Optické sítě. Ing. Petr Novák.

Transkript

1 Optické sítě Ing. Petr Novák

2 Obsah Optické kabely Vedení optických vláken Spojování optických vláken Měření optických vláken Aktivní prvky pro optické sítě Optické sítě a ISP Optické sítě CWDM a DWDM Pasivní optické sítě PON Hybrid Fiber Coax Video-optické konvertory

3 Proč optické vedení? neomezená rychlost neomezený dosah galvanické oddělení stále lepší mechanické vlastnosti (např. POF a drop kabely)

4 Optické kabely

5 Optické kabely terminologie Základní schéma kabelu Jádro, 9, 50, 62,5μm Obal/Plášť, 125μm Primární ochrana, 250μm (400,500,700,900 μm) Sekundární ochrana, 0,9-2mm Tahový člen Vnější plášť Další opatření

6 Optické kabely - rozdělení Multimode vs. single mode Multimode - vlákna s průměrem nad 10μm a průběžnou změnou indexu lomu Singlemode skoková změna indexu lomu neplést se simplex a duplex! Užití různých vlnových délek 850nm nm Oblíbené 1310nm a 1550nm

7 Optické kabely - teorie

8 Konektory Optické kabely - teorie

9 Optické kabely - teorie Typy broušení konektorů PC = Physical Contact Polish, -30dB, obvykle modrý konektor SPC = Super Physical Contact Polish, -40dB UPC = Ultra Physical Contact Polish, -50dB APC = Angled Physical Contact Polish,< -60dB obvykle zelený konektor

10 Optická vlákna multimode ITU-T G.651 multimode (mnohovidové) Tloušťka jádra 50μm a 62,5μm Dosahy: 1000Mbps na vlákně 50/125µm dosah 550m 1000Mbps na vlákně 62,5/125µm dosah 275 m 100Mbps na vlákně 50/125 62,5/125µm dosah 2km

11 Optická vlákna singlemode ITU-T G.652(a) standardní singlemode 9μm do ITU-T G.652c/d singlemode, 9μm, do Low water Peak, 1300~1600nm, do 0,4dB/km (LWP nízký obsah hydroxidový iontů) (ZWP nulový obsah hydroxidový iontů)

12 Optická vlákna exotické typy ITU-T G.653 speciálně pro dálkové trasy, ale jedinou vlnovou délku 1550nm ITU-T G.654 extrémně nízký útlum, speciálně pro dálkové trasy, ITU-T G.655 velmi vysoké rychlosti 40Gbps, DWDM, 0,2 ITU-T G.656 jako G.655 s pásmem nm

13 Nabídka optických kabelů Propojovací Distribuční - vnitřní (obvykle těsná izolace) Venkovní, pancéřovaný, ocelový tahový člen Venkovní, multi-lose tube (volná izolace), pancéřovaný, ocelový tahový člen Venkovní, multi-lose tube, dielektrický tahový člen

14 Dělení optických tras Co je FTTx? Fiber to the x (Vlákno k ) Několik kategorií: FTTN - Fiber-to-the-node - vlákno je zakončeno ve skříni (uzlu), umístěné až několik kilometrů od objektu zákazníka, konečná přípojka je z mědi FTTC - Fiber-to-the-cabinet - velmi podobné FTTN, ale přípojná skříň je blíže k prostorám uživatele; obvykle jde o vzdálenost do 300 metrů FTTB - Fiber-to-the-building - vláko dosahuje hranice budovy, přípojná skříň je umístěna například v suterénu bytového domu FTTH - Fiber-to-the-home - vlákno dosahuje obvodu obytného prostoru, například v podobě přípojné skříně na vnější zdi domu

15 Nabídka optických kabelů Propojovací optické kabely FO-DPVx - duplexní FO-SPVx - simplexní - PVC izolace - tahový prvek aramid, 500N

16 Nabídka optických kabelů Distribuční optické kabely FO-BNx - PVC izolace, průměr 5mm - 4, 8, 12 vláken - tahový prvek aramid, 500N

