Проектирование и строительство оптических сетей доступа на основе технологии PON: руководство для дипломного проекта.

С чего начинается дипломный проект по сетям PON

Стремительный рост объемов трафика и постоянно растущие требования к скорости доступа в интернет ставят перед провайдерами новые вызовы. Традиционные технологии, такие как Ethernet, при всей своей надежности начинают достигать пределов в контексте построения современных мультисервисных сетей, способных одновременно доставлять данные, видео высокого качества и голосовую связь. В этих условиях технология пассивных оптических сетей (PON) выходит на передний план как наиболее эффективное и перспективное решение.

Активное внедрение PON-архитектуры операторами связи в России делает выбор этой темы для дипломного проекта не просто актуальным, а стратегически верным. Такая работа демонстрирует понимание современных тенденций в телекоммуникационной отрасли и опирается на передовые международные стандарты. Это ваш шанс показать себя как специалиста, готового решать реальные инженерные задачи.

Итак, актуальность темы не вызывает сомнений. Но прежде чем приступать к проектированию, необходимо глубоко разобраться в самой технологии, которая станет фундаментом всей работы.

Что такое пассивные оптические сети, если объяснять просто

В основе технологии PON лежит элегантная идея: создать сеть доступа без каких-либо активных, требующих электропитания, компонентов на участке от провайдера до абонента. Это достигается за счет древовидной архитектуры и использования пассивных оптических разветвителей — сплиттеров.

Любая сеть PON состоит из трех ключевых элементов:

• OLT (Optical Line Terminal) — станционный терминал. Это «мозг» сети, который устанавливается на узле связи провайдера. Он управляет всей сетью, генерирует потоки данных для абонентов и принимает информацию от них.
• ODN (Optical Distribution Network) — оптическая распределительная сеть. Это вся пассивная инфраструктура между OLT и абонентами, состоящая из оптического волокна, муфт и, что самое главное, сплиттеров. Сплиттер делит оптический сигнал от OLT на несколько потоков, позволяя одному порту обслуживать десятки абонентов.
• ONU/ONT (Optical Network Unit/Terminal) — абонентское устройство. Это та самая «коробочка», которая устанавливается в квартире или доме клиента и преобразует оптический сигнал в привычные нам сервисы: интернет (Ethernet), телевидение и телефонию.

Такое устройство обеспечивает технологии PON ряд неоспоримых преимуществ: экономичность за счет отсутствия активных узлов в распределительной сети, низкое энергопотребление, высокая надежность и значительная экономия оптического волокна. Технология PON имеет несколько стандартов. Чтобы сделать осознанный выбор для своего проекта, необходимо сравнить два самых распространенных из них.

GPON против EPON, или какой стандарт выбрать для проекта

Хотя обе технологии служат одной цели, они имеют разные корни и технические характеристики. EPON (Ethernet PON) исторически вырос из стандартов Ethernet, в то время как GPON (Gigabit PON) изначально проектировался телекоммуникационным сообществом для более гибкой передачи разнородного трафика.

Давайте сравним их по ключевым параметрам в виде таблицы для наглядности.

Сравнительный анализ стандартов GPON и EPON

Параметр	GPON	EPON / GEPON
Длины волн (прямой/обратный)	1490 нм / 1310 нм	1490 нм / 1310 нм
Максимальная дальность	До 60 км	До 20 км
Коэффициент деления (Split Ratio)	До 1:128	До 1:64
Основное преимущество	Высокая эффективность для мультисервисного трафика, гибкость, масштабируемость.	Простота и дешевизна, так как базируется на Ethernet.

Вывод: для современных мультисервисных сетей, где требуется передача голоса, видео и данных, GPON является предпочтительным выбором. Его большая дальность, высокий коэффициент деления и лучшая адаптивность к разным типам трафика делают его более перспективным стандартом для дипломного проектирования. Теперь, вооружившись теоретическими знаниями, мы можем перейти к формальной части — разработке структуры самой дипломной работы.

