Сеть кабельного телевидения

Существуют  четыре основные топологии построения оптических сетей доступа: «кольцо», «точка-точка», «дерево с активными узлами», «дерево с пассивными узлами».

Рис. 1 – Топология «Кольцо»

Кольцевая топология на основе SDH положительно зарекомендовала себя в городских  телекоммуникационных сетях. Однако в  сетях доступа не все обстоит  также хорошо. Если при построении городской магистрали расположение узлов планируется на этапе проектирования, то в сетях доступа нельзя заранее  знать где, когда и сколько  абонентских узлов будет установлено. При случайном территориальном  и временном подключении пользователей  кольцевая топология может превратиться в сильно изломанное кольцо с множеством ответвлений, подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную – «сжатых» колец (collapsed rings) для увеличения пропускной способности и резервирования применяют двойное кольцо. Чтобы избежать снижения надежности сети применяют кольцо меньшего размера называемые еще субмагистральными. 

 «Точка-точка» (P2P)

Топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию. P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary) решений, например, использующих оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации, при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских  узлов. Поскольку ОК нужно прокладывать индивидуально до абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен  в основном для крупных абонентов.

Недостатком топологии является большие  затраты на кабели так как протяженность  кабельных линий резко возрастает.

Рис. 2 – Топология «точка-точка»

«Дерево с активными узлами» – это экономичное с точки зрения использования волокна решение. Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

Рис. 3 – Топология «дерево с активными узлами»

 «Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)»

Решения на основе архитектуры PON используют логическую топологии «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.

Общеизвестно, что PON позволяет экономить на кабельной  инфраструктуре, за счет сокращения суммарной  протяженности оптических волокон, т.к. на участке от центрального узла до разветвителя используется всего  одно волокно. В меньшей степени  обращают внимание на другой источник экономии – сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном  узле. Между тем экономия от второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной. Так по оценкам компании NTT конфигурация PON с разветвителем в центральном офисе в непосредственной близости к центральному узлу оказывается экономичнее, чем сеть точка-точка, хотя сокращение длины оптического волокна практически нет. Более того, если расстояния до абонентов не велики с учетом затрат на эксплуатацию оказывается, что PON с разветвителем в центральном офисе экономичнее, чем PON с разветвителем, приближенным к абонентским узлам.

Рис. 4 – Топология «дерево с пассивным разветвлением»

Современный этап развития СКТ характеризуется  существенным увеличением канальной  емкости, организацией интерактивности, внедрением передачи сигналов в цифровой форме (интернет, телефония, цифровое телевидение). В настоящее время существует технологий строительства сетей кабельного телевидения и еще больше обозначений, которыми именуют эти технологии. Воспользуемся терминами, использованными в книге З.А. Зима «Системы кабельного телевидения». Рассмотрим основные технологии построения сетей кабельного телевидения: HFC (Hybrid Fiber Coaxial) – гибридные сети кабельного телевидения, FTTC (Fiber To The Carb) – оптика до группы домов, FTTB (Fiber To The Building) – оптика до здания, FTTH (Fiber To The Home) - оптика в дом, квартиру и стандарт DOCSIS (Data over Cable Systems Interface) стандарт передачи данных по кабельным сетям североамериканский.

1.3 HFC

                Гибридные оптико-коаксиальные сети (HFC – Hybrid Fiber Coax) строятся, потрем основным технологиям,  часто именуются классическими сетями. По HFC сетям передают как аналоговые, так и цифровые сигналы. При построении систем кабельного телевидения (СКТ) в подавляющем большинстве используют HFC сети, они обладают максимальной потенциальной широкополосностью из всех видов существующих сетей, как на магистральных участках, так и на участках абонентского доступа. HFC сети в настоящее время находят все большее и большее распространение благодаря широкополосности, мультимедийности, простоте формирования контента, возможности формирования равенства информационных потоков в обоих направлениях, доступа ко всем абонентам, высокой надежности и простоте обслуживания.

Рис. 5 – Технологии сетей кабельного телевидения

В сетях  HFC транспортная сеть строится на оптическом волокне или арендуется, она связывает между собой головную и узловые станции, топология зависит от количества узловых станция.

По оптическим магистралям и субмагистралям сигнал подается от узловой головной станции  к оптическим узлам. От них строится коаксиальная распределительная сеть использующая кабель большого диаметра и имеющий малые потери (не хуже 0,07 дБ/100 м). Общая протяженность такого кабеля может составить не более трех километров, так как при изменении температуры затухание сигналов в коаксиальном кабеле может измениться на столько, что сеть кабельного телевидения окажется не работоспособной.

1.4  FTTC(Fiber To Carb) – оптика до группы домов, с FTTC архитектуры и начиналось строительство HFC сетей (рис.6). Позже, в связи со снижением цен, как на оптическое активное оборудование, так и на оптический кабель, появилась возможность построения FTTB и даже FTTH архитектур. Тем не менее, цена на FTTC сети остается наименьшей в сравнении с любой другой архитектурой в силу следующих положений:

Цена  на оптический узел при прочих равных условиях всегда будет выше цены коаксиального  усилителя при прочих равных условиях.

