Rambler's Top100
Статьи ИКС № 7-8 2009
Игорь Геннадиевич БАКЛАНОВ  28 июля 2009

FTTx/PON: измерения и эксплуатация

Сети FTTx – оптоволокно на последней миле – операторы фиксированной связи развертывают все активнее. Как правильно и экономически эффективно производить измерения при строительстве и эксплуатации таких сетей?

Игорь БАКЛАНОВ, директор по развитию компании «Метротек»Сети FTTx (в частности, с использованием технологии PON) – самый перспективный вариант систем абонентского широкополосного доступа (ШПД). Реализовать все требования по скорости доступа (концепция triple play предполагает минимум 30–50 Мбит/с на абонента) можно только с использованием ВОЛС. Поэтому рано или поздно все абонентские сети должны быть переведены на оптику, а все остальные технологии, по сути, только переходные варианты.

Тормозят распространение FTTx стоимость решения и длительность процесса модернизации сетей. Стоимость решения неуклонно снижается, и ее сдерживающее влияние столь же неуклонно уменьшается. Временной же фактор более существенный: провести коренную реконструкцию кабельной абонентской инфраструктуры в одночасье невозможно. Кабельные абонентские системы городов создавались на протяжении 50–100 лет, и полная замена их на оптику – даже при наличии финансирования и доброй воли со стороны операторов – может занять 20–30 лет. Но эти обстоятельства не умаляют ценности технологии FTTx, а наоборот, подчеркивают ее.

Фазы развития проекта FTTx

FTTx/PON уже сегодня позиционируется как технология массового внедрения, т.е. технология, охватывающая более 10–15% населения того или иного города или региона. Понимание массовости технологии очень важно с точки зрения подхода к эксплуатации и измерениям. Дело в том, что по мере развития технологии изменяется понимание задач проекта и само отношение к системе ШПД у службы эксплуатации. А именно:

На этапе подготовки проекта технология мало- изучена, непонятна, поэтому измерительная компонента велика, хотя и ориентирована на лабораторные испытания. Нет совместимости между разными устройствами, стандарты «дышат», помехоустойчивость не выявлена и нуждается в проверке, трактовка спецификаций разными производителями различается, оборудование сырое и т.п. Выявить все негативные факторы можно только в лабораторных условиях, тем более что эксплуатационных приборов на этом этапе нет.

На этапе пробного внедрения задачи мало меняются, все по-прежнему сводится к лабораторным исследованиям с той только разни
цей, что они переносятся в полевые условия.

На этапе внедрения появляется система эксплуатации и встает проблема эксплуатационных измерений. Малое количество абонентов позволяет на начальном этапе проводить полное тестирование каждого абонента. Ничего опасного в этом нет, если только накопленный опыт не «бетонируется» в объемных инструкциях, которые не применимы при массовом внедрении. В середине фазы внедрения нередко появляется миф о том, что «все дело в веревках». «Веревки» рассматриваются обобщенно: для ADSL это абонентские пары, для FTTx – проложенные волокна, для сотовых сетей и WiMAX – радиоэфир. Возникает иллюзия, что если несущая среда, «веревки», в порядке, то вся система ШПД должна работать нормально. Объективный эксплуатационный опыт массовых проектов ADSL и GPRS показывает, что такое мнение – не более чем миф, и миф вредный.

На этапе массового внедрения о полномасштабных измерениях нужно забыть. У инженеров нет времени возиться с каждым абонентом, так как есть план подключений. Если на предыдущем этапе служба эксплуатации накопила внушительный опыт и выделила три-четыре параметра, существенных для абонентов сети, то на этапе массового внедрения процесс можно сделать управляемым, тратя на контроль этих параметров 10–15 минут при каждом подключении. В противном случае измерения вообще не будут проводиться, процесс внедрения ШПД пойдет хаотически, что неизбежно приведет к коллапсу проекта.

Технология FTTx/PON проходит все эти стадии. Но у нее есть отличия:

• Внедрение FTTx/PON требует серьезной реконструкции абонентской кабельной системы. Здесь нет возможности использовать уже существующие среды передачи сигналов (абонентские пары в ADSL, радиоэфир в WiMAX, инфраструктуру сети сотовой связи в 3G и пр.). По сути, кабельная сеть создается с нуля. Это удлиняет фазу внедрения и отодвигает начало массового внедрения. С технологической точки зрения это требует включения измерений в процесс развертывания и пуско-наладки кабельной сети.

• Сам факт коренной модернизации и нового строительства сети, с одной стороны, требует серьезного отношения и больших инвестиций в проект FTTx, с другой – позволяет службе эксплуатации заранее почувствовать дыхание массового проекта.

