80Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Технология компании Aurora Networks для HFC сетей с глубоким внедрением волокна и пассивной коаксиальной частью


Владимир Абрамкин, Aurora Networks, CIS Теле-Спутник - 8(142) Август 2007 г.


Введение

Основная часть эксплуатируемых в настоящее время на территории СНГ гибридных волоконно-коаксиальных (HFC) сетей доступа имеет структуру традиционной НFC сети. В таких сетях оптический узел обслуживает коаксиальный кластер из 500-3000 абонентов. Структура таких сетей является оптимальной для предоставления широковещательных телевизионных услуг. Пропускная способность таких сетей обеспечивает передачу 50-60 аналоговых каналов и 500...600 телевизионных программ при цифровой передаче. Для обеспечения потребностей абонентов в телевещании, такой пропускной способности вполне достаточно. В условиях жёсткой конкуренции со стороны альтернативных операторов Ethernet и ADSL сетей многие кабельные операторы хотят предоставлять дополнительные адресные интерактивные услуги и услуги широкополосного доступа (доступ в Интернет, видео-по-запросу, сетевые игры, видеоконференциии, IP вещание). При увеличении адресных услуг увеличениея количества абонентов, потребляющих эти услуги в будущем, существующие сети не смогут обеспечить необходимую пропускную способность на одного абонента. Сеть необходимо сегментировать, разбивая ее на кластеры с небольшим количеством абонентов. При максимально возможном потреблении одним абонентом дополнительных адресных услуг потребуется уменьшение абонентов в одном кластере до 100-150.

Компания Aurora Networks предлагает структуру HFC сети с глубоким внедрением волокна (волокно до многоквартирного дома), пассивной коаксиальной частью и централизованным размещением оборудования для предоставления адресных услуг. Данная структура сети также обеспечивает сохранение DOCSIS инфраструктуры для предоставления услуг широкополосного доступа и одновременную возможность предоставления дополнительных адресных услуг по Ethernet по специальным запросам абонентов. Оборудование, технологии и решения компании обеспечивают проведение постепенной сегментации сети ( до 100-150 абонентов в кластере) с минимальными затратами по мере роста трафика адресных услуг и увеличения их потребителей этих услуг. Таким образом, оператор имеет возможность минимизировать капитальные затраты на строительство сети, затраты на модернизацию (увеличение пропускной способности — высокотехнологичная низко- затратная сегментация), эксплуатационные расходы (пассивная коаксиальная часть без усилителей). Также для операторов, предоставляющих в настоящее время услуги широкополосного доступа по DOCSIS, такая структура сети позволит сохранить DOCSIS абонентов и иметь сеть, которую легко модернизировать для расширения пропускной способности для будущих дополнительных адресных услуг.
В предлагаемой архитектуре HFC сети с пассивной коаксиальной частью оптические узлы внедрены гораздо глубже, чем в архитектуре традиционной HFC сети, что наглядно продемонстрировано на рис. 1. Оптико-электрическое преобразование сигналов осуществляется намного ближе к абонентам, и RF усилители не требуются. Оптические узлы имеют повышенный уровень на РЧ выходах (всего четыре выхода в одном оптическом узле) — 118 дБмкВ на каждом выходе при полной канальной загрузке в полосе до 1 ГГц . Один узел может обеспечить телевизионным вещанием до 300- 400 абонентов (1-2 многоквартирных дома) без дополнительных усилителей. Длина коаксиальных кабелей на коаксиальном распределительном участке сети также существенно сокращается, благодаря чему этот участок сети становится полностью пассивным. В результате достигается существенное снижение эксплуатационных затрат, связанных с приобретением и установкой оборудования (усилителей, блоков питания), обслуживанием сети и энергопотреблением.

