Что такое оптический сплиттер
Что такое пассивные оптические сплиттеры?
Производители выделяют несколько видов оптических сплиттеров, подразделяемых по функциональным особенностям и топологии:
Технологические особенности сплиттеров
При необходимости получения делителя с большим числом выводов, выполняется соединение нескольких сплиттеров. Неиспользуемые выводы заглушают, чтобы свести до минимума вносимые потери. Возможны различные конфигурации, например, 1х2 или 1х6. В зависимости от задачи регулируется величина деления оптической мощности, например, достигается соотношение по выходным портам 20х80, 30х70 или любое другое.
Преимущество технологического решения состоит в его простоте и недорогой стоимости. К минусам относят меньшую точность заданных характеристик, а также спектральную селективность (невозможность работы в широком волновом спектре).
Далее наносится второй отражающий слой – аналог оболочки стекловолокна. На окончания дорожек наклеиваются оптические выводы. В результате, можно получить любую заданную конфигурацию от 1х2 вплоть до 2х64.
PLC сплиттеры обладают целым рядом достоинств:
Где используются оптические сплиттеры?
Для сетей кабельного телевидения чаще используются сплавные делители ввиду наличия опции коммутации мощности в нужной пропорции. В сетях PON применяются оба варианта делителей, исходя из топологии сетевой структуры и удаленности абонентских приемников. При предоставлении услуг цифрового TV, на станционной стороне выполняется ввод видеопотока, преобразованного в оптический формат, через сплиттер в общий трафик.
Волокно в каждый дом: как это работает
В данном материале пойдет речь о технологии и оборудовании для организации пассивных оптических сетей — Passive Optical Network, PON. Основными отличиями PON от классических оптических каналов связи являются использование для агрегации трафика пассивного оборудования — оптических сплиттеров — и высокая плотность портов.
Не секрет, что требования потребителей к скорости доставки информации из Интернет растут по экспоненте. Сегодня в крупных городах 10 Мбит/с являются совершенно обычным делом. Причины этого процесса остаются неизменными уже давно — передача голоса и видео, мультимедиа, телевидение (в последнее время также и в версии высокого разрешения). Только вот битрейты постоянно возрастают.
Существенную часть затрат любого провайдерского проекта несет кабельная инфраструктура. Причем здесь учитывается не только стоимость кабеля, но и его прокладки, которая в случае работы в уже существующей инфраструктуре может быть очень велика. И конечно хочется чтобы вложения работали долго, не требовали частых обновлений и имели хороший запас по нужным параметрам. С этой точки зрения оптические каналы связи сегодня это наиболее производительный и «дальнобойный» способ обеспечения сетевого соединения устройств. При этом классическая архитектура предполагает топологию «точка-точка», когда каждая линия имеет свои выделенные порты с каждой стороны, а при необходимости создания «ответвлений» требуется установка активного оборудования в узле. Так что наиболее удачно она может использоваться для одиночных линий большой протяженности.
Однако в некоторых ситуациях более удобной может оказаться древовидная топология, которая интересна с точки зрения масштабируемости и сниженной общей длины прокладываемых кабелей. Как раз для подобных проектов и подходит PON. В России сети этого типа появилась уже достаточно давно, более пяти лет назад.
А рост числа подключенных пользователей и старт первых российских проектов класса волокно в каждый дом (Fiber To The Home, FTTH), основанных на PON, показывает, что технология прижилась и у нас.
Структура сети PON
Сеть PON состоит из нескольких элементов — коммутатора на узле связи, линий связи с пассивными сплиттерами в узлах сети и модемов на стороне абонентов. К каждому модему поступают все пакеты от коммутатора, а во время передачи используется временное мультиплексирование кадров.
Компания ZyXEL предлагает сегодня оборудование стандарта EPON (IEEE 802.3ah), называемого также GEPON.
