Как разработать дипломный проект по оптической сети доступа – пошаговая инструкция от А до Я

Введение и предпроектный анализ, с которых начинается любая серьезная работа

В современном мире, где объемы передаваемой информации растут в геометрической прогрессии, технологии оптического доступа становятся не просто актуальными, а критически важными. Центральное место среди них занимают пассивные оптические сети, известные как PON (Passive Optical Network) и их гигабитная версия GPON. Их внедрение позволяет обеспечить пользователей высокоскоростным и надежным доступом к сети Интернет, цифровому телевидению и телефонии, что является основой для развития цифровой экономики и повышения качества жизни.

Приступая к дипломному проекту, например, на тему «Проектирование сети GPON в г. Новокузнецк», важно правильно декомпозировать эту глобальную задачу. Необходимо четко сформулировать цели и задачи работы, которые станут дорожной картой всего исследования.

Цель работы — это конечный результат, которого мы хотим достичь. Задачи — это конкретные шаги для достижения этой цели.

Для стандартной дипломной работы структура введения обычно включает следующие элементы:

• Актуальность темы: Обоснование, почему выбранная технология и проект важны именно сейчас.
• Объект исследования: Процесс проектирования сети абонентского доступа.
• Предмет исследования: Технологии, методы и модели, используемые при проектировании сети GPON.
• Цели работы: Например, «Разработать технический проект широкополосной сети доступа по технологии GPON для обеспечения услугами связи жителей указанного района».
• Задачи для достижения цели:
  1. Провести анализ существующих технологий доступа.
  2. Обосновать выбор технологии GPON.
  3. Разработать структурную схему сети.
  4. Выбрать необходимое оборудование и рассчитать оптический бюджет.
  5. Провести технико-экономическое обоснование проекта.
  6. Разработать мероприятия по охране труда.
• Научная новизна и практическая значимость: Что нового привносит ваша работа и где на практике могут быть использованы ее результаты.

Ключевым шагом является сбор исходных данных. На этом этапе необходимо получить карту района проектирования (например, для таких городов, как Архангельск, Вологда или Новокузнецк), определить количество потенциальных абонентов (домохозяйств, офисов), а также проанализировать существующую инфраструктуру, особенно наличие и состояние кабельной канализации, что напрямую повлияет на выбор способа прокладки кабеля.

Глава 1. Аналитический обзор и выбор технологии как фундамент проекта

Прежде чем приступить к проектированию, необходимо провести глубокий анализ существующих технологий абонентского доступа, чтобы аргументированно доказать, что выбранное решение является оптимальным. Исторически широкое распространение получили технологии xDSL (например, ADSL), использующие существующие медные телефонные линии. Однако их пропускная способность ограничена и сильно зависит от расстояния до узла связи.

На смену им пришли технологии FTTx (Fiber to the X), что дословно переводится как «оптика до точки X». В зависимости от того, как глубоко в сеть проникает оптическое волокно, выделяют несколько архитектур:

• FTTB (Fiber to the Building): Оптика доводится до здания, а внутри него для разводки по квартирам используется медный кабель.
• FTTH (Fiber to the Home): Оптический кабель прокладывается непосредственно в квартиру или частный дом абонента, что обеспечивает максимальные скорости.

Именно в рамках концепции FTTH наибольшее развитие получила технология PON (Пассивная Оптическая Сеть). Ее ключевое преимущество — архитектура «точка-многоточка» (P2MP). Это означает, что от одного порта центрального станционного оборудования (OLT) сигнал с помощью пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) расходится на множество абонентских устройств (ONU). Главный плюс такой схемы — отсутствие активного, требующего электропитания оборудования на всем участке от узла связи до абонента, что значительно снижает эксплуатационные расходы.

Стандарт GPON (Gigabit-capable PON) является логическим развитием технологии PON. Как следует из названия, он обеспечивает гигабитные скорости передачи данных (до 2,5 Гбит/с к абоненту), что позволяет предоставлять самые современные услуги, включая телевидение сверхвысокой четкости и облачные сервисы.

Таким образом, для дипломной работы формулировка выбора технологии может выглядеть так: «На основании проведенного анализа технологий абонентского доступа, учитывая необходимость обеспечения высоких скоростей передачи данных, масштабируемости сети и минимизации эксплуатационных затрат, для дальнейшего проектирования была выбрана технология GPON как наиболее современное и экономически эффективное решение, соответствующее архитектуре FTTH».

