GPON چیست ؟ معماری شبکه GPON FTTH چگونه است ؟ 

هوپیران مشاور ، مجری و همبند سیستم های مخابراتی و فیبر نوری در پروژه های صنعتی و ساختمانی 

رسالت مجموعه هوپیران کمک به ایجاد اقتصاد پویا و تعامل در رشد سطوح علمی در کلیه سیستم های مرتبط به فعالیت این گروه میباشد. این مقاله بر اساس رسالت مجموعه در جهت رضایت بهره برداران پروژه ها تدوین و منتشر شده است و هر گونه کپی برداری از آن بدون ذکر منابع غیر مجاز میباشد. 

شبکه نوری گیگابیت «GPON» به منظور به حداکثر رساندن محدوده تحت پوشش با حداقل نسبت تقسیم و در نتیجه کاهش توان نوری دارای همبندی درختی است. یک شبکه دسترسی FTTH دارای 5 منطقه، یعنی مناطق هسته «Core»، دفتر مرکزی «Central Office» تغذیه‌کننده «Feeder»، ناحیه توزیع «Distribution» و کاربر «User» است. همبندی شبکه مذکور در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1: معماری شبکه دسترسی GPON FTTH

معماری شبکه استفاده شده در این طرح از دو سطح تقسیم بین دفتر مرکزی و محل زندگی کاربر استفاده می‌کند و در نهایت نسبت تقسیم 64: 1 حاصل می‌شود. تقسیم‌کننده سطح یک دارای نسبت 4: 2 است که عدد 2 از حفاظت نوع B که در بخش بعدی توضیح داده شده، حاصل می‌شود. فاصله بین OLT و ONT بسته به کل توان نوری در دسترس که عاملی از درگاه لیزر OLT و میزان افت کلی است، می‌تواند بیش‌تر از بیست کیلومتر باشد.

ناحیه اول: شبکه هسته FTTH

شبکه هسته شامل تجهیزات ارائه‌دهنده خدمات اینترنت «ISP» (معمولاً سرور BARS و AAA)، PSTN (سوئیچینگ بسته‌ای یا سوئیچینگ مداری) و تجهیزات ارائه‌دهنده تلویزیون کابلی است.

ناحیه دوم: دفتر مرکزی

وظیفه اصلی دفتر مرکزی میزبانی ترمینال خط نوری «OLT» و قاب توزیع نوری «ODF» و برق‌رسانی در صورت نیاز است. گاهی اوقات، این بخش ممکن است برخی از (یا همه) اجزای شبکه هسته را نیز شامل شود.

ناحیه سوم: شبکه تغذیه‌کننده FTTH

منطقه تغذیه‌کننده «Feeder» از قاب‌های توزیع نوری «ODF» در دفتر مرکزی «Co» تا نقاط توزیع گسترش می‌یابد. این نقاط توزیع که معمولاً کابینت‌های خیابانی هستند، قاب‌های توزیع فیبر «FDT» نامیده می‌شوند و معمولاً در کنار تقسیم‌کننده‌های سطح 1 قرار دارند. همان‌طور که در شکل 1 نشان داده شده است، کابل فیدر به صورت یک توپولوژی حلقه‌ای که از یک درگاه GPON شروع شده و به درگاه GPON دیگر ختم می‌شود، جهت ارائه حفاظت نوع B متصل می‌شود. تقسیم‌کننده‌های سطح 1 با نسبت تقسیم 4: 2 در طرح ارائه شده در این مقاله به کار گرفته می‌شوند. این نوع تقسیم‌کننده‌ها، تغذیه‌کننده را قادر می‌سازند تا به دو درگاه GPON در یک طرف متصل شود (برای محافظت نوع B) و تمام 4 کابل توزیع طرف دیگر را تغذیه کند. فیبر کابل بین دفتر مرکزی «Co» و تقسیم‌کننده سطح 1، فیبر سطح 1 نامیده می‌شود.

ناحیه چهارم: شبکه توزیع FTTH

کابل توزیع، تقسیم‌کننده سطح 1 (درون FDT) را به تقسیم‌کننده سطح 2 متصل می‌کند. تقسیم‌کننده سطح 2 معمولاً در یک جعبه متصل به تیر چراغ برق به نام ترمینال دسترسی فیبر «FAT» که معمولاً در اطراف ورودی است، قرار می‌گیرد. در این طرح، تقسیم‌کننده‌های سطح 2 دارای نسبت 16: 1 هستند، بنابراین هر FAT به 16 خانه سرویس می‌دهد. به کابل بین تقسیم‌کننده سطح 1 و تقسیم‌کننده سطح 2، فیبر سطح 2 گفته می‌شود.