В настоящий момент оборудование участвует в нескольких проектах, а также в тестированиях у провайдеров по всей России. Именно о нем и пойдет дальше речь. Отметим что другие стандарты рассматриваемого типа сетей отличаются скоростными и другими техническими характеристиками.
| Стандарты PON | |||
| BPON | EPON | GPON | |
| Стандарт | ITU-T G.983 | IEEE 802.3ah | ITU-T G.984 |
| Пропускная способность | Нисходящий поток — до 622 Мбит/с Восходящий поток — 155 Мбит/с | Симметричный, до 1,25 Гбит/с | Нисходящий поток — до 2,5 Гбит/с Восходящий поток — до 1,25 Гбит/с |
| Количество абонентов на линии | 32 | ||
| Максимальная дальность работы | 20 км | ||
| Длина волны нисходящего потока | 1490 нм (цифровые данные) и 1550 нм (аналоговое КТВ) | ||
| Длина волны восходящего потока | 1310 нм | ||
| Протоколы | ATM | Ethernet | Ethernet, ATM, TDM |
Коммутатор позволяет по одному волокну (одному порту) подключить до 32 или даже 64 абонентов. Общая скорость передачи данных (которая делится между абонентами) составляет 1,25 Гбит/с. Дальнейшее развитие EPON уже в ближайшие годы предлагает также переход на скорости 10/1 Гигабит/с и 10/10 Гигабит/с. В следующем году ожидается принятие рабочей версии стандарта 10G EPON, а уже в 2010 году могут стартовать первые пилотные проекты.
C задержкой в два-три года планируется переход на 10-гигабитные скорости и технологии GPON.
Для приема и передачи используются лазеры с разной длиной волны — 1490 нм для передачи и 1310 для приема. При необходимости возможно добавление в канал и аналоговых кабельных телевизионных каналов (100 и более), которые модулируются лазером на 1550 нм. В зависимости от конкретной схемы сети и использованного оборудования, общая протяженность канала может составлять до 20 км.
Кабель прокладывается от порта коммутатора в виде дерева. Сплиттеры, устанавливаемые в узлах, чрезвычайно неприхотливы — не требуют электропитания, настройки и управления, термошкафов, недороги и очень компактны. Это позволяет размещать их, например, в уже имеющихся телефонных распределительных шкафах.
Простейшие оконечные устройства представляют собой конвертеры оптика-кабель со встроенным фильтром MAC-адресов. В случае использования телевидения, в модем устанавливается еще один приемник, а на телевизор выводится обычный высокочастный кабель.
Для защиты информации возможно использование шифрования (AES128) всех передаваемых пакетов. Технология не допускает прямого общения отдельных абонентов, находящихся на одном порту коммутатора — данные от одного абонента могут попасть к другому только через GEPON-коммутатор, который ретранслирует потоки данных восходящего потока на длине волны 1310 нм в нисходящий поток на длине 1490 нм. Дополнительным плюсом с точки зрения безопасности является использование на линии исключительно пассивного оборудования, затрудняющего перехват.
В тоже время при рассмотрении технологии нужно учесть и ее особенности, особенно в сравнении с линиями «точка-точка»: разделяемая между абонентами полоса пропускания, общая среда может не подойти клиенту с точки зрения безопасности, пассивные сплиттеры затрудняют диагностику оптической линии, возможно влияние неисправности оборудования одного абонента на работу остальных, меньшая выгода в случае реализации на этапе строительства.
Оборудование
Линейка продуктов GEPON у ZyXEL состоит из трех коммутаторов и трех модемов. Младшая модель коммутатора — OLT-1308H — имеет восемь портов GEPON и восемь соответствующих им Gigabit Ethernet (обратите внимание, что именно гигабитных, устройства с меньшей скоростью к ним подключить нельзя). К каждому оптическому порту можно подключить до 32-х модемов в итоге получив 256 абонентов на устройство. Все коннекторы расположены на лицевой стороне устройства — 8xPON, 8xGigabit, консольный, 10/100BaseT внесетевого управления и питание. Здесь же есть и кнопка сброса устройства. Все порты имеют набор индикаторов для определения текущего статуса. У OLT-1308 есть встроенный гигабитный L2+ коммутатор (неблокируемая коммутация с пропускной способностью 24 Гбит/с, скорость коммутации кадров 17,8 млн. пак/с) и четыре совмещенных порта 1000Base-T/SFP. Такой вариант можно использовать для резервирования канала — при одновременном подключении двух разъемов (SC и RJ45) работает оптика, а в случае аварии в оптическом канале происходит автоматическое переключение на медь. Питание и консольный порт у этой модификации находятся на задней панели. Данные модели выполнены в стандартном 1U корпусе и рекомендуются для использования в быстрорастущих сетях. Самой производительной моделью является модульный OLT-2300. В его 4,5U корпусе предусмотрено место для установки до шестнадцати OLC-2301. Каждый такой линейный модуль имеет порт GEPON и совмещенный порт 1000Base-T/SFP. В шасси также устанавливается управляющий модуль и блок питания с двойным резервированием. Линейный модули допускают горячую замену, что положительно сказывается на удобстве обслуживания сети и надежности предоставления услуг. Максимально OLT-2300 может поддерживать 512 абонентов. Все оптические модули коммутаторов рассчитаны на дальность работы 20 км.