• FTTx/PON – самая долгоживущая технология, поэтому необходимость модернизации такой сети возникнет не скоро. FTTx/PON медленнее проходит все фазы проекта, медленнее входит в силу и становится массовой, но зато медленнее и устаревает.

Рассмотрим теперь принципы организации измерений в сетях FTTx/PON с учетом специфики каждого этапа.

Измерения в процессе строительства

Б'ольшая часть измерений в процессе развертывания сети FTTx выполняется в полевых условиях и ориентирована на портативные эксплуатационные приборы. Измерения эти должны выполняться инженерами, имеющими специальный опыт работы с ВОЛС. Обычно у оператора таких специалистов мало, если они есть вообще. Поручать измерения низкоквалифицированному персоналу – большая ошибка, так как восстанавливать сеть после неграмотной эксплуатации дорого и сложно. В этой ситуации оператор может либо быстро наладить процесс обучения, либо передать развертывание сети квалифицированной компании-подрядчику, имеющей опыт работы с ВОЛС.

Важнейшая характеристика оптической кабельной сети – затухание сигнала от передатчика до приемника. Иногда этот показатель называют бюджетом линии. Он зависит от нескольких факторов, таких как:

• параметры передатчика: излучаемая мощность, температура, изменение уровня сигнала в процессе эксплуатации оборудования;

• параметры коннектора: тип и качество соединения;

• параметры кабеля: потери сигнала, влияние температуры;

• параметры приемника: чувствительность детектора;


• другие параметры: надежность оборудования, скорость восстановления, резервирование и пр.

Не все перечисленные параметры нуждаются в контроле в процессе эксплуатации. Но среди них есть группа, контролировать которую нужно обязательно, – параметры коннектора. Коннектор – это место, где чаще всего происходят изменения в уже проложенной кабельной системе, и именно здесь нарушения наиболее вероятны. Воистину связь – наука о контактах.


Контроль оптических разъемов

Табл. 1. Ожидаемые значения ORL для FTTx, дБ
Длина абонентской линии, м Длина волны
1310 нм 1490 нм 1550 нм
50 53 56 57
300 46 50 50
500 44 47 48
1000 41 45 46
Один из ключевых факторов, влияющих на бюджет линии FTTx/PON, – чистота коннекторов. Например, пылинка размером 1 микрон в одномодовом кабеле уменьшает сигнал на 1% (0,05 дБ). Но еще опаснее пыль и грязь в сетях кабельного ТВ, где используются мощные источники сигнала до +30 дБм (1 Вт). Здесь пыль и грязь становятся источником нагревания такой мощности, что оптический интерфейс может расплавиться.

Негативные изменения могут вызывать не только грязь или пыль. Это могут быть следы изопропилового спирта, жир от рук, масло, следы геля, чернил на жировой основе (рис. 2) или любая комбинация этих факторов.

Для диагностики качества и чистоты поверхности коннектора применяются эксплуатационные микроскопы либо видеомикроскопы. Использовать видеомикроскопы (рис. 3) в проектах FTTx предпочтительнее, поскольку они дают более объективную картину состояния коннектора и меньше утомляют инженера, которому за смену иногда нужно просмотреть сотни таких коннекторов.

Применение анализаторов оптического затухания

Для паспортизации развертываемой кабельной сети FTTx используют приборы двух основных типов: анализаторы оптического затухания (Optical Loss Test Set, OLTS) и оптические рефлектометры (OTDR).

Самый популярный и простой метод паспортизации основан на применении анализаторов оптического затухания. С их помощью можно измерить два ключевых показателя качества оптического волокна:

• затухание в линии;

• уровень возвратных потерь (ORL).

Измерения проводятся с помощью двух приборов OLTS в два этапа. Первый этап – калибровка каждого прибора по параметру ORL, т.е. измерение уровня ORL с использованием служебного соединительного кабеля. Цель – определение минимального уровня ORL, который можно измерить. Ограничивающим фактором может выступать качество коннектора и особенности проложенного кабеля.

Табл. 2. Преимущества и недостатки применения двух приборов класса OLTS
Преимущества Недостатки
Измерения затухания и ORL выполняются с помощью одного прибора Требуются два инженера
Есть возможность идентификации волокна Между инженерами должна быть телефонная связь
Оба параметра измеряются
с двух сторон
Один инженер должен переходить от одного терминала к другому
Возможна идентификация макроперегибов при тестировании на длинах 1550 и 1310 нм за счет дополнительного теста на 1625 нм В случае обнаружения неисправности или макроперегиба нужно дополнительно использовать OTDR
Второй этап – собственно измерения. В результате могут быть сформированы таблицы значений, связанных с длиной абонентских участков. В качестве возможных предельных норм показателей ORL в табл. 1 приведены значения возвратных потерь для разных длин абонентской линии при двух коннекторах в линии (в системе FTTH в линии может быть четыре коннектора, каждый из которых способен внести ORL до 40 дБ).