ناحیه پنجم: ناحیه کاربر

در ناحیه کاربر، کابل‌های دراپ «Drop» یا فیبرهای سطح 3 برای اتصال تقسیم‌کننده سطح 3 درون FAT به محل زندگی مشترکین مورد استفاده قرار می‌گیرد.

معیارهای اساسی زیر به منظور تعیین معماری شبکه، طراحی، ساخت، نگهداری، رویکرد عملیاتی شبکه دسترسی نوری و انتخاب مؤلفه‌های نوری FTTH باید توسط شرکت‌های مخابراتی در نظر گرفته شوند:

• مقیاس‌پذیری

• ماندگاری

• عملکرد

• هزینه‌های ساخت و نگهداری

• قابلیت ارتقاء شبکه

• قابلیت کارکرد و قابلیت اطمینان در طول عمر شبکه طراحی شده

جریان ترافیک در شبکه‌های دسترسی GPON FTTH

داده‌ها در طرف مرکز «downstream» به روش پخش فراگیر «Broadcast» از طرف OLT به ONT منتقل می‌شوند و در طرف مشترک «Upstream» از تسهیم ساز تقسیم زمانی «TDM» استفاده می‌شود.

طول موج داده‌های طرف مرکز 1490 نانومتر است. سرویس‌های داده و صدا از ناحیه شبکه هسته از طریق شبکه نوری عبور کرده و به OLT می‌رسند و به منظور تقسیم توان از طریق شبکه FTTH به ONTها توزیع می‌شوند. هر خانه، بسته‌های مورد نظر خود را از طریق ONT مربوط به خود دریافت می‌کند. Upstream نشان‌دهنده انتقال داده از ONT به OLT است. طول موج طرف مشترک «Upstream» معادل 1310 نانومتر است. حفاظت نوع B در طراحی شبکه دسترسی GPON FTTH این مقاله استفاده می‌شود. همان‌طور که در شکل 1 نشان داده شد، در این نوع حفاظت هر رشته فیبر در کابل تغذیه‌کننده «Feeder» به دو درگاه GPON در OLT متصل می‌شود. یکی از درگاه‌ها به صورت فعال «active» و دیگری آماده به کار «standby» پیکربندی می‌شوند. شکل 2 مسیر نرمال ترافیک را نشان می‌دهد. هنگامی‌که یک شکست در یک رشته فیبر رخ دهد، OLT به طور خودکار درگاه GPON آماده به کار را فعال می‌کند تا به طوری‌که در شکل 3 نشان داده شد، یک کپی از ترافیک downstream را جهت تغذیه FDTها بالاتر از نقطه شکست و در جهت مخالف پخش کند. شکل 4 وضعیتی را نشان می‌دهد که درگاه فعال GPON دارای شکست شود؛ در این شرایط، OLT به طور خودکار سیگنال نوری را از طریق درگاه آماده به کار GPON به طرف خط حفاظت هدایت می‌کند.

شکل 2: جهت نرمال جریان ترافیک

شکل 3: حفاظت نوع B در شبکه دسترسی GPON FTTH، OLT جهت غلبه بر شکست اتصال، ترافیک را از طریق درگاه‌های آماده به کار «standby» GPON ارسال و دریافت می‌کند.

شکل 4: حفاظت نوع B در شبکه دسترسی GPON FTTH، OLT جهت غلبه بر شکست درگاه GPON، ترافیک را از طریق درگاه‌های آماده به کار GPON ارسال کرده و دریافت می‌کند.

 طراحی شبکه دسترسی GPON FTTH

طراحی شبکه دسترسی FTTH چالش برانگیز است و باید بین عوامل مختلفی از قبیل اندازه، هزینه و مقیاس‌پذیری توازن برقرار شود.