Последние обновления прошивок моделей OLT-1308/OLT-1308H позволяют работать на одном канале не 32, а 64 абонентам, что существенно снижает стоимость одного подключения. Для OLC-2301 такой возможности пока нет.
Все GEPON-коммутаторы поддерживают протоколы STP/RSTP и механизмы приоритезации трафика и организации виртуальных сетей (включая Port Based и 802.1Q). Эффективность многоадресных рассылок обеспечивается поддержкой IGMP v.2, IGMP proxy, IGMP snooping и MVR. Для управления предусмотрены порты RS-232 и 10/100Base-TX. Настраивать коммутаторы можно через Web-интерфейс (поддерживается SSL, предусмотрена установка до пяти аккаунтов, примеры скриншотов — 1, 2, 3), telnet, SSH, FTP или консольный порт. Номера портов всех сервисов можно изменить. Возможно ограничение доступа по IP-адресам. Web-интерфейс имеет встроенную систему помощи.
Устройство автоматически находят все подключенные абонентские модемы и позволяет назначить им специфические профили. Они включают в себя настройки скорости, фильтрации, VLAN, приоритетов и другие параметры. Допускается использование протокола аутентификации 802.1x.
Коммутаторы также позволяют следить за физическим состоянием — проверяются температуры, скорости вращения вентиляторов, напряжения. Для больших сетей будет полезной поддержка коммутаторами проколола SNMP и совместимость с EMS системой управления NetAtlas. Кроме того, возможно объединение устройство в кластеры для общего управления.
В настоящий момент моделей со встроенными инжекторами КТВ у ZyXEL нет. Впрочем, для микширования сигнала ТВ в оптический канал можно использовать внешние сплиттеры и медиаконвертеры коаксиал/оптика.
Вторая модель более интересна для подключения домашних пользователей — ONU-634HA имеет встроенный централизованно управляемый 4-портовый коммутатор с привязкой VLAN 802.1Q к портам Fast Ethernet. Как и 631-й она полностью настраивается со стороны провайдера, что сокращает затраты на обслуживание. Также сейчас существуют семплы ONU-634FA — четыре сетевых порта и выход кабельного телевидения, позволяющий напрямую подключить к GEPON-модему обычный телевизор.
Рекомендуемые розничные цены на оборудование представлены в таблице. Реальная рыночная стоимость может быть несколько ниже. Кроме того, для отдельных проектов компания может предложить специальные цены.
| Рекомендованные цены на оборудование GEPON | ||
| Модель | Стоимость ($) | Стоимость на абонента ($) |
| ONU-631HA-11/12 | 372/454 | 372/454 |
| ONU-634HA-11/12 | 388/502 | 388/502 |
| OLT-1308 | 23 939 | 47 |
| OLT-1308H | 23 283 | 46 |
| OLT-2300M/OLC-2301HA-12 | 1 317/2 670 | 90 (на 512 абонентов) |
Для построения сети также потребуются сплиттеры (примерная стоимость — от 400 руб за 1×2 до 4000 руб за 1×8, существуют и модели 1×32), оптический одномодовый кабель (стоимость сравнялась с ценой кабеля UTP: цены на одволоконный кабель начинаются с 7-8 рублей за метр) и коннекторы (от 100&ndsah;140 рублей за одно соединение).
