Дослідження мереж доступу за технологією FTTB для надання пакету послуг IPTV

 

 

 

 

 

 

 

Курсова робота

 

 

з курсунові інформаційні технології на тему:

 

«Дослідження  мереж доступу за технологією FTTB для надання пакету послуг IPTV»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2012

 

ЗМІСТ

Вступ

3

  1. Аналіз  технології  FTTx

4

    1. Архітектуратехнології

4

    1. Типипасивнихоптичних мереж

8

    1. Доступні сервіси

9

    1. Порівняння різних технологій доступу

10

  1. Визначення  потреб  клієнта

13

  1. Схема  надання  послуги

14

  1. Схема  покриттяжитлового  комплексу

15

  1. Карта  покриттяжитлового  комплексу

16

  1. Вартість  проекту

17

    1. Вартість обладнання

17

      1. Розрахунок вартості та кількості обладнання на вузлі агрегації, вузлах доступу та в помешканнях

17

      1. Розрахунок обладнання на ділянці від АТС до будинків

18

      1. Розрахунок кількості і довжини кабелів, необхідних для створення мережі

19

      1. Вартість послуг на монтаж та прокладку волоконно-оптичного кабелю

21

      1. Загальна ціна на будівництво мережі

21

    1. Експлуатаційні витрати

21

  1. Обчислення  тарифного  плану

24

  1. Білінг

25

  1. Висновки

27

  1. Перелік посилань

28


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Розробляння одномодового оптичного  волокна з його практично необмеженою  пропускною здатністю, відкрила двері  для масового впровадження магістральних  та міських волоконно-оптичних мереж  типу точка-точка. Використання волоконно-оптичного  кабелю замість мідного кабелю дозволило  суттєво зменшити вартість обладнання та експлуатації і значно збільшило  якість обслуговування (QoS). В даний  час багато корпоративних клієнтів мають доступ до послуг, що надаються  волоконно-оптичними мережами типу точка-точка.

Незважаючи на свої переваги волоконно-оптичні кабелі не використовуються широко на «останній милі», тобто  на ділянці мережі від центрального вузла (СО – centraloffice) до абонента. Через те, що ця ділянка мережі зазвичай мідна, клієнти житлового сектора та малий бізнес обмежені можливостями цифрових абонентських ліній (XDSL) і гібридними волоконно-коаксіальними лініями (HFC). Їх основна альтернатива,– бездротова передача даних прямого мовлення (DBS) – вимагає наявності антени і приймача. Тому застосовувані в даний час технології мають такі недоліки:

  • мають обмежену пропускну здатність, в той час як спостерігається вибуховий попит на зростання пропускної здатності та інші високошвидкісні послуги;
  • використовують різні середовища та обладнання, які вимагають постійного обслуговування;
  • не дозволяють провайдеру надавати одночасно голос, відео, дані та інші високошвидкісні інтерактивні послуги абонентам житлового сектора економічно вигідним способом.

Хоча волоконно-оптичні  кабелі позбавлені всіх цих обмежень, є одна перешкода, яка заважає  надати волоконно-оптичні послуги  безпосередньо в житловий сектор і до малого бізнесу – це висока вартість підключення кожного абонента до СО. Така величезна кількість  з’єднань типу точка-точка вимагало б великої кількості активних компонентів, волоконно-оптичних кабелів  і тим самим мало б надмірну вартість будівництва і експлуатації.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЇFTTx

 

    1. Архітектура технології

Архітектура FTTx (волокно-в-будинок, волокно-в-офіс і т.д.) пропонує привабливе рішення цих проблем. За допомогою FTTx, пасивні оптичні мережі (PON) дозволяють декільком абонентам спільно  використовувати одне підключення, без застосування активних компонентів (тобто компонентів, які створюють  або перетворюють випромінювання за допомогою опто-електро-оптичних перетворень).

Основне (живлюче) волокно  розташовується між оптичним лінійним терміналом (OLT), розташованим на центральному вузлі (СО) і волоконно-розподільчимхабом (FDH), розташованим поблизу від групи  абонентів. У цій точці використовується пасивний розгалужувач  для підключення  до 32 абонентів до одного основного  волокна. Далі кожне абонентське  приміщення забезпечується оптичними  мережевими терміналами (ОNT), які підключається  до гілок розгалужувача. Така архітектура (точка-багато точок) значно зменшує  вартість будівництва, управління та експлуатації.