Цена  оптического передатчика будет значительно выше цены на оптический узел. Стоимость монтажных и инсталляционных работ на волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) будет выше аналогичной стоимости на коаксиальные сети.

Рис.6 – Структурная схема типовой FTTC сети

Очевидно, что некоторые из функциональных зон могут и отсутствовать (например, вторичная ВОЛС, вторичная головная станция – ВГС или цифровая транспортная магистраль).

Частным случаем реализации такой технологии является стандарт DOCSIS.

1.5 DOCSIS – это технология, предоставляющая возможность быстрого и недорого развертывания услуги передачи данных для абонентов сети СКТ. С технической стороны технология выглядит довольно просто.  Для внедрения услуги необходимо установить головной кабельный модем и предоставить пользователям на условиях покупки или аренды абонентские кабельные модемы. Единственной сложностью в данном случае будет являться поддержка в сети СКТ обратного канала. Во многих случаях сети СКТ уже проектируются и строятся с поддержкой обратного канала. Если этого нет, то затраты на замену усилителей составляют вполне измеримые величины. В случае применения DOCSIS скорость передачи прямого и обратного канала будет разделяемой между абонентами кластера сети СКТ, то есть между абонентами зоны обслуживаемой одним головным кабельным модемом. Количество абонентов в кластере определяется исходя из уровня 30% охвата услугой абонента сети. В зависимости от модели головного кабельного модема и структуры сети число абонентов в одном кластере будет примерно от 1000 до 2000. В результате скорость передачи данных для отдельного абонента будет, не высокая, но в целом приемлемого качества для использования сервисов сети и интернет достаточна. Что касается эксплуатационных характеристик, то такая сеть потребует значительных усилий на этапе строительства или модернизации и в процессе настройки уровней обратного канала. Также важно - технология DOCSIS чувствительна к шумам, что может проявиться в виде повышенного процента отказов в период эксплуатации, связанного с климатическими изменениями параметров кабеля и оборудования, что немаловажно для России.

1.6 FTTB

FTTB (Fiber To The Building) – оптика до здания. Под такой технологией понимают относительно глубокое проникновение оптики до абонента, т.е. работу оптического узла (ОУ) в среднем на 100…250 абонентов (например, 9…12-ти этажный дом на 4…6 подъездов). При этом после ОУ каскадно включается обычно не более одного коаксиального усилителя. Учитывая, что стоимость оптико-волоконных кабелей, оптических передатчиков и приемников постоянно снижается, в ближайшем будущем технология FTTH будет оправдана. Первым этапом для постройки FTTH является строительство FTTB сетей.

Рис. 7 – Технология FTTB

В волоконно-оптическом кабеле, проходящем до оптического  узла здания, используется как минимум, три активных волокна. Стоимость  кабеля с числом волокон менее  восьми меньше чем, стоимость магистрального коаксиального кабеля. По паре волокон  обеспечивается канал связи сети с иерархией Ethernet 10/100/1000. К абоненту прокладывается витая пара длинной до 200 метров на интерфейсы 10 Base-T или 100 Base-TX. При подключении индивидуальных абонентов лучше полностью отказаться от мультиплексоров, а все каналы сделать дуплексными. Использование коммутаторов позволит организовать иерархию по скоростям, ввести тарификацию абонентов при их подключении к 10 Base-T или 100 Base-TX, а также использовать более скоростные каналы на магистральных участках сети.

По одному волокну можно передавать широковещательный  телевизионный сигнал на домовой  оптический приемник, усилитель линейный прием этого сигнала в электрический  и передачу его в коаксиальный кабель в полосе частот порядка       1 ГГц. При замене HFC на FTTB домовой усилитель удаляется, а пассивный фрагмент коаксиального кабеля полосой 300 МГц с цифровым трафиком в стандарте MPEG-2 выше 1 МГц сохраняется. Обратного канала в такой сети нет. В отличие от традиционного построения HFC сетей, где после оптического узла устанавливают несколько последовательных коаксиальных усилителей, в FTTB сети интермодуляционные искажения создают только оптические приемо-передающие устройства. Для системы управления используется интерактивный канал Ethernet.

Особенностями технологии FTTB являются:

Повышенная  надежность. Как известно из практики, наибольшее число отказов приходится именно не на ВОЛС, а на коаксиальные сети. Ввиду наличия каскадно включенного  не более одного усилителя (например, усилитель на подъезд), вероятность  отказа является низкой.

Простота  построения параллельных цифровых сетей  является наиважнейшим достоинством FTTB технологии. При этом под параллельную цифровую сеть выделяется отдельное  оптическое волокно (вместо жилы под  реверсный канал).

Снижение  шумов ингрессии достигается  за счет малого числа абонентов, подключаемых к одному ОУ. Более того, при использовании  коллективных кабельных модемов (СМ), шумы ингрессии (основные источники  шумов в реверсном канале), исходящие  от абонентов, фактически исключаются, т.к. СМ включается на входе домового усилителя, в составе которого отсутствует  усилитель реверсного канала.