17 Nabídka optických kabelů Venkovní, pancéřovaný, ocelový tahový člen FO-OSx FO-OSx-ZWP PE izolace, průměr 10mm - 4, 8, 12 vláken - tahový prvek dvě ocelová lanka, 3000N - pancéřování - zemní pokládka - 140kg/km

18 Nabídka optických kabelů Venkovní, multi-loose tube, dielektrický tahový člen FO-OLx FO-OLx-ZWP PE izolace, průměr 11mm - 4,6, 8, 12, 16, 18, 24 max. 96 vláken - tahový prvek sklolaminát, 1500N - zemní pokládka závěs (výborný poměr tah. síla/hmotnost) - 65kg/km (do 30-ti vláken)

19 Venkovní, multi-loose tube, pancéřovaný, ocelový tahový člen FO-OSLx FO-OSLx-ZWP Nabídka optických kabelů PE izolace, průměr 11mm - 4,6, 8, 12, 16, 18, 24 max. 216 vláken - tahový prvek ocelové jádro, N - zemní pokládka, závěs - 110kg/km (do 30-ti vláken)

20 Nabídka optických kabelů Loose tube, pro zafukování, ZWP, LS0H FO-AME09 - ekonomický kabel k zafukování - 3mm vnější průměr - maximální počet vláken 12c - tahová ochrana aramid - tahová zátěž max.: 160N krátkodobě, 50N dlouhodobě

21 Nabídka optických kabelů POF plastic optical fiber FPO-SPE100, FPO-DPE100 - polymerní materiál - průměr 1000 µm, jádro 980 µm - přenos funguje i při špatně zakončeném vláknu nebo vybočeném vláknu - vysoká pevnost a je velmi náročné je ohnout - vysoký útlum 50 až 100 db/km, max. na 100m, pouze 100Mbit

22 FSD-624SF POF switch - 4x 100Base-FX POF - 1x 1000Base-T - 1x SFP - Web manag, VLAN - MAC/TCP/UDP filtr, QoS, IGMP POF aktivní prvky XL-MFB-POF

23 Nabídka optických kabelů Mode condition patch kabel FOMC-SCSC kompenzuje posuv jednotlivých světelných módů - provoz Gigabitové spojení i na multimódových vláknech 50μm na delší vzdálenosti než 500m. - instalace se na oba konce vedení

24 Optické kabely - Kategorie e-shopu

25 Vedení optických vláken

26 Vzdušná vedení kabelové kotvy klínové Vodotěsná pouzdra přímá montáž na stěnu

27 Zafukování pomocí mikrotrubičkových systémů Levné položení ochranná trubka (HDPE, LSPE, HFFR atp.) do ochranné trubky je zafouknuta libovolná konfigurace mikrotrubiček možnost zřízení dalších samostatných optických tras maximálním využitím stávajících úložných systémů bezproblémové odbočení z páteřní trasy za použití Y-konektorů a T-konektorů.

28 Zafukování pomocí mikrotrubičkových systémů obvykle 2 3 mikrotrubičky lze dofouknout do kabelem již obsazené HDPE trubky

29 Spojování optických vláken

30 Spojování optických vláken Bez svařování V-drážkové kazety (spojky) s gelem útlum 0,1 ~ 0,5dB 40mm x 6 mm nejistota lomu, kompenzována gelem Svařování 0,02dB 40-60mm, průměr ~ 2,5mm

31 Spojování optických vláken Výhody svařování dlouhodobý výhled nasazení, přechod na 10G požadavek garance nezbytné pro PON (GEPON, CWDM) malá nutnost testování => produktivita univerzálnost Alternativy ke svařování rozebíratelné konektory a rychlospojky poměrně nespolehlivé řešení hodí se pouze jako nouzové řešení při náhodném přerušení vlákna

32 Svařování Svářečka XL-FS50+XL-FC12 Svařování ve 2 osách (3D) 5" barevný polohovatelný LCD displej Automatická kontrola zalomení vlákna Automatická kalkulace útlumu na svaru Automatický výběr vhodného programu pro svařování dle vloženého vlákna Automatické vycentrování vlákna po zaklapnutí Paměť na 6000 svárů, USB konektivita s PC Velmi kompaktní (155 x 165 x 150mm, 2,5kg) Vodě odolný kryt Práce při větru do 15m/s Lámačka FC-12 jednovláknová zlomů, výměnné ostří