В процессе тестирования системы FTTx пара приборов OLTS используется в каждом «плече» сети для измерения затухания и ORL (рис. 4).

Указанный метод имеет свои преимущества и недостатки (табл. 2).

Для оптимизации процедуры измерений используют средства автоматизации. Они позволяют перейти от схемы «точка–точка» к схеме «точка–многоточка», где один из приборов фактически стационарно устанавливается в точке объединения кабелей после сплиттера (рис. 5), и выполнять измерения силами одного инженера. Важным фактором является реализация в приборах автоматической системы отчетности, которая больше соответствует процессу массового строительства, когда один инженер за смену должен обслуживать по несколько десятков волокон.

Применение оптических рефлектометров

Альтернативным методом паспортизации кабельной сети является применение оптических рефлектометров (OTDR), которые благодаря обеспечиваемой ими возможности проведения измерений с одной стороны одним инженером (рис. 6) широко используются службами эксплуатации ВОЛС операторов связи.

Табл. 3. Преимущества и недостатки применения одного прибора класса OTDR
Преимущества Недостатки
Возможно измерение параметров затухания и ORL ORL измеряется от ONT, т.е. в направлении, обратном распространению видеосигнала
Возможно проводить измерения в распределенных кабельных системах Инженер должен переходить от одного терминала к другому
Возможна идентификация макроперегибов при тестировании на длинах волн 1550 и 1310 нм за счет дополнительного теста на 1625 нм Инженер должен иметь высокую квалификацию для правильной интерпретации результатов
Высокая скорость измерений  
Быстрый поиск неисправ-ности в случае обрыва  
Требуется только один инженер  
Все отдельные волокна между OLT и сплиттером могут быть протестированы со стороны ONT с использованием одного OTDR. В процессе тестирования измеряется затухание в каждом волокне, а также обнаруживаются макроперегибы, которые ухудшают качество передачи сигнала.

Особенность сетей FTTx – малые по сравнению с магистральными ВОЛС длины волокон. Может оказаться, что мертвая зона OTDR не позволяет выявить негативное влияние коннектора. В таком случае рекомендуется использовать тестовый кабель длиной 300–500 м.

Применение OTDR для контроля сетей FTTx требует тщательной настройки измерений и оптимизации прибора под задачи указанных сетей. Причиной тому – широкое применение в сетях FTTx (в первую очередь в сетях PON) кабельных систем древовидной топологии. Если OTDR не оптимизирован под задачи тестирования PON, сигналы от разных «плеч» древовидной системы могут мешать друг другу, в результате чего полученные трассировки рефлектограмм окажутся бесполезными. На измерениях отрицательно сказывается и присутствие сплиттеров в тестируемом канале. Потери тестового оптического сигнала в процессе его отражения на сплиттере приводят к появлению характерной «ямы» на рефлектограмме, так что рефлектометр должен иметь достаточный динамический диапазон для отображения состояния кабеля после сплиттера.

Применение OTDR имеет свои преимущества и недостатки (табл. 3).


Измерения в процессе эксплуатации

Если при развертывании сети FTTx измерения выполняются при паспортизации построенной кабельной инфраструктуры, то в процессе эксплуатации, на этапах внедрения и массового внедрения – при подключении абонента и в ходе поиска и устранения неисправностей.

Измерения при подключении абонента

Обычно показателем качества подключения служит уровень затухания сигнала. Несмотря на внешнюю простоту схемы организации измерений (рис. 8), измерения на этом этапе имеют свои нюансы: во-первых, теперь они привязаны не к волокнам, а к пользователю или конкретному ONT; во-вторых, важно измерить затухание не в одной, а в нескольких точках.