Тестирование описанного оборудования в составе коммутатора OLT-1308 и модемов ONU-631A проводилось на тестовой площадке компании ZyXEL с использованием тестового пакета Ixia Chariot. Результаты при одновременной работе одного, двух и трех клиентов приводятся в таблице (пакеты максимального размера, Мбит/с). Модемы подключались к одному из портов коммутатора через один сплиттер. Видно, что в случае максимальной нагрузки, скорости равномерно распределяются по всем клиентам. Отметим и высокую эффективность передачи данных, включая режим работы нескольких клинетов — суммарная скорость практически совпадает с максимально возможной.
| Производительность GEPON | ||
| Прямой канал | Обратный канал | |
| Один модем на линии | ||
| Клиент 1 | 943 | 925 |
| Два модема на линии | ||
| Клиент 1 | 497 | 457 |
| Клиент 2 | 442 | 457 |
| Итого | 939 | 914 |
| Три модема на линии | ||
| Клиент 1 | 336 | 300 |
| Клиент 2 | 284 | 300 |
| Клиент 3 | 325 | 300 |
| Итого | 945 | 900 |
В целом можно отметить, что технология не сложна в настройке и эксплуатации и работает согласно спецификациям. Скорости соответствуют знакомым по медным гигабитным сетям.
Выводы
Технология GEPON может успешно применяться для организации оптических каналов каналов связи до абонента и особенно эффективна в случае наличия ограничений на прокладку кабелей и установку активного оборудования на линии. Эффективность данного решения зависит от многих факторов и однозначно сказать, что это лучший вариант конечно нельзя, все определяется конкретными требованиями заказчика. Тем не менее, произведенные оценки позволяют сделать вывод, что уже сегодня в некоторых случаях себестоимость подключения по оптике домашних абонентов может не превышать 500 долларов.
Что касается описанного оборудования, то компания ZyXEL предлагает сегодня полную линейку GEPON-устройств, позволяющую создавать оптические сети любого масштаба со всеми необходимыми системами управления и технологиями повышения надежности.
Компактное исполнение (конструктив) сплиттеров, их широкая линейка позволяют обеспечить достаточно большую гибкость при построение волоконно-оптических сетей. Помимо этого, компактный конструктив позволяет абсолютно спокойно и безболезненно интегрировать оптические сплиттеры в оптические кроссы или муфты, а также устройства абонентского доступа. Такая широкая гамма применения оптических сплиттеров позволяет достаточно гибко подходить к архитектуре (топологии) волоконно-оптической сети.
Общие требования, предъявляемые к оптическим сплиттерам, можно выразить так:
Основное свое применение сплиттеры находят:
Тем самым применение оптических сплиттеров позволяет оптическим сетям быть гибкими и масштабируемыми.
Практически, как любые телекоммуникационные устройства, оптические спрлиттеры можно классифицировать и условно разделить по:
В соответствии с этим давайте рассмотрим вышеперечисленные классы оптических сплиттеров более подробно.
По числу входных/выходных портов, коэффициенту деления. Оптические сплиттеры, имеющие один вход и несколько выходов (1хN), как наиболее часто применяются операторами и провайдерами в отечественных сетях. Однако, когда стоит задача резервирования, подобных устройств по входу, например, когда магистральные волоконно-оптические линии связи представляют собой кольцо, при его обрыве требуется «запитать» оптический приемник с другого направления без визита службы эксплуатации на каждый из узлов, применяются двух входные сплиттеры (2хN). Распределение оптической мощности по отводам (выходам) оптического сплиттера может быть как равномерным (например, делитель на 4 имеет по 25% мощности на каждом отводе), так и неравномерным (пример, где на выходы первого оптического сплиттера попадает соответственно 10%, 50%, 40% от входной мощности). Количество выходных портов может варьироваться от 2 до 128. Для неравномерных сплиттеров шаг коэффициента деления (разницы в выходной мощности) обычно составляет 5%.
