لماذا يعد التقسيم غير المتوازن منطقيًا بالنسبة لمشاريع FTTH الريفية

نجح التصميم. لم تكن هذه هي الطريقة الأكثر فعالية لربط 32 منزلًا منتشرة بهذا القدر.

هذه المحادثة نموذجية جدًا لما نراهFTTH الريفيةالمشاريع. لا يتمثل التحدي في الجدوى الفنية-بل في الجانب الاقتصادي. وبمجرد أن تبدأ في تحسين تكلفة المنزل التي يتم تمريرها في المناطق ذات الكثافة المنخفضة-، سينتهي بك الأمر إلى النظر بجدية إلى التقسيم غير المتوازن.

إذن ما الذي يحدث هنا بالفعل؟ تعود المشكلة إلى عدم التطابق الأساسي بين كيفية عمل بنية PON التقليدية وكيفية توزيع المشتركين الريفيين فعليًا.

في حي مكتظ، قد يكون لديك 64 منزلاً ضمن دائرة نصف قطرها 500 متر من خزانة مقسمة. تقوم بتركيب مقسم 1:64، وتمرير كابلات قصيرة إلى كل منزل، وسيعمل الاقتصاد بشكل رائع. يتم تقسيم تكلفة التقسيم على 64 مشتركًا. تشغيل الكابلات قصيرة. الجميع سعداء.

الآن تصور طريقًا ريفيًا. ربما لديك 30 منزلاً ممتدة على طول 20 كيلومترًا من الطريق. ويتجمع بعضها في مجموعات من 4-6 أفراد بالقرب من مفترق الطرق. ويجلس آخرون بمفردهم على قطعة أرض مساحتها 40 فدانًا. إذا حاولت خدمتهم باستخدام مقسم مركزي، فإنك تقوم بتشغيل خيوط ألياف فردية لمسافة كيلومترات للوصول إلى المنازل في أقصى نهاية منطقة الخدمة الخاصة بك.

هذا هو المكان الذي تذهب فيه الأموال فعليًا إلى بناء ريفي نموذجي:

لاحظ كيف تظل تكاليف العمالة ثابتة نسبيًا بين السيناريوهين، ولكن تكاليف الكابلات تتضخم في المناطق الريفية. هذه هي نقطة النفوذ الخاصة بك. عندما يمثل الكابل نصف تكلفة مشروعك بدلاً من الربع، فإن كل قرار تصميم يضيف طول الألياف يؤثر على ميزانيتك بشدة. وتضيف تصميمات الفاصل المتوازن التقليدية الكثير من الألياف غير الضرورية في السيناريوهات الريفية.

الطريقة البديلة-وهذا ما نوصي به لمزود خدمة الإنترنت في مونتانا-يستخدم ما يسمى بالتقسيم غير المتوازن أو غير المتماثل. المفهوم ليس جديدا. استخدم مهندسو الاتصالات الصنابير الضوئية لعقود من الزمن في توزيع تلفزيون الكابل. لكنها تكتسب زخمًا جديًاFTTH الريفيةلأنه يعالج بشكل مباشر مشكلة تكلفة الألياف-.

دليل تمهيدي تقني سريع إذا كنت أقل دراية بأنواع المقسمات:

معيارمقسم PLCتقسم التكوينات الطاقة الضوئية الواردة بالتساوي بين جميع المخرجات. يرسل المقسم 1:8 12.5% ​​من الضوء إلى كل من منافذ الإخراج الثمانية. يقوم مقسم 1:32 بتقسيم الطاقة إلى 32 جزءًا متساويًا. تعمل هذه المقسمات المتوازنة بشكل رائع عندما تحتاج إلى خدمة مجموعة من المشتركين من مكان واحد.

تقوم المقسمات غير المتوازنة بشيء مختلف. بدلاً من التقسيم المتساوي، قاموا بتقسيم القوة وفقًا لنسبة مصممة -على سبيل المثال 90/10 أو 70/30. يستمر الجزء الأكبر أسفل ألياف الجذع لخدمة المواقع النهائية. يتم تشغيل الجزء الأصغر لخدمة المشتركين في تلك المرحلة المحددة.

