Τεχνο-οικονομικό Μοντέλο Ανάπτυξης FTTH στην Βαρσοβία

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΤΩΝ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Τεχνο-οικονομικό Μοντέλο Ανάπτυξης FTTH στην Βαρσοβία Κωνσταντίνος Χ. Σταθάς Επιβλέποντες: Δημήτριος Κατσιάνης, Ε.ΔΙ.Π. ΑΘΗΝΑ ΙΟΥΛΙΟΣ 2016

2 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Τεχνο-οικονομικό Μοντέλο Ανάπτυξης FTTH στην Βαρσοβία Κωνσταντίνος Χ. Σταθάς Α.Μ.: ΜΟΠ 400 ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ: Δημήτριος Κατσιάνης, Ε.ΔΙ.Π. Ιούλιος 2016

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η χρήση του διαδικτύου και η αυξανόμενη διείσδυση του σε επιχειρήσεις και νοικοκυριά, δημιουργεί μια όλο και μεγαλύτερη ζήτηση σε ευρυζωνικές υπηρεσίες με μεγαλύτερη ταχύτητα πρόσβασης. Αυτήν την ανάγκη έρχονται να καλύψουν τα οπτικά δίκτυα, όπου εκτείνονται μέχρι τον τοπικό βρόγχο αλλά και στην κατοικία του πελάτη με το FTTH. Με την παρούσα εργασία αναπτύσσουμε τις τεχνικές λύσεις που αφορούν την ανάπτυξη των FTTx δικτύων και επικεντρωνόμαστε στην υλοποίηση και στον υπολογισμό των εξωτερικών τμημάτων των δικτύων FTTH. Βασικός στόχος αυτής της εργασίας ήταν να αναπτύξουμε ένα τεχνο-οικονομικό μοντέλο για τον υπολογισμό των βασικών εξόδων -CAPEX- και των εσόδων που μπορεί να έχει μια επένδυση για την ανάπτυξη του FTTH στην πόλη της Βαρσοβίας. Πρώτα έγινε η αναγνώριση των ευρυζωνικών τεχνολογιών που υλοποιούνται και στην συνέχεια παρουσιάστηκαν τα οπτικά δίκτυα και οι διάφορες τεχνολογικές λύσεις για τα δίκτυα πρόσβασης FTTx. Έπειτα, βάση των δημογραφικών στοιχείων και του προγράμματος Datafit, δόθηκε μια πρόβλεψη για την ευρυζωνική διείσδυση σε επιχειρήσεις και νοικοκυριά καθώς και έγινε ένας υπολογισμός των προβλεπόμενων εσόδων. Στην συνέχεια, με την βοήθεια των γεωμετρικών μοντέλων μπορέσαμε να υπολογίσουμε τα βασικά μεγέθη για την υλοποίηση της επένδυσης και εξάγουμε τα κύρια κόστη CAPEΧ και OPEX. Τέλος με την χρήση των κύριων χρηματοοικονομικών δεικτών εξάγουμε το συμπέρασμα ότι η επένδυση ενός τέτοιου εγχειρήματος είναι αρκετά επικερδής, θα έχει σύντομο χρόνο αποπληρωμής και τα κέρδη της είναι υπολογίσιμα για κάθε εταιρεία. ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ: Τεχνική και Οικονομική Ανάλυση Δικτύου ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: Διείσδυση, ευρυζωνική πρόσβαση, ψηφιακή συνδρομητική γραμμή, οπτική ίνα στο σπίτι, τάφρος.

4 ABSTRACT The use of internet and his increasing penetration in enterprises and households, create an always bigger demand in broadband services with higher speed of access. This need they come to cover the optical networks, where they extend up to the local bronchus but also to the residence of customer with FTTH. With the present work we develop the technical solutions that concern the growth of FTTx networks and we were focused in the concretisation and in the calculation of exterior departments of networks FTTH. Fundamental objective of this work was to develop a techno-economic model for the calculation of basic expenses -CAPEX- and income that can have an investment for the growth of FTTH in the city of Warsaw. First became the recognition of broadband technologies that is materialised and then we present the optical networks and the various technological solutions for the networks of access FTTx. Then, base of demographic elements and the program Datafit, we give a forecast for the broadband penetration in enterprises and households as well as became a calculation of forecasted income. Then, with the help of geometrikon models we could calculate basic sizes for the concretisation of investment and we export main costs CAPEX and OPEX. Finally with the use of main financing indicators we export the conclusion that the investment of such undertaking is profitable, will have short time of settlement and her profits is considerable for each company. SUBJECT AREA: Technical and Economic Network Analysis KEYWORDS: Penetration, broadband access, digital subscribing line, fiber to the home, ditch

5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Με την κατάθεση αυτής της διπλωματικής εργασίας και την ολοκλήρωση των σπουδών μου στο μεταπτυχιακό πρόγραμμα «Διοίκηση και Οικονομική των Τηλεπικοινωνιακών Δικτύων» θα ήθελα να ευχαριστήσω κάποιους ανθρώπους που με βοήθησαν να φτάσω μέχρι αυτό το σημείο. Στην αρχή θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή Δρ. Κατσιάνη Δημήτρη, για την δυνατότητα που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα τόσο ενδιαφέρον θέμα και για τις γνώσεις που μου μετέδωσε, μέσω της ενασχόλησης μου με την συγκεκριμένη διπλωματική, αλλά και από τις διαλέξεις του και τις σημειώσεις του μέσα στις διδακτικές αίθουσες. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω την υπεύθυνη της γραμματείας των μεταπτυχιακών κα. Καναβού Κωνσταντίνα, όπου χωρίς την πολύτιμη βοήθεια της δεν θα ήταν δυνατόν να συμμετάσχω σε αυτό το πρόγραμμα και τον φίλο μου Κοκκάλα Γεώργιο που με τις γνώσεις του και την συμπαράσταση του μορφοποιήσαμε την συγκεκριμένη διπλωματική. Τέλος θα πρέπει πάνω από όλα να ευχαριστήσω τη σύζυγό μου Σοφία και τον γιό μου Χρήστο, που μου συμπαραστάθηκαν, με ανέχτηκαν και με βοήθησαν όλο αυτό το διάστημα, ώστε να ολοκληρώσω απρόσκοπτος τις σπουδές μου.

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 4 ABSTRACT... 5 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... 6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... 7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ... 9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑ, ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΒΑΣΕΙΣ ΟΡΙΣΜΌΣ ΤΗΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΌΤΗΤΑΣ ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΈΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΊΕΣ DSL (Digital subscriber line) xdsl Καλωδιακά modem Οπτική πρόσβαση Ασύρματα δίκτυα (WLANs και WiFi) LMDS (Local Multipoint Distribution System) -WiMAX Δορυφορική ευρυζωνική πρόσβαση (satellites) Ευρυζωνική Πρόσβαση μέσω Καλωδίων Ρεύματος (Broadband over Powerlines, BPL) ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΉ ΟΠΤΙΚΉΣ ΊΝΑΣ ΚΑΤΗΓΟΡΊΕΣ ΟΠΤΙΚΏΝ ΙΝΏΝ ΣΤΟΙΧΕΊΑ ΟΠΤΙΚΏΝ ΔΙΚΤΎΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΈΣ ΟΠΤΙΚΏΝ ΙΝΏΝ ΟΠΤΙΚΆ ΔΊΚΤΥΑ ΜΕΓΆΛΗΣ ΑΠΌΣΤΑΣΗΣ (LONG HAUL NETWORKS) ΟΠΤΙΚΆ ΔΊΚΤΥΑ ΚΟΡΜΟΎ (BACK HAUL NETWORKS) ΟΠΤΙΚΆ ΔΊΚΤΥΑ ΠΡΌΣΒΑΣΗΣ (ACCESS NETWORKS) ΔΙΚΤΥΑ FTTX ΑΝΑΓΚΑΙΌΤΗΤΑ ΤΩΝ FTTX ΔΙΚΤΎΩΝ ΠΡΌΣΒΑΣΗΣ ΔΙΑΚΡΙΤΆ ΣΤΟΙΧΕΊΑ ΟΠΤΙΚΏΝ ΔΙΚΤΎΩΝ Αστικό κέντρο Οπτικά τερματικά γραμμών (OLT - Optical Line Terminal) Οπτικά πλαίσια διανομής (ODF - Optical Distribution Frame) Καλώδια τροφοδότησης Καλώδια διανομής και πρόσβασης Σημεία σύγκλισης ΠΑΡΑΛΛΑΓΈΣ ΤΩΝ ΔΙΚΤΎΩΝ FTTX ΤΟΠΟΛΟΓΊΑ FTTH ΔΙΚΤΎΩΝ Δίκτυα Point to Point (Home Run) Δίκτυα Active Star - AON Δίκτυα Passive Star ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΉΣΕΙΣ ΔΙΚΤΎΩΝ PON PON στην καμπίνα (Curbside PON) PON σε συγκέντρωση (FAP Fiber Aggregation Point) Κατανεμημένο PON... 36

7 4.5.4 Υβριδικά PON TDM PON ΒΑΣΙΚΉ ΔΟΜΉ FTTH ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ, ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΚΑΙ ΕΣΟΔΑ ΔΗΜΟΓΡΑΦΙΚΆ ΣΤΟΙΧΕΊΑ ΒΑΡΣΟΒΊΑΣ ΚΑΙ ΠΡΌΒΛΕΨΗ ΙΣΤΟΡΙΚΉ ΔΙΕΊΣΔΥΣΗ ΣΕ ΝΟΙΚΟΚΥΡΙΆ ΜΟΝΤΈΛΟ COMPERTZ ΜΟΝΤΈΛΟ BASS ΜΟΝΤΈΛΟ FISHER PRAY ΠΡΌΒΛΕΨΗ ΔΙΕΊΣΔΥΣΗΣ ΣΕ ΝΟΙΚΟΚΥΡΙΆ ΚΑΙ ΕΠΙΧΕΙΡΉΣΕΙΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΌΣ ΕΣΌΔΩΝ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΔΙΚΤΥΩΝ FTTH ΒΑΣΙΚΌ ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΌ ΜΟΝΤΈΛΟ ΔΙΚΤΎΟΥ FTTH ΑΠΛΟΥΣΤΕΥΜΈΝΟ ΜΟΝΤΈΛΟ Μήκος τάφρων απλουστευμένου μοντέλου Μήκος οπτικών ινών απλουστευμένου μοντέλου ΜΟΝΤΈΛΟ ΜΉΚΟΥΣ ΟΔΙΚΟΎ ΔΙΚΤΎΟΥ Μήκος τάφρων μοντέλου μήκους οδικού δικτύου ΕΠΕΚΤΑΜΈΝΟ ΜΟΝΤΈΛΟ ΠΆΝΩ ΣΤΟ ΜΉΚΟΣ ΟΔΙΚΟΎ ΔΙΚΤΎΟΥ Μήκος τάφρων καλωδίων τροφοδοσίας (feeder) Μήκος τάφρων καλωδίων διανομής (distribution) Μήκος τάφρων τελικών καλωδίων συνδρομητών (drop) Μήκος καλωδίων τροφοδοσίας (feeder cables) Μήκος συνδρομητικών καλωδίων (drop cables) Μήκος καλωδίων διανομής (distribution cables) ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΌΣ ΤΆΦΡΩΝ ΚΑΙ ΚΑΛΩΔΊΩΝ ΤΗΣ ΒΑΡΣΟΒΊΑΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΈΞΟΔΑ CAPEX Γενικά Έξοδα CAPEX μοντέλου Βαρσοβίας ΈΞΟΔΑ OPEX Γενικά Έξοδα OPEX μοντέλου Βαρσοβίας ΧΡΗΜΑΤΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟΊ ΔΕΊΚΤΕΣ ΧΡΗΜΑΤΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟΊ ΔΕΊΚΤΕΣ ΜΟΝΤΈΛΟΥ ΒΑΡΣΟΒΊΑΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 88

8 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1: Κάλυψη xdsl μέσω χαλκού και οπτικών ινών (Πηγή [1]) Εικόνα 2: Διαχωρισμός συχνοτήτων τηλεφωνίας και DSL (Πηγή [1]) Εικόνα 3: Συχνότητες χρήσης ADSL2 + και VDSL2 (Πηγή [1]) Εικόνα 4: Ανάπτυξη ευρυζωνικής πρόσβασης καλωδιακών modem (Πηγή [2]) Εικόνα 5: Δυνατότητες μεταφοράς δεδομένων μέσω FTTC (Πηγή [1]) Εικόνα 6: WiFi δίκτυο (Πηγή [3]) Εικόνα 7: Δίκτυο WiMAX (Πηγή [4]) Εικόνα 8: Τυπικό δίκτυο BPL (Πηγή [5]) Εικόνα 9: Οπτική ίνα (Πηγή [6]) Εικόνα 10: Δομή οπτικής ίνας (Πηγή [7]) Εικόνα 11: Μετάδοση οπτικού σήματος (Πηγή [7]) Εικόνα 12 : Μετάδοση εντός οπτικών ινών (Πηγή [8]) Εικόνα 13: Κατηγορίες οπτικών ινών (Πηγή [9]) Εικόνα 14: Στοιχεία οπτικής μετάδοσης (Πηγή [10]) Εικόνα 15: Δικτύα οπτικών ινών (Πηγή [11]) Εικόνα 16 : Απλοποιημένο οπτικό δίκτυο πρόσβασης (Πηγή [12]) Εικόνα 17 : Βασική δομή κεντρικού γραφείου (Πηγή [13]) Εικόνα 18 : Διάγραμμα ευρυζωνικής διασύνδεσης (Πηγή [14]) Εικόνα 19: Rack ODF (Πηγή [15]) Εικόνα 20: Οπτικά δίκτυα (Πηγή [16]) Εικόνα 21: Οπτικό δίκτυο FTTx (Πηγή [17]) Εικόνα 22: Παραλλαγές FTTx (Πηγή [12]) Εικόνα 23: Δίκτυο P2P (Πηγή [18]) Εικόνα 24: Δίκτυο Active Star AON (Πηγή [18]) Εικόνα 25: Δίκτυο Passive Star (PON) (Πηγή [18]) Εικόνα 26: PON στην καμπίνα (Curbside PON) (Πηγή [19]) Εικόνα 27: PON σε συγκέντρωση (Πηγή [19]) Εικόνα 28: Κατανεμημένο PON (Πηγή [20]) Εικόνα 29: Υβριδικό PON (Πηγή [21]) Εικόνα 30: Βασική δομή δικτύου FTTH (Πηγή [12]) Εικόνα 31 Δήμοι Βαρσοβίας (Πηγή [22]) Εικόνα 32: Γραφική απεικόνηση διείσδυσης (Παράρτημα [ΙΙ]) Εικόνα 33: Βασικό γεωμετρικό μοντέλο FTTH (Πηγή [13]) Εικόνα 34: Απλουστευμένο μοντέλο δρόμων (Manhattan model) (Πηγή [13]) Εικόνα 35: Μοντέλο πάνω στο μήκος του οδικού δικτύου (Πηγή [13]) Εικόνα 36: Επεκταμένο μοντέλο πάνω στο μήκος οδικού δικτύου (Πηγή [13])... 57

9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1: Ευρυζωνικές τεχνολογίες και δυνατότητες Πίνακας 2: Σύγκριση δυνατοτήτων PON Πίνακας 3: Πρόβλεψη πληθυσμού Πίνακας 4: Πρόβλεψη νοικοκυριών και επιχειρήσεων Πίνακας 5: Στοιχεία Ευρυζωνικής Διείσδυσης ΟΟΣΑ Πίνακας 6: Αποτελέσματα αγνώστων Compertz Πίνακας 7: Compertz υπολογισμός λαθών Πίνακας 8: Διείσδυση κατά Compertz Πίνακας 9: Αποτελέσματα αγνώστων Bass Πίνακας 10: Bass υπολογισμός λαθών Πίνακας 11: Διείσδυση κατά Bass Πίνακας 12: Αποτελέσματα αγνώστων Fisher Pray Πίνακας 13: Fisher Pray υπολογισμός λαθών Πίνακας 14: Διείσδυση κατά Fisher Pray Πίνακας 15: Συγκριτικός μοντέλων διείσδυσης Πίνακας 16: Συγκεντρωτικά στοιχεία διείσδυσης (Παράρτημα [ΙΙ]) Πίνακας 17: Πρόβλεψη διείσδυσης Πίνακας 18: Υπολογισμός οικιακών πελατών Πίνακας 19: Υπολογισμός εταιρικών πελατών Πίνακας 20: Υπολογισμός συνολικών εσόδων Πίνακας 21: Στοιχεία δήμων Βαρσοβίας Πίνακας 22: Υπολογισμός τάφρων και καλωδίων Πίνακας 23: Συγκεντρωτικά μήκη Πίνακας 24: Έξοδα CAPEX Πίνακας 25: Έξοδα OPEX Πίνακας 26: Χρηματοοικονομικοί δείκτες Πίνακας 27: Ιστορικά στοιχεία βαθμού ευρυζωνικής διείσδυσης οικιακών πελατών (ΟΟΣΑ) Πίνακας 28: Ιστορικά στοιχεία βαθμού ευρυζωνικής διείσδυσης εταιρικών πελατών (ΟΟΣΑ) Πίνακας 29: Αποτελέσματα DataFit μοντέλου Compertz Πίνακας 30: Αποτελέσματα DataFit μοντέλου Fisher Pray Πίνακας 31: Αποτελέσματα DataFit μοντέλου Bass Πίνακας 32: Συγκεντρωτικά στοιχεία & γραφική απεικόνηση διείσδυσης Πίνακας 33: Υπολογισμός εσόδων Πίνακας 34: Βασικά μεγέθη υπολογισμού εξόδων Πίνακας 35: OPEX Έξοδα Πίνακας 36: CAPEX Έξοδα Πίνακας 37: Υπολογισμός χρηματοοικονομικών δεικτών... 86