Глава 2. Техническое проектирование, где мы создаем архитектуру сети

После выбора технологии начинается самый творческий и ответственный этап — создание архитектуры будущей сети. Первым шагом является выбор топологии. Для сетей GPON классической является древовидная топология, частным случаем которой является топология «звезда», где от центрального узла связи расходятся магистральные кабели к районам застройки.

Проектирование абонентской распределительной сети удобно разделить на три ключевых участка:

1. Магистральный участок: Соединяет центральный узел связи (где установлен OLT) с распределительными шкафами в микрорайоне.
2. Распределительный участок: Проходит от распределительных шкафов до этажных коробок или муфт в подъездах домов.
3. Абонентский участок: Оптический кабель от этажной коробки непосредственно в квартиру абонента, где устанавливается терминал ONU.

Критически важным является выбор трассы прокладки кабеля. Существует два основных метода:

• Прокладка в существующей кабельной канализации: Предпочтительный вариант в городах, так как он защищает кабель от внешних воздействий. Требует получения разрешений и анализа состояния канализации.
• Воздушная подвеска на опорах: Часто используется в частном секторе или там, где канализация отсутствует. Этот метод дешевле, но кабель подвержен риску обледенения и вандализма.

На основе выбранной трассы и расположения абонентов разрабатывается структурная схема организации связи. Это главный чертеж проекта, который наглядно показывает, как станционное оборудование OLT через магистральный кабель, оптические сплиттеры и распределительную сеть подключается к абонентским терминалам ONU. На схеме должны быть указаны все ключевые элементы и их взаимосвязи. Для примера, в проекте для города Новокузнецк на схеме будут отражены конкретные адреса узла связи и жилых домов.

Завершающим шагом на этом этапе является выбор конкретных марок оптического кабеля. Для магистрального участка, прокладываемого в канализации, выбирают бронированный кабель (например, ОМЗКГЦ). Для распределительных и абонентских участков можно использовать более легкие и гибкие кабели, в том числе специальные «дроп-кабели» для прокладки внутри зданий.

Глава 3. Выбор оборудования и расчет оптического бюджета — сердце инженерной части

Техническая работоспособность спроектированной сети доказывается правильным подбором оборудования и выполнением ключевого инженерного расчета — расчета бюджета оптической мощности. Этот расчет показывает, хватит ли мощности сигнала передатчика для преодоления всех затуханий в линии и достижения приемника с достаточным уровнем.

Подбор оборудования

• Станционное оборудование (OLT — Optical Line Terminal): Это «мозг» сети. Его выбирают по количеству и типу PON-портов, общей пропускной способности и поддержке необходимого стандарта GPON. Количество портов должно соответствовать планируемому числу абонентов с учетом запаса на развитие.
• Абонентское оборудование (ONU/ONT — Optical Network Unit/Terminal): Это устройство, устанавливаемое у клиента. Выбирается по количеству и типу портов (Ethernet, Wi-Fi, порты для телефонии или ТВ) в зависимости от набора предоставляемых услуг.
• Пассивные компоненты: Главный элемент здесь — оптический разветвитель (сплиттер). Они характеризуются коэффициентом деления (например, 1:32, 1:64), который показывает, на сколько волокон делится входящий сигнал. Чем выше коэффициент деления, тем больше абонентов можно подключить к одному порту OLT, но тем выше и затухание, вносимое сплиттером. Выбор коэффициента — это всегда компромисс между экономией портов и длиной линии.

Методика расчета бюджета мощности

Оптический бюджет — это разница между мощностью передатчика (OLT) и чувствительностью приемника (самого дальнего ONU). Эта величина должна быть больше или равна сумме всех потерь на линии. Расчет выполняется по формуле:

P_бюджет = P_TX — P_RX ≥ α_общ

Где:

• P_TX — минимальная мощность передатчика OLT (в дБм).
• P_RX — чувствительность приемника ONU (в дБм).
• α_общ — общее затухание в линии (в дБ).

