Tại sao việc phân chia không cân bằng lại có ý nghĩa đối với các dự án FTTH ở nông thôn

Thiết kế đã hoạt động. Đó không phải là cách hiệu quả nhất để kết nối 32 ngôi nhà trải rộng như vậy.

Cuộc trò chuyện đó khá điển hình với những gì chúng ta thấy vớiFTTH nông thôndự án. Thách thức không phải là tính khả thi về mặt kỹ thuật-mà là tính kinh tế. Và khi bạn bắt đầu tối ưu hóa chi phí cho mỗi ngôi nhà ở những khu vực có mật độ-mật độ thấp, bạn sẽ phải xem xét nghiêm túc đến việc phân chia không cân bằng.

Vậy thực sự chuyện gì đang xảy ra ở đây? Vấn đề xuất phát từ sự không phù hợp cơ bản giữa cách hoạt động của kiến ​​trúc PON truyền thống và cách phân bổ vật lý của các thuê bao ở nông thôn.

Trong một khu dân cư đông đúc, bạn có thể có 64 ngôi nhà trong bán kính 500 mét tính từ tủ chia điện. Bạn lắp đặt bộ chia 1:64, chạy cáp thả ngắn đến từng nhà và hiệu quả kinh tế sẽ rất tốt. Chi phí bộ chia được chia cho 64 người đăng ký. Các đường cáp chạy ngắn. Mọi người đều hạnh phúc.

Bây giờ hãy hình dung một con đường nông thôn. Có lẽ bạn có khoảng 30 ngôi nhà trải dọc theo 20 km đường. Một số tụ tập thành nhóm 4-6 người gần ngã tư. Những người khác ngồi một mình trên lô đất rộng 40 mẫu Anh. Nếu bạn cố gắng phục vụ chúng bằng bộ chia tập trung, bạn sẽ chạy từng sợi cáp riêng lẻ hàng km để đến được những ngôi nhà ở cuối khu vực dịch vụ của mình.

Đây là nơi tiền thực sự đi vào một công trình xây dựng nông thôn điển hình:

Lưu ý rằng chi phí lao động tương đối ổn định giữa hai kịch bản, nhưng chi phí cáp lại tăng vọt ở khu vực nông thôn. Đó là điểm đòn bẩy của bạn. Khi cáp chiếm một nửa chi phí dự án thay vì một phần tư, mọi quyết định thiết kế nhằm tăng thêm chiều dài sợi sẽ ảnh hưởng nặng nề đến ngân sách của bạn. Và các thiết kế bộ chia cân bằng truyền thống sẽ bổ sung thêm nhiều chất xơ không cần thiết ở các vùng nông thôn.

Cách tiếp cận thay thế-và đây là những gì chúng tôi đã đề xuất với ISP ở Montana-sử dụng cái được gọi là phân tách không cân bằng hoặc không đối xứng. Khái niệm này không mới. Các kỹ sư viễn thông đã sử dụng vòi quang trong nhiều thập kỷ trong việc phân phối truyền hình cáp. Nhưng nó đang thu hút được sự chú ý lớn đối vớiFTTH nông thônvì nó trực tiếp giải quyết vấn đề chi phí cáp quang.

Sơ lược kỹ thuật nhanh nếu bạn chưa quen với các loại bộ chia:

Tiêu chuẩnBộ chia PLCcấu hình chia công suất quang đầu vào bằng nhau cho tất cả các đầu ra. Bộ chia 1:8 gửi 12,5% ánh sáng đến mỗi cổng trong số tám cổng đầu ra của nó. Bộ chia 1:32 chia công suất thành 32 phần bằng nhau. Các bộ chia cân bằng này hoạt động hiệu quả khi bạn cần phục vụ một nhóm người đăng ký từ một vị trí duy nhất.

Bộ chia không cân bằng làm điều gì đó khác biệt. Thay vì chia đều, họ chia quyền lực theo tỷ lệ đã thiết kế-chẳng hạn như 90/10 hoặc 70/30. Phần lớn hơn tiếp tục đi xuống sợi trục để phục vụ các vị trí hạ lưu. Phần nhỏ hơn sẽ phục vụ người đăng ký tại thời điểm cụ thể đó.