Табл. 4. Измеряемые параметры сети FTTx/PON
Группа параметров Основные метрики качества Число контролируемых параметров
Качество кабеля IL, ORL 4
Качество канала доступа Th (пропускная способность), Lat (задержка), LD (девиация задержки), FE (ошибка в кадре), FL (потери кадров) 6
Качество домашнего канала Wi-Fi SSID (идентификатор точки Wi-Fi), Th (пропускная способность), Lat (задержка) 4
Качество услуги VoIP MOS, R-фактор, NER (доля нормальных вызовов), ASR (доля вызовов, закончившихся разговором) 16
Качество услуги IPTV MDI (индекс доставки мультимедиа), MLR (потери видеопакетов), DF (фактор задержки в IPTV) 15
Качество интернет-услуг Th (пропускная способность), Lat (задержка) 6
  ИТОГО 51
Для проведения измерений используется простой измеритель оптической мощности, который может работать в режиме «на проход» для определения затухания в условиях включенного ONT. Наличие результатов такого тестирования особенно важно, поскольку подключение абонентов часто выполняется субподрядчиками, а оператору нужно знать параметры качества соединения на абонентской стороне.

В случае возникновения расхождений в показателях качества в точке подключения абонента необходимо провести пошаговый анализ и измерить затухание в разных точках для нахождения точки нарушения качества. Это могут быть, например (см. рис. 8):

1 точка подключения распределительного кабеля (в распределительном шкафу);

2 точка подключения отводного кабеля (в отводном терминале);

3 точка подключения устройства ONT.

Поиск неисправностей

Измерения, связанные с поиском и устранением неисправностей в кабельной сети, включают в себя рефлектометрию на различных участках с использованием четырех длин волн:

• 1490 нм (передача голоса и данных «вниз» – к абоненту);

• 1550 нм (дополнительный канал для вещания видео);

• 1310 нм (передача голоса и данных «вверх» – от абонента);

• 1625/1650 нм (служебный канал для поиска неисправностей).

При поиске неисправностей прибор OTDR применяется в режиме короткого импульса (5 нс), что позволяет находить неисправности, не оказывая влияния на качество услуг, предоставляемых пользователям, подключенным к тому же сплиттеру.

За пределами кабеля

Измерения на этапе эксплуатации базируются на тех же принципах и оборудовании, что используются и при развертывании кабельной сети. В этом есть положительный момент: оператор может использовать накопленный опыт, кадры и оборудование. Однако строительство сети FTTx/PON – дело настолько масштабное, что совокупность необходимых измерений кабельной системы вполне может заслонить все другие вопросы контроля сети и понимание целей и задач FTTx как проекта массового ШПД.

Тогда и возникает пресловутый миф о «веревках», и в результате служба эксплуатации уделяет внимание только той части системы FTTx, которая заново создается в процессе строительства оптической последней мили. И вся измерительная компонента проекта увязывается только с кабелями и измерениями затухания и ORL. В действительности это не так, но из-за масштаба строительства сети FTTx заблуждение будет максимально устойчивым, а потому – максимально губительным.

Как уже говорилось, миф о «веревках» характерен не только для FTTx, он может проявиться во всех проектах ШПД. Как правило, его несостоятельность становится очевидной на этапе массового внедрения, когда выясняется, что поверившая мифу служба эксплуатация упустила время, чтобы подготовиться к действительно важным работам массового внедрения. Мировой опыт массовых ADSL-проектов дает следующее распределение неисправностей по различным категориям:


• абонентские подключения – 30%;

• кабельная сеть – 10%;

• настройки DSLAM – 20%;

• сети IP (сеть агрегации, городские сети и транспортные сегменты) – 20%;

• услуги и другие проблемы – 20%.

Мы видим, что «веревки» здесь отнюдь не являются ключевым фактором. Статистика по более «молодым» проектам FTTx/PON только собирается, но уже сейчас можно сказать, что с «веревками» будет связано еще меньше проблем, чем в случае с ADSL.

Миф не возникнет, если рассматривать сеть FTTx/PON с точки зрения целей всего проекта ШПД – обеспечения услуг широкополосного доступа. Понимание того, что пользователь жалуется на качество услуги, а не на паспорт кабеля, – лучшая вакцина от негативного влияния мифа о «веревках».

Рассматривая сеть FTTx/PON как решение, обеспечивающее предоставление услуг широкополосного доступа, можно увидеть структуру, более сложную, чем та, что показана на рис. 1. В ее состав входят маршрутизаторы для подключения к Интернету, шлюзы в ТфОП, видеосерверы, домашние сети и т.п. Комплексное понимание проекта FTTx/PON требует создания широкой метрологической модели измерения параметров. Вместо четырех параметров, измеряемых в кабельной сети (затухание, ORL, рефлектограмма, качество коннекторов), при таком подходе нужно измерять на порядок большее число параметров (табл. 4).

Определить, какие из перечисленных параметров действительно критичны для отдельного проекта FTTx/PON, а какие нет – задача фазы внедрения, к началу которой подошли отечественные операторы.
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: