Проектирование оптической сети доступа

Министерство связи и массовых коммуникаций  
Российской Федерации 
 
Федеральное агентство связи 
 
ФГОБУ  ВПО «СибГУТИ» 
 
 
 
 
 
 
 
Фокин В.Г. 
 
 
Проектирование оптической  
сети доступа 
 
Учебное пособие  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК  
 2012 

УДК 621.391.6: 681.324 
 
Фокин 
В.Г. 
Проектирование 
оптической 
сети 
доступа: 
учебное 
пособие/ФГОБУ ВПО «СибГУТИ». - Новосибирск, 2012 г. – 312 с. 
 
Учебное пособие предназначено для студентов специальностей 210401.65 
«Физика и техника оптической связи», 210403.65 «Защищённые системы 
связи», 210404.65 «Многоканальные телекоммуникационные системы» и 
210406.65 «Сети связи и системы коммутации», для студентов с подготовкой 
бакалавров по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и 
системы связи». Также может быть полезно магистрантам, обучающимся по 
направлению «Телекоммуникации» и специалистам предприятий связи для 
повышения квалификации на специализированных курсах и самостоятельного 
изучения актуального направления развития техники оптических сетей доступа. 
Рассматриваются 
принципы 
построения 
и 
технологии 
проводных 
оптических 
сетей 
доступа, 
компонентная 
база, 
технологии 
мультиплексирования, аппаратура и платформы доступа. Представлены 
интерфейсы доступа и известные услуги. Рассмотрены методы и средства 
тестирования. Приводятся основные этапы проектирования сети доступа от 
обоснования 
до 
составления 
схем 
организации 
связи, 
управления 
и 
синхронизации, комплектации оборудования.  
 
 
Кафедра многоканальной электросвязи и оптических систем 
 
Ил. - 188, табл. - 59 , список лит. -112  назв. 
 
Рецензенты: 
 
 
Утверждено редакционно-издательским советом ФГОБУ ВПО СибГУТИ в 
качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
© ФГОБУ ВПО Сибирский государственный университет  
телекоммуникаций и информатики, 2012г. 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 
Предисловие…………………………………………………………………..….…5 
Введение……………………………………………………………………..……...6 
1 Принципы построения и технологии сетей проводного доступа……………..9  
1.1 Принципы построения сетей доступа…………………………………………9 
1.2 Услуги сетей доступа……………………………………………………….…14 
1.3 Стандарты сетей проводного доступа…………………………………….….15 
1.4 Сети доступа на основе медных линий………………………………………17 
1.5 Волоконно-оптические сети доступа…………………………………………28 
1.6 Сравнительная оценка оптических и медных сетей доступа……………….32 
1.7 Атмосферный оптический доступ…………………………………………….35 
Контрольные вопросы …………………………………………………………….38  
 
2 Компонентная база оптических сетей доступа………………………………...39 
2.1 Волоконные световоды и их характеристики………………………………..39 
2.2 Оптические кабели для сетей доступа………………………………………..46 
2.3 Разъёмные оптические соединители, шнуры, кроссовое оборудование 
 и аттенюаторы …………………………………………………………………….56 
2.4 Оптические разветвители……………………………………………………...62 
2.5 Оптические мультиплексоры/демультиплексоры и фильтры………………64 
2.6 Активные оптические компоненты…………………………………………...69 
Контрольные вопросы …………………………………………………………….85 
 
3 Технологии и аппаратура мультиплексирования в оптических  
сетях доступа………………………………………………………………….……87 
3.1 Модель уровней мультиплексирования в сети доступа………………….….87 
3.2 Плезиохронное мультиплексирование PDH………………………………....88 
3.3 Синхронное мультиплексирование SDH……………………………………101 
3.4 Мультиплексирование  ячеек и кадров 
3.5 Мультиплексирование с разделением по длине волны WWDM, CWDM, 
DWDM………………………………………………………………………….…143 
3.6 Оптическое мультиплексирование с кодовым разделением OCDMA……154 
Контрольные вопросы  ……………………………………………………….….156 
 
4 Технологии мультиплексирования в PON (APON, BPON, EPON, 
 GPON,10GPON)…………………………………………………………….……157 
4.1 Технологии APON/BPON………………………………………………....…157 
4.2 Технологии EPON/GEPON и GPON………………………………….……..158 
4.3 Технологии PON на 10Гбит/с…………………………………………….….176 
Контрольные вопросы………………………………………………………....…177 
 
