Projekt vyučovacieho bloku – optické prístupové siete. Rozsah – 6 hodín /Ing. Ivan Magdolen/

1. Projekt vyučovacieho bloku – optické prístupové siete.Rozsah – 6 hodín/Ing. Ivan Magdolen/

2. Vyučovací blok Je rozdelený na 5+1 časť. • Nosnou časťou je prezentácia pod názvom „PRÍPRAVA Opt. prístup. siete.ppt“. Rozsah 5 hodín. • V prvých piatich častiach štruktúrou a formou zodpovedajúcim základným vyučovacím hodinám je ako hlavná využitá frontálna forma vyučovania. Tj. Klasická forma skúšania a výklad. • V šiestej časti je využitá skupinová forma projektového vyučovania s využitím programu vytvoreného v EXCEL p. Ladislavom Peťkom od ST pod názvom „FTTx-UtlmovyPlan_v20“. Zadania viď. nasledujúce snímky. Rozsah 1 hodina.

3. Zadania na skupinové vyučovanie. Hodina č.6 1. Zistite maximálnu vzdialenosť optickej siete tak, aby výkonová strata nebola záporná. Použite 10 spojok. Určte max. vzdialenosť ODF – ODF pre vlnové dĺžky 1310nm, 1490nm, 1550nm. Určte, ktorá vlnová dĺžka má najmenší útlm v optickom vlákne. 2. Zistite maximálnu vzdialenosť optickej prístupovej siete pre kábel tak, aby výkonová rezerva nebola záporná. Použite 10 spojok, jeden splitter so splitrovacím pomerom: a.) 1:64, b.) 1:32, c.) 1:16, d.) 1:8, e.) 1:2. Vzdialenosť ODF-splitter = 10 km. Určte max. vzdialenosť ODF – ONT pre vlnové dĺžky 1310nm, 1490nm, 1550nm. 3. Navrhnite optickú prístupovú sieť pre kábel tak, aby výkonová rezerva nebola záporná. Použite 4 ks spojok, dva splittre, vlnová dĺžka 1310nm a 1490nm. Vzdialenosť ODF - 1.splitter = 5 km, 1.splitter – 2. splitter = 2.km, 2. splitter – ONT = 2km.. Zvolením vhodného splittrovacieho pomeru splittra č.1 a spllitra č.2 určte max. počet pripojiteľných účastníkov pre jednotlivé vlnové dĺžky.. Žiaci – každý vypracuje elaborát v elektronickej forme s príslušnými nákresmi a výsledkami a tieto každá skupina odprezentuje a zdôvodní.

4. Ukážka programu FTTx-UtlmovyPlan_v20

5. Zadanie č.1

6. Zadanie č.2

7. Zadanie č.3

8. Tematický celok je ukončený testom z odučenej problematiky. Test je realizovaný v prostredí testovacieho software od fy Markab pod názvom Saturn V 601-53 Full. Ukážky viď. ďalšie snímky.

12. 1. Vyučovacia hodina

13. OPTICKÉ TECHNOLÓGIE V PRÍSTUPOVÝCH SIEŤACH. OPTICKÉ PRÍSTUPOVÉ SIETE

14. OPTICKÁ PRÍSTUPOVÁ SIEŤ je: súbor technologických zariadení zaradených medzi koncovými bodmi spojovacej siete KBSS a koncovými bodmi prístupovej siete KBPS v ktorej sa ako dominantné médium používa optické vlákno.

15. Funkčné bloky optických prístupových sietí optické linkové zakončenie (OLT) – zaisťujú funkcie sieťového rozhrania medzi prístupovou sieťou a sieťou telekomunikačných služieb, optická distribučná sieť (ODN) – čo je súbor optických prenosových prostriedkov medzi OLT a jednotkami ONU, optické ukončujúce jednotky (ONU) – zabezpečujú funkcie účastníckeho rozhrania medzi koncovými zariadeniami účastníkov a prístupovou sieťou, ďalej môže nasledovať sieťové zakončenie (NT). Optické prístupové siete

16. OAN vzostupný smer (upstream) ONU NT strana siete ODN OLT účastnícka strana ONU zostupný smer (downstream) Hlavné časti OPTICKEJ PRÍSTUPOVEJ SIETE (OAN): ODN = Optical Distribution Network NT = Network Terminal ONU = Optical Network Unit – zakončenie ODN v mieste pripojenia úč. prípojek (niekedy tiež NTU) OLT = Optical Line Termination – zakončenie v mieste pripojenia na spoj.sieť Funkčná štruktúra OAN 16