مراحل درگیر در طراحی شبکه دسترسی FTTH در شکل 5 خلاصه شده است. با ارجاع به شکل 1 مشاهده می‌شود که طراحی از محل زندگی مشتری شروع شده و با یک رویکرد پایین به بالا به طرف دفتر مرکزی مخابراتی رو به عقب حرکت می‌کند. شبکه‌ای که در این مقاله در نظر گرفته شده است، برای ارائه سرویس (صدا و داده) به مجموع 1000 کاربر در 238 مکان است. با توجه به موقعیت جغرافیایی این مکان‌ها و تعداد کاربران هر محل، 185 ترمینال دسترسی فیبر «FAT» برای اتصال این مکان‌ها به شبکه استفاده می‌شود. مکان‌های نزدیک توسط FAT مشترک سرویس دریافت می‌کنند، در حالی‌که به هر یک از مکان‌های پراکنده توسط یک FAT اختصاصی سرویس‌دهی می‌شود. یک OLT با 16 اسلات کارت و 8 درگاه کارت GPON به عنوان پلتفرم دسترسی در نظر گرفته شده است. دو سطح تقسیم برای ارائه نسبت تقسیم کلی 64 استفاده می‌شوند. تقسیم‌کننده‌های سطح 1 نسبت 4: 2 و تقسیم‌کننده‌های سطح 2 نسبت 16: 1 دارند. بنابراین هر درگاه GPON می‌تواند به 64 کاربر سرویس بدهد. اگر مکان‌های زندگی کاربران از نظر جغرافیایی به هم نزدیک باشند، آنگاه 16 درگاه GPON با نسبت تقسیم 64 برای سرویس‌دهی به 1000 کاربر کاملا کافی است.

اما اگر مکان‌های زندگی کاربران در یک محدوده نباشد، آن‌گاه تعداد درگاه‌های مورد نیاز بر اساس تعداد FATها محاسبه می‌شود. با توجه به نسبت تقسیم 64، هر درگاه GPON در مجموع می‌تواند به 4 ترمینال دسترسی فیبر «FAT» سرویس دهد و از آن‌جایی که هر FAT شامل تقسیم‌کننده 16: 1 است، پس 48 درگاه GPON برای ارائه سرویس به 185 ترمینال FAT نیاز است. یک بخش دیگر از 48 درگاه اضافی GPON برای ارائه حفاظت نوع B استفاده می‌شود. تعداد کل کارت‌های OLT GPON استفاده شد توسط این طرح 12 کارت به علاوه 6 کارت در هر جهت است. 6 ترمینال FDT برای نگهداری تقسیم‌کننده‌های سطح 1 استفاده می‌شود. در نتیجه، همان‌طور که در شکل 6 نشان داده شده است، هر FDT به یک OLT با استفاده از 8 فیبر از یک جهت و به کارت پشتیبان با استفاده از 8 فیبر در جهت دیگر متصل می‌شود.

دو حلقه تغذیه‌کننده استفاده می‌شود، به طوری‌که حلقه اول شامل 12 فیبر است که 8 فیبر آن به 8 تقسیم‌کننده سطح 1 درون FDT-3 وصل می‌شوند. حلقه تغذیه‌کننده دوم، حلقه‌ای تشکیل شده از اتصال 5 ترمینال FDT دیگر است. 4 و 32 فیبر اضافی دیگر در حلقه‌های تغذیه‌کننده اول و دوم برای گسترش یا نگهداری در آینده حفظ می‌شوند.

شکل 6: بخش تغذیه‌کننده «Feeder» شبکه دسترسی GPON FTTH

اجرا و پیاده‌سازی GPON

پروژه‌های FTTH ترکیبی از کارهای عمرانی و فنی هستند. برنامه‌ریزی پیاده‌سازی پروژه موجب صرفه‌جویی در زمان، هزینه و تلاش مورد نیاز برای انجام کار می‌شود. شکل 8 مراحل اصلی اجرا شده در این مقاله را به ترتیب نشان می‌دهد. دو روش در این پروژه برای تعیین دقیق محل فیبر نوری شکسته در یک کابل فیبر نوری نصب شده در زمانی‌که پوشش کابل به طور قابل توجهی آسیب ندیده باشد، در نظر گرفته شده است. این روش‌ها، تست OTDR و مجموعه سنجش منبع / توان لیزر است. بازتاب‌سنج نوری در حوزه‌ی زمان «OTDR» برای نظارت بر تضعیف و مکان خطا در واحد تغذیه‌کننده استفاده می‌شود، در حالی‌که سنجش توان / منبع لیزر برای آزمایش‌های دیگر به کار می‌رود. شکل‌های 10 تا 19 تصاویری از مراحل ترسیم شده در شکل 9 را نشان می‌دهند.

شکل 10: OLT

شکل 11: اتاق دفتر مرکزی نشان‌دهنده رک OLTها و ODF

شکل 12: حفری با فناوری ارتباط خطی «Trenching»

شکل 13: تقسیم‌کننده سطح 1 درون FDT

شکل 14: براکت‌های جوش FDT

شکل 15: فرآیند جوش دادن

شکل 16: تست OTDR

شکل 17: تست سنجش توان/منبع لیزر

شکل 18: تقسیم‌کننده سطح 2 درون FAT

شکل 19: FAT متصل به تیر چراغ برق