OLT забезпечує передачу  голосу і даних (прямий потік)  на довжині хвилі 1490 нм, ONT забезпечує  зворотний потік на довжині  хвилі 1310, що дозволяє здійснювати  передачу в обох напрямках  по одному волокну без взаємного  впливу сигналів.

Додатково OLT може бути підключений  до хвильового мультиплексора (WDM) для  спільної передачі відеосигналу з голосом  і даними (послуга три-в-одному) по одному волокну. Передача відеосигналу відбувається тільки в одному напрямку (прямий потік) і зазвичай на довжині  хвилі 1550 нм.

В залежності від вимог  замовника може бути реалізована  різна пропускна здатність. На даний  момент заплановані наступні типові симетричні або асиметричні швидкості 155 МБ/с, 622 МБ/с, 1 ГБ/с і 2,5 ГБ/с. Обраний  протокол базується на режимі асинхронної  передачі (ATM) і називається АТМ-PON. Також можливе застосування інших  протоколів, включаючи Ethernet (EPON).

 

Рис.1.1 Передача послуг «три-в-одному»  по пасивній оптичній мережі

з високою пропускною здатністю

 

Існує багато варіацій архітектури FTTx. Серед них такі як:

  • Fiber-to-the-Cabinet (FTTCab) – волокно в розподільчу шафу;
  • Fiber-to-the-Curb (FTTC) – волокно в колодязь, розподільчу вуличну тумбу, шафу і т.і.;
  • Fiber-to-the-Home (FTTH) – волокно в дім;
  • Fiber-to-the-Premises (FTTP) – волокно в приміщення;
  • Fiber-to-the-Office (FTTO) – волокно в офіс;
  • Fiber-to-the-User (FTTU) – волокно до користувача.

 

Рис.1.2 Типова мережа FTTx

 

Окремо потрібно відзначити концепцію FTTB (FiberToTheBuilding) - організація  розподільчої мережі всередині будівлі.

 

Рис.1.3 Концепція FTTB

 

При використанні варіанту FTTB оптичне волокно заводиться в  будинок, як правило, на цокольний поверх або на горище (що більш економічно ефективно) і підключається до пристрою ONU (OpticalNetworkUnit). На стороні оператора  зв'язку встановлюється термінал оптичної лінії OLT (термінал оптичної лінії). OLT є  первинним пристроєм і визначає параметри обміну трафіку (наприклад, інтервали часу прийому/передачі сигналу) з абонентськими пристроями ONU (або  ОNТ, в разі FTTH).

Подальший розподіл мережі по будинку відбувається по «крученій  парі».

Цей підхід доцільно застосовувати  в разі розгортання мережі в багатоквартирних будинках і бізнес-центрах середнього класу. При використанні концепції FTTB немає необхідності прокладати дорогий  оптичний кабель з великою кількістю  волокон, як при використанні FTTH.

 

 

 

 

 

 

 

Приблизна схема використання технології FTTB+VDSL2+Wi-Fi:

Рис.1.4

 

Інтерес до FTTx збільшився експоненціально:

  • Малий бізнес і абоненти житлового сектора вимагають велику пропускну здатність і більшу кількість послуг.
  • FTTx має велику пропускну здатність оптичного волокна та пропонує велику різноманіття послуг (передачу даних, телефонію, відео) за помірну плату, через те що велика кількість кінцевих користувачів спільно використовують пропускну здатність одного волокна, і тому що все польове обладнання є пасивним.
  • Нові стандарти, які були встановлені ITU та інститутом інженерів електротехніки й електроніки (IEEE) значно поліпшили уніфікованість, ємність, живучість, безпеку і гнучкість PON, відкрили можливість широкомасштабної економії і різкого зниження вартості, які неможливо було уявити до цього.
  • Тепер FTTx пропонується багатьма типами операторів:
    • традиційними операторами місцевого зв'язку (ILЕС) і регіональними операторами Белл;
    • сільськими операторами зв'язку (RLEC);
    • компаніями, що надають комунальні послуги;
    • муніципалітетами і т.д.

