Оптическое распределение

Аннотация

Лоуренс Харт. Оптическое распределение. В статье приводится описание структуры и составляющих систем оптического распределения IPTV.

Оптическая распределительная сеть – это система оптических линий передачи и оборудования для маршрутизации сигналов, которая связывает источники информации с телевизионными устройствами просмотра. Система оптического распределения IPTV может содержать несколько типов систем распределения, включая базовую сеть, сеть доступа и сеть распределения помещений.

Базовая сеть является центральной сетевой частью системы связи. Базовая сеть в основном обеспечивает соединение и передачу между источниками контента (такими как телевизионная головная станция) и сетями пограничного доступа. Базовая сеть может одновременно передавать сотни телевизионных каналов, которые могут просматривать несколько абонентов.

Сеть доступа – это часть сети связи (например, телефонная сеть общего пользования), которая позволяет отдельным абонентам или устройствам подключаться к базовой сети. Сети оптического доступа IPTV могут обеспечивать сочетание аналоговых каналов (телевизионных каналов) и цифровых каналов (цифрового аудио или видео).

Распределительная сеть помещений – это оборудование и программное обеспечение, которое используется для передачи данных и других носителей на объекте клиента или в его доме. PDN используется для подключения терминалов (компьютеров) и мультимедийных устройств (таких как телевизионные приставки) друг к другу и к сетевым рабочим соединениям широкого диапазона.

Системы PDN могут использовать проводную сеть Ethernet, беспроводную локальную сеть, линию электропередачи, коаксиальную линию, телефонную линию или оптоволокно для передачи данных или мультимедиа. Распределение помещений по оптоволокну является относительно новым вариантом для распространения средств массовой информации в домашних условиях.

На рисунке 1 показано, что оптическая распределительная сеть может состоять из 3 ключевых оптических частей: базовая сеть, сеть доступа и распределительная сеть. Базовая сеть преобразует несколько сотен телевизионных каналов в оптические сигналы и распределяет их по петле на оптоволоконные концентраторы, которые связаны с оптоволоконными узлами. Волоконно-оптические узлы являются частью доступа к сети, которая может принимать, преобразовывать и направлять телевизионные и информационные сигналы в дом. Дом принимает медиа-сигналы и преобразует их в оптический формат, который может направлять сигналы на устройства в доме.

Оптоволоконная кольцевая сеть

Базовая сеть является центральной сетевой частью системы связи. Базовая сеть в основном обеспечивает соединение и передачу между периферийными сетями. Базовые сети в системах IPTV могут быть настроены как оптоволоконные кольца и ответвления. Оптоволоконное кольцо – это оптическая топологическая сеть с соединением, обеспечивающим полный цикл. Кольцевая топология используется для обеспечения резервного пути распространения, поскольку трафик должен быть быстро перенаправлен в другом направлении вокруг петли в случае сокращения волокна.

Волокнистая шпора представляет собой волоконную линию, которая расширяет волоконное кольцо в другую область для окончательного распределения. Базовая сеть может использовать несколько длин волн на волокно для увеличения пропускной способности каждой волоконной линии. Базовая сеть может одновременно передавать (одновременную передачу) программные (телевизионные) каналы в аналоговой или цифровой форме. Когда зрители хотят смотреть один из этих каналов (например, канал телевизионной сети), их телевизионная приставка просто подключается к одному из этих источников общего канала через узел доступа.

Когда зрители хотят посмотреть программу по запросу (например, фильм), им требуется подключение к источнику мультимедиа. Источники мультимедиа могут располагаться рядом с пользователем или в других местах внутри или за пределами основной сети.

На рисунке 2 показано, как программирование по требованию может предоставляться с серверов мультимедиа, которые расположены рядом со средством просмотра, в другом месте в базовой сети или из других сетей, которые связаны с базовой сетью.

Оптическая сеть доступа

Оптические сети доступа связывают клиента с системой IPTV через оптоволокно или оптическое соединение в свободном пространстве. Эти оптические соединения могут представлять собой сочетание уникальных (проприетарных) форматов или стандартных отраслевых форматов (таких как BPON, GPON или EPON).

Существует два ключевых типа промышленных оптических сетей доступа, в которых используются системы IPTV: на основе асинхронного режима передачи (ATM) и на основе Ethernet.

ATM – это метод коммутации пакетных данных, ориентированный на установление соединения, который передает информацию с использованием ячеек с фиксированной длиной 53 байта через заранее определенный путь соединения.

Ethernet – это протокол передачи на основе пакетов, который может динамически изменять длину своего пакета и пути маршрутизации. Широкополосная пассивная оптическая сеть (BPON) и гигабитная пассивная оптическая сеть (GPON) основаны на ATM, а пассивная оптическая сеть Ethernet (EPON) и пассивная оптическая сеть Gigabit Ethernet (GEPON) – на основе Ethernet.

Системы на базе ATM предлагают более высокий уровень контроля качества и используются в течение более длительных периодов времени, но системы на основе Ethernet проще в развертывании и могут иметь гораздо меньшие затраты на оборудование.

Системы BPON превращаются в высокоскоростные системы GPON. Максимальное количество клиентов на узел BPON составляет 32 по сравнению с максимальным числом клиентов узла GPON, которое составляет 128.

Системы EPON эволюционируют в высокоскоростные системы GEPON. Хотя не существует определенного ограничения на количество устройств, которые могут быть подключены к узлу EPON, каждое устройство, которое добавляется к узлу EPON, разделяет (уменьшает) уровень сигнала, который ограничивает максимальное количество устройств EPON на узел приблизительно до 64 [1].

Сеть распределения помещений (PDN)

В оптических распределительных сетях для помещений используются оптические кабели для передачи данных и других сред на объекте клиента или в его доме. Поскольку расстояния, соединенные в домашних или деловых сетях, относительно малы, в оптических системах PDN вместо дорогостоящих стеклянных волокон можно использовать дешевое пластиковое волокно.

Пластиковое оптическое волокно (POF) состоит из пластикового сердечника, который покрыт пластиковой оболочкой. POF имеют широкое ядро (приблизительно 1000 мкм) и более устойчивы к поломкам. POF является недорогим, легким, тонким и относительно простым в установке. Оптический кабель для домашних сетей – это очень маленький кабель, размер которого примерно соответствует размеру кабеля, используемого для наушников-наушников MP3.

В системах распределения оптических помещений в каждом кабеле используется пара оптических передающих волокон с низким энергопотреблением: одно для передачи, а другое для приема. В домашних оптических системах используется один источник красного света, который может быть непосредственно просмотрен инсталлятором, а другой, который не виден [2]. Это позволяет установщику узнать, подключено ли оптоволокно и на какую сторону штекера вставлять оптоволокно (то, что без красного индикатора – приемник).

Скорость системы PON в настоящее время составляет 100 Мбит/с, а в будущем ожидаются домашние оптические сети 1 Гбит/с. Максимальное расстояние для домашней оптической линии составляет примерно от 40 до 100 метров.

На больших расстояниях могут быть установлены повторители для обнаружения, восстановления и повторной передачи оптических сигналов.

На рисунке 3 показано, как домашнюю оптическую систему можно настроить и использовать дома. Эта схема показывает, что оптическое соединение доступа подключено к жилому шлюзу. Шлюз действует как мост для преобразования сигнала BPON/GPON или EPON/GEPON в формат POF, который может быть распространен в домашних условиях по пластиковому оптическому волокну. Каждый оптический кабель содержит две пары волокон, одну для передачи и одну для приема.

Недорогие пластиковые оптические системы распределения не новы. В середине 1990-х годов была разработана медиаориентированная система транспорта (MOST) для использования в автомобилях [3]. К концу 2000-х годов в автомобилях были установлены миллионы POF-систем.

Список использованной литературы

1. EPON vs. GPON: A Practical Comparison, Onn Haran, Passave Technologies, CommsDesign, Jan 25, 2005, pg. 3.
2. Simply POF High-End Connectivity with 1394/Ethernet Over Plastic Fiber http://www.1394ta.org/Technology/SIMPLY_POF.pdf
3. Ethernet Over Plastic Optical Fibre, Mike Jones, Senior FAE, Micrel Inc., http://www.future-mag.com/0706/0706130.asp.