Tại sao điều này lại quan trọng đối với mạng lưới nông thôn? Bởi vì bạn có thể-xâu chuỗi nhiều điểm không cân bằng dọc theo một sợi trục duy nhất, trích xuất lượng điện vừa đủ ở mỗi vị trí để phục vụ các hộ gia đình địa phương trong khi vẫn duy trì ngân sách quang học cho các vị trí xa hơn.

Lưu ý từ các kỹ sư cấp cao của chúng tôi về việc lựa chọn tỷ lệ nhấn:

Khi chúng tôi quyết định giữa 90/10 và 70/30, chúng tôi không chỉ nhìn chằm chằm vào các giá trị suy giảm trong bảng tính. Có một yếu tố thực tế thường xuyên bị bỏ qua:phòng bảo trì trong tương lai.

Đây là quy tắc chung của chúng tôi. Nếu một cụm hiện chỉ có 3 ngôi nhà nhưng có đất trống gần đó, chúng tôi thường đề xuất tỷ lệ nhấn lớn hơn một chút so với yêu cầu nghiêm ngặt của toán học-ví dụ: 80/20 thay vì 90/10. Lý do? Ở các vùng nông thôn, việc cử một đội quay lại để-nối lại một vòi cốp đường ống tốn nhiều chi phí hơn so với công suất quang mà bạn tiết kiệm được khi sử dụng ở mức tối thiểu. Chúng tôi thà hy sinh 1dB biên độ xuôi dòng trước còn hơn là mất khả năng thêm người đăng ký sau này mà không cần làm lại lớn. Xây dựng phòng "plug and play" ngay bây giờ; bạn sẽ cảm ơn chính mình sau hai năm nữa khi có một ngôi nhà mới mọc lên trên đường.

Hãy cùng tìm hiểu xem điều này thực sự hoạt động như thế nào trên thực tế. Lấy dự án Montana mà chúng tôi đã đề cập. Sau khi xem xét thiết kế ban đầu của họ, chúng tôi đã giúp họ lập mô hình giải pháp thay thế bằng cách sử dụng kiến ​​trúc vòi phân tán.

Thiết kế ban đầu yêu cầu cáp phân phối 48{3}}sợi quang chạy hết tuyến dài 18 km, với các sợi bị bong ra ở nhiều điểm khác nhau để đến được các cụm thuê bao. Tổng số km cáp quang trong thiết kế: khoảng 380.

Phương pháp sửa đổi đã sử dụng 2-đường trục cáp quang (chính và dự phòng) với các điểm nhấn tại mỗi cụm người đăng ký. Tại cụm đầu tiên-cách đầu-khoảng 3 km, một cú nhấn 90/10 sẽ chuyển 10% công suất quang thành một cụm nhỏHộp FDB/FATchứa bộ chia cân bằng 1:8. Điều đó phục vụ 6 ngôi nhà gần đó. 90% còn lại tiếp tục đi xuống cốp xe.

Tại km 7, một vòi khác (cục 85/15 này) phục vụ cụm 8 hộ gia đình. Tại km 12, vòi 80/20 có 10 hộ gia đình. Và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi cụm cuối cùng nhận được năng lượng quang còn lại{10}}vẫn nằm trong mức năng lượng GPON để vận hành ONT thích hợp.

Ước tính chi phí cáp dựa trên giá sợi số lượng lớn năm 2024; chi phí thực tế thay đổi tùy theo nhà cung cấp, loại cáp và khối lượng đặt hàng.

cácmức giảm chất xơ đạt khoảng 65%. Ngay cả khi tính đến các thiết bị vòi và vỏ bọc bổ sung tại mỗi điểm cụm, khoản tiết kiệm vật liệu ròng đã vượt quá 40.000 USD trên tuyến đường dài 18 km này.

Đối với ISP này, khoản tiền 40.000 đô la tiết kiệm được trên cáp có nghĩa là họ có thể mở rộng phạm vi tiếp cận cáp quang của mình tới hai cộng đồng nhỏ bổ sung mà trước đây được coi là "không khả thi" theo ngân sách tài trợ. Đó là lợi ích thực sự-không chỉ tiết kiệm tiền mà còn mở rộng những gì thực sự có thể trong phạm vi nguồn vốn cố định.

ISP đã tiến tới thiết kế không cân bằng. Chúng tôi đã cung cấpBộ chia PLCvà làm việc với họ về việc lựa chọn tỷ lệ nhấn cho từng nút.

Bạn không thể chỉ nối các điểm nối dọc theo sợi quang mà không hiểu điều gì sẽ xảy ra với nguồn năng lượng quang của mình. Đây là lúc việc triển khai ở nông thôn trở nên thú vị về mặt kỹ thuật{1}}và là lúc một số nhà quy hoạch mạng gặp rắc rối.

Mọi thành phần trong PON đều gây ra mất mát. Bản thân sợi quang làm suy giảm tín hiệu ở mức khoảng 0,35 dB trên km ở bước sóng 1310nm. Các đầu nối thêm 0,3-0,5 dB mỗi đầu nối. Mối nối đóng góp 0,1-0,2 dB. Và các bộ chia gây ra hiện tượng mất mát dựa trên cấu hình của chúng.

Đối với bộ chia cân bằng, phép toán rất đơn giản: bộ chia 1:8 tạo ra mức suy hao khoảng 10,5 dB bất kể bạn đo cổng đầu ra nào. Tất cả các cổng đều có mức công suất như nhau.

Vòi không cân bằng hoạt động khác nhau. Cổng thông qua (mang điện đến các vòi hạ lưu) có mức suy hao tương đối thấp-thường là 0,5-2,5 dB tùy thuộc vào tỷ lệ phân chia. Cổng tap (phục vụ thuê bao cục bộ) có mức suy hao cao hơn tương ứng với mức phân bổ điện năng nhỏ hơn.

Bảng bên dưới hiển thị các giá trị tổn hao chèn điển hình cho các tỷ lệ nấc phổ biến. Đây là những số liệu đại diện-luôn xác minh dựa trên thông số kỹ thuật của nhà sản xuất đối với các thành phần thực tế mà bạn đang triển khai.

Nguồn: Được tổng hợp từ nhiều bảng dữ liệu của nhà sản xuất bộ chia PLC bao gồm Corning, CommScope và các nhà cung cấp OEM khác nhau. Các giá trị thể hiện hiệu suất điển hình ở 1310/1550nm; thông số kỹ thuật thực tế khác nhau tùy theo nhà sản xuất.

Một hệ thống GPON tiêu chuẩn cung cấp khoảng 28 dB quỹ quang giữa máy phát OLT và máy thu ONT. XGS-PON cung cấp 29-35 dB tùy thuộc vào loại bộ thu phát. Công việc của bạn là đảm bảo rằng mọi người đăng ký-bao gồm cả người đăng ký ở cuối chuỗi nhấn của bạn-nhận được tín hiệu đầy đủ trong phạm vi ngân sách đó.

Cảnh báo từ các nhóm hiện trường của chúng tôi:

Rất nhiều nhà quy hoạch tính toán ngân sách 28dB đó đến tận dấu thập phân cuối cùng, ép từng km họ có thể ra khỏi đường liên kết. Nhưng ở những nơi như Montana hay phía bắc Scandinavia, bạn phải tính đến tổn thất trong mùa đông.

Chúng tôi đã tự đo lường: thời tiết cực lạnh khiến cáp quang co lại và-các bộ điều hợp chất lượng thấp hơn có thể tạo ra những thay đổi vật lý nhỏ gây ra tổn thất thêm từ 0,5 đến 1dB, điều không có trong tháng 9. Quy tắc thiết kế của chúng tôi rất đơn giản-khi tính toán công suất ở ONT cuối cùng trong chuỗi,chúng tôi xây dựng ít nhất 3dB lề cứng. Nếu phép toán của bạn hiển thị -26dBm ở người đăng ký cuối cùng và bạn cho rằng điều đó là tốt, thì bạn sẽ chỉ còn cách một cuộc gọi dịch vụ một trận bão tuyết hoặc một đầu nối cũ kỹ. Đừng hy sinh sự ổn định của liên kết chỉ để nhấn thêm một lần nữa.

Các thành phần vật lý cũng quan trọng như thiết kế quang học. Mỗi điểm nhấn cần có vỏ bọc để bảo vệ bộ chia, cung cấp điểm kết nối cho cáp thả và tồn tại bất kể thời tiết mà khu vực dịch vụ của bạn gặp phải.

Đối với việc triển khai ở nông thôn, điều này thường có nghĩa là một-ngoài trời được xếp hạngHộp FDB/FATvới mức bảo vệ chống xâm nhập IP55 hoặc cao hơn. Vỏ cần chứa bộ chia vòi cộng với bộ chia cân bằng nhỏ (thường là 1:4 hoặc 1:8) để phân phối cục bộ. Số lượng cổng phải khớp với cụm người đăng ký của bạn và có chỗ cho một số cổng dự phòng. Và các tùy chọn lắp đặt cần phải phù hợp với các kịch bản lắp đặt thực tế của bạn-giá treo trên cột, giá treo hoặc giá treo tường tùy thuộc vào vị trí.

Chúng tôi đã chứng kiến ​​các dự án vấp ngã khi chỉ định các khu vực có vẻ phù hợp trên giấy tờ nhưng lại không có tác dụng trên thực tế. Hộp được xếp hạng cho 8 lần thả thuê bao sẽ không giúp ích gì nếu bạn thực sự không thể định tuyến và quản lý cáp thả một cách sạch sẽ. Vỏ bọc chỉ có giá đỡ-gắn-trên tường sẽ trở thành vấn đề khi một nửa vị trí vòi nước của bạn nằm trên các cột điện.

Khi chúng tôi cung cấpHộp thiết bị đầu cuối sợi quangđối với các dự án như dự án ở Montana, chúng tôi tập trung vào-các tính năng thực tế-như định tuyến nội bộ chuyên dụng cho mô-đun nhấn không cân bằng-để đảm bảo hộp vẫn có thể quản lý được ngay cả khi cụm phát triển. Điều quan trọng hơn bất kỳ sản phẩm cụ thể nào là thông số kỹ thuật của vỏ phù hợp với điều kiện thực tế của bạn. Một chiếc hộp trị giá 50 đô la không được bịt kín để chống bụi sẽ khiến bạn tốn nhiều tiền hơn so với một chiếc hộp 80 đô la hoạt động tốt ngay lần đầu tiên.

Một câu hỏi thường xuyên được đặt ra: khi nào việc phân chia không cân bằng thực sự có ý nghĩa so với việc gắn bó với kiến ​​trúc cân bằng truyền thống?

Câu trả lời trung thực là nó phụ thuộc vào hình dạng tuyến đường cụ thể của bạn. Nhưng một số mô hình giữ khá nhất quán.

Cấu trúc tap phân tán có xu hướng giành chiến thắng khi mật độ người đăng ký giảm xuống dưới khoảng 15-20 ngôi nhà trên mỗi tuyến đường-km. Ở mật độ cao hơn, mức tiết kiệm cáp quang giảm đi vì bạn đã ở tương đối gần với hầu hết người đăng ký bất kể bạn đặt bộ chia ở đâu. Ở mật độ thấp hơn-đặc biệt là khi các ngôi nhà tập trung thành từng nhóm cách nhau bởi những con đường trống trải dài—sự tiết kiệm sẽ nhanh chóng.

Chiều dài tuyến đường cũng quan trọng. Trên các tuyến đường ngắn dưới 5-8 km, sự phức tạp của việc quản lý nhiều điểm nhấn có thể không chứng minh được mức tiết kiệm cáp quang. Trên các tuyến đường dài vượt quá 15-20 km, bạn thường thấy những khoản tiết kiệm đáng kể dễ dàng vượt xa chi phí lập kế hoạch và thành phần bổ sung.

Khi nào nên từ bỏ kiến ​​trúc không cân bằng-quan điểm trung thực của chúng tôi:

Hãy nhìn xem, chúng tôi thích cách tiếp cận này và thường xuyên giới thiệu nó. Nhưng có những trường hợp bạn nên sử dụng thiết kế cân bằng 1:32 hoặc 1:64 truyền thống:

1. Khu vực phát triển ngoại ô “cháy rừng”.Nếu tuyến đường của bạn đi qua vùng đất sắp có sự phát triển nhà ở lớn trong ba năm tới, chuỗi vòi không cân bằng sẽ nhanh chóng bão hòa. Mở rộng sau này có nghĩa là tái-kỹ thuật lại toàn bộ quỹ quang hoặc chạy cơ sở hạ tầng song song. Không có gì vui cả. Trong những trường hợp này, tính linh hoạt của kiến ​​trúc cân bằng-nơi bạn có thể chỉ cần thắp sáng các cổng chia không sử dụng-đáng giá cho chi phí cáp bổ sung.

2. Đội bảo trì của bạn không-thoải mái với OTDR.Việc khắc phục sự cố mạng không cân bằng thực sự khó hơn việc chia 1:32 đơn giản. Hồ sơ tổn thất trông giống như một bậc thang trên dấu vết OTDR và ​​nếu kỹ thuật viên hiện trường của bạn chỉ biết cách sử dụng công cụ định vị lỗi hình ảnh bằng đèn đỏ thì họ sẽ gặp khó khăn. Chúng tôi đã thấy các nhà khai thác áp dụng thiết kế vòi phân tán, sau đó thất vọng trong sáu tháng vì mỗi cuộc gọi dịch vụ đều mất thời gian gấp đôi. Nếu nhóm của bạn chưa sẵn sàng cho giai đoạn học tập, hãy trả tiền cho chất xơ bổ sung và giữ cho việc bảo trì của bạn trở nên đơn giản.

KhiBộ chia cân bằng và không cân bằngtrở thành một cuộc gọi gần gũi, chúng tôi thường hỏi: bạn tự tin đến mức nào về dự đoán tăng trưởng người đăng ký của mình và nhóm thực địa của bạn có kỹ năng như thế nào? Nếu cả hai câu trả lời đều "khá chắc chắn" thì không cân bằng thường thắng về chi phí. Nếu một trong hai câu trả lời là "thành thật mà nói, không chắc chắn", sự cân bằng sẽ giúp bạn có nhiều không gian hơn để thích nghi.

Việc kiểm tra và chứng nhận mạng không cân bằng yêu cầu phải có sự điều chỉnh từ quy trình PON tiêu chuẩn. Nhiều điểm phân chia tạo ra các dấu vết OTDR trông khác với cấu trúc bộ chia-đơn truyền thống và kỹ thuật viên cần hiểu những gì họ đang nhìn thấy.

Mỗi lần nhấn xuất hiện dưới dạng một sự kiện mất riêng biệt trên dấu vết OTDR. Suy hao qua cổng tương đối nhỏ (dưới 2 dB đối với hầu hết các tỷ lệ), trong khi cổng tap cho thấy tổn thất lớn hơn tương ứng với tỷ lệ thiết kế của nó. Các kỹ thuật viên không quen với kiến ​​trúc này đôi khi hiểu sai những tổn thất dự kiến ​​này là lỗi.

VIAVI và các nhà sản xuất thiết bị thử nghiệm khác đã bổ sung các chế độ cụ thể để mô tả đặc điểm của mạng bộ chia dạng côn/không cân bằng. Theo tài liệu kỹ thuật của VIAVI, các sản phẩm PON OTDR của họ hiện bao gồm "hỗ trợ bộ chia không cân bằng" đặc biệt để giải quyết các yêu cầu thử nghiệm của kiến ​​trúc vòi phân tán.

Tài liệu trở nên quan trọng hơn với các thiết kế vòi phân tán. Mỗi vỏ phải được dán nhãn với tỷ lệ nối dây và suy hao quang tích lũy tới điểm đó. Khi một kỹ thuật viên phản hồi cuộc gọi dịch vụ hai năm sau khi lắp đặt, họ cần nhanh chóng hiểu được mức năng lượng dự kiến ​​tại địa điểm đó mà không cần tính toán lại toàn bộ ngân sách từ đầu.

Đối với các nhà khai thác mạng Hoa Kỳ đang theo đuổi nguồn tài trợ liên bang,FTTH nông thôncác dự án thường đủ điều kiện nhận trợ cấp và khoản vay USDA ReConnect. Chương trình đã đầu tư hơn 5 tỷ USD kể từ năm 2018 để đưa băng thông rộng đến các vùng nông thôn chưa được quan tâm. Yêu cầu hiện tại bắt buộc phải có khả năng dịch vụ đối xứng 100 Mbps-nằm trong tầm với của các mạng GPON hoặc XGS-PON được thiết kế phù hợp bất kể bạn sử dụng kiến ​​trúc cân bằng hay không cân bằng.

Ràng buộc chính là chứng minh rằng thiết kế của bạn thực sự cung cấp dịch vụ đầy đủ cho mọi cơ sở thuê bao. Tính toán ngân sách quang học của bạn cần hiển thị đủ lợi nhuận ngay cả ở những địa điểm xa nhất. Kiến trúc không cân bằng không thay đổi các yêu cầu cơ bản về hiệu suất-nó chỉ thay đổi cách bạn phân bổ công suất quang để đáp ứng các yêu cầu đó một cách hiệu quả.

Nếu bạn đang lên kế hoạchFTTH nông thônviệc triển khai và các tuyến đường của bạn cho thấy các mô hình thuê bao phân tán, phân cụm điển hình của các khu vực nông nghiệp, việc phân chia không cân bằng đáng được đánh giá nghiêm túc. Khả năng giảm 30-50% chi phí cáp quang ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tồn tại của dự án, đặc biệt khi tình hình kinh doanh vốn đã khó khăn.

Các yêu cầu kỹ thuật không có gì kỳ lạ. Bạn cần chất lượngBộ chia PLCcác thành phần có thông số kỹ thuật đã được xác minh cho cả cấu hình cân bằng và không cân bằng. Bạn cần được xếp hạng ngoài trờiHộp FDB/FATthùng loa thích hợp cho các tình huống cài đặt của bạn. Và bạn cần kỹ thuật ngân sách quang cẩn thận để đảm bảo mọi thuê bao đều nhận được tín hiệu đầy đủ.

Điều tạo nên sự khác biệt giữa việc triển khai thành công và đang gặp khó khăn ở nông thôn thường không phải là công nghệ-mà là liệu thiết kế mạng có tính đến thực tế ở nông thôn hay không thay vì cấy ghép các giả định về đô thị vào một môi trường khác về cơ bản.

Bước đầu tiên có giá trị nhất? Lập bản đồ vị trí người đăng ký thực tế của bạn và hình học tuyến đường. Lựa chọn kiến ​​trúc phù hợp xuất phát từ phân tích đó chứ không phải từ việc áp dụng một mẫu tiêu chuẩn. Nếu bạn hiện đang lập bản đồ tuyến đường nông thôn và phép tính không được tính toán, hãy gửi hình học tuyến đường của bạn cho chúng tôi. Chúng tôi có thể tiến hành phân tích so sánh nhanh về kiến ​​trúc cân bằng và không cân bằng cho dự án cụ thể của bạn-mà không cần ràng buộc.Hãy liên hệ với đội ngũ của chúng tôi-đây chính xác là loại vấn đề mà chúng tôi muốn giải quyết.

Tài liệu tham khảo

Giải pháp VIAVI. "Cấu trúc sợi quang, Phần 3: Chứng nhận PON với Kiến trúc bộ chia không cân bằng."

Tạp chí ISE. "Giải pháp FTTH cho khu vực nông thôn."

Bộ Phát triển Nông thôn USDA. "Kết nối lại chương trình cho vay và tài trợ."

Hiệp hội sợi quang "Bộ chia sợi quang cho PON."

Tuyên bố từ chối trách nhiệm về dữ liệu

Tỷ lệ tiết kiệm chi phí, thông số kỹ thuật quang học và ví dụ dự án thể hiện các giá trị điển hình của ngành và các kịch bản minh họa. Ví dụ về dự án Montana sử dụng số liệu đại diện dựa trên mô hình triển khai chung ở nông thôn. Kết quả thực tế phụ thuộc vào hình dạng tuyến đường cụ thể, phân bổ thuê bao, lựa chọn thành phần và chi phí lao động địa phương. Giá trị tổn thất quang học phải được xác minh dựa trên bảng dữ liệu của nhà sản xuất đối với các thành phần cụ thể. Số liệu tài trợ của USDA dựa trên tài liệu chương trình chính thức tính đến cuối năm 2024.