17. Multiplexné metódy v OAN Simplexne s delením SDM (Space Division Multiplexing), - t.j. pre každý smer prenosu je použité jedno vlákno Duplexne s delením WDM (Wavelength Division Multiplexing), - kde sú signály prenášané po jednom vlákne, jeden smer v oblasti 1310 nm a druhý v oblasti 1550 nm Duplexne s delením FDM (Frequency Division Multiplexing), - kde sú signály v obidvoch smeroch prenášané po jednom vlákne v jednej oblasti – (telekomunikačnom okne) vlnových dĺžok a smery prenosu sú oddelené frekvenčne

18. Podľa druhu optických rozbočovačov a jednotiek OLT a ONU (aktívne-pasívne) a prenosových médiímôžu byť optické prístupové siete (OAN) principiálne usporiadané základnými spôsobmi: • Pasívna prístupová sieť PON (Passive Optical Network). • Aktívna prístupová sieť AON(Active Optical Network), • Hybridná prístupová sieť – jej základom je AON(kombinácia optiky a metaliky)

19. Rozdelenie optických prístupových prostriedkov Optické prostriedky Mnohobodové (PMP) siete OAN Bod-bod (P2P) aktívne - AON pasívne - PON vláknové smerové spoje -FSO TDM FDM CWDM APON GPON EPON

20. PON – distribučný bod je riešený pasívnou technológiou Má stromovú(star, extended star), alebo zernicovú architektúru AON - distribučný bod je riešený aktívnou technológiou

21. Topologické koncepty OAN

22. Základné topologické koncepty OAN FTTC (Fibre To The Curb) je koncept ktorý je v rámci Európy značne používaný. Tento model využíva fakt že operátor má pripojený uzol služieb optickou infraštruktúrou a smerom k zákazníkovi využíva existujúcu metalickú infraštruktúru a je schopný ju využiť pre preklenutie posledných stoviek metrov smerom k zákazníkovi.  FTTB (Fibre To The Building) je princíp ktorý využíva umiestnenie telekomunikačných zariadení operátora do budovy. V tomto prípade je existujúca metalická sieť  prekrytá novou optickou infraštruktúrou.  FTTH (Fibre To The Home) je v súčasnosti najprogresívnejší koncept poskytovania vysokorýchlostných pripojení využívajúci optické vlákno ukončené priamo v priestoroch zákazníka. 

23. Architektúry (varianty) FTTx: optická (FTTH,) + hybridné (optika + metal. vedenia): 23

24. 2. Vyučovacia hodina

25. PON Distribúciu signálu k účastníkom zaisťujú pasívne rozbočovače (splitter), ktoré pracujú aj v opačnom smere (zlučujú signály od účastníkov).

26. FTTH(Fibre to the Home), optické vlákna sú zavedené až ku koncovým bodom siete, t.j. až na účastnícke zásuvky.

27. FTTx – PON architektúra

29. Technológia PON APON – ATM PON - prenos na báze buniek ATM BPON – Broadband PON – symetr.prenosy s vyššími rýchlosťami (622,04 Mbps; buď 2 vlákna, t.j. pre každý smer 1, alebo jediné vlákno s WDM EPON – Ethernet PON - v spojení s Ethernetom (Ethernet in the first Mile) GPON – Gigabit PON, 1,244 a 2,488 Gbps CWDM – Coarse WDM (hrubé vln.delenie) – medzistupeň medzi WDM a DWDM (Dense WDM) – kvôli lacnejšiemu zvýšeniu prenos.kapacity, do 8 kanálov, okno 1550nm

33. 3. Vyučovacia hodina

34. AON Aktívne prístupové siete tvoria základ tzv. hybridných sietí, pretože na optickú časť siete vo vyššej úrovni nadväzuje nižšia úroveň tvorená ďalšími technológiami (xDSL, CATV, rádiové siete).

35. FTTx – aktívna infraštruktúra

37. PON - AON Nevýhodou AON je nutnosť použitia a napájania aktívnych sieťových prvkov použitých v distribučnej sieti, t.j. rozbočovačov alebo muldexov. Preto sa z  hľadiska minimalizácie nákladov na prevádzkovú údržbu ako najvýhodnejšie javia pasívne prístupové siete PON.