33 Svařování Svářečka XL-FS3512UM+FC-10MS svářečka optických vláken včetně lámačky polo-automatické nastavení vláken ve 2 osách podle jádra 3,5" TFT displej, ochrana proti větru automatický/manuální režim tělový držák a klipsy proti rozjíždění kabelu, možnost svařování ve stoje součástí odizolovávač kabelů a odizolovávač primárních ochran. Držákové moduly pro svařování splice-on předbroušených konektorů, FTTH plochých drop kabelů, běžných pigtailů 250um a patchkordů do 3mm.

34 Svařování KONS-SC-SM - SC konektor, splice-on, zabroušený konektor SC, simplexní, pro singlemódová i multimódová vlákna přímé navaření na optický kabel. ochranný návlek pro vnější průměr kabelu do 3mm. broušení UPC

35 Svařování Ukázka svařování - navaření SC splice-on konektoru na FTTH kabel Postup přivaření splice on konektoru na kabel profilu 2x3mm užitím nástavců SC a PX-R. VIDEO

36 Svařování Odstranění sekundární a primární ochrany

37 Svařování - lámačka

38 Svařování - lámačka

39 Svařování - lámačka

40 Svařování - čištění

41 Svařování

42 Svařování

43 Svařování

44 Automatické svaření souosost vzdálenost svaření změření Svařování Stiskni Auto

45 Svařování Pohled kamer v X a Y osách Prověří zlom

46 Odhad útlumu z pohledu kamer Svařování

47 Svařování

48 Svařování zatavení ochrany

49 Svařování zatavení ochrany

50 Svařování zatavení ochrany

51 Měření optických vláken

52 Měření optických vláken Nasvícení Lokátor (VLS), viditelné světlo (XL-VFL051, 0,5mW, 3km) Měření Ruční měřidla tolerance +/- 0,15~0,25dB Závislost na vlnové délce 850, 1300, 1310, 1490, 1550, 1625nm Rozlišení 0,01dB Rozsahy -70dBm ~ +10, +30dBm Zdroj světla, stabilizovaný

53 Měření OTDR OTDRHD-24V - Ruční OTDR reflektometr Zdroj světla: laserová dioda, Class I Vlnové délky: 1310 a 1550 nm, +/-20nm Identifikační mrtvá zóna: 10m Přesnost měření útlumu: +/- 5%, +/-0,25dB Volitelný rozsah měření: 0,3-120km Volitelná šířka pulzu: 5ns ns Kapacita paměti: pro 300 měření Rozhraní USB, protokolování

54 Měření OTDR protokol měření

55 Měření OTDR - Tvar poruch na křivce zpětného rozptylu 1. Odraz od vstupního čela vlákna. Důsledek rozhraní vzduch-sklo 2. Konstantní hodnota útlumu vlákna 3. Bodová porucha (svár, bodový tlak, defekt struktury vlákna atd.) 4. Fresnelův odraz na konektoru nebo defektu vlákna 5. Zdánlivé zesílení. Úsek s větším průměrem módového pole 6. Mnohonásobný odraz vlivem nesprávné volby délkového rozsahu. Světlo proběhne vláknem odrazí se na druhé straně od rozhraní a putuje několikrát ve vlákně, než útlum daný puls úplně neutlumí. 7. Zvlnění křivky fluktuacemi vlnovodné struktury, polarizační efekty nebo přístrojem 8. Změna podélného útlumu, průměru vidového pole, podélné vlivy na vlákno 9. Odraz od konce vlákna

56 Aktivní prvky pro optické sítě

57 Aktivní prvky pro optické sítě Aktivní komponenty (nejen) pro CWDM (až 18 vlnových délek po jednom páru) moduly SFP minigbic nm XL-MGB-L80xx nm XL-MGB-L50xx Planet SGSW xSFP 100/1000Base-X, 8x1000Base-T

58 Aktivní prvky pro optické sítě Konvertory velká škála modelů již definované optické rozhraní nebo šachta SFP standartní i průmyslové konvertory