10 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι τηλεπικοινωνίες αναπτύσσονται και εξελίσσονται συνέχεια από την ημέρα που ανακαλύφθηκαν. Οι ανάγκες των συνδρομητών για μεγαλύτερο φάσμα δεκαπλασιάζεται κάθε έξη χρόνια και ο λόγος είναι ότι αυξάνεται η υπολογιστική δύναμη των συσκευών σύνδεσης στο διαδίκτυο, καθώς και οι εφαρμογές που αναπτύσσονται για αυτές απαιτούν όλο και μεγαλύτερο εύρος ζώνης. Για αυτό το λόγο οι πάροχοι τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών εξαναγκάζονται σε αναβάθμιση των δικτύων τους για να υποστηρίξουν την αυξανόμενη απαίτηση υψηλοτέρων ταχυτήτων πρόσβασης. Τα τρέχοντα ευρυζωνικά δίκτυα έχουν αναπτυχθεί γύρω από ένα κεντρικό δίκτυο οπτικών ινών κορμού, που συγκεντρώνει τις xdsl υπηρεσίες μέσω δικτύου χαλκού από μια ευρύτερη αστική περιοχή με την χρήση κεντρικών DSLAM ανά Αστικό Κέντρο. Η διασύνδεση των τελικών χρηστών με το Αστικό Κέντρο γίνεται διαμέσου ενός τοπικού κόμβου χαλκού (καμπίνα) που εξυπηρετεί μέχρι 300 συνδρομητές. Το δίκτυο αυτό αποτελεί το δίκτυο πρόσβασης και τα τελευταία χρόνια γίνεται ιδιαίτερη προσπάθεια σε όλο τον κόσμο για την σταδιακή αντικατάσταση του με οπτικές ίνες, FTTx. Η τελική μετάβαση σε δίκτυο FTTH, όπου η τελική διασύνδεση της οπτικής ίνας είναι το σπίτι του συνδρομητή, είναι ο απώτερος στόχος όλων των τηλεπικοινωνιακών παρόχων. Αυτό απαιτεί πολύ μεγάλες επενδύσεις όπου είναι επιβεβλημένη η όσο πιο ακριβής εκτίμηση των εξόδων και των εσόδων από την ανάπτυξη ενός τέτοιου έργου. Πρώτα πρέπει να αποφασιστεί η αρχιτεκτονική λύση που θα εφαρμοστεί με την τεχνολογία που απαιτείται και στην συνέχεια να υπολογιστούν τα κόστη εγκατάστασης οπτικού δικτύου καθώς και οι λειτουργικές δαπάνες συντήρησης. Η εργασία αυτή έχει σαν σκοπό την μελέτη των τεχνικών στοιχείων κα των οικονομικών δεδομένων που απορρέουν από αυτά για την ανάπτυξη ενός δικτύου FTTH στην πόλη Βαρσοβία της Πολωνίας καθώς και την οικονομική ανάλυση και την πρόβλεψη εσόδων σε βάθος δεκαετίας, για την αναγνώριση σκοπιμότητας μιας τόσο μεγάλης επένδυσης. Κώστας Χ. Σταθάς 10

11 2. ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑ, ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΒΑΣΕΙΣ 2.1 Ορισμός της ευρυζωνικότητας Πάρα πολλοί άνθρωποι αυτή την στιγμή συγχέουν την ευρυζωνικότητα είτε με κάποια συγκεκριμένη ταχύτητα σύνδεσης είτε με ένα συγκεκριμένο σύνολο υπηρεσιών, όπως για παράδειγμα το ADSL. Στην πραγματικότητα όμως η ευρυζωνικότητα αφορά τον τρόπο μετάδοσης των δεδομένων και λόγω της συνεχόμενης αλλαγής των ευρυζωνικών τεχνολογιών, ο ορισμός της συνεχώς εξελίσσεται. Σύμφωνα με τη σύσταση Ι.113 του τομέα πιστοποίησης της Διεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών (ITU), ως ευρυζωνικότητα ορίζεται: Η ικανότητα μετάδοσης δεδομένων σε ρυθμούς γρηγορότερους από τα αρχικά ψηφιακά δίκτυα ενοποιημένων υπηρεσιών (ISDN) κατά 1.5 ή 2.0 Mbps. Οι ευρυζωνικές τεχνολογίες είναι κατά σύσταση η μετεξέλιξη των υπαρχόντων ISDN δικτύων, τα οποία καλούνται πλέον ISDN στενού εύρους ζώνης (narrow band ISDN). Τώρα ο όρος ευρυζωνικότητα αναφέρεται σε συνδέσεις με το διαδίκτυο (Internet), οι οποίες είναι από 5 έως 2000 φορές πιο γρήγορες από τις αρχικές dial-up τεχνολογίες σύνδεσης και δεν ανταποκρίνεται σε συγκεκριμένη ταχύτητα ή υπηρεσία. Η ευρυζωνικότητα συνδυάζει το εύρος ζώνης (χωρητικότητα) με την ταχύτητα μιας σύνδεσης. Επιπλέον, από κοινωνική, πολιτική, οικονομική και τεχνολογική άποψη, ως ευρυζωνικότητα ορίζεται το προηγμένο, εφικτό και καινοτόμο περιβάλλον που πρέπει να αποτελείται από: Παροχή γρήγορών και αποδοτικών συνδέσεων με το διαδίκτυο. Κατάλληλη δικτυακή υποδομή. Προσφερόμενες επιλογές στους πελάτες. Ρυθμιστικό πλαίσιο. Πιο συγκεκριμένα, οι συνδέσεις με το διαδίκτυο θα πρέπει να καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος του εκάστοτε πληθυσμού και να έχουν τη μορφή καταναλωτικού αγαθού, δηλαδή να προσφέρονται σε ανταγωνιστικές τιμές, χωρίς να υπάρχουν περιορισμοί στα συστήματα μετάδοσης και στον τερματικό εξοπλισμό των άκρων. Ακόμα, η δικτυακή υποδομή θα πρέπει να μπορεί να ικανοποιεί τις όποιες ανάγκες εφαρμογών και χρηστών σε εύρος ζώνης, καθώς και να δέχεται συνεχείς αναβαθμίσεις χαμηλού κόστους, οι οποίες θα της επιτρέπουν να παρακολουθεί τις εξελίξεις και τις ραγδαίες αλλαγές στο χώρο της τεχνολογίας και της πληροφορικής με σκοπό να μπορεί πάντα να ικανοποιεί τις υπάρχουσες απαιτήσεις. Ιδιαίτερα σημαντική επίσης είναι η δυνατότητα του πελάτη να επιλέγει ανάμεσα σε: Διαφορετικές ταχύτητες σύνδεσης, ανάλογες με τον κόστος και τις απαιτήσεις του. Διάφορες δικτυακές εφαρμογές. Διάφορες υπηρεσίες πληροφόρησης και ψυχαγωγίας Με αυτό τον τρόπο δεν περιορίζεται σε επιλογές και του επιτρέπεται να επιλέξει αυτός σύμφωνα με τις ανάγκες και την οικονομική του δυνατότητα. Τέλος ένα κατάλληλο ρυθμιστικό πλαίσιο πρέπει να διέπεται από μέτρα, πολιτικές, παρεμβάσεις άμεσες και έμμεσες, και ελέγχους μέσω ανεξάρτητης αρχής με σκοπό την προστασία του υγιούς ανταγωνισμού και την ισορροπημένη οικονομική ανάπτυξη και επένδυση όλων των Κώστας Χ. Σταθάς 11

12 συμμετεχόντων εταιρειών που εμπλέκονται στην εμπορική εκμετάλλευση της ευρυζωνικότητας. 2.2 Ευρυζωνικές τεχνολογίες Οι ευρυζωνικές τεχνολογίες έχουν εξελιχθεί τα τελευταία χρόνια και ωθούνται από τις ανακαλύψεις που έχουν γίνει πάνω στα υλικά και τις ταχύτητες των ημιαγωγών όπως και στην επεξεργαστική τους δυνατότητα. Επίσης ακολουθούν τις ανάγκες των πελατών για όλο και μεγαλύτερες ταχύτητες πρόσβασης, αλλά και το προς διάθεση υφιστάμενο δίκτυο των εκάστοτε παρόχων και χωρών εγκατάστασης τους. Πιο συγκεκριμένα οι ευρυζωνικές τεχνολογίες που έχουν διατεθεί είναι: DSL (Digital subscriber line) Πρόκειται για την πιο διαδεδομένη ευρυζωνική πλατφόρμα στον κόσμο σήμερα. Η τεχνολογία DSL χρησιμοποιεί διαφορετικές διακριτές συχνότητες για να διαχωρίσει τις υπηρεσίες δεδομένων και φωνής που χρησιμοποιούν το ίδιο ζεύγος χαλκού. Αυτό σημαίνει ότι οι χρήστες έχουν ταυτόχρονα τη δυνατότητα να βρίσκονται στο διαδίκτυο αλλά και να μιλούν στο τηλέφωνο. Όπως όλες οι ευρυζωνικές τεχνολογίες, η DSL προσφέρει υψηλές ταχύτητες που κυμαίνονται από 128Kbps έως και 100 Mbps και πολύ καλή ποιότητα για τη μετάδοση φωνής, δεδομένων και εικόνων. O κάθε χρήστης έχει το δικό του ζευγάρι χαλκού προς το οικείο Αστικό Κέντρο ή καμπίνα όπου βρίσκεται το DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), το μηχάνημα δηλαδή όπου συγκεντρώνει όλες τις προσβάσεις των συνδρομητών. Αυτό σημαίνει ότι το διαθέσιμο στο χρήστη εύρος ζώνης και η ταχύτητα των υπηρεσιών ποικίλουν ανάλογα με τον αριθμό των συνδρομητών/ χρηστών σε μια συγκεκριμένη περιοχή και την απόσταση τους από το οικείο Αστικό Κέντρο ή καμπίνα xdsl Εικόνα 1: Κάλυψη xdsl μέσω χαλκού και οπτικών ινών (Πηγή [1]) Το x που προηγείται του DSL στη συγκεκριμένη συντομογραφία σημαίνει την ύπαρξη πολλών και διαφορετικών DSL προδιαγραφών, οι οποίες έρχονται να καλύψουν διαφορετικές ανάγκες σε ταχύτητα, υπηρεσίες και απόσταση κάλυψης. Όλες αυτές οι τεχνολογίες χρησιμοποιούν την ψηφιακή πλατφόρμα του DSL όπου διαφοροποιούνται με την χρήση εξελιγμένων τεχνικών διαμόρφωσης σήματος και έτσι είναι δυνατή η χρήση πολύ μεγαλύτερου εύρους ζώνης. Οι πιο διαδεδομένες xdsl τεχνολογίες είναι οι: Κώστας Χ. Σταθάς 12

13 ADSL (Asymmetric DSL). Πρόκειται για ασύμμετρη μετάδοση δεδομένων γιατί ο ρυθμός μετάδοσης προς την κατεύθυνση του χρήστη (downstream) είναι μεγαλύτερος από αυτόν στην αντίθετη κατεύθυνση με ταχύτητες έως 8 Mbps downstream και 2 Mbps upstream και σε απόσταση 5 Km ADSL 2+ (Asymmetric DSL 2+). Είναι η εξέλιξη του ADSL με ταχύτητες έως 24 Mbps downstream και 2 Mbps upstream και σε απόσταση 5 Km. Ακολουθεί η εικόνα 2 όπου μας δείχνει το διαχωρισμό των συχνοτήτων που πραγματοποιούνται σε ADSL2+ over PSTN και over ISDN τηλεφωνικές γραμμές. Εικόνα 2: Διαχωρισμός συχνοτήτων τηλεφωνίας και DSL (Πηγή [1]). HDSL (High Speed DSL), και SDSL (Symmetric DSL). Χρησιμοποιούνται κυρίως για μετάδοση πάνω από μισθωμένες δισύρματες γραμμές με τη χρήση ζεύγους τερματικού εξοπλισμού (base band modem). Επιτυγχάνεται συμμετρικός ρυθμός μετάδοσης μέχρι 2,3 Mbps σε αποστάσεις παρόμοιες με αυτές της ADSL. Η προδιαγραφή τους δεν υποστηρίζει ταυτόχρονη μετάδοση αναλογικού (τηλεφωνικού) σήματος. SHDSL(Symmetric High Speed DSL). Η εξέλιξη των συμμετρικών γραμμών με κυριότερο πλεονέκτημα τον διπλασιασμό των ταχυτήτων με το συνδυασμό επιπλέον ζεύγους χαλκού. RADSL (Rate Adaptive DSL). Αναφέρεται σε ένα περιορισμό που υπήρχε σε μερικές πρώιμες υλοποιήσεις του ADSL. Κάποιες αρχικές εφαρμογές σε modem ADSL διατηρούσαν σταθερό τον ρυθμό δεδομένων και προς τις δύο κατευθύνσεις ώστε να διατηρείται η γραμμή περισσότερο συνδεδεμένη. Τα RADSL συστήματα υλοποιούνται με την χρήση FDM τεχνολογίας. VDSL και VDSL 2 (Very High Bit Rate DSL). Είναι η νεότερη τεχνολογία χρήσης δικτύου χαλκού και έχει επιτύχει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης αλλά σε περιορισμένη απόσταση. Η VDSL τεχνολογία ξεπεράστηκε πολύ γρήγορα από την VDSL 2, αφού η τελευταία μπορεί να δώσει συμμετρική και ασύμμετρη επικοινωνία μέχρι 100 Mbps σε αποστάσεις έως τα 900 μέτρα από το DSLAM και στην συνέχεια αποδίδει ταχύτητες ADSL 2+ έως και τα 5 Km. Στην εικόνα 3 βλέπουμε την διαφοροποίηση στον διαχωρισμό των συχνοτήτων μεταξύ ADSL2+ και VDSL2. Είναι ευδιάκριτη η δυνατότητα χρήσης τις ίδιας VDSL2 τεχνολογίας και για τις δύο διαφορετικές τηλεφωνικές συνδέσεις, αλλά και ο διαφορετικός τρόπος μετάδοσης των upstream και downstream σημάτων. Κώστας Χ. Σταθάς 13

14 Εικόνα 3: Συχνότητες χρήσης ADSL2 + και VDSL2 (Πηγή [1]). Στον πίνακα 1 που ακολουθεί βλέπουμε συγκεντρωμένες τις ευρυζωνικές τεχνολογίες και τις δυνατότητές τους. Πίνακας 1: Ευρυζωνικές τεχνολογίες και δυνατότητες Όνομα ADSL ADSL2+ HDSL SDSL SHDSL VDSL VDSL2 Περιγραφή Asymmetric Digital Subscriber Line Asymmetric Digital Subscriber Line 2plus High-Bit- Rate Digital Subscriber Line Single-line Digital Subscriber Line Symmetric High-Bit- Rate Digital Subscriber Line Very High- Bit-Rate Digital Subscriber Line Very High- Bit-Rate Digital Subscriber Line 2 Τύπος ασύμμετρη ασύμμετρη συμμετρική συμμετρική συμμετρική ασύμμετρη ή συμμετρική ασύμμετρη ή συμμετρική Μέγιστο Downstrea m 8 Mbps (Full Rate) 1.5 Mbps (Lite) 24 Mbps T1 (4 ζεύγη) E1 (6- ζεύγη) T1/E1 2.3 Mbps (2- ζεύγη), 4.6 Mbps (4- ζεύγη) 52 Mbps (ασύμμετρη), 26 Mbps (συμμετρική) 100 Mbps Μέγιστο Upstream 1 Mbps (Full Rate), 512 kbps (Lite) 1 Mbps T1 (4- ζεύγη), E1 (6- ζεύγη) T1/E1 2.3 Mbps (2- ζεύγη), 4.6 Mbps (4- ζεύγη) 6 Mbps (ασύμμετρη), 26 Mbps (συμμετρική) 100 Mbps Μέγιστη κάλυψη 3,6 km (Full Rate) 5,5 km (Lite) 6,7 km 3,6 km 3 km 3,4 km 1,5 km 3,6 km POTS (τηλέφωνο) στην ίδια γραμμή ναι ναι όχι ναι όχι ναι ναι Κώστας Χ. Σταθάς 14

15 2.2.3 Καλωδιακά modem Η ευρυζωνική πρόσβαση με την χρήση των καλωδιακών modem είναι πολύ διαδεδομένη στις χώρες όπου προϋπήρχαν δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης. Τα δίκτυα αυτά των ομοαξονικών καλωδίων είναι σχεδιασμένα έτσι ώστε να μπορούν να μεταφέρουν πληθώρα καναλιών μέσω των RF συχνοτήτων. Η κατάλληλη επιλογή καναλιών χρήσης για ευρυζωνικές υπηρεσίες επιτρέπει τον διαχωρισμό μεταξύ καθοδικών και ανοδικών κινήσεων δεδομένων προς το διαδίκτυο. Η δενδροειδείς και σειριακή ανάπτυξη όμως αυτών των δικτύων επιβάλει την κοινή χρήση αυτών των καναλιών σε μια μικρή ομάδα χρηστών με αποτέλεσμα την εξαρτώμενη ταχύτητα πρόσβασης από τον αριθμό χρηστών που επιθυμούν ταυτόχρονα πρόσβαση στο διαδίκτυο. Η αρχιτεκτονική αυτή Δέντρου- Κλαδιού εμφανίζεται στην επόμενη εικόνα 4. Εικόνα 4: Ανάπτυξη ευρυζωνικής πρόσβασης καλωδιακών modem (Πηγή [2]) Οπτική πρόσβαση Οι προηγούμενες προσβάσεις, DSL και καλωδιακά modems, εξαρτώνται από τα χάλκινα συνεστραμμένα ζεύγη καλωδίων ή τα ομοαξονικά χάλκινα καλώδια, με τους περιορισμούς που εισάγει αυτή η τεχνολογία των υλικών σε μήκη και ταχύτητα πρόσβασης. Με την χρήση των οπτικών λέιζερ και τις οπτικές ίνες μπορούμε να μεταδώσουμε παλμούς φωτός σε πολύ υψηλές συχνότητες και να μεταφέρουν έτσι πολλαπλάσιο αριθμό δεδομένων σε σχέση με τα ραδιοκύματα και τα ηλεκτρικά κύματα. Η χρήση των οπτικών ινών είχε περιοριστεί μόνο για την διασύνδεση δικτύων κορμού και όχι πρόσβασης λόγω του υψηλού κόστους κατασκευής των ινών και εγκατάστασης των. Η τεχνολογική πρόοδος όμως στον τομέα των οπτικών ινών τα τελευταία χρόνια έχει μειώσει το κόστος τους τόσο πολύ που πλέον μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σαν φορέας πρόσβασης (FTTH, Fiber To The Home) αυξάνοντας τις ταχύτητες πρόσβασης έως και το 1 Gbps. Σαν δίκτυο κορμού χρησιμοποιούνται πλέον και για την διασύνδεση των καμπίνων στα NGA δίκτυα (Next Generation Access), όπου διασυνδέουν τα τοπικά Dslam και αποδίδουν ταχύτητες στους χρήστες ανεξαρτήτως της απόστασης που έχουν από το Αστικό Κέντρο, αλλά εξαρτώμενες από την απόσταση της καμπίνας από αυτούς. Η διασύνδεση αυτή ονομάζεται FFTC δηλαδή Fiber To The Cabinet και μια τυπική διασύνδεση με τις δυνατότητες μεταφοράς δεδομένων εμφανίζεται στην εικόνα 5. Κώστας Χ. Σταθάς 15

16 Εικόνα 5: Δυνατότητες μεταφοράς δεδομένων μέσω FTTC (Πηγή [1]) Ασύρματα δίκτυα (WLANs και WiFi) Τα WLANs (World Local Access Networks) είναι ασύρματα τοπικά δίκτυα όπου μεταδίδουν δεδομένα μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η πιο διαδεδομένη ασύρματη σύνδεση είναι η επονομαζόμενη WiFi (Wireless Fidelity) δηλαδή Ασύρματη Πιστότητα. Οι ασύρματες και κινητές συσκευές συνδέονται μέσο αυτών των κυμάτων με ένα σταθερό και ενσύρματο σημείο πρόσβασης (access point). Έτσι όλες αυτές οι συσκευές διαμοιράζονται μια ευρυζωνική πρόσβαση, άρα και την ταχύτητα της, αρκεί να βρίσκονται εντός των 100 μέτρων όπου είναι και η ακτίνα δράσης αυτών των δικτύων. Για να επιμηκύνουμε αυτή την εμβέλεια χρησιμοποιούμε Repeaters, συσκευές δηλαδή που αναμεταδίδουν το προσλαμβάνων σήμα. Μια τυπική ανάπτυξη ενός WiFi δικτύου εμφανίζεται στην εικόνα 6. Εικόνα 6: WiFi δίκτυο (Πηγή [3]) Κώστας Χ. Σταθάς 16

17 LMDS (Local Multipoint Distribution System) -WiMAX Ένας άλλος τρόπος μετάδοσης φωνής, δεδομένων, τηλεοπτικών υπηρεσιών και υπηρεσιών διαδικτύου χωρίς την χρήση σταθερού μέσου μεταφοράς προς τους τελικούς χρήστες είναι το LMDS. Πρόκειται για μικροκυματική μετάδοση από κεντρική κεραία προς τερματικούς χρήστες με χρήση συχνοτήτων μεγαλύτερων των 25 GHz. Στηρίζεται στην ευρυζωνική τεχνολογία και οι ταχύτητες που επιταχύνονται φτάνουν τα 1,5 Gbps για το download και τα 200Mbps στο upload. Μια μορφή των LMDS είναι και το WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) όπου επιτρέπει την ασύρματη ευρυζωνική πρόσβαση στους τελικούς χρήστες με την αρχιτεκτονική του point to multipoint, δηλαδή μία κεραία για πολλούς χρήστες, αλλά έχει την δυνατότητα του point to point, δηλαδή την χρήση του ως δικτύου κορμού για διασύνδεση άλλων σημείων. Στην εικόνα 7 που ακολουθεί εμφανίζεται ένα δίκτυο WiMAX με όλες τις πιθανές χρήσεις. Εικόνα 7: Δίκτυο WiMAX (Πηγή [4]) Δορυφορική ευρυζωνική πρόσβαση (satellites) Η χρήση των δορυφόρων είναι η πιο ενδεδειγμένη πρόσβαση σε σημεία όπου αδυνατούμε να παρέχουμε ενσύρματη σύνδεση λόγω δυσπρόσιτου σημείου ή ασύμφορης επένδυσης. Η σύνδεση αυτή επιτυγχάνετε με την χρήση δορυφορικού πιάτου και υπάρχουν οι επιλογές για αμφίδρομη και μονόδρομη επικοινωνία μέχρι της ταχύτητας των 19 Mbps για το download. Στα πλεονεκτήματα αυτής της πρόσβασης συγκαταλέγεται η δυνατότητα διάθεσης της υπηρεσίας σε όλα τα γεωγραφικά σημεία χωρίς την ανάπτυξη υποδομών, ενώ στα μειονεκτήματα πρέπει οπωσδήποτε να αναφερθεί το υψηλό κόστος κτίσης και χρήσης από τους καταναλωτές όπως και στο περιορισμό της τελικής ταχύτητας προς τους χρήστες καθώς και την δυσλειτουργία κατά την διάρκεια έντονων καιρικών φαινομένων όπως η συνεχής βροχόπτωση. Κώστας Χ. Σταθάς 17

18 Ευρυζωνική Πρόσβαση μέσω Καλωδίων Ρεύματος (Broadband over Powerlines, BPL) Η μεταφορά δεδομένων μέσω καλωδίων παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, είναι μία εναλλακτική και οικονομική τεχνολογία πρόσβασης διότι το δίκτυο ηλεκτρισμού φτάνει σε όλα τα σπίτια ανεξαιρέτως και επιτρέπει την παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών με χαμηλό κόστος εγκατάστασης υποδομών. Η πρόσβαση αυτή έχει ονομαστεί Επικοινωνίες Γραμμών Μεταφοράς Ισχύος (Power Lines Communications, PLC) και έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε χώρες της Ευρώπης. Δεν έχει επικρατήσει σε παγκόσμιο επίπεδο διότι υπάρχει διαφορετική φιλοσοφία ανά ήπειρο στον τρόπο που υποβιβάζετε η υψηλή τάση μεταφοράς ισχύος σε μέση τάση και η μέση σε χαμηλή. Στην Ευρώπη χρησιμοποιείται ένας μετασχηματιστής για εκατό παροχές, ενώ στην Αμερική υπάρχει ατομικός μετασχηματιστής χαμηλής τάσης και αυτό έχει σημαντικό ρόλο στην ευρυζωνική πρόσβαση. Στην εικόνα 8 που ακολουθεί εμφανίζεται ένα τυπικό δίκτυο BPL με τα διακριτά στοιχεία του εξοπλισμού πρόσβασης τους συγκεντρωτές-εισαγωγείς (injectors), τους επαναλήπτες (repeaters) και τους τερματιστές-εξαγωγείς (extractors) του σήματος. Οι injectors συνδέονται μέσω οπτικού δικτύου ή Τ1 στο δίκτυο κορμού και εισάγουν το ευρυζωνικό σήμα στις γραμμές μέσης τάσης. Οι repeaters αναγεννούν το σήμα για να αποσβεστεί ο θόρυβος και οι extractors διαμοιράζουν το σήμα στους οικιακούς χρήστες, αφού έχουν τοποθετηθεί μετά τους μετασχηματιστές χαμηλής τάσης και εξυπηρετούν έτσι πολλούς χρήστες ταυτόχρονα. Εικόνα 8: Τυπικό δίκτυο BPL (Πηγή [5]) Κώστας Χ. Σταθάς 18

19 3. ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΚΑΙ ΔΙΚΤΥΑ Οι οπτικές ίνες περιγράφονται ως το μέσο για τη μεταφορά δεδομένων μεταξύ δύο συσκευών με τη χρήση φωτός. Η μετάδοση δεν γίνεται με ηλεκτρισμό όπως με τα καλώδια χαλκού, αλλά μέσω οπτικών καλωδίων και το σήμα έχει οπτική μορφή. Η εμπορική εκμετάλλευση αυτής της τεχνολογίας ξεκινά στα τέλη του 1980 και μετά το 1990 τα οπτικά δίκτυα εντάχθηκαν πλήρων και ανέπτυξαν τις τηλεπικοινωνιακές μονάδες. Οι εξελίξεις στην τεχνολογία των υλικών που χρησιμοποιούνται καθώς και των πηγών παραγωγής φωτός που απαιτούνται, οδήγησαν στην μείωση του κόστους παραγωγής τους αλλά και στην επαύξηση των ταχυτήτων μεταφοράς δεδομένων που επιτυγχάνονται. Από την αρχική τους εφαρμογή με ταχύτητες μετάδοσης τα 6 Mbps έχουμε φτάσει σε ταχύτητες μετάδοσης άνω των 3 Tbps, με τις προσπάθειες ανάπτυξης και εξέλιξης στον τομέα αυτό να μην έχουν σταματήσει, αλλά να υπόσχονται και νέα εντυπωσιακά αποτελέσματα. 3.1 Περιγραφή οπτικής ίνας Η οπτική ίνα είναι διηλεκτρικός κυματοδηγός, κυλινδρικού σχήματος, κατασκευασμένος από γυαλί, πλαστικό και πυρίτιο. Τα υλικά που αποτελούν τον πυρήνα έχουν διαφορετικούς δείκτες διάθλασης και έτσι επιτυγχάνετε η ολική εσωτερική ανάκλαση με αποτέλεσμα την μετάδοση του οπτικού σήματος σε όλο το μήκος της οπτικής ίνας. Την ίνα την περιβάλει μια γυάλινη επικάλυψη και όλο αυτό το από προστατευτικό υλικό για περιβαλλοντολογική προστασία όπως φαίνεται και στην εικόνα 9. Εικόνα 9: Οπτική ίνα (Πηγή [6]) Τα συστατικά στοιχεία που αποτελούν μία οπτική ίνα και διακρίνονται στην εικόνα 10 είναι τα εξής: Πυρήνας (core): Είναι ο κύλινδρος μέσα στον οποίο το φώς διαθλάτε και μεταφέρει τις πληροφορίες. Η σύσταση του έχει βάση το πυρίτιο και έχει μέγεθος μικρότερο από της ανθρώπινης τρίχας. Ανάλογα δε με το είδος της κυμαίνεται σε διαστάσεις από 8.3 μm για τις μονότροπες ίνες και 50 μm ή 62.5 μm για τις πολύτροπες ίνες. Επένδυση (cladding): Η επένδυση περιβάλλει τον πυρήνα, κατασκευάζετε ταυτόχρονα μαζί του και είναι ουσιαστικά ένα κομμάτι γυαλιού, διαμέτρου 125 μm, που περικλείει τον πυρήνα πυριτίου. Το γυαλί έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης από το πυρίτιο και εξαναγκάζει το φώς να παραμένει στον πυρήνα. Επίστρωμα (Buffer- jacket): Το επίστρωμα είναι η εξωτερική προστασία της ίνας ή του καλωδίου των οπτικών ινών, κατασκευάζεται από ακρυλικές ίνες και πλαστικό μανδύα και προστατεύει το ευπαθές γυαλί από μηχανικές βλάβες και υγρασία. Συνήθως έχει διαστάσεις από 250 μm έως 900 μm. Κώστας Χ. Σταθάς 19

20 Εικόνα 10: Δομή οπτικής ίνας (Πηγή [7]) Σε ένα οπτικό καλώδιο μπορούμε να έχουμε διαφορετικό πλήθος οπτικών ινών, ανάλογα με την χρήση και την χωρητικότητα που θέλουμε να καλύψουμε. Έτσι έχουμε καλώδια μονής ίνας, δώδεκα, είκοσι τεσσάρων, σαράντα οκτώ και ενενήντα έξη ζευγών οπτικών ινών που καλύπτουν το σύνολο των δικτυακών υποδομών, όπως θα δούμε και παρακάτω. 3.2 Κατηγορίες οπτικών ινών Όταν μια δέσμη φωτός εισαχθεί στον πυρήνα της οπτικής ίνας υπό συγκεκριμένη γωνία πρόπτωσης, τότε θα έχουμε την ολική ανάκλαση που επιθυμούμε για να επιτύχουμε την μετάδοση του σήματος για πολλά χιλιόμετρα με μηδενικές απώλειες. Η γωνία πρόπτωσης πρέπει να είναι πάντοτε μεγαλύτερη από κάποια τιμή που υπολογίζεται από τα υλικά που απαρτίζουν την οπτική ίνα. Στην εικόνα 11 που ακολουθεί παρουσιάζεται η διαδικασία ανάκλασης του οπτικού σήματος εντός του πυρήνα της οπτικής ίνας. Εικόνα 11: Μετάδοση οπτικού σήματος (Πηγή [7]) Όπως φαίνεται υπάρχει η δυνατότητα να εισαχθούν περισσότερα από ένα σήματα εντός της οπτικής ίνας αλλά πάντα με διαφορετική γωνία πρόπτωσης. Οι διαφορετικές γωνίες πρόπτωσης αναφέρονται και ως τρόποι (modes) και μας επιτρέπουν να κατηγοριοποιήσουμε τις οπτικές ίνες σε δύο βασικές κατηγορίες, τις μονότροπες και τις πολύτροπες ίνες. Κώστας Χ. Σταθάς 20

21 Μονότροπη ίνα Η μονότροπη ίνα (single mode) έχει την μικρότερη δυνατή διάμετρο πυρήνα και είναι της τάξης των 10 μm ή και μικρότερη. Λόγω του μικρού της μεγέθους, έχει την δυνατότητα για μονή εκπομπή, μονό τρόπο, και μάλιστα εξαναγκάζει το σήμα σε ευθεία μετάδοση με πολύ μεγάλη συγκέντρωση και εύρος σήματος που απαιτεί την υποχρεωτική χρήση Laser. Η κατασκευή της αυτή όμως της επιτρέπει την μεταφορά μεγαλύτερου όγκου πληροφορίας με μηδενικές απώλειες σε πολύ μεγάλες αποστάσεις, έως και 140 Km, χωρίς την χρήση αναγεννητών. Είναι πιο ακριβές στην κατασκευή τους από τις πολύτροπες και το εξωτερικό τους περίβλημα έχει κίτρινο χρώμα. Πολύτροπη ίνα Εικόνα 12 : Μετάδοση εντός οπτικών ινών (Πηγή [8]) Η πολύτροπη ίνα (multimode) έχει μεγαλύτερης διαμέτρου πυρήνα, που κυμαίνεται από 50 έως 100 μm. Το μέγεθος αυτό επιτρέπει την μετάδοση περισσοτέρων από ενός οπτικών σημάτων με διαφορετική όμως γωνιά πρόπτωσης το κάθε ένα, δηλαδή με πολλούς τρόπους. Χρησιμοποιείται σε συνδέσεις μικρών αποστάσεων, όπου το εύρος ζώνης είναι αρκετά μεγάλο για καλύψει τις ανάγκες μετάδοσης και λόγω της απουσίας Laser και της χρήσης πομπών led είναι πιο οικονομικές στην κατασκευή και εγκατάσταση τους. Το εξωτερικό τους περίβλημα είναι χρώματος πορτοκαλί. Εικόνα 13: Κατηγορίες οπτικών ινών (Πηγή [9]) Κώστας Χ. Σταθάς 21

