Анализ и расчет схем пассивных оптических сетей

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» 

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном 

транспорте»

Н.А. КАЗАНСКИЙ, Д.И. КАШИН, А.В. РЫБАЛКА

АНАЛИЗ И РАСЧЕТ СХЕМ ПАССИВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Учебно-методическое пособие к

дипломному проектированию и курсовой работе

Москва – 2020

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА» 

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном 

транспорте»

Н.А. КАЗАНСКИЙ, Д.И. КАШИН, А.В. РЫБАЛКА

АНАЛИЗ И РАСЧЕТ СХЕМ ПАССИВНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Учебно-методическое пособие

для студентов направления

«Системы обеспечения движения поездов» специализации  

«Телекоммуникационные системы и сети железнодорожного транспорта»

23.05.05 (специалитет)

Москва – 2020

УДК 621.39

К14

Казанский Н.А., Кашин Д.И., Рыбалка А.В. Анализ и расчет схем 

пассивных оптических сетей: Учебно-методическое пособие к дипломному 

проектированию и курсовой работе. - М.: РУТ (МИИТ), 2020.  – 28 с.

Учебно-методическое пособие позволяет разработать фрагмент сети 

оперативно-технологической связи (на примере сети перегонной связи) с 

использованием технологии высокоскоростных пассивных оптических сетей 

(GPON).

Рекомендовано для направления «Системы обеспечения движения 

поездов» 
специализации 
«Телекоммуникационные 
системы 
и 
сети 

железнодорожного транспорта» 23.05.05 (специалитет).

Рецензент: 
главный 
инженер 
Центра 
управления 

телекоммуникационными ресурсами филиала ОАО «РЖД» Центральная 

станция связи А.И. Ароев.

© РУТ (МИИТ), 2020

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 4

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ............................................................................... 7

1.1. Описание технологии пассивных оптических сетей GPON.....................7

1.2. Описание порядка расчета сети связи с применением технологии 

GPON...................................................................................................................17

2. ПРИМЕР РАСЧЕТА СЕТИ ПГС .....................................................................20

2.1. Определение технических характеристик сплиттеров ...........................20

2.2. Построение диаграммы уровней...............................................................23

3.ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ..................................25

4.  ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕТИРОВАНИЯ ............26

ЛИТЕРАТУРА.......................................................................................................27

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебно-методическое пособие посвящено разработке сети 

оперативно-технологической связи (ОТС) на примере перегонной связи 

(ПГС), построенной по технологии высокоскоростных пассивных оптических 

сетей (GPON).  

Перегонная связь предназначена для ведения служебных переговоров 

между 
персоналом 
ОАО 
"РЖД", 
находящимся 
на 
перегонах 

железнодорожных участков, дежурным персоналом станций и структурных 

подразделений при выполнении работ по управлению технологическими 

процессами, 
техническому 
обслуживанию 
и 
ремонту 
объектов 

железнодорожной инфраструктуры, устранению последствий чрезвычайных и 

аварийных ситуаций.

Перегонная связь в соответствии с требованиями "Правил технической 

эксплуатации железных дорог Российской Федерации" должна быть на 

участках, оборудованных автоблокировкой, диспетчерской централизацией, а 

также на всех электрифицированных участках железных дорог ОАО "РЖД". 

Точки доступа к перегонной связи устраиваются путем:


установки вдоль железнодорожного пути через каждые 1,5 - 2 км (на 

отдельно стоящих, либо на существующих опорах светофоров, контактной 

сети, 
линий 
электроснабжения 
релейных 
шкафах 
автоблокировки 

специальных металлических или пластиковых стоек кабельной перегонной 

связи (СКПС), ящиков или др.) розеток подключения к перегонной связи 

телефонных аппаратов (ТАПС) или телефонных трубок (ТТПС) перегонной 

связи;


организации 
в 
существующих 
объектах 
инфраструктуры 

железнодорожных линий ОАО "РЖД" (релейных шкафах, постоянных 

пунктах обогрева, помещениях переездов, обслуживаемых дежурным 

работником, и др.) розеток для подключения к перегонной связи ТАПС или 

ТТПС.

Перегонная связь должна обеспечивать:


установление 
соединений 
и 
ведение 
телефонных 
переговоров 

работников, находящихся на перегонах с дежурными по железнодорожным 

станциям, ограничивающим перегон;


установление через дежурного по станции или по номеру абонента 

соединений и ведения телефонных переговоров работников, находящихся на 

перегонах с поездным диспетчером железнодорожного участка;


установление через дежурного по станции или по номеру абонента 

соединений и ведения телефонных переговоров работников, находящихся на 

перегонах с диспетчерами (дежурными инженерами) подразделений 

хозяйства пути, электроснабжения, автоматики и телемеханики, связи 

обслуживающих инфраструктуру соответствующего железнодорожного 

участка (перегона).

Сеть перегонной связи является частью ОТС, предназначенной для 

организации взаимодействия подразделений железнодорожного транспорта в 

процессе эксплуатационных работ на данном участке. Данная сеть должна 

строиться как единая технологическая платформа, позволяющая объединить 

передачу речи, видео, данных.