38. Aktívne optické siete (AON)Priame optické pripojenie v rámci topológie AON ponúka zodpovedajúcu šírku pásma. V rámci AON/Ethernet FTTH môže poskytovateľ pripojenia garantovať zvolenú šírku pásma každému predplatiteľovi a vytvárať prístupové profily podľa požiadaviek jednotlivých zákazníkov. Typické realizácie prístupových sietí AON sú tvorené jednovidovými káblami 100BASE-BX alebo 1000BASE-BX s menovitou dĺžkou prenosu max. 10 km. Pri inštalácii na väčšie vzdialenosti sú k dispozícii optické moduly s väčším výkonom a tiež duplexné vlákna s optickými vysielačmi Ethernet, ktoré môžu byť pripojené do ľubovoľného kartového rozhrania Ethernet. Riedko osídlené oblasti môžu byť pokryté pomocou individuálne zvolených optických členov Ethernet FTTH bez toho, aby to ovplyvňovalo výber optiky pre ďalších zákazníkov na rovnakom prepínači Ethernet. Na prístupovom prepínači Ethernet FTTH sú pripojené len tie porty, ktoré sú využívané skutočnými predplatiteľmi služby. Ako sa bude zvyšovať dopyt, je možné pridávať nové sieťové karty Ethernet a nových predplatiteľov jednoducho a pri optimálnej škálovateľnosti.Pasívne optické siete (PON)Za skratkou PON sa skrýva význam pre pasívne optické siete (Passive Optical Network). PON využíva jedno zdieľané optické vlákno, ktoré je delené (zdieľané) pomocou lacného optického rozbočovača (splittera). Pasívna je technológia z dôvodu absencie aktívnej elektroniky v prístupovej sieti. Použitím týchto techník je možné vytvoriť pasívnu optickú infraštruktúru: point-to-multipoint s podporou rýchlosti až 1 Gbps do vzdialenosti 20 km. Účastníci sú pripojení cez vyhradené optické spoje do siete, kde zdieľajú hlavný distribučný kanál poskytovateľa. Efektívne využitie infraštruktúryVýhodou infraštruktúry PON je lacnejšia tvorba topológie – menšie množstvo aktívnych prvkov a optických vlákien, ako pri technológii AON. V prospech sietí PON hovorí hlavne úspora optických káblov spájajúcich optické rozdeľovače s centrálnym bodom alebo miestom napojenia (POP). Pokiaľ má poskytovateľ už položené rezervné optické káble medzi miestom napojenia (POP) a rozvodným bodom v ulici alebo je možné káble pretiahnuť existujúcimi rozvodmi, ušetria sa značné prostriedky za stavebné práce. V situácii, kedy  nie je k dispozícii žiadna existujúca infraštruktúra, ani pripravená realizácia v okolí, sú náklady na dodatočné optické káble zanedbateľné vzhľadom k cene za výkopové práce

39. Typy hybridných prístupových sietí FTTEx (Fibre to the Exchange) - ústredňa FTTC, FTTCab (Fibre to the Curb, Cabinet), ktoré privádzajú optické vlákna k účastníckemu rozvádzaču, ku ktorému sú koncové body siete pripojené metalickými káblami, FTTB (Fibre to the Building), ktoré privádzajú optické vlákna až do budov účastníkov, ktorí sú pripojení pomocou vnútorných účastníckych rozvodov,

40. Architektúra aktívnych sietí

41. - niekedy najbežnejšie riešenie - nie je to však skutočná OAN, ale hybridná sieť- (opt. kábel končí v ústredni, kde je DSLAM a z neho xDSL prípojky)

43. 4. Vyučovacia hodina

44. Pasívne a aktívne komponenty OPTICKÝCH PRÍSTUPOVÝCH SIETÍ (OAN) 44

45. Prvky optického komunikačného systému: Optické zdroje Optické detektory žiarenia Optické zosilňovače Multiplexor Izolátor Rozbočova Optické vlákna

48. Optické zdroje LED: (Light-emitting diode - dióda vyžarujúca svetlo) Dióda LED je elektronická polovodičová súčiastka obsahujúca PN priechod. LED vyžaruje úzkospektrálne svetlo, keď ňou prechádza elektrický prúd v priepustnom smere. Svietiaci efekt je následkom žiarivej rekombinácie elektrón-dierového páru a je formou elektroluminiscencie.

49. Spojenie LED – optické vlákno Množstvo vstupujúceho svetla môže byť zvýšené vložením mikro šošovky do spojenia, alebo využitím vlákna so zaobleným koncom. Zdroje svetla sa často predávajú ako jeden celok s krátkym optickým vláknom. Tento konštrukčný celok sa nazýva pigtail. Ak je k dispozícii presný nástroj pre spojovanie vlákien, je jednoduchšie spojiť dve vlákna, než spojovať priamo vlákno so zdrojom svetla.

50. Optické detektory žiarenia: Fotodióda je polovodičový prvok - dióda - určený predovšetkým pre detekciu zmien svetla a premenu svetla na elektrický prúd/napätie. Princíp fotodiódy je založený na vnútornom fotoelektrickom jave. Za vhodných podmienok vyvolávajú fotóny dopadajúce na fotodiódu tok elektrickéhoprúdu. Veľkosť prúdu je úmerná počtu dopadajúcich fotónov.