22 3.3 Στοιχεία οπτικών δικτύων Η μεταδιδόμενη πληροφορία (data, φωνή, εικόνα) είναι ηλεκτρικά σήματα που έχουν κωδικοποιηθεί και έχουν μετατραπεί σε οπτικά. Διαδίδονται μέσω της οπτικής ίνας και καταλήγουν σε κάποιο δέκτη ή ανιχνευτή για να προχωρήσουν στην μετατροπή τους σε ηλεκτρικά και την αποκωδικοποίηση τους στην αρχική τους μορφή. Τα βασικά στοιχεία που απαρτίζουν ένα οπτικό δίκτυο είναι τα ακόλουθα: Πομπός (transmitter): Ο πομπός είναι μία σύνθετη συσκευή που περιλαμβάνει τον διαμορφωτή του σήματος από ηλεκτρικό σε οπτικό και τον παραγωγό του φωτός για την διάχυση της πληροφορίας μέσα στην οπτική ίνα. Οι παραγωγοί φωτός μπορεί να είναι LED που εκπέμπουν σε εύρος από 850 έως 1310 nm και με συχνότητα έως τα 200 MΗz, άρα είναι και πιο οικονομικοί και οι ακριβότεροι LASER που εκπέμπουν στα 1310 nm ή 1550 nm με συχνότητες άνω του 1 GHz. Ο ρυθμός μετάδοσης που επιτυγχάνεται είναι πλέον άνω των 10 Gbps. Οπτική ίνα: Το οπτικό καλώδιο με το οποίο μεταφέρεται πληροφορία σε οπτική μορφή. Δέκτης (receiver): Στο άλλο άκρο της οπτικής ίνας βρίσκεται η διάταξη του δέκτη που απαρτίζεται από έναν ενισχυτή σήματος, έναν αποδιαμορφωτή και έναν ανιχνευτή, αισθητήρα φωτός, που αντιλαμβάνεται το μήκος κύματος του οπτικού σήματος και το μετατρέπει σε ηλεκτρικό. Σημαντικά λειτουργικά χαρακτηριστικά που αξιολογούνται στον δέκτη είναι το BER (Bit Error Rate), το ποσοστό λαθών μεταξύ πομπού και δέκτη, ο κορεσμός (Saturation), δηλαδή η μέγιστη λαμβανόμενη ισχύς και η ευαισθησία (Sensitivity) που καθορίζει την ελάχιστα αντιληπτή λαμβανόμενη ισχύς έτσι ώστε να καθοριστεί και το μέγεθος του ενισχυτή που απαιτείται. Παθητικές συσκευές (Passive) οι οποίες λειτουργούν χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα και χρησιμοποιούνται για να συνδέουν (connectors), να διαμοιράζουν και να προωθούν μέρη και τρόπους οπτικής πληροφορίας (optic couplers), καθώς και στην συγκόλληση οπτικών ινών (splices pick tails). Κατά την μετάδοση ενός οπτικού σήματος σε μεγάλες αποστάσεις, άνω των 80 Km, απαιτείται η αναγέννηση του μεταδιδόμενου σήματος και για αυτό το λόγο χρησιμοποιούνται οι οπτικοί ενισχυτές- αναγεννητές. Όλες οι συσκευές της διάταξης που απαιτούν ηλεκτρικό ρεύμα για να λειτουργήσουν ανήκουν στις ενεργές συσκευές (Active). Τέτοιες μπορεί να είναι οι διαμορφωτές οπτικού σήματος, τα οπτικά φίλτρα επιλογής, οι οπτικοί εξασθενητές (attenuators) και οι οπτικοί μεταγωγείς (switches). Εικόνα 14: Στοιχεία οπτικής μετάδοσης (Πηγή [10]) Κώστας Χ. Σταθάς 22

23 3.4 Εφαρμογές οπτικών ινών Τα δίκτυα οπτικών ινών αυξάνονται συνεχώς, αφού μπορούμε να εκμεταλλευτούμε τα πλεονεκτήματα τους σε περισσότερες πλέον εφαρμογές και απαιτητικές υλοποιήσεις, όπως οι παρακάτω. Διασυνδέσεις βιομηχανικών πάρκων και επιχειρήσεων με πολύ υψηλό επίπεδο ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών, λόγω υπερυψηλών τάσεων και βιομηχανικού θορύβου. Διασυνδέσεις νευραλγικών κρατικών υπηρεσιών και στρατιωτικών εγκαταστάσεων που απαιτείται υψηλή ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων και διασφάλιση απορρήτου επικοινωνίας. Δημιουργία οπτικών δακτυλίων σύνδεσης μεταξύ κρατών, μεγάλων αστικών περιοχών και νησιών χρησιμοποιώντας ακόμα και ποντισμένες οπτικές ίνες για την αντικατάσταση των μικροκυματικών, των δορυφορικών και των ομοαξονικών ζεύξεων (SDH). Δημιουργία τοπικών δικτύων πρόσβασης (LAN- Local Area Network) όπου μπορούν να συνδέονται χρήστες σε περιορισμένο εύρος κάλυψης, αλλά με μεγάλες ταχύτητες πρόσβασης. Δημιουργία Μητροπολιτικών δικτύων πρόσβασης (MAN- Metropolitan Area Network) όπου μπορούν να καλύψουν μεγαλύτερες αστικές περιοχές για την διασύνδεση μηχανημάτων δικτύου κορμού και πρόσβασης. Τα δίκτυα αυτά που δημιουργούνται με την χρήση των οπτικών ινών χωρίζονται στις παρακάτω τρείς βασικές κατηγορίες. 3.5 Οπτικά δίκτυα μεγάλης απόστασης (long haul networks) Η μεγαλύτερη ανάγκη που ήρθαν να καλύψουν οι οπτικές ίνες ήταν η διασύνδεση μεταξύ κρατών και ηπείρων που γινόταν μέσο χάλκινων καλωδίων και δορυφορικών συνδέσεων. Με την επίγεια και υποθαλάσσια σύνδεση τους μέσο οπτικών ινών μπορούμε να καλύψουμε αποστάσεις χιλιάδων χιλιομέτρων, με ελάχιστες ενισχύσεις σήματος, αφού εγκαθίστανται επαναλήπτες σήματος κάθε 100Km περίπου. Η δε χωρητικότητα των δικτύων αυτών είναι πολύ μεγάλη με την χρήση πολυπλεξίας με διαίρεση μήκους κύματος (DWDM Dense Wave Division Multiplexing), που μπορεί να καλύψει τις τεράστιες ανάγκες μεταφοράς δεδομένων που μπορεί να απαιτηθούν. Η ανάπτυξη αυτή των δικτύων γίνεται πάντα με την φιλοσοφία του δακτυλίου, για την εξασφάλιση της αδιάλειπτης υπηρεσίας, έχοντας αναπτύξει δύο τουλάχιστον οπτικές διαδρομές για την ίδια υπηρεσία με κατεύθυνση από Ανατολή προς Δύση και αντίστροφα. Η δικτυακή ανάπτυξη σε αυτούς τους δακτυλίους (rings) χρησιμοποιεί τεχνολογία που είναι γνωστή ως SONET/SDH (Synchronous Optical Networking/ Synchronous Digital Hierarchy). 3.6 Οπτικά δίκτυα κορμού (back haul networks) Τα οπτικά δίκτυα κορμού είναι η κύρια διασύνδεση των υποδομών εντός των κρατών, μιας και συνδέονται πάνω σε αυτά όλα τα επιμέρους τοπικά δίκτυα, όπως τα μητροπολιτικά δίκτυα (MAN- Metropolitan Area Network), τα δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN - Wide Area Networks, τα περιφερειακά δίκτυα (RAN - Regional Area Networks) καθώς και όλα τα σημεία παρουσίας xdsl (POPs- Points Of Presence), οι πάροχοι διαδικτύου (ISPs- Internet Service Providers) και τα δίκτυα μεγάλων εταιρικών πελατών (VPN Virtual Private Network).Η αρχιτεκτονική των δακτυλίων (rings) χρησιμοποιείται και σε αυτά τα δίκτυα και τα πρωτόκολλα επικοινωνίας που χρησιμοποιούνται είναι τo Κώστας Χ. Σταθάς 23

24 10 Gigabit Ethernet και το Packet over Sonet/SDH. Στην εικόνα 15 που ακολουθεί εμφανίζονται όλα τα δίκτυα πρόσβασης και διανομής οπτικών ινών. Εικόνα 15: Δικτύα οπτικών ινών (Πηγή [11]) 3.7 Οπτικά δίκτυα πρόσβασης (access networks) Τα δίκτυα πρόσβασης ή αλλιώς δίκτυα τελευταίου μιλίου (last mile networks), είναι τα δίκτυα που διασυνδέουν τους τελικούς χρήστες με τα κεντρικά σημεία παροχής υπηρεσίας (POPs- Points Of Presence). Τα οπτικά αυτά δίκτυα δεν ξεπερνούν τα 20 Km και είναι πολύ σημαντική η σωστή ανάπτυξή τους διότι η συμφόρηση των οπτικών δικτύων μπορεί να εμφανιστεί ακόμα και στο τελευταίο άκρο τους, φαινόμενο bottleneck. Τα οπτικά δίκτυα που θα αναπτυχθούν περαιτέρω είναι τα δίκτυα FTTx όπου x είναι οποιοδήποτε σημείο κοντά στον χρήστη και ειδικότερα τα οπτικά δίκτυα μέχρι το σπίτι (FTTH- Fibber To The Home) και τα οπτικά δίκτυα μέχρι το κτήριο (FTTB Fiber To The Building). Εικόνα 16 : Απλοποιημένο οπτικό δίκτυο πρόσβασης (Πηγή [12]) Κώστας Χ. Σταθάς 24

25 4. ΔΙΚΤΥΑ FTTx Στα προηγούμενα κεφάλαια έγινε αναφορά στην έννοια της ευρυζωνικότητας, στους τρόπους υλοποίησης και απόδοσης ευρυζωνικών υπηρεσιών, καθώς και στις οπτικές ίνες και στα δίκτυα εφαρμογής τους. Η μεγαλύτερη ανάγκη εφαρμογής των οπτικών ινών τα τελευταία χρόνια παρουσιάζεται στο δίκτυο τελευταίου μιλίου (last mile network) ή αλλιώς στο δίκτυο πρόσβασης. Στην συνέχεια θα παρουσιαστούν οι αρχιτεκτονικές λύσεις και οι τεχνολογίες που απαιτούνται για την υλοποίηση τέτοιων FTTx δικτύων. 4.1 Αναγκαιότητα των FTTx δικτύων πρόσβασης Τα δίκτυα πρόσβασης των πελατών χωρίζονται σε ενσύρματα, που χρησιμοποιούν δισύρματο χαλκό και τα ασύρματα όπως το WiMax. Τα ασύρματα αυτά δίκτυα μπορούν να δώσουν συμμετρικές και ασύμμετρες ταχύτητες έως τα 135 Mbps σε περιπτώσεις οπτικής επαφής της κεραίας και του modem και τα 75 Mbps σε περίπτωση μη οπτικής επαφής. Τα ενσύρματα δίκτυα υλοποιούν τις τεχνολογίες των Ψηφιακών Συνδρομητικών Γραμμών ή αλλιώς DSL (Digital Subscriber Line). Η τεχνολογία πρόσβασης του ADSL2+ έκανε χρήση του ζεύγους χαλκού του πελάτη από το οικείο Αστικό Κέντρο, όπου είχε εγκατασταθεί το DSLAM, η μονάδα παραγωγής του ADSL, μέχρι και το χώρο του πελάτη. Η ταχύτητα πρόσβασης που του προσέφερε αυτή η υλοποίηση ήταν μειούμενη από τα 24 Mbps, όσο αυξανόταν το μήκος του χαλκού, μέχρι τα 4,5 Km όπου και σταματούσε πραγματικά η παρεχόμενη υπηρεσία. Η ανάπτυξη της VDSL2 υπηρεσίας και η παροχή της από τα Αστικά Κέντρα παρέχει μέσω του ιδίου ζεύγους χαλκού ταχύτητες που μπορούν να φτάσουν μέχρι τα 50 Mbps, αλλά για αποστάσεις καλωδίου έως τα 900 m. Σε μεγαλύτερα μήκη καλωδίου η τεχνολογία υποβιβάζεται αυτόματα σε ADSL2+ και δίνει τις αντίστοιχες ταχύτητες. Η VDSL2 τεχνολογία έχει την άμεση δυνατότητα να παρέχει ταχύτητες πρόσβασης μέχρι και 100 Mbps με περιορισμό στο μήκος του χαλκού έως τα 300 m και επιπλέον αναπτύσσετε η τεχνολογία Vectoring για ταυτόχρονο έλεγχο του φάσματος που διέρχεται μέσα από όλα τα καλώδια χαλκού. Όλες αυτές οι νέες δυνατότητες έρχονται να αντιμετωπίσουν τις ανάγκες των πελατών για όλο και μεγαλύτερη ταχύτητα πρόσβασης αλλά γίνεται πλέον ξεκάθαρο ότι και το δίκτυο πρόσβασης πρέπει να γίνει όσο το δυνατόν μικρότερο σε μήκος και να προσλαμβάνει την μικρότερη δυνατή παρεμβολή. Έτσι γίνεται επιτακτική η ανάγκη για χρήση των FTTx δικτύων πρόσβασης όπου μπορούμε να παρέχουμε, όπως θα δούμε και παρακάτω, ευρυζωνικές υπηρεσίες από την καμπίνα (FTTC- Fiber To The Cabinet) ή άμεση πρόσβαση μέσω οπτικού δικτύου (FTTH- Fiber To The Home). Με την χρήση των δικτύων FTTC θα έχουμε μικρότερο μήκος χαλκού και έτσι θα μπορούμε να παρέχουμε ευρυζωνικές υπηρεσίες σε αποστάσεις έως τα 300 m από την καμπίνα, αλλά θα παραμένουν τα προβλήματα χρήσης και συντήρησης του χαλκού καθώς και η διαχείριση του τοπικού βρόχου (LLU- Local Loop Unbundling). Τα δίκτυα FTTH κάνουν χρήση μόνο οπτικής ίνας μέχρι το χώρο του πελάτη και έτσι έχουν αποδεσμευτεί από πολλά προβλήματα που σχετίζονται με τα χάλκινα καλώδια και την διάθεση τους από το κυρίαρχο τηλεπικοινωνιακό πάροχο. Επίσης η χρήση των οπτικών αυτών δικτύων έχει σαν αποτέλεσμα την βελτιστοποίηση των δικτύων πρόσβασης, την δυνατότητα εισαγωγής νέων προηγμένων, αλλά πιο απαιτητικών εφαρμογών, ιδιαίτερα στην αποστολή δεδομένων, και την δημιουργία υποδομών ανάπτυξης των επιχειρηματικών δράσεων. Κώστας Χ. Σταθάς 25