59 Aktivní prvky pro optické sítě IFT-802T průmyslový optický konvertor - instalace na DIN lištu, krytí IP30 - velký rozsah teplot -40 až +75 C - duální napájení 12V a 12 48V - zařízení je odolné proti pádu (IEC ) z výšky 75cm - zařízení je odolné proti vibracím (IEC ) odolné proti přetížení krátkodobému zrychlení 50x g, dlouhodobému 4x g (IEC ) - integrována ochrana proti zavlečení cizího napětí do 6KV DC

60 Optické sítě a ISP

61 Optické sítě a ISP Jak zapojit ulici s klienty Rozvod s postupným řetězením aktivních prvků Rozvod s postupným odbočením vláken ze svazku Každý uzel dvě vlákna Každý uzel jedno vlákno, WDM S využitím CWDM jedno nebo dvě vlákna na celé trase Gigabit ke každému uzlu S využitím GEPON jedno vlákno sdílený Gigabit

62 Optické sítě WDM WDM = Wavelength-division multiplexing = Vlnový multiplex signál se při přenosu multiplexuje do více optických signálů v jednom optickém vlákně s použitím rozdílných vlnových délek (barev) Moderní systémy umožňují až 160 signálů a umožňují rozšířit 10 Gbit/s optický systém na teoretickou kapacitu 1.6 Tbit/s přes jeden optický pár. Populární mgbic zástupci WDM XL-MGB-LXA TX1310nm/RX1550nm XL-MGB-LXB TX1550nm/RX1310nm

63 Optické sítě CWDM CWDM = Coarse WDM = "Hrubý" Multiplex ITU (International Telecommunication Union) standardizovala 20nm kanálové rozteče pro použití s CWDM za použití vlnových délek mezi 1210nm a 1610nm, ale běžně se používá pouze 1470nm 1610nm teplotně nestabilizovaný laser (DFB) levnější než DWDM SFP moduly: V naší nabídce máme 9 vlnových délek (v CWDM maximálně 16) Rozbočovače: MUX (slučovač) / DEMUX (rozbarvovač) Různé rozsahy vlnových délek zkontrolovat při návrhu CWDM sítě

64 Optické sítě CWDM Modelový případ zapojení 3 switchů proti sobě po 2 vláknech:

65 Optické sítě CWDM Modelový případ zapojení 2 switchů proti sobě po 1 vláknech:

66 Optické sítě CWDM Pokud potřebuji na trase odbočky, tak použiji Triplexer: např. FOSTC Triplexer 1x2, téměř bez útlumu odbočuje 1310nm a propouští nm (další typy pro jiné vlnové délky)

67 Optické sítě DWDM DWDM = Dense WDM = hustý vlnový multiplex Využívá se většinou převod na elektrickou veličinu, následuje úprava signálu a poté opět převod zpět na optický signál. Vlnová délka v oblasti 1550 nm ( nm, krok je 0,78nm tzn. 100GHz). až 47 x 10Gbit SFP a SFP+ moduly: XL-MGB-L120D15 1Gbit XL-MTB-LR80D17 10Gbit

68 Optické sítě PON Co je PON? Passive optical network síť která se obejde bez aktivních prvků na přenosové trase aktivní pouze prvky na výchozích a koncových bodech Point-to-Multipoint Terminologie: OLT = centrální jednotka (CO, Master) ONU = koncové jednotky (CPE, Slave)

69 PON downstream upstream páteř splitter OLT = Optical Line Terminal ONU = Optical Network Units

70 PON - výhody bez aktivních prvků na přenosové trase => neomezené MTBF minimum nutných aktivních prvků: počet_klientů+1

71 Druhy PON APON BPON GPON EPON GEPON CPON WPON ATM PON Broadband PON Gigabit PON Ethernet PON Gigabit Ethernet PON CDMA PON WDM PON

72 PON - princip Principy společné všem PON technologiím: Příjem a vysílání na různých vlnových délkách OLT vysílá data všem ONU v distribuční sítí (broadcast) ONU zachycuje jen data určená pro něj, ostatní ignoruje ONU sdílí přenosové pásmo (časový multiplex pásma TDMA) OLT řídí přidělený čas vysílání jednotlivých ONU