По рабочей длине волны сплиттера разделяются по следующим параметрам рабочей длины волны:
По классу качества. Существует два класса – А и В. Оптические сплиттеры класса А обладают лучшими характеристиками в широких окнах (± 40 нм), в то время как класс В гарантирует типовые характеристики в более узких окнах (± 10–20 нм). Следует также отметить, что оптические сплиттеры класса А имеют меньшие вносимые оптические потери (IL), параметр максимальной дополнительной потери мощности (Maximum Excess Loss). Однако обычно сплиттеры класса качества А изготавливаются лишь по спецзаказу.
По типу оконцевания. Каждый оптический сплиттер в зависимости от потребностей заказчика может быть «оконцован» любым разъемом, в зависимости от его назначения или желания заказчика. Также может варьироваться диаметр защиты выходных волокон (250 мкм, 500 мкм, 2 мм и т.д.), а также вид и материал, из которого изготовлен корпус самого оптического сплиттера.
По типу производства оптические сплиттеры можно разделить на сварные FBT (fused biconic taper) и планарные PLC (planar-lightwave-circuit).
Давайте рассмотрим эти две технологии более детально.
Технология изготовления сварных сплиттеров очень похожа на обычную и всем привычную сварку оптических волокон. Но при этом есть несколько нюансов и принципиальных отличий. При изготовлении сварных сплиттеров волокна подготавливаются так же, как и к обычной сварке при монтаже оптического кабеля. После чего непосредственно само производство оптического сплиттера происходит в несколько этапов:
По окончании процесса изготовления сплиттера он помещается в кварцевую кювету и заливается специальным гелем. В зависимости от того, какого типа сплиттер необходимо получить – «Х» (2х2 – два входа, два выхода) или «Y» (1х2 – один вход, два выхода), одно из входных оптических волокон (вход 2) может быть «сколото» или «заиммерсировано» (другими, более простыми и понятными словами – заглушено). Это необходимо для минимизации вносимых потерь, если требуется получить оптический сплиттер типа «Y». Далее следует размещение сплиттера в корпусе требуемого вида.
Технические характеристики сварных сплиттеров производства Optokon Co, LTD
| Рабочая длина волны, нм | S35: 1310 ± 40 и 1550 ± 80 / SWB: 1250 – 1630 (CWDM спектр) | ||||||||||
| Конфигурация портов | 1 x 3 | 1 x 4 | 1 x 5 | 1 x 6 | 1 x 8 | 1 x 12 | 1 x 16 | 1 x 32 | |||
| Класс | S (standard) | S | S | S | S | S | S | S | |||
| Максимальное вносимое затухание, дБ | 6.1 | 7.2 | 8.5 | 9.4 | 10.7 | 12.5 | 14.4 | 18.5 | |||
| Однородность, дБ (SWB: для 1310 и 1550) | 0.9 | 1.0 / 0.8 | 1.4 | 1.6 | 2.0 / 1.6 | 2.2 | 2.5 | 3.5 / 3.2 | |||
| PDL, дБ | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | 0.8 | |||
| Термическая устойчивость, дБ/°C | 0.003 | 0.003 | 0.003 | 0.003 | 0.004 | 0.005 | 0.005 | 0.006 | |||
| Направленность, дБ | > 50 стандарт, > 70 по запросу | ||||||||||
| Рабочая температура, °C | -40 до +70 | ||||||||||
| Температура хранения, °C | -40 до +85 | ||||||||||
Сварные оптические сплиттеры относятся к простейшим, если так можно сказать.
Пример ответвителя с неоднородным участком приведен на рис. 1.
Пример биконического ответвителя приведен на рис. 2. Данный тип сплиттеров, как писалось выше, позволяет разделить световой поток на два направления.
Y-образные сплиттеры, который представлен на рис.3, используются для ответвления/отделения светового потока в оптических маршрутах и в измерительной технике. Световой пучок может быть передан либо из волокна 1 в волокна 2 и 3, либо наоборот.
Очень часто возникает необходимость произвести отделение части оптической мощности от направленного ответвителя. Как это реализуется, показано на рис. 4. В этом случае отделение части светового потока пропорционально диаметрам волокна. Потери, возникающие в таких ответвителях, менее 0.5 дБ.