26 4.2 Διακριτά στοιχεία οπτικών δικτύων Για την ανάπτυξη ενός οπτικού δικτύου, κορμού ή πρόσβασης είναι απαραίτητα αρκετά διακριτά σημεία σύνδεσης και παροχής της εκάστοτε υπηρεσίας. Αυτά τα σημεία και τον απαραίτητο εξοπλισμό θα αναφέρουμε παρακάτω Αστικό κέντρο Το Αστικό Κέντρο είναι το πιο σημαντικό σημείο των δικτύων, διότι από αυτό ξεκινά όλη η υποδομή και η ανάπτυξη της υπηρεσίας. Εμφανίζεται με πολλές ονομασίες όπως κεντρικό γραφείο (CO Central Office), κεντρικό σημείο μεταγωγής (CSP- Central Switch Point), αλλά και το πιο κοινό όπου αναφέρεται για όλα τα βασικά σημεία παροχής υπηρεσιών, το σημείο παρουσίας δικτύου (POP Point Of Presence). Στο κτήριο αυτό ή ακόμα καλύτερα σε δωμάτια του κτηρίου που χρησιμοποιούνται για το FTTx πρέπει να έχουν δημιουργηθεί οι κατάλληλες προϋποθέσεις καθαριότητας, ψύξης και ηλεκτροπαροχής για την στέγαση και λειτουργία όλου του εξοπλισμού. Στους χώρους του αστικού κέντρου καταλήγουν οι οπτικές ίνες από το εξωτερικό δίκτυο όπου συνδέονται με συνδετική μηχανή (splicer) σε συνδετήρες με αναμονή οπτικών ινών (pigtail). Αυτοί οι συνδετήρες είναι ανεπτυγμένοι σε κασέτες εντός ντουλαπών (rack) που ονομάζονται ODF. Σε αυτούς τους ODF συνδέονται και οι κεντρικοί δρομολογητές για την διασύνδεση των πελατών με το διαδίκτυο. Στην εικόνα 17 που ακολουθεί εμφανίζεται η βασική δομή ενός CO και ακολουθεί η αναλυτικότερη περιγραφή των επιμέρους εξοπλισμών. Εικόνα 17 : Βασική δομή κεντρικού γραφείου (Πηγή [13]) Οπτικά τερματικά γραμμών (OLT - Optical Line Terminal) Οι OLT είναι ειδικές συσκευές router-switch που συνδέουν την εισερχόμενη κίνηση των πελατών με τα υπόλοιπα μητροπολιτικά δίκτυα μέσω των οπτικών δακτυλίων που είναι διασυνδεδεμένοι. Είναι εγκατεστημένοι μέσα σε ξεχωριστό Rack, διότι απαιτείται απρόσκοπτη ψύξη και αρκετός χώρος για τον τερματισμό έως και 180 ζευγών ινών. Οι οπτικές ίνες τερματίζουν σε ειδικού τύπου SFP (οπτικά laser) που είναι με την σειρά τους εγκατεστημένα σε κάρτες μετατροπής οπτικού σήματος σε ηλεκτρικό με μέγιστη απόδοση το 1 Gbps ανά πόρτα. Οι routers αυτοί είναι ανεπτυγμένη με την φιλοσοφία της σταδιακής ανάπτυξης για να μπορούν να δεχθούν τις εκάστοτε κάρτες που Κώστας Χ. Σταθάς 26

27 απαιτούνται. Εγκαθίστανται και control κάρτες με οπτικές διασυνδέσεις των 10 Gbps έκαστη για την επικοινωνίας τους με τους οπτικούς δακτυλίους. Οι OLT είναι συσκευές Ethernet Ip και επιπέδου τουλάχιστον OSI 2. Επίσης παρέχουν όλες τις πιστοποιήσεις για ποιότητα υπηρεσιών (QoS Quality of Service) και επιπλέον έχουν την δυνατότητα της λειτουργίας ως δρομολογητές ευρυζωνικής πρόσβασης (BRAS- Broadband Remote Access Server) για οποιοδήποτε πελάτη έχουν συνδεδεμένο ανεξαρτήτου τελικού παρόχου. Στην εικόνα 18 εμφανίζεται η θέση που έχει ένας BRAS σε ένα ευρυζωνικό δίκτυο. Εικόνα 18 : Διάγραμμα ευρυζωνικής διασύνδεσης (Πηγή [14]) Οπτικά πλαίσια διανομής (ODF - Optical Distribution Frame) Οι ODF είναι οι μονάδες που πάνω τους αναπτύσσονται οι οπτικές διασυνδέσεις από τις εξωτερικές οπτικές ίνες προς τους OLT και έχουν την εμφάνιση της εικόνας 19. Έχουν διάφορες μορφές με την πιο κοινή να αναπτύσσονται 12 συνδέσεις σε μία οριζόντια κασέτα, όπου 8 τέτοιες κασέτες αποτελούν ένα ντουλάπι- ράφι και 9 τέτοια ράφια εγκαθίστανται μέσα σε ένα Rack. Όλη αυτή η ανάπτυξη είναι απαραίτητη για να μπορέσουμε να αναπτύξουμε και να κατηγοριοποιήσουμε τον μεγάλο όγκο των οπτικών ινών που έρχονται από το εξωτερικό δίκτυο. Έτσι διαπιστώνουμε ότι σε ένα μόνο Rack του ODF καταλήγουν και πρέπει να συνδεθούν με τον OLT τουλάχιστον 864 ζεύγη οπτικών ινών. Από την πλευρά των εξωτερικών ινών η σύνδεση γίνεται με κόλληση πάνω σε υπάρχουσα καλωδιοουρά (pigtail) και προς τον OLT με έτοιμο σύνδεσμο (connector). Κώστας Χ. Σταθάς 27

28 Εικόνα 19: Rack ODF (Πηγή [15]) Καλώδια τροφοδότησης Τα καλώδια τροφοδότησης (feeder cable) είναι τα κύρια καλώδια οπτικών ινών (Κ.Ο.Ι) τα οποία εξέρχονται από το αστικό κέντρο και καταλήγουν μέχρι κάποια υπόγεια σημεία σύγκλισης (LCP Local Convergence Point), όπου με διάφορες μούφες συγκολλούνται οι ίνες σε μικρότερης χωρητικότητας καλώδια για την περεταίρω διανομή της πληροφορίας. Για τα υπόγεια αυτά δίκτυα πρέπει να έχει μελετηθεί η τωρινή ανάγκη κάλυψης αλλά και η μελλοντική για των εγκατάσταση ικανού μεγέθους σωληνώσεων που θα καλύψει τις ανάγκες. Σε περιπτώσεις εναερίου οπτικού δικτύου πρέπει να προβλεφθούν οι αντίστοιχες θέσεις στύλων που θα μπορέσουν να καλύψουν τις απαιτήσεις. Τα καλώδια τροφοδότησης πρέπει να καλύψουν όλες τις πιθανές αρχιτεκτονικές και έτσι κατασκευάζονται με πολλές παραλλαγές για να εγκατασταθούν στα δίκτυα σωληνώσεων. Έτσι μπορούμε να συναντήσουμε καλώδια τροφοδότησης με αριθμό ινών πολλαπλάσιο του 12, ξεκινώντας όμως από τις 48 ίνες και φτάνουν ακόμα και τις 336. Τα πιο οικονομικά στην εγκατάσταση τους και στην διαχείριση της παρεχόμενης χωρητικότητας είναι τα καλώδια των 96 ινών για τα περισσότερα FTTx δίκτυα και αυτά των 288 ινών για δίκτυα κορμού. Ανάλογα με τα δίκτυο παροχής που υλοποιείται, παθητικό ή ενεργό που θα αναλύσουμε παρακάτω, τα καλώδια τροφοδότησης συνδέονται σε παθητικούς οπτικούς διακλαδωτές (splitters) ή σε ενεργούς δρομολογητές (routers- switches) και τροφοδοτούν τα καλώδια διανομής και πρόσβασης. Κώστας Χ. Σταθάς 28

29 4.2.5 Καλώδια διανομής και πρόσβασης Τα καλώδια διανομής (distribution cable) συνδέονται στα σημεία σύγκλησης (LCP) με τα καλώδια τροφοδότησης και διαχέουν την πληροφορία σε σημεία πιο κοντά στους τελικούς χρήστες και για μικρότερο αριθμό συνδρομητών. Έχουν δηλαδή μικρότερο αριθμό οπτικών ινών εντός των καλωδίων, αφού θα υποστηρίξουν ένα μικρό αριθμό κτηρίων και κατοικιών. Το πλήθος των ινών είναι πάλι πολλαπλάσιο του 12 και δεν ξεπερνά τις 96 ίνες. Τα καλώδια αυτά τοποθετούνται εντός σωληνώσεων (ducts) ή σε συστοιχίες μικροσωληνώσεων (microducts) ή ομαδοποιούνται σε σύστημα θαλάμων. Τα τελευταία χρόνια, για λόγους μείωσης τους κόστους εγκατάστασης, έχει αναπτυχθεί και η τεχνική του άμεσου ενταφιασμού (direct buried) σε μικροτάφρους των 30 εκατοστών βάθους, όπου βοήθησε στην άμεση εξάπλωση των FTTx δικτύων. Τα καλώδια πρόσβασης (drop cables) συνδέουν το τελικό σημείο σύγκλησης με τον τελικό χρήστη, είτε είναι κάποιο κτήριο είτε είναι ατομική κατοικία. Καλύπτουν αποστάσεις κατά κανόνα μικρότερες των 500 μέτρων και αποτελούνται από ζεύγη οπτικών ινών, όταν διαχωρίζεται το upstream από το downstream, για ταχύτητες μέχρι 1 Gbps και μονή οπτική όταν διαχωρίζονται οι πληροφορίες εντός του ίδιου φάσματος. Η κατάληξη αυτών των καλωδίων γίνεται είτε υπόγεια προς την εισαγωγή των κτηρίων, είτε εναέρια προς την εισαγωγή ή το διαμέρισμα. Εικόνα 20: Οπτικά δίκτυα (Πηγή [16]) Σημεία σύγκλισης Τα σημεία του δικτύου όπου διαχωρίζονται τα καλώδια τροφοδότησης στα καλώδια διανομής και πρόσβασης ονομάζονται σημεία σύγκλησης (LCP Local Convergence Point). Τα σημεία αυτά μπορεί να είναι υπόγεια αλλά και υπέργεια εντός καμπινών ανάλογα με τη θέση και είδος δικτύου που αναπτύσσετε. Τα υπόγεια σημεία σύγκλησης έχουν τοποθετημένα υδατοστεγή κιβώτια συγκόλλησης καλωδίων (cable joint closures) μέσα σε φρεάτια για την διασύνδεση των καλωδίων Κώστας Χ. Σταθάς 29

30 τροφοδότησης με τα καλώδια διανομής. Γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι ο όγκος των διασυνδέσεων αυτών είναι αρκετά μεγάλος και ότι οι υπόγειοι αυτοί χώροι πρέπει να πληρούν όλες τις προδιαγραφές ασφαλούς πρόσβασης και εργασίας για τους αρμόδιους τεχνικούς που τα επισκέπτονται. Τα υπέργεια σημεία σύγκλισης είναι σε καμπίνες δρόμου και χρησιμοποιούνται για την διασύνδεση των καλωδίων διανομής με τα καλώδια πρόσβασης ή για τον τερματισμό των οπτικών ινών στις τηλεπικοινωνιακές μονάδες που φιλοξενούνται εκεί. Στην περίπτωση που έχουμε παθητικά δίκτυα PON και ενεργά δίκτυα ΑΟΝ τότε εντός της καμπίνας εγκαθίστανται εκτός του Οπτικού Τερματικού Δικτύου (ONT Optical Network Terminal) και οι παθητικοί διαχωριστές (splitters) που μοιράζουν το φάσμα και οι ενεργοί δρομολογητές (routers). Σε όλες τις περιπτώσεις οι καμπίνες αυτές πρέπει να παρέχουν τις ίδιες συνθήκες ασφάλειας, υγρασίας και ψύξης στον εξοπλισμό που φιλοξενούν. Εάν η οπτική ίνα τερματίζεται στην καμπίνα, σε οπτικό κατανεμητή και μετά παρέχονται οι υπηρεσίες με το υπάρχον δίκτυο χαλκού, τότε στην καμπίνα τοποθετείτε μια Οπτική Μονάδα Δικτύου (ONU Optical Network Unit), η οποία λειτουργεί ως τοπικό ψηφιακό κέντρο ψηφιακής τηλεφωνίας, ή ακόμα εγκαθίσταται μια μονάδα δημιουργίας ευρυζωνικών υπηρεσιών ( DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer) η οποία μπορεί να παρέχει και τηλεφωνικές υπηρεσίες (VoIP Voice over Internet Protocol), προς τους τελικούς χρήστες. Στην εικόνα 21 που ακολουθεί εμφανίζεται ένα οπτικό δίκτυο με τις υπηρεσίες που μπορεί να μεταφέρει από το αστικό κέντρο μέχρι και τον τελικό χρήστη. Εικόνα 21: Οπτικό δίκτυο FTTx (Πηγή [17]) Κώστας Χ. Σταθάς 30

31 4.3 Παραλλαγές των δικτύων FTTx Όλα τα δίκτυα FTTx διαθέτουν οπτικές ίνες μέχρι κάποιο διαφορετικό σημείο τερματισμού, που αναφέρεται ως x. Όλες αυτές οι παραλλαγές αυτών των δικτύων είναι οι ακόλουθες. FTTB (Fiber To The Business) Οπτική ίνα στην επιχείρηση. Το σημείο τερματισμού της οπτικής ίνας είναι σε μια επιχείρηση με τον αντίστοιχο εξοπλισμό τερματισμού (ONT Optical Network Termination or OLT Optical Line Termination). FTTB (Fiber To The Building) Οπτική ίνα στο κτίριο. Το σημείο τερματισμού της οπτικής ίνας είναι στο σημείο εισαγωγής του κτηρίου, όπως το υπόγειο μιας πολυκατοικίας και εκεί εγκαθιστάτε και το DSLAM για την παροχή υπηρεσιών προς τους τελικούς χρήστες, αφού η προσφερόμενη υπηρεσία σε αυτή την περίπτωση δεν είναι μέσο οπτικής ίνας αλλά δικτύου χαλκού. FTTC (Fiber To The Curb or Cabinet) Οπτική ίνα στην καμπίνα. Το σημείο τερματισμού της οπτικής ίνας είναι μια καμπίνα στο δρόμο, όπου υπάρχει εγκατεστημένη οπτική μονάδα δικτύου (ONU) ή DSLAM για σύνδεση των πελατών μέσο χάλκινου δικτύου, ή οπτικοί διαχωριστές (splitters) και δρομολογητές (routers) για σύνδεση των πελατών μέσο οπτικών ινών. Οι καμπίνες αυτές υποστηρίζουν πελάτες σε ακτίνα μέχρι 300 μέτρα. FTTH (Fiber To The Home) Οπτική ίνα στο σπίτι. Το σημείο τερματισμού της οπτικής ίνας είναι το σπίτι του τελικού χρήστη παρότι η ίνα μπορεί να διακλαδίζετε πρώτα εντός μιας καμπίνας. FTTLA (Fiber To The Last Amplifier) Οπτική ίνα στον πρώτο ενισχυτή. Διατίθεται οπτική ίνα μέχρι το τελευταίο ενισχυτή σήματος στην τεχνολογία CATV για την αντικατάσταση των ομοαξονικών καλωδίων. FTTN (Fiber To The Node or Neighborhood) Οπτική ίνα σε κόμβο. Παρόμοια φιλοσοφία με το FTTC αλλά εδώ η καμπίνα καλύπτει ακτίνα συνδρομητών αρκετών χιλιομέτρων, κατάλληλη για ημιαστική και αγροτική περιοχή. FTTO (Fiber To The Office) Οπτική ίνα στο γραφείο. Διαφορετική ονομασία αλλά ίδια φιλοσοφία με το FTTB, όπου αντί για επιχείρηση αναφέρεται το γραφείο. FTTP (Fiber To The Premises) Οπτική ίνα στο όριο κτίσματος. Αντίστοιχος όρος με το FTTH. FTTU (Fiber To The User) Οπτική ίνα στο χρήστη. Αντίστοιχος όρος με το FTTH. Τα πιο συνηθισμένα δίκτυα FTTx είναι τα FTTC και FTTΗ, ενώ η διαφοροποίηση μεταξύ των FTTH και FTTB έγκειται μόνο στο αν ο τελικός χρήστης στον οποίο καταλήγει η οπτική ίνα είναι μεμονωμένος χρήστης ή βιομηχανική- επαγγελματική μονάδα. Κάποιες από αυτές τις παραλλαγές εμφανίζονται στην εικόνα 22 που ακολουθεί. Κώστας Χ. Σταθάς 31

32 4.4 Τοπολογία FTTH δικτύων Εικόνα 22: Παραλλαγές FTTx (Πηγή [12]) Οι τοπολογίες των FTTH δικτύων που μπορούν να υλοποιηθούν, χωρίζονται σε τρείς βασικές κατηγορίες. Την αρχιτεκτονική σημείο σε σημείο (P2P- Point to Point) ή αλλιώς και Home Run όπου υπάρχει μια ίνα ανά πελάτη μέχρι το αστικό κέντρο (CO), την αρχιτεκτονική αστέρα (Star) όπου αρκετοί χρήστες μοιράζονται την ίδια οπτική ίνα τροφοδότησης, μετά την μεταγωγή ή πολυπλεξία ή διαχωρισμό που θα έχει υποστεί σε κάποιο κοντινό σημείο σύγκλησης με τα σπίτια. Η τρίτη και σπανιότερη αρχιτεκτονική είναι αυτή του δακτυλίου (Ring), πάνω στον οποίο συνδέονται όλοι, από τερματικούς χρήστες μέχρι και τηλεπικοινωνιακοί εξοπλισμοί παρόχων. Η αρχιτεκτονική δακτυλίου δεν υιοθετείται συχνά λόγω των προβλημάτων κόστους και ασφαλείας που εμπεριέχει και συναντάται ως επί το πλείστον σε δίκτυα κορμού. Η αρχιτεκτονική αστέρα μπορεί ακόμα να είναι είτε ενεργός (ΑΟΝ Active Optical Network), είτε παθητική (PON Passive Optical Network) και η ονομασία αυτή εξαρτάται μόνο από το εάν στο σημείο σύγκλησης υπάρχουν συσκευές μεταγωγής που τροφοδοτούνται από ηλεκτρικό ρεύμα, επομένως είναι ενεργές. Επιπροσθέτως στην PON αρχιτεκτονική έχουμε συστήματα μοναδιαίου μήκους κύματος ή συστήματα πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (WDM) Δίκτυα Point to Point (Home Run) Η αρχιτεκτονική Point to Point ή αλλιώς και Home Run διαμορφώνεται εγκαθιστώντας μία αποκλειστική οπτική ίνα ανά συνδρομητή από το αστικό κέντρο (CO) μέχρι και τον τερματικό εξοπλισμό του συνδρομητή. Γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι αυτά τα δίκτυα είναι Κώστας Χ. Σταθάς 32

33 πολύ ακριβά στην εγκατάσταση αλλά και στην συντήρηση τους. Απαιτούν σημαντικά μεγάλο αριθμό οπτικών ινών από το κάθε αστικό κέντρο όπως και αντίστοιχο αριθμό θυρών στον κεντρικό OLT, όσοι είναι και οι τελικοί πελάτες. Επίσης το κόστος των ινών πολλαπλασιάζεται καθώς οι ίνες που θα πρέπει να ενταφιαστούν θα πρέπει να καλύψουν πελάτες σε αποστάσεις μέχρι και τα 80 χιλιόμετρα. Η ανάπτυξη τέτοιων δικτύων θα εξυπηρετούσε μόνο τις ανάγκες των πελατών για αυξημένες τελικές ταχύτητες χωρίς να μπορούσαν ποτέ τα δίκτυα αυτά να γίνουν οικονομικά ανταγωνιστικά και εν δυνάμει επεκτάσιμα. Η μόνη δυνατότητα μείωσης του τελικού κόστους τέτοιων δικτύων είναι η χρήση WDM τεχνολογίας, όπου θα χρησιμοποιήσουμε μονή οπτική ίνα ανά πελάτη, διαχωρίζοντας το εύρος του κύματος για αποστολή στα nm και για λήψη στα nm. Ένα τέτοιο δίκτυο P2P εμφανίζεται στην εικόνα Δίκτυα Active Star - AON Εικόνα 23: Δίκτυο P2P (Πηγή [18]) Η αρχιτεκτονική αστέρα αναπτύχθηκε για να μειώσει αισθητά τον αριθμό των οπτικών ινών που εξέρχονται από το αστικό κέντρο και κάνει χρήση κάποιου σημείου σύγκλησης μεταξύ του κέντρου και των συνδρομητών. Αυτό το σημείο σύγκλησης είναι κάποια υπαίθρια καμπίνα όπου υπάρχει ηλεκτρική τροφοδοσία και φιλοξενούνται εντός αυτής, πολυπλέκτες ή μεταγωγείς Ethernet/IP, οι οποίοι πραγματοποιούν το διαμοιρασμό του εύρους ζώνης στους τελικούς χρήστες. Λόγω της τροφοδοσίας των συσκευών τα δίκτυα ονομάζονται ενεργά οπτικά δίκτυα (AON Active Optical Networks) και λόγω της ακτινωτής ανάπτυξης των καλωδίων πρόσβασης, η αρχιτεκτονική αυτή ονομάζεται και ενεργού αστέρα (Active Star). Ένα τέτοιο δίκτυο ΑΟΝ εμφανίζεται στην εικόνα 24. Εικόνα 24: Δίκτυο Active Star AON (Πηγή [18]) Κώστας Χ. Σταθάς 33

34 Για το μοίρασμα αυτού του φάσματος προς τους τελικούς χρήστες υιοθετήθηκε η ιδέα της αρχιτεκτονικής των μεταγωγέων (switches hubs) που χρησιμοποιούν τα πρότυπα 10BaseF και 100BaseFX. Από αυτά καταλήξαμε στην δημιουργία ενός προτύπου EFM Fiber IEEE 802.3ah (Ethernet First Mile) με το ποίο διαμοιράζεται η ταχύτητα και το εύρος ζώνης στους χρήστες, σε αποστάσεις μέχρι 10 χιλιομέτρων από την καμπίνα. Η ταχύτητα που επιτυγχάνετε είναι της τάξης των 100Mbps και 1Gbps και η τελική υλοποίηση μπορεί να γίνει με την χρήση μονής οπτικής, ξεχωρίζοντας την αποστολή στα nm και την λήψη στα nm, ή αλλιώς με την χρήση ζεύγους οπτικών ινών έχουμε την μετάδοση στα 1310 nm και μοναδική δέσμευση ινών για εκπομπή και λήψη. Υπάρχουν πολλές αναφορές όπου και τα δίκτυα AON και τα Home Run αναφέρονται σαν δίκτυα Ethernet point to point (Ethernet P2P). Αυτή η σύνδεση των δύο δικτύων γίνεται διότι κα στις δύο περιπτώσεις έχουμε κωδικοποίηση βάση πρωτοκόλλου Ethernet από κάποιο ενεργό εξοπλισμό προς τον εκάστοτε πελάτη, ανεξαρτήτου που βρίσκετε αυτός ο ενεργός εξοπλισμό, στο αστικό κέντρο ή την καμπίνα. Η αρχιτεκτονική point to multipoint που εφαρμόζεται στα AON δεν επηρεάζει αυτήν την κατάταξη, αφού το πρωτόκολλο Ethernet εφαρμόζεται από το αστικό κέντρο, στον κεντρικό OLT που διαχωρίσει τις πληροφορίες του εκάστοτε χρήστη Δίκτυα Passive Star Τα δίκτυα παθητικού αστέρα (Passive Star) είναι και αυτά δίκτυα σημείου σε πολλά σημεία (point to multipoint), όπως και τα AON που προαναφέραμε. Η κυριότερη διαφορά τους όμως είναι ότι δεν έχουν κανένα ενεργό στοιχείο, ηλεκτροδοτούμενο, στο οπτικό δίκτυο, εκτός από αυτά που βρίσκονται εντός του αστικού κέντρου. Από εκεί προκύπτει και η ονομασία παθητικά οπτικά δίκτυα (PON Passive Optical Networks). Ένα τέτοιο δίκτυο PΟΝ εμφανίζεται στην εικόνα 25. Εικόνα 25: Δίκτυο Passive Star (PON) (Πηγή [18]) Έτσι στα σημεία σύγκλισης υπάρχουν μόνο οπτικά πλαίσια διανομής (ODF - Optical Distribution Frame) εξοπλισμένα μόνο με διαχωριστές (splitters) και συζευκτήρες (couplers) που διαχωρίζουν το οπτικό δίκτυο σε 4 έως 32 οπτικές απολήξεις. Χρησιμοποιούν ως επί το πλείστον ζεύγη οπτικών ινών ανά χρήστη, με πιο διαδεδομένο μήκος κύματος τα 1310 nm και πρωτόκολλα TDM για την δημιουργία χρονικών θυρίδων καθώς πολλοί χρήστες ταυτόχρονα θα πρέπει να χρησιμοποιήσουν την ίδια οπτική θύρα του κεντρικού OLT. Κώστας Χ. Σταθάς 34

35 Τα δίκτυα PON, λόγω της απουσίας ενεργού εξοπλισμού, δεν μπορούν να καλύψουν μεγάλες αποστάσεις και χρησιμοποιούνται κυρίως σε αστικές περιοχές με μέγιστη ακτίνα κάλυψης τα 20 χιλιόμετρα. Είναι δίκτυα που έχουν αναπτυχθεί στην Αμερικανική ήπειρο και στην Ασία και άρχισαν τα τελευταία χρόνια να αναπτύσσονται στην Ευρώπη, από τους κυρίαρχους τηλεπικοινωνιακούς παρόχους κρατών. Υπάρχει ακόμα το θέμα του κατά πόσο αυτά τα δίκτυα είναι ανοικτά προς όλους τους παρόχους, όπως ορίζει η κοινοτική οδηγία της Ευρωπαϊκής Ένωσης, έτσι ώστε να μπορούν όλοι να παρέχουν υπηρεσίες μέσα από κοινό δίκτυο. Τα AON δίκτυα μπορούν να κατασκευάζονται από διάφορους φορείς και να διατίθενται προς όλους τους τηλεπικοινωνιακούς παρόχους, ενώ τα PON δίκτυα διαμοιράζουν την ίδια υπηρεσία προς συστοιχία καταναλωτών, χωρίς να τους δίνεται η δυνατότητα της διαφοροποίησης τους ως προς τον τελικό πάροχο υπηρεσιών. 4.5 Διαφοροποιήσεις δικτύων PON Τα δίκτυα PON μπορούν να έχουν και περαιτέρω διαφοροποιήσεις σε σχέση με την κατανομή των τελικών χρηστών που εξυπηρετούν, αλλά και το σημείο στο οποίο τοποθετούνται οι διαχωριστές (splitters). Μερικές από αυτές τις διαφορετικές αρχιτεκτονικές είναι οι παρακάτω PON στην καμπίνα (Curbside PON) Σε αυτή την αρχιτεκτονική λύση (εικόνα 26) επιλέγονται μόνο οι καμπίνες που βρίσκονται κοντά στους τελικούς χρήστες να φιλοξενούν τους διαχωριστές και έτσι έχει μειωθεί στο ελάχιστο το μήκος των καλωδίων πρόσβασης. Αντίθετα έχει αυξηθεί κατά πολύ το μήκος των καλωδίων τροφοδότησης και μπορεί να είναι και μοναδικά για κάθε καμπίνα. Εικόνα 26: PON στην καμπίνα (Curbside PON) (Πηγή [19]) Μια πιο διαδεδομένη παραλλαγή αυτού του δικτύου είναι η χρήση μεγάλου μήκους καλωδίου τροφοδότησης 96 ινών, όπου θα διασυνδέονται σε αυτό 8 καλώδια διανομής των 12 ινών και τα καλώδια αυτά θα καταλήγουν σε 8 διαφορετικές καμπίνες. Έτσι θα έχουμε 96 θύρες στον κεντρικό OLT να διαμοιράζονται σε 8 καμπίνες και να μπορούν να διαχωριστούν εκεί μέσω splitters με λόγο 1:32 σε 384 τελικούς χρήστες ανά καμπίνα. Είναι μια πολύ οικονομική λύση για ένα πυκνό αστικό δίκτυο, μιας και κάθε καμπίνα τέτοιου τύπου εξυπηρετεί συνήθως μέχρι και 300 τελικούς χρήστες. Κώστας Χ. Σταθάς 35

36 4.5.2 PON σε συγκέντρωση (FAP Fiber Aggregation Point) Η αρχιτεκτονική αυτή λύση (εικόνα 27) εφαρμόζεται περισσότερο σε πιο αραιοκατοικημένες περιοχές όπως οι ημιαστικές και οι αγροτικές. Χρησιμοποιούμε μικρού μήκους καλώδια τροφοδότησης και καταλήγουμε σε σημείο, μακριά από τους τελικούς χρήστες, όπου είναι συγκεντρωμένοι οι διαχωριστές. Από αυτό το σημείο συγκέντρωσης ξεκινούν τα μεγαλύτερα σε μήκος καλώδια διανομής και πρόσβασης όπου μπορεί να διασυνδέουν πελάτες από διαφορετικές γειτονιές ή χωριά. Αυτή η αρχιτεκτονική μπορεί να επιτρέψει την ταυτόχρονη παροχή υπηρεσιών από διαφορετικούς τηλεπικοινωνιακούς παρόχους σε ίδια γειτονιά. Η ευκολία αυτή προϋποθέτει την διασύνδεση πορτών των κεντρικών OLT προς τους splitters που υποστηρίζουν τις εκάστοτε γειτονιές. Γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι δεν είναι η οικονομικότερη λύση για ανάπτυξη του FTTH αν και από πλευράς απόδοσης έχει το μικρότερο λόγο διαχωρισμό του φάσματος, όπως και το PON στην καμπίνα, μόνο 1:32 ανά πόρτα OLT. Έχει όμως το πλεονέκτημα της εύκολης συντήρησης και της εναρμόνισης με την κοινοτική οδηγία για πλουραλισμό στην απόδοση τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών μέσα από κοινό δίκτυο πρόσβασης. Εικόνα 27: PON σε συγκέντρωση (Πηγή [19]) Κατανεμημένο PON Στο κατανεμημένο PON η φιλοσοφία είναι να χρησιμοποιηθούν όσο το δυνατόν λιγότερες πόρτες OLT και να κατανεμηθούν αντίστοιχα περισσότεροι splitter στο δίκτυο. Έτσι σε κάθε πόρτα OLT αντιστοιχεί και ένας splitter με λόγο 1:4, ο οποίος είναι τοποθετημένος εντός του αστικού κέντρου ή στο πρώτο κόμβο (όπως απεικονίζεται στην εικόνα 28). Στην πρώτη περίπτωση θα έχουμε 4 καλώδια τροφοδότησης ενώ στην δεύτερη με ένα καλώδιο θα φτάσουμε στο πρώτο σημείο σύγκλησης. Στον διαχωριστή αυτό συνδέονται οι επόμενοι 4 διαχωριστές με λόγο 1:8 όπου μετά συνδέουν τους πελάτες με τα καλώδια πρόσβασης. Σαν αρχιτεκτονική έχει αρκετές ομοιότητες με την ανάπτυξη PON σε καμπίνα, χωρίς όμως την αντίστοιχη εκμετάλλευση του φάσματος, αφού γίνεται ο διαμελισμός του σήματος ανεξαρτήτου τελικού αριθμού συνδρομητών ανά τελικό διαχωριστή. Κώστας Χ. Σταθάς 36

37 Εικόνα 28: Κατανεμημένο PON (Πηγή [20]) Υβριδικά PON Στα υβριδικά PON δίκτυα (εικόνα 29) γίνεται μια προσπάθεια να συνδυαστούν τα πλεονεκτήματα των ενεργητικών και των παθητικών δικτύων για μεγαλύτερη εξοικονόμηση πόρων και υψηλότερη απόδοση των προσφερόμενων υπηρεσιών. Έτσι με την χρήση ενεργού εξοπλισμού στην καμπίνα αυξάνουμε την απόσταση των καλωδίων τροφοδότησης και με τον διαχωρισμό του φάσματος αυξάνουμε την προσφερόμενη ταχύτητα στους τελικούς χρήστες. Εικόνα 29: Υβριδικό PON (Πηγή [21]) 4.6 TDM PON Η μετάδοση δεδομένων μέσω μονής οπτικής ίνας γίνεται πάντα με την χρήση της πολυπλεξίας διαίρεσης χρόνου (TDM Time Division Multiplexer). Χρησιμοποιούν λοιπόν χρονικές θυρίδες για την ενθυλάκωση των πακέτων πληροφορίας ενώ συχνά χρησιμοποιείται και τρίτο μήκος κύματος για την ταυτόχρονη μετάδοση εικόνας. Κατά την λήψη υπάρχει μετάδοση σε πολλούς χρήστες ταυτόχρονα ενώ για την αποστολή μετάδοση χρησιμοποιώντας πολλαπλή πρόσβαση διαίρεσης χρόνου (TDMA Time Division Multiple Access). Οι πιο συνηθισμένες κατηγορίες TDM PON είναι οι παρακάτω. APON (ATM PON): Είναι το πρωτόκολλο ITU-T G.983 APON που βασίστηκε στο ATM πρωτόκολλο και χρησιμοποιήθηκε για επιχειρησιακές εφαρμογές. Κώστας Χ. Σταθάς 37

38 BPON (Broadband PON): Είναι το πρωτόκολλο ITU T G.983 BPON και αποτελεί την εξέλιξη του APON, προσθέτει υποστήριξη για WDM, δυναμική απόδοση χωρητικότητας και υψηλότερη απόδοση ξεκινώντας από τα 622 Mbps για λήψη και τα 155 Mbps για αποστολή. GPON (Gigabit PON): Είναι το πρωτόκολλο ITU-T G.984 GPON και αποτελεί την μετεξέλιξη του BPON, εμπεριέχοντας όμως και υπηρεσίες φωνής, εκτός από δεδομένα, χρησιμοποιώντας την Γενικευμένη Διαδικασία Πλαισιοποίησης (GFP Generic Framing Procedure). Επιτρέπει υψηλότερες ταχύτητες που φτάνουν τα 2,488 Gbps για λήψη και τα 1,244 Gbps για αποστολή. GEPON (Ethernet PON): Είναι το πρωτόκολλο IEEE 802.3ah GEPON και αποτελεί μέρος του προτύπου Ethernet IEEE Χρησιμοποιεί απλοποιημένα πλαίσια και μπορεί να επιτύχει συμμετρικές ταχύτητες των 1Gbps. Μπορεί να διαχωριστεί με λόγο έως και 1:64 και εφαρμόζεται με οικονομικότερο εξοπλισμό από ότι το GPON. Είναι κατάλληλο για την μεταφορά εικόνας, φωνής και δεδομένων και εφαρμόζεται ήδη σε αρκετές χώρες. 10G-EPON (10 Gigabit Ethernet PON): Είναι το πρωτόκολλο IEEE 802.3av 10G- EPON και είναι συμβατό με το GEPON. Χρησιμοποιείται για να καλύψει τις απαιτήσεις των 10 Gbps που απαιτούνται στο backhauling και χρησιμοποιεί διακριτά μήκη κύματος για τα 10 και το 1 Gbps. Στον πίνακα 2 παρουσιάζονται συγκριτικά οι δυνατότητες των BPON, GEPON και GPON. Πίνακας 2: Σύγκριση δυνατοτήτων PON Χαρακτηριστικά BPON GEPON GPON Πρότυπο ITU (G.983.x) (FSAN) IEEE 802.3ah (EFM) ITU (G.984.x) Λήψη 622 Mbps 1.2 Gbps 622M, 1.2G, 2.4G Αποστολή 155 Mbps 1.2 Gbps 622M, 1.2G, 2.4G Μέγιστη απόσταση Μέγιστος διαχωρισμός Τύπος μετάδοσης 20 km 20 km 20 km 1:32 1:32 1:32, 1:64, 1:128 ΑΤΜ (IP over ATM) Ethernet Φωνή VoATM VoIP GEM (ATM, IP, TDM) VoATM, VoIP, VoTDM Βίντεο RF Video, IP Video RF Video, IP Video RF Video, IP Video QoS ATM, DBA (VLAN) Ethernet (VLAN) Θετικά Αρνητικά Κόστος, Διαλειτουργικότητα, Κληρονομιά ΑΤΜ Εύρος μετάδοσης, Διαχείριση από ATM Κόστος, Κληρονομιά Ethernet TDM, ATM, QoS, Διαλειτουργικότητα GEM (ATM, IP, TDM) Ευελιξία, Μέγιστος διαχωρισμός Κόστος, Διαθεσιμότητα κυκλωμάτων Κώστας Χ. Σταθάς 38

39 4.7 Βασική δομή FTTH Ανακεφαλαιώνοντας τα στοιχεία αυτού του κεφαλαίου καταλήγουμε στην διαπίστωση ότι η καταλληλότερη δομή για ανάπτυξη FTTH δικτύου είναι η PON στην καμπίνα και η αρτιότερη διαμόρφωση η GPON, αφού με τον συνδυασμό αυτών των δύο μπορούμε να έχουμε την μέγιστη κάλυψη των τελικών χρηστών με την οικονομικότερη εγκατάσταση οπτικών ινών, χωρίς να μειώνουμε την αποδιδόμενη υπηρεσία. Στην εικόνα 30 που ακολουθεί εμφανίζεται μια βασική μορφή ενός FTTH δικτύου που θα αναλύσουμε και θα κοστολογήσουμε την εγκατάσταση και λειτουργία του για την πόλη της Βαρσοβίας στην Πολωνία. Κάποια σημαντικά στοιχεία του που θα πρέπει να επισημανθούν είναι: Κεντρικό γραφείο (Central Office CO) ή σημείο παρουσίας (Point of Presence POP) ή κεντρικό σημείο μεταγωγής (Central switch point). Καλώδια τροφοδοσίας (Feeder cabling). Τοπικά σημεία σύγκλισης (Local convergence point LCP). Καλώδια διανομής (Distribution cabling). Σημεία πρόσβασης συνδρομητών (Network Access Points NAP). Καλώδια πρόσβασης συνδρομητών (Drop cabling). Εσωτερικά καλώδια συνδρομητών (Internal cabling). Εικόνα 30: Βασική δομή δικτύου FTTH (Πηγή [12]) Κώστας Χ. Σταθάς 39

40 5. ΠΛΗΘΥΣΜΟΣ, ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΚΑΙ ΕΣΟΔΑ 5.1 Δημογραφικά στοιχεία Βαρσοβίας και πρόβλεψη Στην εργασία αυτή θα αναπτύξουμε ένα τεχνοοικονομικό μοντέλο για FTTH και την ανάλυση του με απώτερο στόχο τον οικονομικό έλεγχο και απόδοση μιας τέτοιας επένδυσης σε βάθος 10ετίας. Για το μοντέλο αυτό επιλέχθηκε η χώρα της Πολωνίας και συγκεκριμένα η πρωτεύουσά της η Βαρσοβία. Οι λόγοι της επιλογής αυτής είναι η ήπια οικονομική ανάπτυξη της χώρας, η χαμηλή διείσδυση της ευρυζωνικότητας σε νοικοκυριά, σε αντίθεση με τις επιχειρήσεις που έχουν ικανοποιητική πελατειακή βάση και το έντονο ενδιαφέρον διάφορων τηλεπικοινωνιακών παρόχων για ανάπτυξη τέτοιων δικτύων στην ευρύτερη περιοχή. Εικόνα 31 Δήμοι Βαρσοβίας (Πηγή [22]) Η έκταση της πόλης ανέρχεται σε 517,24 χμ² και μοιράζεται στην μέση από ένα ποτάμι το Βιστούλα. Η πόλη χωρίζεται σε 18 δήμους και ως εκ τούτου και σε 18 αστικά κέντρα τηλεπικοινωνιών (εικόνα 31). Ο πληθυσμός της πόλης το 2014 ήταν κάτοικοι, ενώ έχουμε στοιχεία του πληθυσμού και για κάποιες από τις προηγούμενες χρονιές. Κώστας Χ. Σταθάς 40

41 Έτσι μπορούμε να δημιουργήσουμε τον Πίνακα 3 που ακολουθεί και μας δείχνει ότι η μέση μεταβολή ανά χρόνο του πληθυσμού είναι 1, και με αυτόν τον πολλαπλασιαστή μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο πληθυσμός της πόλης μέχρι το 2026, όπου είναι και το καταληκτικό έτος της 10ετούς μελέτης, θα είναι κάτοικοι. Πίνακας 3: Πρόβλεψη πληθυσμού Έτος Πληθυσμός Μεταβολή Μέση Μεταβολή , , , , , Επίσης με την γενική στατική θεώρηση ότι για κάθε νοικοκυριό αντιστοιχούν 2,6 κάτοικοι μπορούμε να υπολογίσουμε τον αριθμό των νοικοκυριών που θα είναι οι εν δυνάμει πελάτες μέχρι το έτος Επίσης βάση της καταγραφής των επιχειρήσεων του 2015 διαπιστώνουμε ότι υπάρχει μια αναλογία 0,575 με τα νοικοκυριά και διατηρώντας την για τα επόμενα έτη της μελέτης μας μπορούμε να υπολογίσουμε τον αριθμό των επιχειρήσεων που θα μπορούσαμε να παρέχουμε υπηρεσίες μέχρι το έτος Με αυτά τα δεδομένα συμπληρώνουμε τον πίνακα 4 που ακολουθεί και μας δίνει την πρόβλεψη ότι ο αριθμός των νοικοκυριών το 2026 θα είναι και ο αριθμός των επιχειρήσεων Κώστας Χ. Σταθάς 41

42 Πίνακας 4: Πρόβλεψη νοικοκυριών και επιχειρήσεων Έτος Πληθυσμός Αναλογία Πληθυσμού/ Νοικοκυριών Αριθμός Νοικοκυριών Αναλογία Επιχειρήσεων/ Νοικοκυριών Αριθμός Επιχειρήσεων , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Η κατανομή του πληθυσμού και των επιχειρήσεων στην πόλη είναι ανισομερής διότι η πόλη έχει αναπτυχθεί σε τρία διαφορετικά μοτίβα. Στο ιστορικό κέντρο υπάρχουν τα δημόσια κτήρια, τα πάρκα και τα μεγάλα εταιρικά κτήρια, στην πρώτη εξωτερική περίμετρο της πόλης υπάρχουν οι πολυκατοικίες που εξυπηρετούν τον αστικό πληθυσμό και τις επιχειρήσεις και στην δεύτερη εξωτερική περίμετρο υπάρχουν οι μονοκατοικίες και η ανάπτυξη της πόλης έχει ημιαστική δομή. Τέλος στο παράρτημα υπάρχει η συγκεντρωτική λίστα ανά δήμο με τους πληθυσμούς, την έκταση και των αριθμό επιχειρήσεων σε αυτούς. 5.2 Ιστορική διείσδυση σε νοικοκυριά Σύμφωνα με τον ΟΟΣΑ, όπου κάθε χρόνο καταγράφονται όλα τα στοιχεία των κρατών, έχουμε τα στοιχεία της ευρυζωνικής διείσδυσης στην Πολωνία για τα έτη από το 2004 έως και το 2014 που αναφέρονται και στον παρακάτω πίνακα 5. Επίσης στο παράρτημα Ι υπάρχει συγκεντρωτική η λίστα του ΟΟΣΑ για όλα τα κράτη. Κώστας Χ. Σταθάς 42

43 Πίνακας 5: Στοιχεία Ευρυζωνικής Διείσδυσης ΟΟΣΑ Έτος Χ Διείσδυση Broadband 2004-Q4 1 2, Q4 2 2, Q4 3 7, Q4 4 8, Q4 5 10, , Q4 7 15, Q4 8 17, Q4 9 18, Q , Q ,989 Από τα στοιχεία αυτά μπορούμε να δούμε μια αυξητική τάση στην διείσδυση μέχρι και το έτος 2011 αλλά την επόμενη τριετία παρατηρείται μια σταθεροποίηση στην ζήτηση. Για να μπορέσουμε να έχουμε μια ασφαλή πρόβλεψη για την διείσδυση των ευρυζωνικών συνδέσεων, στα νοικοκυριά και τις επιχειρήσεις, για τα έτη 2016 έως και 2026 χρειάστηκε να χρησιμοποιήσουμε τα πρόγραμμα Datafit για να ελέγξουμε πιο μοντέλο διείσδυσης είναι το καταλληλότερο. Με την χρήση του Datafit καταχωρήσαμε τα γνωστά δεδομένα διείσδυσης των 11 τελευταίων ετών σε τρία βασικά μοντέλα υπολογισμού τα Compertz, Bass και Fisher Pray. 5.3 Μοντέλο Compertz Για τον Compertz ο μαθηματικός τύπος που τον αντιπροσωπεύει είναι ο Y = S*exp(-exp(-a-b*X)) και με την επίλυση του προβλήματος από το Datafit καταλήξαμε στα εξής αποτελέσματα του πίνακα 6 για τους αγνώστους S,a και b της εξίσωσης και στους υπολογισμούς τιμών λαθών και υπολειμματικών στον πίνακα 7. 99% Confidence Intervals Πίνακας 6: Αποτελέσματα αγνώστων Compertz Variable Value 99% (+/-) Lower Limit Upper Limit S 0, ,90E-02 0, , a -1, , , , b 0, , , , Κώστας Χ. Σταθάς 43

44 X Value Y value Πίνακας 7: Compertz υπολογισμός λαθών Calc Y Residual % Error Abs Residual Min Residual Max Residual 1 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Με την χρήση όλων αυτών των στοιχείων καταρτίστηκε ο πίνακας 8 όπου καταγράφει την κατά Compertz υπολογιζόμενη διείσδυση ευρυζωνικών συνδέσεων μέχρι και το Πίνακας 8: Διείσδυση κατά Compertz ΕΤΟΣ x Y = S*exp(-exp(-a-b*X)) S a b , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Κώστας Χ. Σταθάς 44

45 ΕΤΟΣ x Y = S*exp(-exp(-a-b*X)) S a b , , , , , , , , , , , , Μοντέλο Bass Για το μοντέλο Bass ο μαθηματικός τύπος που το αντιπροσωπεύει είναι ο Y = S*(p+q)^2/p*exp(-(p+q)*X)/((q/p)*exp(-(p+q)*X)+1)^2 και με την επίλυση του προβλήματος από το Datafit καταλήξαμε στα αποτελέσματα του Πίνακα 9 για τους αγνώστους S,p και q της εξίσωσης και στους υπολογισμούς λαθών και υπολειμματικών στον πίνακα % Confidence Intervals Πίνακας 9: Αποτελέσματα αγνώστων Bass Variable Value 99% (+/-) Lower Limit Upper Limit S 196, , , , p 1,15E-02 4,71E-03 0, ,62E-02 q 0, , , , X Value Y value Πίνακας 10: Bass υπολογισμός λαθών Calc Y Residual % Error Abs Residual Min Residual Max Residual 1 2,144 3, , , , , , ,413 4, , , , ,177 6, , , , ,652 8, , , , ,482 10, , , , ,578 13, , , , ,997 15, , , , ,154 17, , , , ,256 18, , , , ,987 18, , , , ,989 17, , , , Με την χρήση όλων αυτών των στοιχείων καταρτίστηκε ο πίνακας 11 όπου καταγράφει την κατά Bass υπολογιζόμενη διείσδυση ευρυζωνικών συνδέσεων μέχρι και το Κώστας Χ. Σταθάς 45

46 Πίνακας 11: Διείσδυση κατά Bass ΕΤΟΣ x Y S p q , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Κώστας Χ. Σταθάς 46

47 5.5 Μοντέλο Fisher Pray Για το μοντέλο Fisher Pray ο μαθηματικός τύπος που το αντιπροσωπεύει είναι ο Y = S/(1+exp(-a-b*X)) και με την επίλυση του προβλήματος από το Datafit καταλήξαμε στα αποτελέσματα του πίνακα 12 για τους αγνώστους S,a και b της εξίσωσης και στους υπολογισμούς λαθών και υπολειμματικών στον πίνακα % Confidence Intervals Πίνακας 12: Αποτελέσματα αγνώστων Fisher Pray Variable Value 99% (+/-) Lower Limit Upper Limit S 0, ,90E-02 0, , a -2, , , , b 0, , , , X Value Y value Πίνακας 13: Fisher Pray υπολογισμός λαθών Calc Y Residual % Error Abs Residual Min Residual Max Residual 1 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Με την χρήση όλων αυτών των στοιχείων καταρτίστηκε ο πίνακας 14 όπου καταγράφει την κατά Fisher Pray υπολογιζόμενη διείσδυση ευρυζωνικών συνδέσεων μέχρι και το ΕΤΟΣ x Y = S/(1+exp(-ab*X)) Πίνακας 14: Διείσδυση κατά Fisher Pray S a b , , , , , , , , , , , , , , , , Κώστας Χ. Σταθάς 47

48 ΕΤΟΣ x Y = S/(1+exp(-ab*X)) S a b , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Πρόβλεψη διείσδυσης σε νοικοκυριά και επιχειρήσεις. Συγκρίνοντας όλα τα παραπάνω αποτελέσματα και με την βοήθεια του προγράμματος Datafit εξάγουμε τον παρακάτω πίνακα 15 όπου εμφανίζεται η κατάταξη αξιολόγησης των μοντέλων και για την συγκεκριμένη χώρα εμφανίζεται ως καταλληλότερο το μοντέλο Fisher Pray διότι έχει το μικρότερο σταθερό λάθος και το μικρότερο μέσο υπολειμματικών. Rank Model StdError Πίνακας 15: Συγκριτικός μοντέλων διείσδυσης. Residual Sum Residual Avg. RSS R^2 Ra^2 1 fisher pray 0, , ,37E-05 0, , , compertz 0, , ,78E-04 0, , , BASS 1, , , , , , Κώστας Χ. Σταθάς 48

49 Επίσης οι τιμές διείσδυσης που εξάγονται από το μοντέλο Fisher Pray είναι οι πιο κοντινές, στις πραγματικές που μας δίνονται από τον ΟΟΣΑ για τα έτη 2004 έως 2014 και αυτό φαίνεται και από τον συγκεντρωτικό πίνακα 16 καθώς και από την εικόνα 32 όπου είναι συγκεντρωμένα όλα τα γραφήματα των μοντέλων και του ΟΟΣΑ. ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΤΟΥΣ Πίνακας 16: Συγκεντρωτικά στοιχεία διείσδυσης (Παράρτημα [ΙΙ]) ΕΤΟΣ BASS COMPERTZ FISHER PRAY ΟΟΣΑ , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Κώστας Χ. Σταθάς 49

50 Βαθμός Διείσδυσης Τεχνο-οικονομικό Μοντέλο Ανάπτυξης FTTH στην Βαρσοβία ΟΟΣΑ BASS 0.1 COMPERTZ FISHER PRAY Αριθμός έτους Εικόνα 32: Γραφική απεικόνηση διείσδυσης (Παράρτημα [ΙΙ]) Σύμφωνα με το ΟΟΣΑ η διείσδυση της ευρυζωνικής πρόσβασης στις επιχειρήσεις έφτασε το 2011 στο 77,5% όπου θεωρούμε ότι είναι ένα αρκετά ικανοποιητικό και υψηλό επίπεδο για την οικονομία της Πολωνίας και για αυτό το λόγο θα το κρατήσουμε σταθερό και για τα υπόλοιπα χρόνια της τεχνοοικονομικής αυτής μελέτης. Έτσι στοv πίνακα 17 εμφανίζονται οι τελικές προβλέψεις διείσδυσης σε νοικοκυριά και επιχειρήσεις. Έτος Πίνακας 17: Πρόβλεψη διείσδυσης Πρόβλεψη FISHER PRAY Χ Διείσδυση Νοικοκυριών Διείσδυση Επιχειρήσεων , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,75 Κώστας Χ. Σταθάς 50

51 5.7 Υπολογισμός εσόδων Σύμφωνα λοιπόν με την υπολογισμένη διείσδυση των ευρυζωνικών προσβάσεων σε νοικοκυριά και επιχειρήσεις μπορούμε να εξάγουμε αριθμητικές προβλέψεις δυνητικών οικιακών και εταιρικών πελατών για τα έτη από το 2016 έως και το Έτσι, για το έτος 2016 θα έχουμε νοικοκυριά όπου με υπολογιζόμενη διείσδυση 0, θα έχουμε δυνητικούς οικιακούς πελάτες. Θεωρώντας ότι για αρχή θα έχουμε αποδοχή της νέας τεχνολογικής πρόσβασης στο 70% αυτών των πελατών με αυξανόμενο ποσοστό 2% ανά έτος καταλήγουμε να υπολογίσουμε ότι το έτος 2016 θα έχουμε οικιακούς πελάτες. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία καταλήξαμε να συντάξουμε τον πίνακα 18 που συμπεριλαμβάνει όλους αυτούς τους υπολογισμούς των οικιακών πελατών μέχρι το Αριθμός Έτους Πίνακας 18: Υπολογισμός οικιακών πελατών Έτος Αγορά GPON Οικιακοί Πελάτες % % % % % % % % % % % Παρομοίως για το έτος 2016 θα έχουμε επιχειρήσεις όπου με την θεώρηση ότι θα έχουμε σταθερή διείσδυση 0,75 για όλα τα έτη μπορούμε να υπολογίσουμε ότι θα έχουμε δυνητικούς εταιρικούς πελάτες. Θεωρώντας ότι για αρχή θα έχουμε αποδοχή της νέας τεχνολογικής πρόσβασης στο 70% αυτών των πελατών με αυξανόμενο ποσοστό 2% ανά έτος καταλήγουμε να υπολογίσουμε ότι το έτος 2016 θα έχουμε εταιρικούς πελάτες. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία καταλήξαμε να συντάξουμε τον πίνακα 19 που συμπεριλαμβάνει όλους αυτούς τους υπολογισμούς των εταιρικών πελατών μέχρι το Αριθμός Έτους Πίνακας 19: Υπολογισμός εταιρικών πελατών Έτος Αγορά GPON Εταιρικοί Πελάτες % % % % % % % % % % % Κώστας Χ. Σταθάς 51

52 Τέλος, αφού έχουμε υπολογίσει τους πελάτες μας ανά έτος και κατηγορία, μπορούμε να καταρτίσουμε τον πίνακα 20 όπου εμφανίζονται όλα τα έσοδα που θα έχουμε ανά έτος εάν τιμολογήσουμε την τιμή του παρεχόμενου προϊόντος στα 30 το μήνα. Αριθμός Έτους Πίνακας 20: Υπολογισμός συνολικών εσόδων Έτος Έσοδα Οικιακών Πελατών Έσοδα Εταιρικών Πελατών Συνολικά έσοδα Κώστας Χ. Σταθάς 52

53 6. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΔΙΚΤΥΩΝ FTTH Στο κεφάλαιο αυτό θα στηριχτούμε στις μελέτες των K. Caiser [13], M. Falch, H. Sigurdsson, P. Million και J. Point [23] και θα αναλύσουμε τα θεωρητικά γεωμετρικά μοντέλα που προσεγγίζουν την ανάπτυξη των δικτύων FTTH. Τα μοντέλα αυτά για τα οποία θα εξάγουμε και τους μαθηματικούς τύπους υπολογισμού των τελικών μηκών φρεατίων και καλωδίων είναι το απλουστευμένο μοντέλο (simplified Manhattan), το μοντέλο πάνω στο μήκος οδικού δικτύου και το επεκταμένο απλουστευμένο μοντέλο που βασίζεται στο μήκος του οδικού δικτύου. 6.1 Βασικό γεωμετρικό μοντέλο δικτύου FTTH Το βασικό μοντέλο που ακολουθεί στην εικόνα 33 είναι η βασική αναπαράσταση ενός δικτύου FTTH κατοικιών. Θεωρούμε ότι σε μια τετράγωνη περιοχή είναι κατανεμημένες οι κατοικίες των τελικών συνδρομητών. Η πλευρά του τετραγώνου περιέχει n κατοικίες και επομένως όλο το τετράγωνο θα συμπεριλαμβάνει n² κατοικίες. Η απόσταση μεταξύ των κατοικιών είναι l και η απόσταση μεταξύ πρώτης και τελευταίας κατοικίας (σε γραμμές ή στήλες) θα είναι (n-1)*l, ενώ η μέγιστη απόσταση τους θα είναι n*l. Το κεντρικό γραφείο εξυπηρέτησης των κατοικιών ή η καμπίνα θεωρούμε ότι βρίσκεται πάντα στο κέντρο του τετραγώνου. Εικόνα 33: Βασικό γεωμετρικό μοντέλο FTTH (Πηγή [13]) Στα επόμενα υποκεφάλαια θα χρησιμοποιήσουμε ως βάση το συγκεκριμένο μοντέλο και θα αναπτύξουμε τα τρία επόμενα για την υλοποίηση ενός υπογείου δικτύου, όπου θεωρούμε ότι οι τάφροι ανοίγονται κατά μήκος των δρόμων, σε μία άκρη ή την μέση του δρόμου και σπανίως κάτω από το πεζοδρόμιο. 6.2 Απλουστευμένο μοντέλο Το απλουστευμένο μοντέλο δρόμων (simplified Manhattan model) είναι το πιο απλοποιημένο μοντέλο, καθώς υλοποιείται με την παραδοχή ότι όλες οι κατοικίες συνδέονται με μία νοητή γραμμή που τις διαπερνά. Η απλοποίηση του μοντέλου έγκειται στο ότι θεωρούμε τον δρόμο με μηδενικό πλάτος, για την ευκολία των υπολογισμών. Όλοι οι οριζόντιοι δρόμοι τροφοδοτούνται από ένα κεντρικό κάθετο δρόμο (feeder), που μοιράζει τις ίνες στους οριζόντιους και τα σπίτια συνδέονται στις Κώστας Χ. Σταθάς 53

54 προσόψεις τους, κατάσταση η οποία πλησιάζει την πραγματικότητα. Το μοντέλο μαζί με την κατηγοριοποίηση των κατοικιών εμφανίζεται στην εικόνα 34. Εικόνα 34: Απλουστευμένο μοντέλο δρόμων (Manhattan model) (Πηγή [13]) Μήκος τάφρων απλουστευμένου μοντέλου Στηριζόμενοι στο βασικό γεωμετρικό μοντέλο μπορούμε να υπολογίσουμε ότι για τις n οριζόντιες γραμμές το μήκος για το σκάψιμο των τάφρων θα είναι (n-1)*l, ενώ η κάθετη γραμμή θα είναι (n-1)*l. Προσθέτοντας όλα τα μήκη θα έχουμε το L, δηλαδή το συνολικό μήκος τάφρων. L = n (n 1) l + (n 1) l L = (n 2 1) l Μήκος οπτικών ινών απλουστευμένου μοντέλου Η δομή των κατοικιών είναι απόλυτα συμμετρική ως προς κεντρικό σημείο διανομής, χωρίζεται δηλαδή η περιοχή σε 4 όμοια τεταρτημόρια. Για το πρώτο τεταρτημόριο μπορούμε να χωρίσουμε τις κατοικίες σε κατηγορίες βάση της απόστασης τους από το κεντρικό σημείο και έτσι μπορούμε να υπολογίσουμε ότι το μήκος καλωδίων ότι θα είναι: a=(n-1)*l, b=(n-2)*l,.,g=l Οι αποστάσεις αυτές θα είναι ίδιες για όλα τα τεταρτημόρια επομένως μπορούμε να υπολογίσουμε το συνολικό μήκος καλωδίων για όλα τα τεταρτημόρια από τον τύπο: n 1 F = 4 l [min(i, n i) (n i)] i=1 Ο όρος min(i, n-i) είναι το σύνολο των κατοικιών ανά κατηγορία, δηλαδή a=1, b=2, c=3,, g=1, ενώ ο πολλαπλασιαστής (n-i) μας δίνει την απόσταση κάθε κατηγορίας από το κεντρικό σημείο διανομής. Η θεώρηση που γίνεται στο απλουστευμένο μοντέλο για τα καλώδια οπτικών ινών είναι ότι το κάθε καλώδιο είναι ανεξάρτητο από τα υπόλοιπα και έτσι πρέπει να αθροίζονται Κώστας Χ. Σταθάς 54

55 όλα μεταξύ τους, ενώ σε ένα πραγματικό δίκτυο πρέπει να γίνουν πιο σύνθετοι υπολογισμοί λόγω της κοινής χρήσης σωληνώσεων και τύπων καλωδίων διανομής. 6.3 Μοντέλο μήκους οδικού δικτύου Το μοντέλο πάνω στο μήκος του οδικού δικτύου (street length model) συνδέει τις κατοικίες που βρίσκονται εκατέρωθεν ενός δρόμου μέσω των τάφρων που βρίσκονται κατά μήκος της μέσης του δρόμου. Το μοντέλο αυτό είναι πιο ρεαλιστικό αφού πλησιάζει την πραγματική υλοποίηση και μπορεί να υλοποιηθεί με την τάφρο σε μια από τις πλευρές του δρόμου, καθώς και σε εναέριο οπτικό δίκτυο, για λόγους απλοποίησης όμως των υπολογισμών θεωρούμε και εδώ ότι ο δρόμος έχει μηδενικό πλάτος. Εικόνα 35: Μοντέλο πάνω στο μήκος του οδικού δικτύου (Πηγή [13]) Μήκος τάφρων μοντέλου μήκους οδικού δικτύου Στην εικόνα 35 παρατηρούμε ότι μπορούμε να ομαδοποιήσουμε τις κατοικίες ανά δύο στις κατηγορίες a,b,c,, f και αυτή η ομαδοποίηση θα ισχύσει και στα 4 τεταρτημόρια. Η απόσταση μεταξύ των κατοικιών ανά ζεύγος είναι l και το μήκος των χαντακιών αυτών όπου θα τοποθετηθούν τα καλώδια πρόσβασης (καλώδια drop) ανά ζεύγος είναι: n 2 2 l. Το πλήθος των οριζόντιων δρόμων θα είναι n/2 και το μήκος τους θα είναι (n-1). Επομένως το συνολικό μήκος των οριζόντιων δρόμων θα είναι: n (n 1) l 2 και ο κάθετος δρόμος θα έχει μήκος (n 2) l οπότε αθροίζοντας όλα τα μήκη θα έχουμε L = (n 2 + n 2) l 2 Κώστας Χ. Σταθάς 55

56 6.3.2 Μήκος οπτικών ινών μοντέλου μήκους οδικού δικτύου Ο υπολογισμός του μήκους των οπτικών ινών γίνεται πάλι για το ένα τεταρτημόριο πολλαπλασιασμένο 4 φορές. Η ομαδοποίηση των κατοικιών γίνεται σε ζευγάρια, δηλαδή μαζί (a+b), (c+d), (e+f) και ο παρακάτω τύπος που εξάγεται ισχύει για n πολλαπλάσιο του 4. n/2 1 F = 4 l {2 min (i, n 2 i) [4 (n i) + 1} 2 i=1 Ο όρος 2 min (i, n i) είναι το συνολικό πλήθος των κατοικιών και υπολογίζεται για 2 κάθε κατηγορία, π.χ. i = 1 a = b = 2, για i = 2 c = d = 4 και για i = 3 e = f = 2. Ο όρος 4 ( n i) + 1 μας δίνει το συνολικό μήκος από το κεντρικό σημείο διανομής 2 μέχρι την κάθε κατοικία κατηγορίας. 6.4 Επεκταμένο μοντέλο πάνω στο μήκος οδικού δικτύου Το επεκταμένο μοντέλο πάνω στο μήκος οδικού δικτύου είναι το πιο αντιπροσωπευτικό ενός υπογείου δικτύου οπτικών ινών FTTH. Βασίζεται πάνω στα δύο προηγούμενα μοντέλα που αναφέραμε και χρησιμοποιούμε το απλουστευμένο μοντέλο για να ορίσουμε τις υποπεριοχές, άρα και τις καμπίνες, ενώ με το μοντέλο πάνω στο μήκος οδικού δικτύου ορίζουμε τις κατοικίες. Στην εικόνα 36 που ακολουθεί εμφανίζεται ένα παράδειγμα ανάπτυξης οπτικού δικτύου όπου χρησιμοποιούμε το απλουστευμένο μοντέλο για Ν=4 επομένως θα έχουμε Ν²=16 υποπεριοχές και καμπίνες διανομής και n=8 ο αριθμός των κατοικιών στην μία πλευρά οριζόντιου δρόμου,επομένως n²=64 ο αριθμός των κατοικιών ανά υποπεριοχή. Η κυριότερη διαφοροποίηση που δημιουργείται είναι ότι υπάρχουν πλέον τρείς ευδιάκριτες κατηγορίες καλωδίων που χρησιμοποιούνται. Πρώτα έχουμε τα καλώδια τροφοδοσίας (feeder) που τροφοδοτούν τις καμπίνες, ή αλλιώς τα τοπικά σημεία σύγκλισης (LCP local convergence points) και εμφανίζονται στην εικόνα με τις σκουρόχρωμες γραμμές. Στην συνέχεια υπάρχουν τα καλώδια διανομής (distribution) που διαμοιράζουν τις ίνες στις υποπεριοχές και εμφανίζονται στην εικόνα με τις έντονα σκουρόχρωμες γραμμές, γίνεται δε αντιληπτό ότι υπάρχουν χαντάκια που συνυπάρχουν αυτά τα καλώδια. Τέλος υπάρχουν τα καλώδια πρόσβασης (drop) που συνδέουν τις καμπίνες με τις κατοικίες των συνδρομητών. Κώστας Χ. Σταθάς 56

57 Εικόνα 36: Επεκταμένο μοντέλο πάνω στο μήκος οδικού δικτύου (Πηγή [13]) Μήκος τάφρων καλωδίων τροφοδοσίας (feeder) Για να υπολογίσουμε το μήκος της τάφρου των καλωδίων τροφοδοσίας (feeder cables) χρησιμοποιούμε τον τύπο μήκους τάφρων του απλοποιημένου μοντέλου με κάποιες διαφοροποιήσεις. Συγκεκριμένα έχουμε νέα απόσταση μεταξύ των κατοικιών, όπου εδώ είναι τα σημεία σύγκλισης- καμπίνες και αυτή είναι l = n l. Επίσης χρησιμοποιούνται δύο κύριες οριζόντιες οδικές αρτηρίες για την τροφοδότηση των καμπίνων και έτσι ο παράγοντας (n 1) l γίνεται 2 (N 1) l. Επομένως ο τελικός τύπος που προκύπτει είναι ο παρακάτω. Lfeeder = N (N 1) l + 2 (N 1) l l =n l Lfeeder = (N 2 N + 2 N 2) n l Lfeeder = (N 2 + N 2) n l Μήκος τάφρων καλωδίων διανομής (distribution) Για να υπολογίσουμε το μήκος των τάφρων που πρέπει να ανοιχτούν για τα καλώδια διανομής (distribution cables) χρησιμοποιούμε τον υπολογισμό του μοντέλου πάνω στο μήκος οδικού δικτύου για κάθε υποπεριοχή, προσέχοντας όμως να μην συμπεριλάβουμε τα καλώδια πρόσβασης αφού θα υπολογιστούν ξεχωριστά. Έτσι λοιπόν για Ν² υποπεριοχές θα έχουμε [n Ldistr = N 2 (n 1) l] { 2 + (n 2) l} Ldistr = N 2 ( n2 + n 4 ) l 2 Κώστας Χ. Σταθάς 57