5 Интерфейсы оптических сетей доступа………………………………………179 
 5.1 Интерфейсы пользователей UNI……………………………………………179 
 5.2 Интерфейсы узлов услуг SNI/NNI………………………………………….187 

5.3 Интерфейсы управления……………………………………………… .……194 
5.4 Интерфейсы синхронизации………………………………………………....194 
5.5 Схемы защиты соединений в оптической сети доступа…………… ….….195 
Контрольные вопросы   ………………………………………………...… ….…196 
 
6 Синхронизация и управление в оптических сетях доступа…………… ……197 
6.1 Принципы тактовой синхронизации…………………………………… …..197 
6.2 Синхронизация в сети с цифровой циклической передачей………… ……200 
6.3 Синхронизация в сети с передачей кадров, ячеек и пакетов………………201 
6.4 Особенности синхронизации в PON……………………………...…………206 
6.5 Управление оптической сетью доступа………………………………… ….206 
Контрольные вопросы  …………………………………………………………..226 
 
7 Телекоммуникационные услуги через оптические сети доступа…...………227 
7.1 Услуги узкополосного трафика………………………………………… …..227 
7.2 Услуги широкополосного трафика………………………………………. ...227 
7.3 Услуги специального назначения……………………………………… …..228 
7.4 Защита сети доступа от несанкционированного съёма трафика……….…228 
7.5 Сравнительная оценка технических решений по структурам сетей 
проводного 
доступа 
с 
применением 
волоконно-оптического 
кабеля 
и 
технологий мультиплексирования………………………………………………229 
Контрольные вопросы  ………………………………………………….……….240 
 
8 Методы и средства тестирования сети доступа………………………………241 
8.1 Методы и средства тестирования линий с медными проводами………….241 
8.2 Методы и средства тестирования линий с оптическими волокнами...……247 
8.3 Тестирование оборудования и каналов……………………………………..257 
Контрольные вопросы …………………………………………………… ……..257 
 
9 Принципы проектирования оптической мультисервисной сети доступа….259 
9.1 Выбор топологии и технологии оптической сети проводного  
доступа с учетом возможной защиты соединений………………..…………...262 
9.2 Расчёт нагрузки для определения вида оборудования и интерфейсов… ..267 
9.3 Выбор оборудования и кабельной продукции………………………… ….272 
9.4 Схема организации связи……………………………………………………276  
9.5 Расчёт характеристик передачи медных и волоконно-оптических линий.278 
9.6 Схема синхронизации сети доступа………………………………………...289 
9.7 Схема управления сетью доступа…………………………………………...291 
9.8 Схема прохождения цепей в помещении пользователя……….…………..292 
9.9 Комплектация оборудования и кабельной продукции…………………….293 
9.10 Технико-экономическая оценка сети доступа…………………………….295 
 
Заключение ………………………………………………………………………296 
Список сокращений  …………………………………………………………….297 
Список литературы  ……………………………………………………………..306  