Крім того, багато країн  Азії (Китай, Японія, Корея, Сінгапур і  Тайвань), а також Європа в даний  час тестують або впроваджують мережі PON, а комітет 802.3ah Інституту Інженерів  Електротехніки і Електроніки (IEEE) виробляє стандарти для пасивних оптичних мереж на основі Ethernet (EPON).

 

    1. Типи пасивних оптичних мереж

Як показано в табл.1.1, під час використання PON можна  використовувати декілька технологій.

 

Табл.1.1 Характеристики технологій PON

Характеристики

APON/BPON

EPON

GPON

Стандарт

ITU-T G.981.x

IEEE 802.3ah

ITU-T G.984.x

Швидкість передачі (прямий/зворотний  потік), Мбіт/с

155 / 155

622 / 155

622 / 622

1000 / 1000

1244 / 155,622,1244

2488 / 622,1244,2048

Базовий протокол

ATM

Ethernet

SDH

Лінійний код

NRZ

8B/10B

NRZ

Максимальний радіус мережі (ONT-OLT), км

20

20

20

Максимальна кількість абонентських вузлів на одне волокно

32

16

64

Додатки

будь-які

ІР, дані

будь-які

Корекція помилок FEC (ForwardErrorCorrection)

передбачена

-

передбачена

Довжини хвиль прямого/зворотного потоку, нм

1550 / 1310

(1480 / 1310)

1550 / 1310

(1310 / 1310)

1550 / 1310

(1480 / 1310)

Захист даних

шифрування

відкритими

ключами

-

шифрування

відкритими

ключами

Оцінка підтримки голосових  додатків і QoS

висока

низька

висока


    1. Доступні сервіси

 

Рис.1.5 Довжини хвиль і  сервіси в FTTx мережі

 

У табл.1.2 наведені можливі  сервіси, які можуть бути забезпечені  за допомогою PON.

 

Табл.1.2 Послуги, доступні по PON

Послуги

Дані:

  • Високошвидкісний Інтернет
  • Дані корпоративних користувачів
  • Приватні лінії
  • FrameRelay
  • З'єднання ATM
  • Інтерактивні ігри
  • Системи безпеки і моніторингу
  • Майбутні сервіси

POTS (PlainOrdinaryTelephoneSet):

  • Одна або кілька телефонних ліній

Відео:

  • Цифрове і Аналогове широкомовне відео
  • Телебачення високої чіткості (HDTV)
  • Відео-за-запитом (VOD)
  • Інтерактивне ТБ / Платне ТБ

 

 

 

 

 

 

 

    1. Порівняння різних технологій доступу

Рис.1.6 Узагальнена схема поширених технологій доступу

 

Табл.1.3 Характеристики поширених  технологій широкосмугового доступу

Технологія

Пропускна

здатність

(до/від

абонента)

Максимальна протяжність

Індекс

капітальних затрат

(чим менше –  тим краще)

Додаткове проміжне обладнання

Індекс

екологічності

(чим менше –  тим краще)

ADSL2+

24 Мбіт/с/

1,4Мбіт/с

2,4 км

(кручена пара)

1

-

5

VDSL2

100 Мбіт/с/

50 Мбіт/с

0,8 км

(кручена пара)

2

-

6

GPON

2,4 Гбіт/с/

1,25 Гбіт/с

(100Мбіт/с/

50 Мбіт/с

на кожен

з 24 вузлів)

20 км (ОВ)+(спліттер)

12

спліттер

1

P2P/AE

1 Гбіт/с/

1 Гбіт/с

80 км

(ОВ)

15

-

2


Продовження табл.1.3

FTTB+

VDSL2

100 Мбіт/с /

50 Мбіт/с

20 км (ОВ) +

0,5 км

10

віддалений IP DSLAM-mux

3

FTTN+

VDSL2

100 Мбіт/с /

50 Мбіт/с

20 км (ОВ) +

0,5 км

5

у захисному виконанні

4


 

