассы двумя кабелями не дает полной физической защиты, если оба кабеля проходят в одной трубе или одном лотке. Для реальной отказоустойчивости маршруты должны быть разнесены там, где это требуется проектом.

Оборудование «Анбик» для построения ВОЛС

RC19 TB-ZIP-SM-9/125-04T-LSZH-IN-3,0-YEL — одномодовый OS2, 4 волокна

Одномодовый кабель 9/125 с плотным буфером и оболочкой LSZH для внутренних оптических соединений. Может применяться в локальных сегментах, внутри узлов и для изготовления оптических шнуров.

RC19 PLC-1×8-3-SC/APC-1 — PLC-сплиттер 1×8 SC/APC

Одномодовый PLC-разветвитель 1×8 на волокне 9/125, рабочий диапазон 1260–1650 нм. Такой компонент используется в пассивных распределительных сетях для деления мощности одного оптического сигнала между несколькими направлениями.

RC19 ШКОС-У-19-1U-24-SC/APC-9/125 — кросс 19 дюймов на 24 порта

Укомплектованный стоечный кросс с 24 пигтейлами SC/APC, адаптерами и КДЗС. Подходит для центральных и распределительных узлов одномодовой сети.

RC19 ШКОН-У-8-SC/APC-9/125 — настенный кросс на 8 портов

Компактный укомплектованный настенный бокс SC/APC для распределительных и абонентских точек FTTH/PON.

RC19 PT-SC/APC-9/125-1 — пигтейл SC/APC OS2

Одномодовый монтажный пигтейл используется для сварочного оконцевания линейного волокна в кроссе или боксе.

RC19 SC-SC-APC-SM — проходной адаптер SC/APC

Пассивный соединитель для коммутации одномодовых SC/APC-коннекторов в кроссах и распределительных устройствах.

Также для линейной части сети необходимы оптические кроссы, патч-корды, КДЗС и оптические муфты. При проектировании PON отдельно рассчитывается количество и схема размещения сплиттеров.

Типичные ошибки

• смешивать понятия FTTx и физической топологии;
• считать обычное ответвление волокон в муфте эквивалентом PLC-делителя;
• выбирать коэффициент PON-деления без расчета оптического бюджета;
• не оставлять резервные волокна и свободные порты;
• создавать слишком сложные транзитные схемы внутри одного кросса;
• не разделять магистральный, распределительный и абонентский уровни;
• обозначать на исполнительной схеме кабель, но не показывать номера волокон и сварок;
• строить резервные линии по одному физическому маршруту;
• использовать разные типы полировки разъемов без проверки совместимости;
• не учитывать будущую модернизацию сети.

Пример схемы небольшой FTTH/GPON-сети

Рассмотрим упрощенный пример распределения на восемь абонентов:

                    Узел связи
                        ?
                       OLT
                        ?
              ШКОС 24×SC/APC
                        ?
                  OS2 фидер
                        ?
                распределительный
                     бокс/муфта
                        ?
                 PLC 1×8 SC/APC
          ?????????????? ... ????????
          ?     ?     ?       ?     ?
        FTTH  FTTH  FTTH    FTTH  FTTH
          ?     ?     ?       ?     ?
        ONT1  ONT2  ONT3    ONT7  ONT8

В центральном узле кабель оконцовывается в стоечном кроссе. В распределительной точке устанавливается сплиттер 1×8. От его выходов прокладываются абонентские волокна к ONT. Для такой схемы заранее рассчитывают оптический бюджет, выбирают строительные длины кабеля, места сварок и технологические запасы.

Заключение

Схема оптоволоконной сети определяется не одним термином. FTTx показывает, насколько далеко волокно доведено до пользователя; point-to-point или PON задают способ организации доступа; звезда, дерево и кольцо описывают топологию отдельных сегментов.

Для надежного проекта важно разделять линейное разветвление кабеля и оптическое деление сигнала, заранее рассчитывать количество волокон и оптический бюджет, выбирать подходящие кроссы и распределительные узлы и оставлять резерв на развитие. В каталоге «Анбик» представлены оптические кабели, кроссы, PLC-сплиттеры, пигтейлы, адаптеры и другие компоненты для построения ВОЛС различной архитектуры.