Как выглядит «скелет» дипломной работы по строительству сети

Чтобы не потеряться в объеме информации, важно с самого начала иметь четкий план. Классическая структура дипломного проекта по инженерной специальности — это проверенный временем «скелет», который поможет логично изложить ваши проектные решения. Рекомендуется придерживаться следующих разделов:

1. Введение: Обосновывается актуальность темы, ставятся цель и задачи исследования.
2. Аналитическая (теоретическая) часть: Проводится анализ современных технологий ШПД, сравниваются стандарты PON, описывается объект проектирования.
3. Проектно-расчетная часть: Это ядро вашей работы. Здесь разрабатывается структурная схема сети, производится трассировка кабелей, выполняется расчет оптического бюджета и подбирается оборудование.
4. Экономическое обоснование: Рассчитываются капитальные и эксплуатационные затраты, определяются показатели окупаемости проекта.
5. Охрана труда и окружающей среды: Описываются меры по обеспечению безопасности при строительстве и эксплуатации сети, а также оценивается ее воздействие на экологию.
6. Заключение: Формулируются основные выводы по проделанной работе, подтверждается достижение поставленной цели.
7. Список литературы и приложения: Приводятся все использованные источники и дополнительные материалы (спецификации, схемы).

Эта структура — наш план действий. Начнем его выполнять и разберем, как написать первую, аналитическую главу.

Пишем первую главу, где нужно проанализировать исходные данные

Первая глава — это не просто пересказ теории из учебников, а фундамент вашего проекта. Здесь вы должны доказать, что понимаете задачу и контекст. Ключевая цель этой главы — четко определить, что вы проектируете и зачем.

Она должна включать в себя три основных блока:

• Обоснование актуальности: Мы уже обсудили это выше. Здесь вы кратко излагаете, почему сети PON — это современно и востребовано.
• Постановка цели и задач: Цель должна быть конкретной и измеримой. Например:
  

  «Целью дипломного проекта является проектирование участка мультисервисной сети доступа по технологии GPON для обеспечения услугами ШПД 1024 абонентов в жилом микрорайоне «Северный» города Барнаул».

  Задачи вытекают из цели: проанализировать стандарты, разработать схему, рассчитать бюджет, выбрать оборудование, обосновать экономически.

• Описание объекта проектирования: Это важнейшая часть. Вы должны дать характеристику территории, где будет строиться сеть. Например, указать количество жилых домов, их этажность, тип застройки, общее количество квартир (потенциальных абонентов). Это покажет, что вы работаете не с абстрактной задачей, а с практически применимым проектом.

После того как цели поставлены и объект проанализирован, мы переходим к самому интересному и сложному — практическому проектированию сети.

Сердце проекта, или как спроектировать архитектуру будущей сети

Этот раздел — практическое воплощение ваших теоретических знаний. Здесь вы, как инженер, создаете будущую сеть на бумаге (или в специализированном ПО). Процесс проектирования оптической распределительной сети (ODN) можно разбить на несколько логичных шагов:

1. Выбор места для станционного узла (OLT): Обычно OLT размещается в существующем здании АТС или в специально оборудованном узле связи. Главный критерий — центральное расположение по отношению к зоне охвата для минимизации длин кабелей.
2. Трассировка магистрального кабеля: От узла с OLT прокладывается магистральный оптический кабель. Чаще всего его прокладывают в существующей телефонной канализации. На карте района вы должны показать маршрут его прокладки.
3. Размещение распределительных муфт и сплиттеров первого уровня: Магистральный кабель приходит в распределительные муфты, где устанавливаются сплиттеры (например, 1:4 или 1:8). Эти муфты — ключевые точки ветвления сети, их располагают в стратегических местах, например, на несколько близстоящих домов.
4. Проектирование распределительной сети: От распределительных муфт прокладываются кабели «последней мили» к каждому дому. Внутри зданий (например, на чердаках или в подвалах) устанавливаются сплиттеры второго уровня (например, 1:16 или 1:8), от которых уже идут кабели непосредственно к абонентам.
5. Составление структурной схемы: Итогом этой работы должна стать наглядная структурная схема всей спроектированной сети. На ней отображаются OLT, все уровни сплиттеров, количество волокон на каждом участке и общее число подключенных абонентов.

Схема сети готова на бумаге. Теперь нужно убедиться, что она будет работать в реальности. Для этого проведем ключевой для любой оптической сети расчет.

Выполняем расчет оптического бюджета, чтобы гарантировать сигнал

Даже идеально спроектированная схема останется лишь картинкой, если сигнал от провайдера не дойдет до абонента с достаточной мощностью. Чтобы доказать работоспособность сети, выполняется расчет оптического бюджета мощности. Его суть проста: нужно убедиться, что общие потери сигнала в линии меньше, чем разница между мощностью передатчика на OLT и минимальной чувствительностью приемника на ONT.