Цифровая передача обратного канала в архитектуре пассивной сети HFC

Широкополосные сигналы обратного канала оцифровываются на каждом оптическом узле доступа. Могут использоваться различные полосы обратного канала, включая 65 МГц. Несколько цифровых передатчиков обратного канала могут последовательно соединяться друг с другом и имеют общий канал для передачи цифрового обратного сигнала, что снижает стоимость оптоволоконного транспортного участка. На рис. 2 изображена схема передачи цифрового обратного канала. Каждый оптический узлел доступа оснащен аналогово-цифровым преобразователем сигналов обратного канала в диапазоне 5-65 МГц. Первый узел доступа в цепи (наиболее удаленный от хаба) принимает обратные сигналы из коаксиальной сети, которую он обслуживает, выполняет их аналогово-цифровое преобразование и направляет цифровой поток на цифровой лазер. Через оптический выход данного цифрового лазера поток передается на следующий узел цепи, где объединяется с оцифрованными локальными обратными сигналами этого узла. Далее объединенный цифровой поток обоих узлов направляется на второй цифровой лазер для передачи на следующий узел в последовательной цепи. Данный процесс повторяется на каждом оптическом узле доступа цепи. На последнем узле (самом приближенном к хабу) может использоваться оптический преобразователь на одну из длин волн в диапозоне 1550 нм по сетке ITU ( DWDM, CWDM), для передачи сигналов обратно на хаб или головную станцию.
Радиочастотные шумовые характеристики данного цифрового процесса от точки до точки соизмеримы с шумовыми характеристиками аналоговых систем объединения и передачи RFсигналов. Однако характеристики высокоскоростных оцифрованных сигналов остаются неизменными при передаче на большие оптоволоконные расстояния в широком температурном диапазоне. Кроме того, цифровая передача обратного канала с оцифровкой 12 бит обеспечивает отношение сигнал/шум на 12 дБ большее по сравнению с аналоговыми передатчиками DFB при одинаковом уровне сигналов обратного канала на входе передатчиков. Таким образом цифровая система передачи обратного канала обеспечивает обслуживание большего количества модемов одной картой CMTS ( в 16 раз), соответственно, меньшее количество CMTS-ов потребуется для обслуживания всей сети при переходе на более высокоскоростную передачу данных в сети (более высокие уровни QAM модуляции — QAM64 и выше — требуют более высокого отношения сигнал/шум на RF входе карты CMTS)Данный цифровой канал может использоваться для передачи оцифрованных сигналов обратного канала передаваемых по DOCSIS, обратного трафика Ethernet (технология Fiber On Demand компании Aurora Networks), а также для их совместной передачи. Количество узлов, объединяемых в цепь, зависит от объёма адресных услуг( трафика), предоставляемых оператором с использованием DOCSIS. На начальном этапе эксплуатации сети при небольшом трафике и небольшом проценте абонентов-потребителей адресных интерактивных услуг можно объединить до 8-16 узлов последовательно и передавать суммарный обратный канал на один оптический приёмник и далее на одну модемную карту CMTS. В составе оборудования Aurora Networks имеются все необходимые активные и пассивные оптические компоненты (LcWDM волновое уплотнение в диапазоне 1310 нм — 6 длин вон, CWDM — 16 длин волн, DWDM — 40 длин волн), которые позволяют осуществить будущие постепенные сегментации сети с минимальными затратами при значительном увеличении абонентов и трафика интерактивных услуг (высокоскоростной Интернет, IP телефония, видео по запросу и др.) в будущем. Все активные оптические модули являются вставными SFP модулями. Пассивные компоненты производятся в различных корпусах: для установки в шасси на головной станции, для установки в оптических узлах и наружной установки (диапазон температур -40…+ 65°).
Для передачи сигналов обратного канала цифровой канал имеет выделенные временные интервалы передачи. Данные интервалы передачи обеспечивают выделение полос частот для многочисленных услуг с разной степенью структурированности, которая зависит от типов услуг, предоставляемых оператором мультисервисных услуг, и контролируется коммутатором или роутером, установленным на головной станции. Данные услуги могут включать полнодуплексную передачу Ethernet «точка-точка» частным абонентам (в деловых и жилых секторах). Интервальный подход к распределению полосы частот позволяет операторам мультисервисных услуг предоставлять гарантированный доступ к полосе при совсем незначительном увеличении затрат, в то же время обеспечивая наличие стандартного интерфейса Ethernet между головной станцией оператора и абонентом.
В дополнение к этому тот же самый цифровой канал может использоваться для транспортировки широкополосных оцифрованных сигналов обратного канала в диапазоне 5-65 МГц. Транспортировка оцифрованного обратного канала занимает 1,5 Гб/с от общей пропускной способности цифрового канала. Таким образом, оставшейся пропускной способности вполне достаточно для предоставления полнодуплексных услуг Ethernet «точка-точка» в пределах зоны обслуживания пассивной сети HFC.