Предисловие 
 
Интенсивное развитие телекоммуникаций, обусловленное потребностями 
в передаче всё возрастающих объёмов информации, привело к необходимости 
принципиального совершенствования сетей связи и особенно абонентского 
доступа, прежде всего для обеспечения качественных широкополосных услуг с 
пакетной передачей. 
Современная парадигма развития связи заключена в переходе к 
телекоммуникационным системам, в которых предоставление услуг отделено 
от функционирования сетей электросвязи, и для предоставления различных 
видов услуг используются единые мультисервисные сети, ориентированные на 
пакетный трафик. Ключевое направление развития проводных сетей доступа – 
применение на всех участках волоконной оптики. В этом направлении 
сосредоточены и разработка стандартов, и разработка средств абонентского 
доступа, и разработки и реализация проектов. Однако в учебном процессе 
подготовки специалистов для предприятий связи вопросы проектирования и 
реализации современных и перспективных сетей оптического абонентского 
доступа отражены недостаточно. Кроме того, существует потребность в 
непрерывном повышении квалификации действующего персонала предприятий 
связи – специалистов по проектированию, строительству и эксплуатации 
оптических сетей доступа. Целевой учебной литературы, в которой системно 
рассматриваются проблемы абонентского доступа, в настоящее время издаётся 
недостаточно. Содержание ряда известных изданий очень быстро устаревает, в 
них 
слабо 
освещаются 
вопросы 
проектирования 
для 
перспективных 
технологий. 
Кроме 
того, 
информационный 
и методический 
материал 
раздроблен по многочисленным и не связанным между собой изданиям. 
 Назрела необходимость включения в учебный процесс для студентов и 
специалистов предприятий связи направления по проектированию оптических 
сетей абонентского проводного доступа на основе волоконной оптики и 
комплексного использования оптических и электрических технологий для 
широкополосного трафика с пакетной передачей. Поэтому учебное пособие 
предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 21040465 
«Многоканальные телекоммуникационные системы» и 21040165 «Физика и 
техника оптической связи», для студентов с подготовкой бакалавров по 
направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» . 
Также может быть полезно студентам специальностей 21040665 «Сети связи и 
системы 
коммутации», 
21040565 
«Защищённые 
системы 
связи» 
и 
магистрантам, обучающимся по направлению «Телекоммуникации». Кроме 
того, материалы учебного пособия могут использоваться на курсах повышения 
квалификации 
специалистов 
предприятий 
связи, 
проходящих 
в 
межрегиональном учебном центре ГОУ ВПО «СибГУТИ». Учебное пособие 
рассчитано на подготовленных студентов и специалистов, знакомых с основами 
цифровых систем передачи, основами протоколов пакетной передачи, основами 
проводной техники электрической и оптической связи, основами коммутации и 
теории телетрафика. 

Введение  
 
Известно, что все технологии абонентского доступа, применяемые в 
настоящее время и в перспективе, делятся на проводные и беспроводные. При 
этом под реализацией абонентского доступа следует понимать предоставление 
услуг передачи речевых сообщений, пакетов данных, подвижных изображений 
и т.д. Доступ проводными и беспроводными средствами связи принципиально 
различается в технологиях и поэтому представляет предмет раздельного 
изучения. 
В предлагаемое учебное пособие включены в сжатом виде необходимые 
сведения по существующим и перспективным технологиям проводного 
доступа, где в качестве физических сред передачи сигналов используются: 
- волоконные световоды (стеклянные и пластиковые); 
- медные проводники различных конструкций (витые симметричные пары 
категорий от 1 до 7 и коаксиальные пары различного диаметра). 
Среди оптических проводных технологий доступа наиболее востребованы 
FTTx (Fiber To The X) – волокно до места Х: 
- FTTH, Fiber To The Home – волокно до жилого дома; 
- FTTB, Fiber To The Building – волокно внутри здания; 
- FTTP, Fiber To The Premises – обобщённое понятие, объединяющее 
FTTH и FTTB; 
- FTTO, Fiber To The Office – волокно в офис (аналогично FTTB); 
- FTTC, Fiber To The Curb – волокно до кабельного шкафа; 
- FTTCab, Fiber To The Cabinet – понятие, аналогичное FTTC; 
- FTTR, Fiber To The Remote – волокно до удалённого модуля 
(концентратора); 
- FTTOpt, Fiber To The Optimum – волокно до оптимального, с точки 
зрения оператора, пункта. 
Технологии FTTx подразделяются также по сетевому построению на 
активные оптические сети AON (Active Optical Network) и пассивные 
оптические сети PON (Passive Optical Network). 
Чем обусловлено всё более возрастающее внимание к проводным 
оптическим технологиям? 
Скорее всего, развитием широкополосных услуг высокого качества и 
снижением стоимости этих услуг. Это очень важные обстоятельства, т.к. ещё 
недавно (2001-2010 годы) рынок телекоммуникационных услуг сдерживался 
двумя факторами: 
- низкой платёжеспособностью населения; 
- высокой стоимостью услуг у операторов. 
Чем может быть обусловлено снижение стоимости услуг через оптические 
сети? Ответ достаточно прост это существенным повышением эффективности 
использования волоконных световодов за счёт внедрения технологий: 
- WWDM, Wide Wavelength Division Multiplexing – расширенное 
мультиплексирование с разделением по длине волны; 