Общее затухание складывается из потерь на всех элементах линии:

α_общ = L * α_каб + N_свар * α_свар + N_раз * α_раз + α_сплит + α_зап

Практический пример расчета:
Представим, что мы проектируем линию до самого удаленного абонента.
Исходные данные:

• Длина линии (L): 15 км.
• Затухание в кабеле (α_каб): 0.35 дБ/км.
• Количество сварных соединений (N_свар): 5.
• Потери на одной сварке (α_свар): 0.1 дБ.
• Количество разъемных соединений (N_раз): 2 (на ODF и в розетке).
• Потери на одном разъеме (α_раз): 0.5 дБ.
• Сплиттер с коэффициентом 1:64, вносящий затухание (α_сплит): ~21 дБ.
• Технологический запас (α_зап): 3 дБ.

Расчет общего затухания:
α_общ = (15 * 0.35) + (5 * 0.1) + (2 * 0.5) + 21 + 3 = 5.25 + 0.5 + 1.0 + 21 + 3 = 30.75 дБ.
Теперь сравним это с бюджетом для оборудования класса C+ (типичный для GPON): P_бюджет ≈ 32 дБ.
Вывод: 32 дБ > 30.75 дБ. Условие выполняется, а значит, система будет работоспособна.

Глава 4. Технико-экономическое обоснование проекта, которое определяет его судьбу

Любой, даже самый совершенный технический проект, не имеет смысла без экономического обоснования. Эта глава дипломной работы должна доказать, что инвестиции в строительство сети целесообразны и окупятся в обозримом будущем. Расчет состоит из нескольких ключевых блоков.

1. Расчет капитальных затрат (CAPEX)

Это единовременные вложения в создание сети. Все затраты удобно свести в таблицу.

• Активное оборудование: стоимость OLT, абонентских терминалов ONT.
• Пассивное оборудование: стоимость оптических шкафов, сплиттеров, патч-панелей, розеток.
• Линейные сооружения: общая стоимость оптического кабеля нужной длины и марок.
• Строительно-монтажные работы (СМР): затраты на прокладку кабеля, монтаж муфт, шкафов, установку оборудования.
• Проектно-изыскательские работы (ПИР): стоимость разработки самого проекта, получения согласований и разрешений.

2. Расчет эксплуатационных затрат (OPEX)

Это ежегодные (или ежемесячные) расходы, необходимые для поддержания работоспособности сети.

• Амортизация оборудования: отчисления, связанные с постепенным износом основных средств.
• Фонд оплаты труда (ФОТ): зарплата обслуживающего персонала (инженеров, техников).
• Аренда: плата за размещение оборудования на узле связи, за использование кабельной канализации.
• Расходы на электроэнергию: оплата электричества, потребляемого активным оборудованием (в основном OLT).
• Ремонт и обслуживание: затраты на устранение аварий и плановое обслуживание сети.

3. Расчет доходов

Доходная часть проекта прогнозируется на основе следующих данных:

• Количество абонентов: определяется на основе общего числа домохозяйств в зоне охвата и прогнозируемого процента подключений.
• Тарифные планы: разрабатывается сетка тарифов на услуги Интернет, IPTV, телефонии.
• Прогноз выручки: Доходы рассчитываются как произведение количества абонентов на среднюю стоимость тарифа (ARPU — Average Revenue Per User).

4. Расчет показателей эффективности

На основе данных о затратах и доходах рассчитываются ключевые инвестиционные показатели:

• Срок окупаемости (PBP — Payback Period): Период времени, за который первоначальные инвестиции (CAPEX) полностью покрываются чистой прибылью проекта.
• Чистая приведенная стоимость (NPV — Net Present Value): Показывает, сколько денег проект принесет инвестору сверх альтернативных вложений с учетом изменения стоимости денег во времени. Если NPV > 0, проект считается выгодным.
• Внутренняя норма доходности (IRR — Internal Rate of Return): Это процентная ставка, при которой NPV проекта равен нулю. IRR сравнивают с требуемой нормой доходности: если IRR выше, проект привлекателен.

В конце главы делается итоговый вывод об экономической целесообразности проекта на основе рассчитанных показателей. Например: «Проект характеризуется сроком окупаемости X лет и положительным значением NPV, что свидетельствует о его высокой инвестиционной привлекательности».