Полнодуплексный канал Ethernet (технология «Fiber On Demand» — «волокно по запросу»)

Передача сигнала Ethernet, как упоминалось ранее, может осуществляться вместе с цифровым обратным сигналом. Такое объединение обеспечивает максимально эффективное использование доступной полосы и оборудования независимо от набора услуг, транспортируемых по волокну. Архитектура Aurora отлично подходит для сценариев, где заказчики сначала используют только цифровые обратные каналы для предостваления услуг по протоколу DOCSIS, а транспортировку услуг Ethernet по тому же участку волокна добавляют позже. Данная возможность позволяет операторам мультисервисных услуг получить дополнительную прибыль от предоставления услуг Ethernet коммерческим предприятиям, школам и государственным учреждениям, находящимся в занимаемой зоне обслуживания.
С целью максимизации эффективности использования доступной полосы на каждом участке волокна для полосы каждого участка может определяться оптимальный объем полезной нагрузки. Распределение полосы является статичным, и после выполнения такого распределения гарантируется наличие определенного объема полосы для каждого типа услуг. Более того, для максимизации эффективности использования оборудования головной станции архитектура Aurora применить концепцию группировки узлов доступа, что обеспечивает 100%-ную эффективность использования оборудования независимо от набора услуг. На головной станции сетевой интерфейсный модуль мультиплексирует до 16 Ethernet-каналов по 100 Мб/с в один высокоскоростной канал. Каналы по 100 Мб/с выделяются с помощью стандартных коммутаторов, размещаемых на головной станции. Для передачи этого высокоростного канала от головной станции до групп из 16 узлов используется выделенное волокно или выделенная длина волны (DWDM, CWDM).
При передаче в обратном направлении сигналы Ethernet объединяются c оцифрованными традиционными широкополосными сигналами обратного канала 5-65 МГц, при этом им выделяются отдельные временные интервалы. Временное мультиплексирование обеспечивает максимально эффективное использование доступной полосы для транспортировки цифровых сигналов.
На рис. 3 показано, как услуги Ethernet, предоставляемые бизнес клиентам, могут сосуществовать с оцифрованными традиционными обратными широкополосными каналами для предоставления услуг по протоколу DOCSIS. Здесь многочисленные подключения Ethernet «точка-точка» к бизнес-клиентам обеспечиваются посредством того же цифрового канала передачи, по которому осуществляется передача оцифрованных аналоговых обратных сигналов.

Эксплуатационные возможности архитектуры пассивной сети HFC. Гибридная и распределительная сеть

На рис. 4 в качестве примера изображён участок традиционной сети HFC с одним оптическим узлом доступа в зоне хаба и остальной коаксиальной распределительной сетью. Данный участок включает 7,49 миль (12,05 км) подземной кабельной сети, 595 абонентов. В данном примере единственный узел доступа питает коаксиальную распределительную сеть, состоящую из 27 RF усилителей и двух источников питания.


На рис. 5 показан переход от архитектуры традиционной сети HFC, изображенной на рис. 4, к архитектуре пассивной сети HFC c полностью пассивной коаксиальной распределительной сетью. Добавлены оптические кабели, и необходимое количество оптических узлов доступа установлено на более глубоком уровне сети. В примере на рис. 5 установлено семь оптических узлов доступа. Оптико-электрическое преобразование сигналов осуществляется гораздо ближе к абоненту, а необходимость использования 27 RF усилителей отпала. Длина коаксиальных кабелей в распределительной коаксиальной сети существенно сократилась, что позволило сделать этот участок сети полностью пассивным.