لماذا يهم هذا بالنسبة للشبكات الريفية؟ لأنه يمكنك-ربط عدة نقرات غير متوازنة عبر ألياف جذعية واحدة، مما يؤدي إلى استخلاص ما يكفي من الطاقة في كل موقع لخدمة المنازل المحلية مع الحفاظ على الميزانية الضوئية للمواقع التالية.

ملاحظة من كبار المهندسين لدينا حول اختيار نسبة النقر:

عندما نختار بين 90/10 و70/30، فإننا لا نحدق فقط في قيم التوهين في جدول البيانات. هناك عامل عملي يتم التغاضي عنه باستمرار:مساحة الصيانة المستقبلية.

هذه هي القاعدة الأساسية لدينا. إذا كانت المجموعة تحتوي حاليًا على 3 منازل فقط ولكن هناك أرض شاغرة قريبة، فسنوصي عادةً بنسبة نقر أكبر قليلاً مما تتطلبه الرياضيات بشكل صارم-على سبيل المثال 80/20 بدلاً من 90/10. السبب؟ في المناطق الريفية، فإن إرسال الطاقم مرة أخرى لإعادة-تركيب صنبور صندوق السيارة يكلف أكثر بكثير من الطاقة الضوئية التي وفرتها من خلال التقليل من استهلاك الطاقة. نحن نفضل التضحية بـ 1 ديسيبل من الهامش النهائي مقدمًا بدلاً من فقدان القدرة على إضافة المشتركين لاحقًا دون إجراء إعادة صياغة كبيرة. قم بالبناء في غرفة "التوصيل والتشغيل" الآن؛ سوف تشكر نفسك خلال عامين عندما يتم تشييد منزل جديد على الطريق.

دعونا نتعرف على كيفية عمل هذا فعليًا في هذا المجال. خذ مشروع مونتانا الذي ذكرناه. وبعد مراجعة تصميمهم الأصلي، ساعدناهم في تصميم بديل باستخدام بنية الحنفية الموزعة.

كان التصميم الأصلي يتطلب إنشاء كابل توزيع من الألياف يبلغ طوله 48-يمتد لمسافة 18 كيلومترًا كاملة، مع تقشير الألياف في نقاط مختلفة للوصول إلى مجموعات المشتركين. إجمالي كيلومترات الألياف في التصميم: 380 تقريبًا.

استخدم الأسلوب المعدل 2-جذعًا من الألياف (أساسي بالإضافة إلى احتياطي) مع نقاط ضغط في كل مجموعة مشتركين. في المجموعة الأولى-على بعد حوالي 3 كيلومترات من الرأس-تؤدي نقرة بنسبة 90/10 إلى تحويل 10% من الطاقة الضوئية إلى مجموعة صغيرةصندوق FDB/FATتحتوي على مقسم متوازن 1:8. يخدم 6 منازل مجاورة. ويستمر الـ 90% المتبقية أسفل الجذع.

عند الكيلومتر 7، هناك صنبور آخر (هذا 85/15) يخدم مجموعة من 8 منازل. عند الكيلومتر 12، صنبور 80/20 يعالج 10 منازل. وهكذا على طول الطريق حتى تتلقى المجموعة النهائية أي طاقة ضوئية تبقى-لا تزال ضمن ميزانية طاقة GPON لتشغيل ONT بشكل سليم.

تقديرات تكلفة الكابلات بناءً على أسعار الألياف السائبة لعام 2024؛ تختلف التكاليف الفعلية حسب المورد ونوع الكابل وحجم الطلب.

الوصل تخفيض الألياف إلى حوالي 65٪. وحتى مع الأخذ في الاعتبار وحدات الحنفية والمرفقات الإضافية في كل نقطة تجمع، فقد تجاوز صافي توفير المواد 40 ألف دولار على هذا الطريق الذي يبلغ طوله 18 كيلومترًا.

بالنسبة لمزود خدمة الإنترنت هذا، فإن مبلغ 40 ألف دولار الذي تم توفيره على الكابل يعني أنه بإمكانهم توسيع نطاق الألياف إلى مجتمعين صغيرين إضافيين كان يعتبر في السابق "غير ممكن" بموجب ميزانية المنحة. هذا هو المردود الحقيقي-ليس فقط توفير المال، بل توسيع ما هو ممكن فعليًا ضمن مظروف تمويل ثابت.