Технология изготовления планарных PLC сплиттеров. Сплиттеры данного вида производятся по толстопленочной технологии на оптопроводящей подложке. Оптические волноводы размещаются на подложке и имеют отличный от нее коэффициент преломления. Теория оптических волноводов говорит, что направляющие свойства волновода зависят от коэффициента преломления подложки и волноводного слоя, а также геометрических размеров непосредственно самого канала волноводной схемы. Ширина и высота данных каналов выбирается таким образом, чтобы обеспечить одномодовый режим во всем рабочем диапазоне от 1260 нм до 1680 нм. Основным преимуществом планарной технологии является то, что данная технология позволяет реализовывать Y-, X- и более сложные конфигурации оптических сплиттеров.
Приводя различные примеры изготовления оптических сплиттеров было бы не справедливым умолчать об устройствах, использующих сходные технологии изготовления. Как пример можно привести оптические ответвители, которые могут быть получены путем небольшого смещения волокон относительно друг друга.
Технические характеристики планарных PLC сплиттеров производства Optokon Co, LTD
| 1 x 2 | 1 x 4 | 1 x 8 | 1 x 16 | 1 x 32 | 1 x 64 | |
| Максимальное вносимое затухание (дБ) | 3.8 | 7.0 | 10.3 | 13.4 | 16.8 | 20.4 |
| Типовое затухание (дБ) | 3.5 | 6.6 | 9.6 | 12.8 | 16.0 | 20.0 |
| Однородность (дБ) | 55 | |||||
| Направленность (дБ) | > 55 | |||||
| Рабочая температура (°C) | -40 to +85 | |||||
| Температура хранения (°C) | -40 to +85 | |||||
Оптические реле, коммутаторы и т.д. работают именно по этому принципу. Крепление волокна (волокон) происходит в металлическом герконе, управляемом магнитным полем (аналогия с герконовым реле), что позволяет коммутировать оптическую мощность. На рис. 5 представлен простейший оптический коммутатор.
Рисунок 6 демонстрирует принцип работы оптического реле.
Помимо всех вышеперечисленных технологий, другие часто используемые ответвители – это фактически зеркала. Приведенные ниже рисунки демонстрируют применение различных зеркал, в том числе полупрозрачных зеркал, которые используется при изготовлении оптических сплиттеров. Рис. 7 – обычное зеркало, а рис. 8 – полупрозрачное зеркало.
Рис.7. Зеркало, используемое как ответвитель.
Рис.8. Полупрозрачное зеркало, используемое как ответвитель.
На рис. 9 показан коммутируемый проходной ответвитель. Данный тип оптических сплиттеров действует как шифратор света, идущего через волоконные световоды от отдельных оптических передатчиков. На выходе световоды соединяются с приемником.
Рис.9. Коммутируемый проходной ответвитель
Еще один тип оптических ответвителей – это коммутируемый отражающий ответвитель. Такой тип ответвителей, показан на рис. 10. Коммутируемый отражающий ответвитель работает по принципу, аналогичному коммутируемому проходному ответвителю. В основном коммутируемый отражающий ответвитель нашел применение в локальных оптических сетях.
Рис. 10. Коммутируемый отражающий ответвитель
Оптический ответвитель, который позволяет разделять световое излучения различной длины волны, показан на рис. 11. Данный тип ответвителей работает как интерференционный фильтр. Он отделяет одну длину волны. Принцип действия ответвителя длины волны ясен из рисунка. Потери. Возникающие в ответвителях такого типа, менее 1 дБ. Эти ответвители могут быть использованы для реализации дуплексного режима между двумя станциями. Иногда их называют спектральными уплотнителями каналов (WDM).
Рис.11. Ответвитель длины волны.
Перечень и различные варианты исполнения оптических сплиттеров, изготовляемых чешской компанией «OPTOKON Co., LTD.» достаточно велик и отвечает различным пожеланиям и требованиям заказчика.
Быстрая связь с нами
Киев 04209 ул. Богатырская 6/1, 283
OPTOKON Украина
© 2021. Все права защищены