Расчет всегда ведется для самой длинной и разветвленной ветки сети, так как именно на ней будут максимальные затухания. Формула для расчета общего затухания (Аобщ) выглядит так:

А_общ = L * α_в + N_св * α_св + N_раз * α_раз + А_спл

Где:

• L — общая длина оптического волокна в км.
• α_в — погонное затухание в волокне (обычно ~0.22 дБ/км для длины волны 1490 нм).
• N_св и N_раз — количество сварных и разъемных соединений.
• α_св и α_раз — нормативные затухания на сварном (~0.1 дБ) и разъемном (~0.5 дБ) соединении.
• А_спл — суммарное затухание на всех сплиттерах в линии.

После расчета вы сравниваете полученное значение А_общ с бюджетом мощности вашего оборудования (например, 28 дБ для класса B+ GPON). Если итоговое затухание с учетом запаса (3-4 дБ) меньше бюджета, вы можете с уверенностью заявить: «Сеть работоспособна». На практике, после монтажа, эти расчеты подтверждаются измерениями с помощью оптического рефлектометра (OTDR).

Мы доказали, что наша схема жизнеспособна. Следующий логический шаг — подобрать конкретные модели оборудования, которые удовлетворят нашим расчетам и задачам.

Подбираем оборудование, от станционного терминала до абонентской розетки

Аргументированный выбор оборудования — важная часть проекта, демонстрирующая ваше знание рынка. Весь перечень необходимого оборудования удобно разделить на три группы и свести в итоговую спецификацию.

1. Активное оборудование:
   • OLT (Станционный терминал): Ключевой параметр — емкость. Нужно рассчитать необходимое количество PON-портов исходя из общего числа абонентов и выбранного коэффициента деления. Например, для 1024 абонентов при сплиттировании 1:64 потребуется 16 PON-портов. Стоит заложить запас емкости для будущего роста.
   • ONT/ONU (Абонентские терминалы): Выбираются модели в зависимости от набора услуг. Это могут быть простые ONT с одним Ethernet-портом («мост») или более сложные устройства с несколькими LAN-портами, Wi-Fi и портами для телефонии и ТВ.
2. Пассивные компоненты:
   • Оптический кабель: Выбирается в зависимости от условий прокладки. Для подземной прокладки в канализации используется один тип (например, с броней из стальной ленты), для воздушного подвеса на опорах — другой (с вынесенным силовым элементом).
   • Сплиттеры, кроссы, муфты: Подбираются с нужным коэффициентом деления (сплиттеры) и необходимой емкостью (оптические кроссы).
3. Производители:

   На рынке представлено множество производителей. Важно показать, что вы ориентируетесь в них. Можно упомянуть мировых лидеров, таких как Huawei, ZTE, Nokia, а также хорошо зарекомендовавших себя отечественных производителей, например, Eltex. Также существуют компании Sercomm и ATW Technology, предлагающие конкурентные решения.

Оборудование выбрано и посчитано. Теперь необходимо доказать, что наш проект не только технически состоятелен, но и экономически целесообразен.

Обосновываем экономическую эффективность проекта

Любой инженерный проект должен иметь экономическое обоснование. Этот раздел показывает, что вы мыслите не только как техник, но и как менеджер, понимающий бизнес-цели. Расчет делится на две большие части: определение затрат и расчет показателей окупаемости.

1. Расчет затрат:

• Капитальные затраты (CAPEX): Это единовременные инвестиции, необходимые для запуска сети. Сюда входит:
  • Стоимость всего активного и пассивного оборудования (согласно вашей спецификации).
  • Стоимость проектно-изыскательских работ (ПИР).
  • Стоимость строительно-монтажных работ (СМР).
• Операционные (эксплуатационные) затраты (OPEX): Это регулярные расходы на поддержание работы сети. Они включают:
  • Аренда площадей для узла связи, аренда кабельной канализации.
  • Затраты на электроэнергию.
  • Фонд оплаты труда обслуживающего персонала.
  • Расходы на ремонт и обслуживание.