تقدم مزود خدمة الإنترنت بالتصميم غير المتوازن. لقد زودنامقسمات PLCوعملت معهم على تحديد نسبة النقر لكل عقدة.

لا يمكنك مجرد ربط الصنابير على طول الألياف دون فهم ما يحدث لميزانية الطاقة الضوئية الخاصة بك. وهذا هو المكان الذي تصبح فيه عمليات النشر في المناطق الريفية مثيرة للاهتمام من الناحية الفنية-ويواجه بعض مخططي الشبكات مشكلات.

كل مكون في PON يسبب الخسارة. تعمل الألياف نفسها على تخفيف الإشارة عند حوالي 0.35 ديسيبل لكل كيلومتر عند الطول الموجي 1310 نانومتر. تضيف الموصلات 0.3-0.5 ديسيبل لكل منها. تساهم التوصيلات بـ 0.1-0.2 ديسيبل. وتعرض المقسمات الخسارة بناءً على تكوينها.

بالنسبة للمقسمات المتوازنة، تكون الحسابات واضحة: يقدم المقسم 1:8 حوالي 10.5 ديسيبل من الخسارة بغض النظر عن منفذ الإخراج الذي تقوم بقياسه. جميع المنافذ ترى نفس مستوى الطاقة.

الصنابير غير المتوازنة تتصرف بشكل مختلف. يشهد المنفذ الواصل (الذي يحمل الطاقة إلى الصنابير النهائية) خسارة منخفضة نسبيًا-عادةً ما تتراوح بين 0.5-2.5 ديسيبل اعتمادًا على نسبة الانقسام. يشهد منفذ الصنبور (الذي يخدم المشتركين المحليين) خسارة أعلى تتوافق مع تخصيص الطاقة الأصغر.

يوضح الجدول أدناه قيم فقدان الإدراج النموذجية لنسب النقر الشائعة. هذه أرقام تمثيلية-يتم التحقق منها دائمًا وفقًا لمواصفات الشركة المصنعة للمكونات الفعلية التي تقوم بنشرها.

المصدر: تم تجميعها من العديد من أوراق بيانات الشركات المصنعة لجهاز تقسيم PLC بما في ذلك Corning وCommScope والعديد من موردي OEM. تمثل القيم الأداء النموذجي عند 1310/1550 نانومتر؛ تختلف المواصفات الفعلية حسب الشركة المصنعة.

يوفر نظام GPON القياسي حوالي 28 ديسيبل من الميزانية الضوئية بين جهاز إرسال OLT وجهاز استقبال ONT. يقدم XGS-PON 29-35 ديسيبل اعتمادًا على فئة جهاز الإرسال والاستقبال. مهمتك هي التأكد من أن كل مشترك-بما في ذلك المشترك الموجود في نهاية سلسلة النقر الخاصة بك يتلقى إشارة كافية في حدود تلك الميزانية.

تحذير من فرقنا الميدانية:

يقوم العديد من المخططين بحساب الميزانية البالغة 28 ديسيبل وصولاً إلى النقطة العشرية الأخيرة، مع الضغط على كل كيلومتر يمكنهم الخروج منه من الرابط. ولكن في أماكن مثل مونتانا أو شمال الدول الاسكندنافية، عليك أن تأخذ في الاعتبار فقدان الشتاء.

لقد قمنا بقياس ذلك بأنفسنا: يتسبب البرد الشديد في تقلص كابلات الألياف، ويمكن للمحولات ذات الجودة المنخفضة-أن تحدث تحولات فيزيائية صغيرة تؤدي إلى خسارة إضافية بمقدار 0.5 إلى 1 ديسيبل لم تكن موجودة في سبتمبر. قاعدة التصميم الخاصة بنا بسيطة-عند حساب الطاقة عند آخر ONT في السلسلة،نحن نبني ما لا يقل عن 3 ديسيبل من الهامش الثابت. إذا أظهرت حساباتك -26 ديسيبل ميلي واط عند المشترك النهائي ووصفتها بأنها جيدة، فأنت على بعد عاصفة ثلجية واحدة أو موصل قديم واحد بعيدًا عن مكالمة الخدمة. لا تضحي باستقرار الارتباط لمجرد الضغط عليه بنقرة واحدة أخرى.