Централизованная структура сети. Головная станция и хаб

Для достижения максимальной экономической эффективности от использования предлагаемой архитектуры сети с глубоким внедрением волокна cпециалисты компании Aurora Networks предлагают также использовать централизованное размещение оборудования для предоставления адресных услуг .
Вся обработка сигнала в такой сети осуществляется на головной станции, а хаб выполняет роль исключительно оптического ретранслятора. Оптико-электрическое преобразование всех транспортируемых сигналов прямого канала и электрико-оптическое преобразование сигналов обратного канала осуществляется на каждом оптическом узле доступа. Все сигналы, поступающие в хаб из головной станции и выходящие из хаба для подачи в зону обслуживания узлов доступа, остаются, таким образом, в оптической области.Хаб оснащается необходимым оптическим оборудованием для объединения, распределения, мультиплексирования и демультиплексирования оптических прямых и обратных потоков. Оптические усилители и оптические делители устанавливаются для распределения широковещательных аналоговых и цифровых услуг между оптическими узлами доступа. Оптические усилители и DWDM мультиплексоры установаются для распределения сигналов адресного вещания между индивидуальными оптическими узлами доступа и связанными зонами обслуживания. Хаб также оснащен необходимым оборудованием DWDM, оптическими усилителями и делителями, обеспечивающими транспортировку оцифрованных широкополосных обратных сигналов (5-65 МГц) наряду с сигналами Ethernet. Оптические коммутаторы поддерживают режим резервирования как прямого, так и обратного канала. На рис. 6 показан пример внедрения архитектуры пассивной сети HFC.
Полностью оптическая структура участка хаба означает, что для его работы не требуется привлечения больших людских ресурсов. Эксплуатация и обслуживание хаба становятся крайне рентабельными в связи с уменьшением активного оборудования на хабе, снижением затрат на установку оборудования и сокращением энергопотребления. Кроме того, в составе портфеля продукции Aurora Networks имеется специальный продукт Virtual Hub. Это оборудование, которое значительно уменьшает капитальные затраты. Выполняет все функции промежуточного узла (хаба) в корпусе стандартного оптического узла доступа. Virtual Hub представляет собой самое последнее достижение в области технологических платформ, позволяющее существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты, так как не нужно специального здания, не нужна земля для здания, не нужно оборудование для вентиляции, не нужно специального электрооборудования, используемого в помещениях. В корпусе Virtual Hub предусмотрено 12 слотов расширения для активных и пассивных модулей: усилители EDFA, оптические коммутаторы, оптические делители и CWDM/DWDM комбайнеры, резервный модуль питания, модуль для дистанционного мониторинга. Все модули рассчитаны на температурный диапазон -40...+65 градусов Цельсия. Стандартный блок питания для сети кабельного телевидения с резервными батареями может питать платформу при аварийном отключении питания в течение многих часов, так как потребляемая мощность в стандартной конфигурации ( до 16 опт. выходов по 17дБм на каждом) не превышает 25 Вт. Место размещение одного Virtual Hub может стать точкой расширения зоны сервиса, где Virtual Hub может обслуживать до 24 оптических узлов доступа.

Заключение

.

Архитектура пассивной сети HFC позволяет осуществлять оптико-электрическое преобразование сигналов прямого канала (85-860 МГц) гораздо ближе к абонентам, благодаря чему сокращается зона обслуживания одного узла доступа и увеличивается пропускная способность прямого и обратного канала для адресных услуг, предоставляемых каждому отдельному абоненту.
В сети используется технология передачи оцифрованных сигналов обратного канала, позволяющая транспортировать сигналы обратного канала традиционных DOCSIS услуг и услуг Ethernet. Полная поддержка услуг Ethernet «точка-точка» для коммерческих предприятий, школ и государственных учреждений, расположенных в зоне обслуживания HFC сети оператора мультисервисных услуг (MSO), позволяет операторам получать дополнительную прибыль на этом неосвоенном рынке.
Технология последовательного объединения оцифрованных обратных каналов в цифровых передатчиках обратного канала обеспечивает проведение постепенной сегментации сети ( до 100-150 абонентов в кластере) с минимальными затратами по мере роста трафика адресных услуг и увеличения потребителей этих услуг.
В перспективе, сети HFC с глубоким внедрением волокна и пассивной коаксиальной частью могут использоваться для предоставления услуг IPTV, IP телефонии, видео-по-запросу и других услуг потокового видео. Она также легко и постепенно может модернизироваться до архитектуры «параллельной» сети (предоставление телевещательных услуг по однонаправленной НFC сети + предоставление интерактивных адресных услуг по Ethernet).
Операторы мультисервисных услуг значительно снизят свои капитальные затраты, связанные с установкой оборудования. Операторы также значитетельно снизят эксплуатационные затраты, связанные с обслуживанием сети, с энергопотреблением и благодаря использованию упрощенных хабов, получат при этом сеть повышенной надежности с улучшенными эксплуатационными показателями.



 
Теле-Спутник Август 2007
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт