Optické přístupové sítě

Základní přehled a uvedení do problematiky optických přístupových sítí.

Realizace přístupu k telekomunikačním službám pomocí optického vlákna je aktuální vzhledem k požadovaným přenosovým rychlostem do koncových bodů sítě, které dosahují u velkých zákazníků až stovky Mbit/s. V těchto případech ani použití jiného přenosového média není reálné. Mluvíme pak o optických přístupových sítích OAN (Optical Access Network).

Optická vlákna je výhodné přivést až k velkým zákazníkům buď tak, že tvoří součást vyšší úrovně přístupové sítě nebo separátním optickým spojem. V mnohých případech jsou již dnes někteří uživatelé připojeni takovým způsobem především v metropolitních sítích, hlavně strategičtí (business) zákazníci a obchodní centra. V další fázi je očekávat také v přístupových sítích vytvoření optické vrstvy sítě s optickými zesilovači a dalšími aktivními prvky v podobě:

• zesilovacích modulů vestavěných do síťových produktů, jako jsou digitální přepínače a SDH multiplexory,
• systémů s vlnovým dělením DWDM obsahujících transpondéry, DWDM multiplexory, optické přepojovače (cross-connect).

Uspořádání optické přístupové sítě

Pronikání optických technologií do přístupových sítí se děje v první fázi přes vyšší úroveň vedoucí k distribučnímu uzlu. S ohledem na topologii existuje několik variant instalace optického vlákna v této sekci:

• aktivní hvězda (jednotlivé optické trasy ukončené v distribučním uzlu)
• kruh (SDH kruhová síť)
• pasivní optická síť (PON)

Základními funkčními celky optických přístupových sítí jsou :

• optické linkové zakončení (OLT), zajišťující funkce síťového rozhraní mezi přístupovou sítí a sítěmi telekomunikačních služeb,
• optická distribuční síť (ODN), což je soubor optických přenosových prostředků mezi OLT a jednotkami ONU,
• optické ukončující jednotky (ONU), zabezpečující funkce účastnického rozhraní mezi koncovými zařízeními účastníků a přístupovou sítí. Dále může navazovat síťové zakončení NT.

Uspořádání těchto jednotek v rámci přístupové sítě je vidět na obrázku.

Podle způsobu umístění ukončujících jednotek ONU optických přístupových sítí a způsobu jejich provedení, tj. podle toho, kde je v síti optické vlákno ukončeno, se rozlišují různé typy optických přístupových sítí OAN, z nichž jako základní jsou obvykle uváděny :

• FTTC (Fibre to the Curb), které přivádějí optická vlákna k účastnickému rozváděči, k němuž jsou koncové body sítě připojeny metalickými kabely,
• FTTB (Fibre to the Building), které přivádějí optická vlákna až do budov účastníků, kteří jsou připojování pomocí vnitřních účastnických rozvodů,
• FTTO (Fibre to the Office), u kterých jsou optická vlákna zavedena do prostor důležitých zákazníků s velkými nároky na přenosovou kapacitu,
• FTTH (Fibre to the Home), u kterých jsou optická vlákna zavedena až ke koncovým bodům sítě, tj. až na účastnické zásuvky.

Systémy FTTC a FTTB se prakticky od sebe liší jen provedením skříní pro umístění koncového zařízení účastnického systému. Zařízení systémů FTTC jsou navrhována pro umístění na volném prostranství, což mimo jiné znamená i zvýšené požadavky na klimatickou odolnost. Zařízení obou koncepcí FTTC a FTTB lze v jedné síti kombinovat.

Specifika přenosu optického signálu v přístupové síti

Transportní funkce přístupových sítí musí poskytovat duplexní přenosové prostředí. Signály pro oba směry přenosu mohou být v přístupových sítí přenášeny:

simplexně s dělením SDM (Space Division Multiplexing), tj. pro každý směr přenosu je použito jedno vlákno,

duplexně s dělením WDM (Wavelength Division Multiplexing), kdy jsou signály přenášeny po jednom vláknu, jeden směr v oblasti 1310 nm a druhý v oblasti 1550 nm,

duplexně s dělením FDM (Frequency Division Multiplexing), kdy jsou signály v obou směrech přenášeny po jednom vláknu v jedné oblasti vlnových délek a směry přenosu jsou odděleny kmitočtově.

Nejčastěji je přenosové médium sdíleno celou řadou účastníků, kdy se může při vytváření linkových signálů přenášených v sestupném směru (downstreem) od OLT k jednotlivým jednotkám ONU používat skupinování s časovým dělením TDM nebo s dělením kmitočtovým, označovaným v těchto aplikacích ne FDM, ale SCM (SubCarrier Multiplexing). Obdobně ve vzestupném směru (upstreem) od jednotlivých jednotek ONU k OLT je přístup buď s časovým dělením TDMA, nebo s kmitočtovým dělením SCMA. Možné jsou i kombinace uvedených způsobů, tj. např. uspořádání TDM/SCMA nebo SCM/TDMA.