إن المكونات المادية مهمة بقدر أهمية التصميم البصري. تحتاج كل نقطة صنبور إلى حاوية تحمي المقسم، وتوفر نقاط اتصال للكابلات المسقطة، وتتحمل أي طقس تواجهه منطقة الخدمة الخاصة بك.

بالنسبة لعمليات النشر في المناطق الريفية، يعني هذا عادةً تصنيفًا خارجيًا-.صندوق FDB/FATمع IP55 أو حماية دخول أعلى. يجب أن يستوعب العلبة مقسم الصنبور بالإضافة إلى مقسم صغير متوازن (عادةً 1:4 أو 1:8) للتوزيع المحلي. يجب أن يتطابق عدد المنافذ مع مجموعة المشتركين لديك مع وجود مساحة لعدد قليل من قطع الغيار. ويجب أن تتناسب خيارات التثبيت مع سيناريوهات التثبيت الفعلية لديك-التثبيت على عمود، أو التثبيت على حبلا، أو التثبيت على الحائط حسب الموقع.

لقد رأينا المشاريع تتعثر من خلال تحديد العبوات التي تبدو مناسبة على الورق ولكنها لم تنجح في الميدان. لا يساعد الصندوق الذي تم تصنيفه لـ 8 قطرات للمشتركين إذا لم تتمكن فعليًا من توجيه كبلات الإسقاط وإدارتها بشكل نظيف. تصبح الحاوية التي تحتوي على -أقواس مثبتة على الحائط-فقط مشكلة عندما يكون نصف مواقع الحنفية على أعمدة الكهرباء.

عندما نقوم بالتوريدصناديق طرفية من الألياف الضوئيةبالنسبة إلى المشروعات مثل المشروع الموجود في مونتانا، فإننا نركز على -الميزات العملية-المجالية مثل التوجيه الداخلي المخصص لوحدة النقر غير المتوازنة-لضمان بقاء الصندوق قابلاً للإدارة حتى مع نمو المجموعات. ما يهم أكثر من أي منتج محدد هو مطابقة مواصفات العلبة مع ظروف الحقل الفعلية. سيكلفك صندوق بقيمة 50 دولارًا لا يغلق بشكل صحيح ضد الغبار في لفات الشاحنات أكثر بكثير من صندوق بقيمة 80 دولارًا يقوم بالمهمة بشكل صحيح في المرة الأولى.

سؤال واحد يطرح باستمرار: متى يكون التقسيم غير المتوازن منطقيًا في الواقع مقابل الالتزام بالهندسة المعمارية المتوازنة التقليدية؟

الإجابة الصادقة هي أن ذلك يعتمد على هندسة المسار المحددة الخاصة بك. لكن بعض الأنماط تظل ثابتة إلى حد كبير.

تميل بنية النقر الموزعة إلى تحقيق النجاح عندما تقل كثافة المشتركين عن حوالي 15-20 منزلًا لكل مسار- كيلومتر. عند الكثافات الأعلى، يتضاءل توفير الألياف لأنك بالفعل قريب نسبيًا من معظم المشتركين بغض النظر عن المكان الذي تضع فيه جهاز التقسيم الخاص بك. عند الكثافات المنخفضة-خاصة عندما تتجمع المنازل في مجموعات مفصولة بمسافات طويلة من الطرق الفارغة - يتضاعف التوفير سريعًا.

طول الطريق مهم أيضًا. في الطرق القصيرة التي يقل طولها عن 5-8 كيلومترات، قد لا يبرر تعقيد إدارة نقاط النقر المتعددة توفير الألياف. على الطرق الطويلة التي تتجاوز 15-20 كيلومترًا، غالبًا ما تبحث عن توفير كبير يفوق بسهولة تكاليف التخطيط والمكونات الإضافية.

متى يجب الابتعاد عن التصميم غير المتوازن-رأينا الصادق:

انظر، نحن نحب هذا النهج ونوصي به كثيرًا. ولكن هناك حالات يجب عليك فيها الالتزام بالتصميمات التقليدية المتوازنة 1:32 أو 1:64:

1. مناطق نمو الضواحي "الهشيمة".إذا كان طريقك يمر عبر أرض على وشك أن تشهد تطويرًا كبيرًا للإسكان في السنوات الثلاث المقبلة، فسوف تتشبع سلسلة الحنفيات غير المتوازنة بسرعة. ويعني التوسع لاحقًا إما إعادة-هندسة الميزانية الضوئية بالكامل أو تشغيل بنية أساسية متوازية. لا يوجد متعة. في هذه الحالات، فإن مرونة البنية المتوازنة-حيث يمكنك فقط إضاءة منافذ التقسيم غير المستخدمة-تستحق تكلفة الكابل الإضافية.

2. لا يشعر طاقم الصيانة لديك بالارتياح تجاه OTDR-.يعد استكشاف أخطاء الشبكة غير المتوازنة وإصلاحها أصعب حقًا من التقسيم البسيط بنسبة 1:32. يبدو ملف تعريف الخسارة وكأنه درج على تتبع OTDR، وإذا كان الفنيون الميدانيون لديك يعرفون فقط كيفية استخدام محدد موقع الأخطاء المرئي بالضوء الأحمر-، فسوف يواجهون صعوبة. لقد رأينا المشغلين يعتمدون تصميمات الصنابير الموزعة، ثم يقضون ستة أشهر محبطين لأن كل مكالمة خدمة تستغرق ضعف الوقت. إذا لم يكن فريقك مستعدًا لمنحنى التعلم، فادفع مقابل الألياف الإضافية وحافظ على بساطة الصيانة.

متىالمتوازن مقابل الخائن غير المتوازنعندما يصبح الأمر قريبًا، نسأل عادةً: ما مدى ثقتك في توقعات نمو المشتركين لديك، وما مدى مهارة فريقك الميداني؟ إذا كانت كلتا الإجابتين "قويتين جدًا"، فإن الإجابة غير المتوازنة عادةً ما تفوز بالتكلفة. إذا كانت إحدى الإجابتين "بصراحة، لست متأكدًا"، فإن التوازن يمنحك مساحة أكبر للتكيف.

يتطلب الاختبار وإصدار الشهادات للشبكات غير المتوازنة تعديلًا من إجراءات PON القياسية. تعمل نقاط الانقسام المتعددة على إنشاء آثار OTDR تبدو مختلفة عن بنيات التقسيم الفردية- التقليدية، ويحتاج الفنيون إلى فهم ما يرونه.

تظهر كل نقرة كحدث خسارة منفصل على تتبع OTDR. تكون خسارة المنفذ صغيرة نسبيًا (أقل من 2 ديسيبل لمعظم النسب)، بينما يُظهر منفذ الصنبور خسارة أكبر تتوافق مع النسبة المصممة له. في بعض الأحيان، يخطئ الفنيون غير المعتادين على هذه البنية في تفسير هذه الخسائر المتوقعة على أنها أخطاء.

أضافت شركة VIAVI وغيرها من الشركات المصنعة لمعدات الاختبار أوضاعًا محددة لتوصيف شبكات التقسيم المستدقة/غير المتوازنة. وفقًا للوثائق الفنية لشركة VIAVI، تشتمل منتجات PON OTDR الخاصة بها الآن على "دعم مقسم غير متوازن" خصيصًا لتلبية متطلبات الاختبار لبنيات الحنفية الموزعة.

يصبح التوثيق أكثر أهمية مع تصميمات الحنفية الموزعة. يجب أن يتم تصنيف كل حاوية بنسبة النقر الخاصة بها والخسارة البصرية التراكمية لتلك النقطة. عندما يستجيب أحد الفنيين لاستدعاء الخدمة بعد عامين من التثبيت، فإنه يحتاج إلى فهم مستويات الطاقة المتوقعة بسرعة في ذلك الموقع دون إعادة حساب الميزانية بأكملها من البداية.