Глава 5. Как обеспечить безопасность жизнедеятельности и охрану труда

Раздел по охране труда является обязательной частью любого технического дипломного проекта. Его цель — проанализировать потенциальные риски для здоровья и жизни персонала при выполнении строительно-монтажных и эксплуатационных работ, а также разработать мероприятия по их минимизации. Недостаточно просто переписать инструкции; нужно привязать требования безопасности к конкретным операциям вашего проекта.

Структура раздела обычно включает:

1. Анализ вредных и опасных производственных факторов. Применительно к строительству сети GPON, это:
   • Работа на высоте: при подвеске кабеля на опорах или монтаже оборудования на фасадах зданий.
   • Поражение электрическим током: при работе с электроинструментом и подключении активного оборудования OLT к сети питания.
   • Опасность лазерного излучения: при работе с активными оптическими волокнами. Хотя излучение невидимо, оно может повредить сетчатку глаза.
   • Повышенная запыленность и шум: при сверлении стен для прокладки кабеля.
2. Мероприятия по обеспечению техники безопасности. Здесь описываются конкретные действия:
   • Проведение обязательных инструктажей (вводного, на рабочем месте).
   • Использование средств индивидуальной защиты (СИЗ): каски, монтажные пояса при работе на высоте, защитные очки, диэлектрические перчатки.
   • Правильная организация рабочего места, ограждение опасных зон.
   • Проверка исправности инструмента и оборудования перед началом работ.
3. Электробезопасность и пожаробезопасность. Эти два аспекта выделяются отдельно. Необходимо описать требования к заземлению оборудования, использованию исправных электроприборов и наличие средств пожаротушения (огнетушителей) на узле связи.
4. Экологическая безопасность. Кратко описываются меры по защите окружающей среды, в основном связанные с правильной утилизацией строительных отходов: обрезков кабеля, барабанов, упаковочных материалов.

Важно показать, что вы не просто знаете общие правила, а понимаете, как они применяются в контексте монтажа телекоммуникационного оборудования.

Заключение и финальное оформление работы

Заключение — это не просто формальность, а логическое завершение всей проделанной работы. В нем необходимо емко и структурированно подвести итоги, показав, что все поставленные во введении задачи были успешно решены, а главная цель проекта — достигнута.

Структура заключения

Хорошее заключение последовательно отвечает на вопросы «что мы сделали?» и «к чему пришли?» по каждой главе:

• «В первой главе был проведен анализ современных технологий доступа, на основании которого была обоснована целесообразность применения технологии GPON…»
• «Во второй главе была разработана структурная схема и архитектура сети для района X, определена трасса прокладки кабеля…»
• «В третьей главе было подобрано активное и пассивное оборудование и выполнен расчет оптического бюджета, который подтвердил техническую работоспособность спроектированной линии…»
• «В четвертой главе проведено технико-экономическое обоснование, показавшее, что проект является рентабельным со сроком окупаемости X лет…»
• «В пятой главе были рассмотрены вопросы охраны труда и предложены мероприятия по обеспечению безопасности персонала…»

Финальным аккордом заключения должен стать тезис, напрямую подтверждающий достижение цели работы. Например:

«Таким образом, в ходе выполнения дипломного проекта была полностью решена поставленная задача: разработан комплексный проект строительства сети абонентского доступа по технологии GPON, который является технически работоспособным, экономически эффективным и соответствует всем нормам безопасности».

Оформление сопутствующих материалов

Помимо основного текста, дипломная работа включает два важных раздела:

1. Список использованных источников. Крайне важно оформить его в строгом соответствии с требованиями ГОСТ или методическими указаниями вашего вуза. Сюда включаются книги, статьи, стандарты (например, ITU-T G.984), техническая документация на оборудование и веб-ресурсы.
2. Приложения. В этот раздел выносят громоздкие, но важные материалы, которые загромождали бы основной текст. Это могут быть:
   • Спецификации на выбранное оборудование (OLT, ONT).
   • Детальная схема организации связи на большом листе.
   • Подробные таблицы с расчетами капитальных и эксплуатационных затрат.
   • Карта-схема района с нанесенной трассой прокладки кабеля.

Грамотно оформленное заключение и приложения демонстрируют академическую культуру автора и завершенность его исследования.

Список использованной 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.