-CWDM, 
Coarse 
Wavelength 
Division Multiplexing – 
разреженное 
мультиплексирование с разделением по длине волны; 
-DWDM, 
Dense 
Wavelength 
Division 
Multiplexing 
– 
плотное 
мультиплексирование с разделением по длине волны; 
-OCDM, 
Optical 
Code 
Division 
Multiplexing 
– 
оптическое 
мультиплексирование с кодовым разделением. 
Несмотря на значительное продвижение технологий проводного доступа 
FTTx, существенную роль играют так называемые «медные» технологии 
кабельного телевидения, смешанные технологии (волокно и коаксиальный 
кабель) HFC (Hybrid Fiber Coax) и цифровых абонентских линий на витых 
парах проводов xDSL (x Digital Subscriber Line), где индекс «х» может 
указывать на технологическую разновидность, характеризуемую симметрией 
или асимметрией передачи сигналов, количеством  пар проводов, видом 
линейного кодирования, скоростью передачи цифровых данных и т.д. Примеры 
разновидностей технологий xDSL приведены ниже: 
-ADSL, Asymmetric Digital Subscriber Line (и разновидности ADSL2, 
ADSL2+) – ассиметричная цифровая абонентская линия; 
-HDSL, High bit rate Digital Subscriber Line – высокоскоростная цифровая 
абонентская линия; 
-IDSL, ISDN Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия для 
технологии цифровой сети с интеграцией услуг; 
-RADSL, Rate Adaptive Digital Subscriber Line – цифровая абонентская 
линия с адаптацией скорости (аналог ADSL с изменяемой скоростью); 
-SDSL, Symmetric Digital Subscriber Line – симметричная цифровая 
абонентская линия; 
-SHDSL, Symmetric High bit rate Digital Subscriber Line – симметричная 
высокоскоростная абонентская линия; 
-UDSL, Unidirectional Digital Subscriber Line – однонаправленная цифровая 
абонентская линия; 
-VDSL, Very High bit rate Digital Subscriber Line (и разновидности VDSL2, 
VDSL2+) – сверхвысокоскоростная абонентская линия. 
Большая часть всех технологических решений проводного доступа 
разработана в стандартах сектора телекоммуникаций Международного Союза 
Электросвязи МСЭ-Т - ITU-T (International Telecommunications Union – 
Telecommunications services sector) и в стандартах института инженеров 
электроники и электротехники ИИЭЭ - IEEE (Institute of Electrical and 
Electronics Engineers). В учебном пособии даются ссылки на стандарты, 
обозначенные в списке литературы. Кроме того, с большинством стандартов 
можно познакомиться на сайтах www.itu.int, www.ieee.com. 
Содержательная часть учебного пособия нацелена на подготовку 
студентов и специалистов к выполнению учебных и реальных проектов 
проводных сетей доступа. Учебное пособие состоит из введения, 9 глав, 
заключения, списка англоязычных сокращений и терминов, списка литературы. 
Главы сопровождаются контрольными вопросами. 

В первой главе рассмотрены основные положения международных 
стандартов по построению и услугам сетей доступа. Приводятся сравнительные 
характеристики сетей доступа на основе медных и оптических технологий и 
также сравниваются различные структуры сетей доступа от простейшей «точкаточка» до кольцевой и смешанных топологий. 
Во 2-ой главе приводится обзор компонентов и их характеристик для 
построения оптических сетей доступа. 
В главе 3-ей кратко рассмотрены технологии мультиплексирования и 
аппаратура для сетей доступа. Приводятся примеры циклового, кадрового и  
пакетного построения цифровых транспортных структур сетей доступа. Также 
рассмотрены возможности оптического мультиплексирования WWDM, CWDM, 
DWDM и OCDMA. Приведены характеристики ряда образцов аппаратуры для 
построения оптических сетей, в том числе платформ доступа. 
В 4-ой главе рассмотрены принципы мультиплексирования, используемые 
в пассивных оптических сетях PON. 
В 5-ой главе рассматриваются различные электрические и оптические 
интерфейсы. Также представлены возможные схемы защиты сети доступа от 
повреждений. 
В 6-ой главе приводятся сведения по синхронизации сетей доступа. 
Отдельно выделена синхронизация в сети с пакетной передачей и коммутацией. 
Также рассмотрены принципы управления сетью доступа. 
В 7-ой главе приводится наиболее полная информация о возможных 
услугах, которые могут обеспечить оптические сети доступа для узкополосного 
и широкополосного трафика. Также указывается на меры по защите трафика 
сетей доступа от несанкционированного съёма. 
В 8-ой главе представлены  методы и средства тестирования сети доступа, т.е. 
методы и средства тестирования линий с медными проводами, методы и 
средства тестирования линий с оптическими волокнами и тестирование 
оборудования и каналов. 
В 9-ой главе рассматриваются основные этапы проектирования сети 
доступа с расчётами и примерами проектных решений. 
Учебное пособие составлено автором на основе привлечения широкого 
спектра материалов из научно-технических изданий России и зарубежных 
стран, информации с сайтов производителей и поставщиков оборудования и 
исследовательских организаций. Поэтому в тексте учебного пособия часто 
применяются ссылки на различные литературные источники, список которых 
приведён в конце и также материалы этих источников. Также приводится 
словарь наиболее распространённых и применяемых в пособии англоязычных 
сокращений. 
 