Табл.1.4 Порівняння технологій FTTxза різними показниками

Технологія

Необхідне обладнання

Розподілений/

виділений канал

Рівень складності будівельних  робіт

FTTH

GPON

Комутатор OLT у вузлі зв’язку,спліттер,

ONU-модеми

Розподілений

Високий

GEPON

Комутатор OLT у вузлі зв’язку, ONТ-модеми

Розподілений

Високий

P2P/AE

Ethernet-комутатор, клієнтське  обладнання АЕ

Виділений

Низький/

середній

FTTB

FTTP+

ADSL2

IP DSLAM у вузлі зв’язку, IP DSLAM у віддалених пунктах, клієнтське  обладнання ADSL2+

Виділений

Середній

FTTB+

VDSL2

IP DSLAM у вузлі зв’язку, IP DSLAM у віддаленому пункті, клієнтське  обладнання VDSL2

Виділений

Середній

FTTN

FTTN+

ADSL2

IP DSLAM у вузлі зв’язку, IP DSLAM у віддалених пунктах, клієнтське  обладнання ADSL2+

Виділений

Низький

FTTN+

VDSL2

IP DSLAM у вузлі зв’язку, IP DSLAM у віддаленому пункті, клієнтське  обладнання VDSL2

Виділений

Низький


 

Рис.1.7 Модель мережевої інфраструктури на основі продуктів ZyXEL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. ВИЗНАЧЕННЯ ПОТРЕБ КЛІЄНТА

 

Технологія IPTV (англ. Internet ProtocolTelevision) — цифрове інтерактивне телебачення в мережах передачі даних за протоколом IP, нове покоління телебачення.Доставка контенту до клієнтського обладнання здійснюється по IP-мережі оператора.

Переваги IPTV перед кабельним та супутниковим ТБ:

  • нема потреби в придбанні додаткового дорогого обладнання;
  • не потрібно встановлювати обладнання;
  • зображення DVD якості, стереозвук;
  • можливість запису потокового відео на ПК користувача;
  • інноваційна послуга за доступною ціною.

IPTV функціонує в IP-мережах  на основі наступних протоколів:

  • HTTP — для організації інтерактивних сервісів (таких як користувацьких меню та ін.);
  • RTSP — для керування потоками мовлення;
  • RTP — для передачі потокового відео;
  • IGMP — для управління мультикаст-потоками.

Мовна IPTV-доставкадуже залежить від операцій багатоадресного розсилання. Щоб уникнути розсилання окремих програм окремо взятим користувачам, всі канали, що переглядаються, транслюються для всіх користувачів одночасно. Вони, у свою чергу, роблять вибір відповідно до своїх переваг.Завдяки ресиверу цифрового телебачення (STB) і всім маршрутизаторам, розташованим між джерелом контента і передплатником, можна вступити або залишити гурт багатоадресного розсилання, який відповідає певному мовному потоку.

Мовне IPTV-тестування вимагає емуляції підписчиків, які:

  • виконують запит каналу (вступаючи в групу багатоадресного розсилання), дивляться його певний час, а потім запрошують інший (залишають одну групу, а потім вступають в іншу);
  • швидко перемикають канали.

 

У цьому курсовому проекті  буде розглядатися підключення чотирьох новозведених будівель житлового комплексу «Новопечерські Липки» у Печерському районі до районної АТС та впровадження послуги IPTV по технології FTTB+VDSL2+Wi-fi зі швидкістю до 8 Мбіт/с.

Так як «Новопечерські Липки» – елітний житловий комплекс з відповідними, «елітними», цінами на проживання, то і його мешканці – люди з достатком вище середнього («товстий гаманець»). Тому швидкість доступу до Інтернет апріорі повинна бути не менше 8 Мбіт/с. Також гадаю, що не постане проблема для жителів встановити в кожній квартирі Wi-Fiроутер.Це підвищить комфорт і зробить пересування по домівціта підключення нового обладнання незалежним від дротів.