При разработке современных и перспективных сетей перегонной связи 

необходимо:

-
обеспечить
подключение терминальных устройств с высокой 

пропускной 
способностью 
для 
предоставления 
услуг, 
которые 

невозможны при существующем уровне ПГС;

-
развертывать 
новые 
виды
сервисов, 
телекоммуникационных 

технологии, которые могут поддерживать FTTx (fiber to the x –

оптическое волокно до точки X);

- сократить эксплуатационные расходы по сравнению с существующими 

системами связи.

При проектировании сетей ПГС на базе технологии GPON необходимо

проработать все аспекты организации системы доступа FTTx сети для 

поддержки услуг, которые будут предоставляться конечным пользователям 

сети. Необходимо использовать технические характеристики оборудования 

сети,
такие,
как оптический сетевой терминал (OLT) и оптический 

абонентский 
терминал 
(ONT). 
Учитывать 
принципы 
размещения

оборудования на участке проектирования, способность к масштабированию в 

зависимости от количества абонентов в сети и типов развертываемых служб

связи.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Описание технологии пассивных оптических сетей GPON

Развитие сети Internet, в том числе появление новых услуг связи, 

способствует росту передаваемых по сети потоков данных и заставляет 

операторов искать пути увеличения пропускной способности транспортных 

сетей. При выборе решения необходимо учитывать:

- разнообразие потребностей абонентов;

- потенциал для развития сети;

- экономичность.

Распределительная сеть доступа PON, основанная на древовидной 

волоконной 
кабельной 
архитектуре 
с 
пассивными 
оптическими 

разветвителями на узлах, возможно, представляется наиболее экономичной и 

способной 
обеспечить 
широкополосную 
передачу 
разнообразных 

приложений. 
При 
этом 
архитектура 
PON 
обладает 
необходимой 

эффективностью наращивания как узлов сети, так и пропускной способности 

в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Сегодня прокладывать оптические кабели для организации сети доступа 

стало выгодно и при обновлении старых, и при строительстве новых сетей 

доступа (последних миль). При этом имеется множество вариантов выбора 

волоконно-оптической 
технологии 
доступа. 
Наряду 
со 
ставшими 

традиционными решениями на основе оптических модемов, оптического 

Ethernet, технологии Micro SDH появились новые решения с использованием 

архитектуры пассивных оптических сетей PON

Решения на основе архитектуры PON (рис. 1.) используют логическую 

топологию "точка-многоточка" P2MP (point-to-multipoint), которая положена в 

основу технологии PON, к одному порту центрального узла можно подключать 

целый 
волоконно-оптический 
сегмент 
древовидной 
архитектуры, 

охватывающий десятки абонентов. При этом в промежуточных узлах дерева 

устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители 

(сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

Рис. 1. Топология "Дерево с пассивным оптическим разветвлением"

Известно, что PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре 

за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, так как на 

участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно 

оптическое волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой 

источник экономии – сокращение числа оптических передатчиков и 

приемников в центральном узле. 

Преимущества архитектуры PON:

- отсутствие промежуточных активных узлов; 

- экономия оптических волокон;

- экономия оптических приемопередатчиков в центральном узле;

- легкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания 

(подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких 

абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение 

оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, 

затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети.

К недостаткам можно отнести возросшую сложность технологии PON и 

отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

Основная идея архитектуры PON – использование всего одного приемо-

передающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских 

устройств ONT и приема информации от них. Реализация этого принципа 

показана на рис.2.

Число 
абонентских 
узлов, 
подключенных 
к 
одному 
приемо-

передающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько 

позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приемопередающей 

аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT – прямого 

(нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1550 нм. 

Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, 

совместно образующие обратный (нисходящий) поток, передаются на длине 

волны 1310 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие 

исходящие и входящие потоки.

Прямой 
поток 
на 
уровне 
оптических 
сигналов, 
является 

широковещательным. Каждый ONT, читая адресные поля, выделяет из этого 

общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, 

мы имеем дело с распределенным демультиплексором.

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной 

и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с 

временным разделением TDMA (time division multiple access). Для того чтобы 

исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из 

них устанавливается свое индивидуальные расписания по передаче данных c 

учетом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. 

Эту задачу решает протокол TDMA MAC.

Рис. 2. Основные элементы архитектуры PON и принцип действия

Несбалансированной сетью GPON является сеть, в которой разброс 

потерь мощности оптических сигналов на каскадах (секциях) между собой 

превышает допустимые значения. Разброс потерь мощности оптических 

сигналов напрямую связан с разбросом длин трактов передачи между 

абонентскими терминалами  ONT и центральным терминалом OLT. При 

ограниченности 
оптического 
бюджета 
мощности 
сигналов 

несбалансированность ведёт к снижению качества передачи данных в сети и 

снижению ее абонентской емкости.

Сбалансированная сеть – это сеть, в которой полные потери мощности 

оптических сигналов по всем каскадам (секциям) передачи одинаковы для всех 

ONT. Такая сеть обладает важными свойствами:

 разброс потерь между каскадами минимален и равен:

DL = Amax – Amin = 0,

где  Amax – максимальное затухание, дБ;

Amin – минимальное затухание, дБ;