73 GEPON - vlastnosti IEEE 802.3ah, nativní Ethernet rychlost 1,25Gbit/s v každém směru dynamické sdílení 1,25Gbit/s po jednom vlákně, single mode vlnové délky: Downstream 1490nm Upstream 1310nm počet klientů na OLT - 16, 32, 64, 128, 256 dosah typicky 10km a 20km klienti jsou od sebe izolování

74 GEPON reálné součásti GOLT11 1x GEPON, SC 1x 1000Base-T, RJ45 a minigbic SFP 32x ONU, DFB 2-7dBm, APD -30dBm management Windows utilitami (TCP/IP spojením) inteligentní přepínač, transparentní řízení alokace pásma Fanless, 19, interní zdroj Teknovus 3721

75 GEPON reálné součásti GOLT404 4x port SFP pro moduly GEPON IEEE 802.3ah 4x minigbic SFP + 2x LAN port pro management připojitelnost 64 ONU jednotek na každém segmentu propustnost 16Gbps podpora 802.1Q, IGMP, QoS, správa pásma, sdílení pásma šifrovaná komunikace AES-128 lze vypnout izolaci klientů Další varianty: EPL-2000, GOLT088C

76 PON reálné součásti GONU10E 1x GEPON, SC 1x 1000Base-T, RJ45 transparentní fanless, 0-45 o C Teknovus 3715

77 PON reálné součásti GONU14SW GEPON ONU klientská 1x GEPON 802.3ah ONU port 1310/1490nm 1,25Gbps v každém směru 4x 100Base-TX 2x VoIP FXS SIP WiFi g VLAN 802.1Q transparentní k provozu integrovaná podpora pro dva VoIP SIP telefony

78 PON - rozbočovače Rozbočovače pro 1310/1490/1550nm FOS-102 1:2 FOS-103 1:3 FOS-104 1:4 FOS-108 1:8 FOS-116 1:16 FOS-132 1:32 Konektorované, SC/APC, 19 FOS-ESCA108 1:8 FOS-ESCA116 1:16 FOS-ESCA132 1:32 FOS-ESCA164 1:64

79 PON - rozbočovače Rozbočovač 1:2 FOS-102 v různých úrovních dělení Vyčíslení útlumu každého směru (reálně) 50:50 3,6 : 3,6 db 20% 30:70 6,0 : 1,9 db 100% 20:80 7,8 : 1,2 db 10:90 11,3 : 0,6 db 5:95 15,2 : 0,4 db 80% 1:99 23,5 : 0,3 db

80 PON příklad výpočtu sítě Celková dovolená ztráta: P TX OLT P RX ONU 2dBm - (-26dBm) = 28dB P TX ONU P RX OLT -1dBm - (-30dBm) = 29dB ONU1 OLT 1:32 Rovnoměrné rozbočení 1:32 útlum rozbočením 15 db + realita 2 db + rezerva 3 db celkem 20dB pro vedení db = 8dB stačí pro 20km ONU2 ONU31 ONU32

81 PON příklad výpočtu sítě Průběžné odbočení po 300m, 1:32 OLT ONU1 ONU2 ONU31 ONU32 1:99 5:95 50:50 300m 300m 300m Sestupně řazené odbočení výkonu, od OLT ke konci vedení: 1:99-4x, 5:95-16x, 10:90-6x, 20:80-3x, 30:70-1x, 50:50-1x Výsledkem: 32 přípojných míst, útlum do 25dB (tzn. 3dB rezerva), celkem 9,6km předpokládáno vlákno 0,35dB/km

82 Co je HFC? Hybrid Fiber Coax HFC = vysílací síť vytvořená kombinací koaxiálního kabelu a optických vláken = CATV over Fiber je lhostejné zda je signál digitální nebo analogový (PAL-DK, DVB-T, DVB-C) modulace RF pásma MHz do optické trasy

83 HFC RF signál optický signál 1550nm RF signál MHz TV MHz Optický vysílač (headend) Optický přijímač TV signálu RF signál