Důležitým aspektem, určujícím charakter přístupové sítě, je převažující typ přenosových traktů využívaných v distribuční části sítě:

• bod-bod PTP (Point-to-Point), např. jednotlivé SDH trakty
• mnohabodové PTM (Point-to-Multipoint), např. pasivní optická síť.

Mnohabodová optická distribuční síť ODN umožňuje pomocí pasivních nebo i aktivních rozbočovacích prvků, tzv. splitterů, rozdělit signály přenášené jedním vláknem z optického linkového zakončení OLT ústředny nebo vydělovacího zařízení ADM primární části přístupové sítě do více vzdálených jednotek ONU a sdružovat a transportovat signály i v obráceném směru z ONU do OLT.

Podle provedení optických rozbočovačů a jednotek OLT a ONU mohou být mnohabodové optické přístupové sítě OAN principiálně uspořádány dvěma základními způsoby :

• aktivní přístupová síť AON (Active Optical Network), která s využitím aktivních síťových prvků propojuje ukončující jednotky ONU přes terminál OLT na centra telekomunikačních služeb.
• pasivní přístupová síť PON (Passive Optical Network).

Pasivní optické přístupové sítě

Distribuci signálu k účastníkům zajišťují pasivní rozbočovače (splitter), který ovšem pracuje i v opačném směru (slučuje signály od účastníků). Rozbočovač pouze rozdělí optický signál do požadovaného počtu dílčích směrů, neprovádí zesilování ani jiné úpravy. Každá účastnická ukončující jednotka ONU obdrží kompletní multiplexovaný signál od linkového zakončení OLT a vybere z něj pouze jí příslušející kanál.

Základní topologie pasivních optických distribučních sítí ODN jsou následující :

• jednostupňová hvězda,
• dvoustupňová hvězda,
• sběrnice,
• kruh.

Každá z uvedených topologií má své výhody i nevýhody jak z hlediska investičního, tak i provozního hlediska. Uvedené základní topologie lze různě kombinovat, samozřejmě při respektování vlastností optických rozhraní použitých jednotek OLT a ONU.

Při návrhu topologie sítě ODN je limitujícím faktorem maximálně přípustná délka optické cesty mezi OLT a nejvzdálenější ONU. Metodologie návrhu sítě ODN vychází z překlenutelného útlumu optických rozhraní jednotek OLT a ONU a zohledňuje typy a počty splitterů, spojek, konektorů a vlastnosti použitého optického vlákna. Důsledkem různých vzdáleností mezi OLT a jednotkou ONU jsou různé i útlumy příslušných vláken. Proto se provádí vyrovnávání optických výkonů v síti.

Dalšími limitujícími faktory je u některých druhů provozu útlum odrazu optické cesty a maximálně přípustný rozdíl vzdáleností ONU-OLT mezi jednotlivými jednotkami ONU a terminálem OLT, který je podmíněn technikou vyrovnání různých dob zpoždění signálů ve vzestupném směru mezi různě vzdálenými jednotkami ONU a OLT. K eliminaci konfliktů při časovém sdílení optického se vkládá mezi jednotlivé časové kanály ochranná doba, která musí být větší než maximální diference dob šíření (záleží na rozdílu vzdáleností nejbližší a nejvzdálenější ONU.

Aktivní optické přístupové sítě

Aktivní přístupové sítě tvoří základ tzv. hybridních sítí, protože na optickou část sítě ve vyšší úrovni navazuje nižší úroveň tvořená dalšími technologiemi (xDSL, CATV, radiové prostředky). Hlavní výhodou aktivních přístupových sítí AON v porovnání s pasivními sítěmi PON je možnost zajištění podstatně větších dosahů, tj. překlenutelných vzdáleností mezi OLT a ONU a použití větších dělících poměrů v distribučních bodech. Nevýhodou je nutnost zajištění napájení aktivních síťových prvků použitých v distribuční síti, tj. rozbočovačů nebo muldexů. Z hlediska minimalizace nákladů na provozní údržbu se proto jeví výhodnější pasivní přístupové sítě PON.

Aktivní optická síť AON obsahuje aktivní síťové prvky v podobě digitálního přenosového zařízení a bývá realizována nejčastěji technologií SDH. Je pak tvořena kruhem STM-1 či STM-4 se synchronními vydělovacími muldexy ADM (add-dropp muldex), jak je ukázáno na obrázku. Na muldexy ADM se napojují účastníci různým způsobem (sekundární úroveň - PON, ISDN, B-ISDN, HDSL, ASDL apod.). Díky tomu se AON označují i jako integrované přístupové systémy, protože tvoří společnou, zastřešující platformu pro ostatní přístupové systémy.