2. Расчет показателей эффективности:

На основе рассчитанных затрат и прогнозируемых доходов (абонентская плата) вычисляются ключевые финансовые показатели. Самые важные для дипломного проекта — срок окупаемости (PP) и чистая приведенная стоимость (NPV). Срок окупаемости показывает, за какой период времени доходы от проекта покроют первоначальные инвестиции. Если показатель NPV получается положительным, это говорит о том, что проект является инвестиционно привлекательным и его реализация целесообразна.

Техническая и экономическая части готовы. Осталось оформить обязательные для любого инженерного проекта разделы.

Готовим разделы по охране труда и экологии

Хотя эти разделы часто считают формальностью, они важны для демонстрации комплексного подхода к проектированию. Их не нужно делать слишком объемными, главное — отразить суть.

В разделе «Охрана труда» необходимо проанализировать потенциально опасные и вредные производственные факторы, с которыми могут столкнуться монтажники и эксплуатационный персонал. Для оптических сетей это в первую очередь:

• Лазерное излучение: Невидимое глазу излучение в оптическом волокне может повредить сетчатку. Необходимо описать меры предосторожности: использование защитных очков, проверка линии специальными приборами перед работой.
• Работа на высоте: При подвесе кабеля на опорах. Следует упомянуть требования к инструктажу, использованию страховочных систем и спецодежды.

В разделе «Охрана окружающей среды» следует подчеркнуть экологические преимущества технологии PON. Поскольку в распределительной сети отсутствуют активные компоненты, проект характеризуется минимальным воздействием на окружающую среду. Ключевой тезис — низкое энергопотребление по сравнению с сетями, требующими установки активных коммутаторов в каждом доме.

Вся основная работа проделана. Пришло время подвести итоги и правильно оформить финальные части документа.

Формулируем выводы и составляем список литературы

Заключение — это финальный аккорд вашей работы. Оно не должно содержать новой информации. Лучший способ его написать — вернуться к введению и «зеркально» ответить на поставленные задачи.

Во введении вы ставили задачи: «проанализировать…», «разработать…», «рассчитать…».
В заключении вы констатируете факт: «В ходе работы была проанализирована технология GPON…», «была разработана структурная схема сети на 1024 абонента…», «был выполнен расчет оптического бюджета, подтвердивший работоспособность сети…».

В конце обязательно сделайте главный вывод о том, что цель дипломного проекта полностью достигнута.

Список литературы — это показатель вашей академической добросовестности. Оформляйте его строго по ГОСТу. Важно, чтобы в нем присутствовали не только учебники, но и более серьезные источники: научные статьи по теме, техническая документация производителей оборудования и, обязательно, ссылки на международные стандарты ITU-T, регламентирующие технологию PON.

Дипломный проект написан, сшит и готов. Но впереди самый ответственный этап.

Несколько советов для успешной защиты проекта

Защита — это презентация результатов вашего многомесячного труда. Чтобы она прошла успешно, недостаточно просто хорошо написанной работы, нужно уметь ее представить. Вот несколько советов:

• Подготовьте презентацию: Сделайте краткую (на 7-10 минут) �� наглядную презентацию. Вынесите на слайды самое главное: цель и задачи, структурную схему сети (это ваш ключевой слайд!), результаты расчета оптического бюджета и итоговые экономические показатели.
• Продумайте ответы на вопросы: Поставьте себя на место комиссии. Какие вопросы они могут задать? «Почему вы выбрали именно GPON, а не EPON?», «Чем обоснован выбор именно этого OLT?», «Какой запас оптического бюджета у вас получился?». Заранее подготовьте четкие и лаконичные ответы.
• Будьте уверены: Вы — главный эксперт по вашему проекту. Вы знаете его досконально. Уверенность, подкрепленная точными цифрами из расчетов и логикой проектных решений, является ключом к успешной защите и высокой оценке.