84 HFC - části Co potřebuji k nasazení? zdroj signálu satelitní/pozemní/kabelový příjem od poskytovatele obsahu RF systém namíchání programu účastníkům optický vysílač optický zesilovač optické rozbočovač optické přijímače

85 HFC optický vysílač CTO51 Optický vysílač HFC Interní modulátor, pro sítě v rozsahu do 5km a 10km AM modulace DFB laser, teplotně stabilizovaný Peltierovým článkem vlnová délka 1550nm +/- 5nm 1 portový výstup, konektor SC/APC výstupní výkon 3dBm, 6dBm, 10dBm RF signál MHz (typicky 59 kanálů PAL) vstupní úroveň 20dBmV (80 dbuv), F konektor 19", 1U CTO dBm CTO dBm CTO dBm neomezeně klientů

86 HFC optický vysílač CTO51 RF vstup Optický výstup

87 HFC optický přijímač CRO51 Citlivost -12 až +3dBm, nm Optický vstup konektor SC/APC RF výstup jeden port, F female, MHz, 75 Ohm výstupní výkon 92dBµV při +3dBm na optickém vstupu 12V DC, 100mA, fanless, -20 ~ +50 o C 59x9x23 mm neomezeně klientů

88 Závislost počtu připojených zařízení na počtu odbočení a) CTO proti CRO51 3 dbm (-12dBm) = 15dB Rezerva 3dB, => max. 1:8 HFC aplikace vložný útlum rozbočovaného signálu Rozbočení ideální útlum (db) reálný útlum (db) b) CTO proti CRO51 6 dbm (-12dBm) = 18dB Rezerva 3dB, => max. 1:16 Jak se ekonomicky dostat na vyšší výkon? 1: : : : : : : :

89 HFC optický zesilovač CAE51 Optický zesilovač EDFA (Erbium-Doped Fiber Amplifier) pásmo 1550nm +/-5nm výstupní výkon 13-27dBm 19", 1U CAE dBm CAE dBm CAE dBm Díky nelineárním jevům nelze docílit neomezeného dosahu. Stimulovaný Brillouinův rozptyl (SBS), > 18dBm/~1km, tzn. do každé dlouhé větve jít signálem do 18dBm. 18dBm (-12dBm) = 30dB rozbočení k 512 optickým přijímačům

90 HFC vs. GEPON Syntéza sítí: GEPON 1490nm a 1310 nm HFC 1550nm HFC a GEPON koexistuje v jediné PON síti

91 HFC a GEPON RF (TV/DVB) Optický vysílač OLT Data VoIP, IPTV 1550nm 1490nm/1310nm ONU1 ONU2 ONU3 ONU4

92 Optický přijímač s rozbočovačem CRO51A přijímač s rozbočovačem

93 ONU s RF výstupem GONU11R ONU s integrovaným optickým RF přijímačem 1x GEPON, SC 1x 1000Base-T, RJ45 1x 100Base-TX, RJ-45 TX FP -1~4dBm, RX PIN -23dBm transparentní fanless, 0-45 o C interní optický rozbočovač interní optický přijímač RF výstup

94 Video-optické konvertory

95 Video-optické konvertory Přenos a sdružení analogových signálů video Fast Ethernet audio, telefon sériové linky RS485/422/232 I/O, TTL signály jiné analogové signály Jediné vlákno, 1310nm/1550nm, singlemode i multimode, dosah min. 2km, max. přes 50km Vstupy chráněny před přepětím, 10/700us,4kV -40 o C až +85 o C Žádné zkreslení, SNR >70dB Nic se nenastavuje

96 Video-optické konvertory RS-485 1x optické vlákno RS-485

97 Video-optické konvertory Přenos sdružených video signálů Plný WDM multiplex 1310/1550nm Fast Ethernet, full duplex 1,4,8,16,32,64 video kanálů XL-VTE1101R/T 1x video+lan+rs485 XL-VTE1401R/T 4x video+lan+rs485 XL-VTE1801R/T 8x video+lan+rs485

98 Video-optické konvertory VT1110R/T-BB obousměrné video i audio po jednom vlákně 100% kvalita signálů 1x optické vlákno

99 Konec Prezentaci najdete na ftp://ftp.asm.cz/asm/skoleni