بالنسبة لمشغلي الشبكات الأمريكية الذين يسعون للحصول على التمويل الفيدرالي،FTTH الريفيةغالبًا ما تكون المشاريع مؤهلة للحصول على منح وقروض USDA ReConnect. وقد استثمر البرنامج أكثر من 5 مليارات دولار منذ عام 2018 لجلب النطاق العريض إلى المناطق الريفية المحرومة. تتطلب المتطلبات الحالية إمكانية خدمة متماثلة بسرعة 100 ميجابت في الثانية-في متناول اليد لشبكات GPON أو XGS-PON المصممة بشكل صحيح بغض النظر عما إذا كنت تستخدم بنية متوازنة أو غير متوازنة.

يتمثل القيد الرئيسي في إثبات أن التصميم الخاص بك يقدم بالفعل خدمة مناسبة لكل موقع مشترك. يجب أن تُظهر حسابات ميزانيتك البصرية هامشًا كافيًا حتى في المواقع البعيدة. لا تغير البنية غير المتوازنة متطلبات الأداء الأساسية-إنما تغير فقط كيفية تخصيص الطاقة الضوئية لتلبية هذه المتطلبات بكفاءة.

إذا كنت تخطط لFTTH الريفيةالنشر ومساراتك تظهر أنماط المشتركين المتناثرة والمجمعة النموذجية للمناطق الزراعية، والتقسيم غير المتوازن يستحق تقييمًا جديًا. تؤثر إمكانية تقليل تكاليف كابلات الألياف بنسبة 30-50% بشكل مباشر على جدوى المشروع، خاصة عندما تكون دراسة الجدوى ضيقة بالفعل.

المتطلبات الفنية ليست غريبة. أنت بحاجة إلى الجودةمقسم PLCمكونات ذات مواصفات تم التحقق منها لكل من التكوينات المتوازنة وغير المتوازنة. أنت بحاجة إلى تقييم خارجي-.صندوق FDB/FATالعبوات المناسبة لسيناريوهات التثبيت الخاصة بك. وتحتاج إلى هندسة ميزانية بصرية دقيقة لضمان حصول كل مشترك على إشارة كافية.

إن ما يصنع الفارق بين عمليات النشر الريفية الناجحة والمتعثرة ليس في العادة التكنولوجيا-بل ما إذا كان تصميم الشبكة يأخذ في الاعتبار الحقائق الريفية بدلاً من زرع الافتراضات الحضرية في بيئة مختلفة بشكل أساسي.

الخطوة الأولى الأكثر قيمة؟ قم بتعيين مواقع المشتركين الفعلية وهندسة المسار. إن اختيار البنية الصحيحة يأتي من هذا التحليل، وليس من تطبيق قالب قياسي. إذا كنت تقوم حاليًا برسم خريطة لطريق ريفي ولم تكن العمليات الحسابية في محلها، فأرسل إلينا هندسة المسار الخاصة بك. يمكننا إجراء تحليل مقارن سريع للبنيات المتوازنة وغير المتوازنة لمشروعك المحدد-بدون شروط.تواصل مع فريقنا-هذا هو بالضبط نوع المشكلة التي نحب العمل عليها.

مراجع

حلول فيافي. "بناء الألياف، الجزء 3: اعتماد PON باستخدام بنية مقسمة غير متوازنة."

مجلة آي إس إي. "حلول FTTH للمناطق الريفية."

وزارة الزراعة الأمريكية للتنمية الريفية. "إعادة ربط برنامج القروض والمنح."

جمعية الألياف البصرية. "مقسمات الألياف الضوئية لـ PONs."

إخلاء المسؤولية عن البيانات

تمثل نسب توفير التكلفة والمواصفات البصرية وأمثلة المشاريع قيم الصناعة النموذجية والسيناريوهات التوضيحية. يستخدم مثال مشروع مونتانا أرقامًا تمثيلية بناءً على أنماط الانتشار الريفية الشائعة. تعتمد النتائج الفعلية على هندسة المسار المحددة، وتوزيع المشتركين، واختيار المكونات، وتكاليف العمالة المحلية. يجب التحقق من قيم الفقد البصري مقابل أوراق بيانات الشركة المصنعة لمكونات محددة. تستند أرقام تمويل وزارة الزراعة الأمريكية إلى وثائق البرنامج الرسمية اعتبارًا من أواخر عام 2024.