1 Принципы построения и технологии сетей проводного доступа  
 
1.1 Принципы построения сетей доступа 
 
Для 
понимания 
задач, 
решаемых 
в 
современных 
инфотелекоммуникационных системах, необходимо определить базовые принципы 
построения 
и 
функционирования 
разнообразных 
по 
технологиям 
и 
архитектурам сетей доступа (СД). 
Построение 
сети 
доступа 
должно 
удовлетворять 
трем 
видам 
предоставляемых пользователям услуг электросвязи: 
- 
передача речи (звука, телефонных сообщений, речевой почты и 
т.д.); 
- 
передача 
данных 
(Интернет, 
факс, 
электронная 
почта, 
компьютерные файлы, электронные платежи и т.д.); 
- 
передача видеоинформации (аналоговое и цифровое телевидение, 
видео по запросу, видеоконференции, видеонаблюдение и т.д.). 
Базовые принципы СД определены в общей архитектуре и модели согласно 
рекомендации ITU-T G.902 (11/95) [1]. Общая архитектура указывает место СД 
во взаимодействии с другими сетями (рис. 1.1): сетями услуг; транспортной 
сетью; сетью управления. 
 

 
 
TMN, Telecommunications Management Network – сеть управления 
электросвязью; AN, Access Network – сеть доступа; SN, Service Node – 
узел услуг; UNI, User–Network Interface – интерфейс пользователь–
сеть(точки присутствия сети доступа); SNI, Service Node Interface – 
интерфейс узла услуг; TN, Transport Network – транспортная сеть 
Рисунок 1.1 Общая архитектура сети доступа 
 
Протокольная модель сети доступа представлена на рис. 1.2. В модель 
входят уровни и системы. Уровни: физический, трактов, каналов, поддержки 
доступа и управления. Системы: управления и поддержки возможностей 
доступа. 

Протокольная модель указывает на возможности реализации различных 
протокольных (алгоритмических, технологических) решений терминалам 
пользователей в сети связи. При этом физический уровень поддерживает 
транспортировку и защиту трафика по физической среде (медному или 
оптическому кабелю, радиочастотному или оптическому каналу) в виде 
сигналов цифровых систем с циклической передачей плезиохронных и 
синхронных иерархий (PDH и SDH), ячеек асинхронного режима передачи 
АТМ, пакетов Ethernet, модемной передачи. Физический уровень может быть 
представлен 
секциями-участками 
мультиплексирования, 
усиления 
и 
регенерации сигналов. 
 

 
 
Рисунок 1.2 Протокольная модель сети доступа 
 
Уровень трактов обеспечивает создание и обслуживание виртуальных 

сетей, маршрутов передачи информационных сообщений и данных для 
пользователей с различными терминалами и запросами на услуги связи. 
Уровень каналов определяет виды каналов сети доступа (физические каналы, 

виртуальные каналы, каналы определенных услуг, широковещательные каналы 
однонаправленные и интерактивные и т.д.). 
Уровень поддержки доступа чаще всего ассоциируется с сигнальными 

системами, 
например, 
для 
доступа 
в 
телефонную 
сеть, 
в 
сети 
с 
интегрированными услугами, в сеть с протоколами TCP/IP. 
На уровень управления возложены задачи поддержки в исправном 

состоянии всех протокольных уровней за счет реализации постоянного 
контроля функций через операционные системы управления. Функции 
управления 
полномасштабно 
могут 
быть 
реализованы 
через 
специализированные системы управления, которые, как показывает опыт, 
охватывают сети доступа оператора на больших территориях (в пределах 
городов, областей и даже регионов).