Список литературы

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 3-е изд. — С-Пб.: Питер, 2006. — 985 с.
2. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы. М.:Политех-4, 2004 — 234 с.
3. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н., под ред. профессора Шувалова В.П. Телекоммуникационные системы и сети. Учебное пособие — Изд. 3-е, испр. и доп. — М.: Горячая линия -Телеком, 2003. — 647 с.: ил. . — Т.1 — 3.
4. Алексеев Е.Б. Оптические сети доступа. Учебное пособие — М.: ИПК при МТУ СИ, 2005 г. — 140 с.
5. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа — М.: Эко-Трендз, 2005. — 384 с.
6. Рошан Педжман, Лиэри Джонатан. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11.: Пер.с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. — 304 с..
7. Проф. кэн Л.А. Сафонова, Г.Н. Смоловик. Экономическая эффективность инвестиционных проектов. Методология и инструментарий оценки. Монография — Новосибирск: СибГУТИ. — 2007 г. — 160 с.
8. Симакова Н.Н. Оказание первой помощи пострадавшим при несчастных случаях. Учебное пособие — Новосибирск: СибГУТИ, 2007 г.
9. Голубицкая Е.А. Экономика связи. — М.: Ириас, 2006. — 488 с
10. Шокина Л.Г. Охрана труда на предприятиях связи. — М.: Радио и связь, 2001.-17 с.: ил.
11. Вайспапир В.Я., Катунин Г.П., Мефодьева Г.Д. Единая система конструкторской документации в студенческих работах. Учебное пособие — Новосибирск: СибГУТИ.
12. Вегешна, Ш. Качество обслуживания в сетях IP = IP Qualit of Service/ Шринивас Вегешна.; Пер. с англ. А.А.Борисенко, А.В. Журавлева; Под ред. А.В.Журавлева. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. – 386 с.: ил.
13. Гургенидзе, Мультисервисные сети и услуги широкополосного доступа/ Гургенидзе. – М.: Издательство «Лори», 2002. – 324 с.
14. Дворецкий, И.М. Мультисервисный абонентский доступ и NGN/ И.М. Дворецкий // Журнал технологии и средства связи. Специальный выпуск Системы абонентского доступа.- 2007 — Т III. — 2. — С. 7 — 9.
15. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи. Пособие для ВУЗов, — М.: Радио и связь, 1990г. – 223с.
16. Горлов Н.И., Микиденко А.В., Минина Е.А. Оптические линии связи и пассивные компоненты ВОСП. — Новосибирск, 2003г. – 229с.
17. И.И.Гроднев, С.М.Верник Линии связи. Учебник для ВУЗов – М.: Радио и связь,1988г – 544с.
18. Ионов А.Д. Волоконно-оптические линии передачи. Учебное пособие – Новосибирск, 1999г. – 132с.
19. Ионова Е.А., Пожидаева Л.Б. Оценка технико-экономической эффективности проектных решений при экономическом обосновании дипломных проектов. – Новосибирск, 1996г. – 223с.
20. Охрана труда на предприятиях связи. Под редакцией Баклашова Н.И. – М.: Радио и связь, 1985г. – 280с.
21. Правила техники безопасности при работах на кабельных линиях связи и проводного вещания. – М.: Связь, 1979г. – 150с.
22. ОСТ 45.104-97. Стыки оптических систем передачи синхронной цифровой иерархии. Классификация и основные параметры.
23. Руководство по строительству линейных сооружений магистральных и внутризоновых оптических линий связи. – М.: 1993г. – 197 с.
24. Скворцов Б.В., Иванов В.И., Крухмалев В.В. Оптические системы передачи: Учебник для вузов/ Под. ред. В.И. Иванова. – М.: Радио и связь, 1994. – 224с.: ил.
25. Бирюков Н.Л., Стеклов В.К. Транспортные сети и системы электросвязи. Системы мультиплексирования: Учебник для студентов вузов по специальности «Телекоммуникации» – К.: 2003. – 352 с.:ил.
26. Стерлинг Д.Д. Техническое руководство по волоконной оптике. – М.: издательство Лори, 1998. – 125 с.
27. Попов А.Д. Линии связи. – М.: издательство Радио и связь, 1990. – 198 с.
28. Василевский А. М. и др. Оптическая электроника. — Л.: Энергоатомиздат, 1990. — 176 с.
29. Воронцов А. С, Питерских С. Э. Характеристики и методы испытаний оптических волокон и кабелей. Анализ рекомендаций МСЭ-Т // Электросвязь. — 2002. — № 4. — с. 22-25.
30. www.huawei.com – официальный сайт Huawei Technologies.
31. http://powerquality.eaton.com/Russia/Products-Services/default.asp – Официальный сайт компании Eaton. Системы бесперебойного электропитания.
32. http://ok.sevcable.ru/ – Официальный сайт компании Севкабель. Оптоволоконные кабели связи.
33. http://www.prise.ru – Цены на телекоммуникационное оборудование.