 

  1. СХЕМА НАДАННЯ ПОСЛУГИ

 

Рис.3.1 Схема підключення  абонентів до вузла агрегації  на АТС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. СХЕМАПОКРИТТЯ ЖИТЛОВОГО КОМПЛЕКСУ

 

Рис.4.1 Схема підключення  будинків до вузла агрегації на АТС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. КАРТА ПОКРИТТЯЖИТЛОВОГО КОМПЛЕКСУ

 

Рис.5.1 Карта покриття житлового  комплексу

 

  1. ВАРТІСТЬ ПРОЕКТУ

 

    1. Вартість обладнання

На АТС у вузлі агрегації  встановлюю один комутатор ЭЛТЕКС MES3124F, що має 20 гігабітних та 4 десяти-гігабітних оптичних портів. Згідно зі схемою (рис.3.1) через оптичний крос (ODF) підключається оптичний магістральний кабель ємністю 48 оптичних волокон. Згідно з картою (рис.5.1), магістральний кабель прокладається у кабельну каналізацію і проходить відстань до житлового комплексу «Новопечерські Липки», яка дорівнює 1,6 км. За допомогою оптичної муфти з магістрального кабелю «розростається» розподільча мережа, в якій відповідно використовується розподільчий кабель. До кожного будинку підводиться3 ОВ. На цокольному поверсі будинку встановлюється ТК шафа, у якій розміщується обладнання вузла доступу(IPDSLAM, оптичний крос,UPS, патч-панель).Від обладнання розходяться кручені париUTP 5-ї категорії по абонентам.

 

      1. Розрахунок вартості та кількості обладнання на вузлі агрегації, вузлах доступу та в помешканнях

 

Табл.6.1 Вартість обладнання

Обладнання

Вартість, грн

ЭЛТЕКСMES3124F

14 280

PlanetVC-2402 - 24-PortADSL2/VDSL2 IPDSLAM

23 404

SFP модуль QSC-SFP3GEW

455

Пігтейл LC-SC 50/125 Duplexмногомод

55,3

Кросоптичний КРС48SCпід 19" стійку

823

Патч-панель 19", 2U, 48 портів RJ-45, категорія 5e, dual IDC

464,36

Шафа монтажна підлогова  EcoLine 16U 600x800x888

3647

Planet VC-230N (Wi-Fi роутер)

1 516

Спліттер D-Link DSL-30CF

40

APC Smart-UPS 750VA/500W

2 770


 

  • На вузлі агрегації один комутатор ЭЛТЕКСMES3124F.

1 ∙ 14 280 = 14 280 грн

  • На кожному комутаторі вузла доступу тільки 24 порти VDSL2, в той час якабонентів у будинку – 150. Кількість DSLAM: 150 / 24 = 6,25. Тобто потрібно 7 DSLAM на 1 будинок. На 4 будинки – 28DSLAM.

28 ∙ 23 404 = 655 312 грн

  • 7 комутаторів доступу стекуються в один. До кожного будинку прокладаю по три ОВ, тому на будівлю потрібно 3SFP (приймач/передавач). На 4 будинки – 12 SFP. Всього буде 12 SFP плюс 12 SFP на вузлі агрегації і дорівнює 24 SFP.

24 ∙ 455 = 10 920 грн

 

  • Кількість пігтейлів дорівнює кількості волокон, які потрібно підключити до активного обладнання, тобто потрібно 24 пігтейли.

24 ∙ 55,3 = 1 327,2 грн

  • 1 ODF на вузлі агрегації та по 1 на кожному вузлі доступу. Всього – 5 штук.

5 ∙ 823 = 4 115 грн

  • Патч-панель має 48 портів. Оскільки у будинку 150 абонентів, то 150 / 48 = 3,125, тобто необхідно 4 патч-панелі на будинок. Всього – 16 штук.

16 ∙ 464,36 = 7 429,76 грн

  • Необхідно 4 шафи (на кожен вузол доступу, де розміщується обладнання).

4 ∙ 3 647 = 14 588 грн

  • У квартирах абонентів буде розташовуватися Wi-Fi роутер та спліттер.

150 ∙ 4 = 600 квартир всього

600 ∙ 1 516 = 909 600 грн

600 ∙ 40 = 24 000 грн

  • До кожного DSLAM повинно підходитиживлення. У кожній ТК шафі встановлюємо по 1 UPS.

4 ∙ 2 770 = 11 080 грн

 

Сумарна вартість обладнання, встановленого на вузлі агрегації, вузлах доступу та в помешканнях  абонентів:

Цобл= 14 280 + 655 312 + 10 920 + 1 327,2 + 4 115 + 7 429,76 + 14 588 +

+ 909 600 + 24 000 + 11 080 = 1 652 651,96 грн

 

Із розрахунку можна зробити  висновок, що значна частина витрат приходиться саме на абонентське  обладнання у помешканнях.

 

      1. Розрахунок обладнання на ділянці від АТС до будинків

У мережі на кабельній ділянці є 1 муфта великої ємності та 2 розподільчі муфти середньої ємності.

 

Табл.6.2 Вартість муфт

Муфта

Вартість, грн

Муфта оптична FIST-GCO2-BC6 тупикова

3524,9

FOSC 400 A4-S24-1-NGN-RU01

1819


 

Згідно зі схемою від магістрального кабелю, за допомогою муфти великої ємності, розходяться 2 розподільчі кабелі. Вони в свою чергу також діляються за допомогою 2 розподільчих муфт.

 

Загальна вартість муфт:

Цмуфт= 3 524,9+1 819 ∙ 2=7162,9 грн

 

 

      1. Розрахунок кількості і довжини кабелів, необхідних для створення мережі

 

Від вузла агрегації до вузлів доступу буде проходити волоконно-оптичний кабель.

 

Табл.6.3 Вартість волоконно-оптичних кабелів

Тип кабелю

Вартість

EcoLight СБ-М(2,7)П- 4х12

10 554,04грн/км

ОКБ-М4П-24В-11.0

42,4грн/м


 

Довжина магістрального кабелю – 1,6 км.

Вартість магістрального кабелю (купується кілометровими  ділянками):

Цмаг.каб = 10 554,04 ∙ 2=21 108,08 грн

 

Довжина розподільчого кабелю:

Рис.6.1

 

Від муфти великої ємності до кожної зрозподільчих муфт довжина розподільчого кабелю сягає 20 м. А від кожної з розподільчих муфт до кожного будинку довжина кабелю буде становити 50 м.

Всього довжина кабелю буде складати :

Дрозп.каб = 2 ∙ 20 + 4 ∙ 50 = 240 м

Вартість розподільчого  кабелю:

Црозп.каб = 240 ∙ 42,4=10176грн

 

Загальна ціна на волоконно-оптичний кабель:

ЦВОК = 21 108,08+10 176 =31284,08 грн

 

 

 

Від вузла доступу мідний кабель буде доходити до кожного абонента.

 

Табл.6.4 Вартість мідних кабелів

Тип кабелю

Вартість

UTP 4x2x0.5cat5е

4,5 грн/м

UTP24x2x0.5cat5е

24,3 грн/м


У кожному будинку маємо 150 квартир. Це, наприклад, 25-поверховий будинок з 6-ьома квартирами на одному поверсі. Висота будівлі становить близько 80 м, діаметр – близько 30м. Кабель проходить майже по осі будинку.

Оскільки на кожному поверсі  у нас по 6 квартир, до кожної поверхової розподільчої коробкипідводимо один  кабельUTPcat5e24x2x0,5, а від РК до абонента –UTPcat 5e 4x2x0.5.

Так як поверхів 25, тоUTP24x2x0,5 буде також 25. До останнього поверху довжина кабелю приблизно дорівнює 75 м. Відстань між поверхами – 3м, тому загальна довжина такого кабелю буде дорівнювати  975м (75 м+

+ 72 м+ 69 м+ ... + 3 м).

Для прокладки кабелю до абонента нам повинно вистачити 10 м кабелюUTP 4x2x0.5. Звідси: 6кв/поверх ∙ 10м/кв=60 м кабеля на поверх. Сумарна довжина кабелю UTP 4x2x0.5: 25 ∙ 60=1500м.

 

Вартість UTP 24x2x0.5cat 5е: 975м ∙ 24,3грн = 23692,5грн.

Вартість UTP 4x2x0.5 cat 5е: 1500м ∙ 4,5грн= 6750грн.

 

Загальна вартість мідних кабелів: (23692,5+6750) ∙ 4 = 121 770 грн на 4 будинки.

Дослідження мереж доступу за технологією FTTB для надання пакету послуг IPTV