Budowa sieci w technice doziemnej gwarantuje trwałość i bezpieczeństwo, ale jest droższa; wadą techniki podwieszonej jest wrażliwość kabli na wiatr i oblodzenie.
W styczniowym wydaniu „Inżyniera Budownictwa” (nr 1/2013) opisałem zmiany dotyczące rynku budowlanego po wejściu w życie nowego rozporządzenia zmieniającego warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki1. Zgodnie z nowymi przepisami nowy budynek wielorodzinny powinien zostać przez inwestora wyposażony w instalację telekomunikacyjną obejmującą różne media, w tym – co jest całkowitym novum – instalację światłowodową. Na tego typu instalacji skupiłem się w tamtym artykule, omawiając także nowoczesne usługi dostępne w szerokopasmowej sieci typu FTTH (ang. fiber to the home – światłowód do domu). Teraz zajmiemy się zagadnieniem budowy infrastruktury telekomunikacyjnej dla osiedla domów jednorodzinnych.
Na wstępie należy zaznaczyć, że nowe warunki techniczne nie obligują inwestora/wykonawcy do realizacji instalacji telekomunikacyjnej w zabudowie jednorodzinnej, pozostawiając mu w tym wypadku dobrowolność.
Wydaje się jednak, że np. w przypadku osiedli domków jednorodzinnych realizowanych przez deweloperów wspomniany wyżej standard instalacji szybko znajdzie swoje miejsce. Przekonanie klienta do nabycia domu jednorodzinnego pozbawionego możliwości korzystania z nowoczesnych mediów – porównywalnych z tymi, które może otrzymać, kupując mieszkanie w apartamentowcu – byłoby z pewnością znacznie trudniejsze. Należy więc sądzić, że deweloperzy w planowaniu nowych osiedli niebawem przyjmą jako wyposażenie standardowe także infrastrukturę telekomunikacyjną, odpowiednią do przyłączenia szybkiego internetu. Jak zaplanować i zbudować taką infrastrukturę w technice FTTH, postaram się pokazać w niniejszym artykule.
Rys. 1 Architektura punkt–punkt (P2P) w sieci FTTH. Zwraca uwagę duża liczba włókien światłowodowych w relacji między centralą operatora a osiedlem
Architektura sieci „ostatniej mili”
Na wstępie należy w kilku słowach przedstawić typową architekturę logiczną współczesnej światłowodowej sieci FTTH na odcinku tzw. ostatniej mili.
Choć używamy określenia „mila”, to termin ten jest raczej umowny i pochodzi z czasów, gdy projektanci sieci dostępowej borykali się z ograniczonym zasięgiem łączy miedzianych2. Tymczasem zasięg sieci światłowodowej pozwala na transmisję nawet na dystansie kilkunastu czy kilkudziesięciu kilometrów w dodatku ze znacznie wyższymi prędkościami transferu danych.
Architektury światłowodowe FTTH dla wspomnianej „ostatniej mili” można podzielić na dwa podstawowe typy: tzw. punkt–punkt określany skrótem P2P (z ang. point-to-point) oraz punkt–wielopunkt, czyli P2MP (z ang. point-to-multipoint)3.
Pierwsza z tych architektur polega na dostarczeniu abonentowi pary włókien, gwarantując indywidualną linię o niemal nielimitowanej przepływności (dziś standardowy system P2P Ethernet zapewnia najczęściej ok. 100 Mb/s, ale dostępne są już także systemy transmisyjne osiągające bez problemu np. 1 Gb/s dla abonenta). Mimo swych zalet architektura taka jest niestety kosztowna i wymaga zbudowania kabli łączących centralę z osiedlem o pojemności odpowiadającej liczbie abonentów (np. tak jak na rys. 1– gdzie dla zapewnienia łączności dla 16 budynków konieczne jest ułożenie kabla o pojemności minimum 32 włókien jednomodowych – po parze dla każdego abonenta).
Stąd też obecnie przy realizacji projektów FTTH w Polsce spotykamy się najczęściej z bardziej ekonomiczną a całkowicie satysfakcjonującą pod względem przepływności architekturą punkt–wielopunkt (P2MP). Bazując na tej architekturze fizycznej, wykorzystuje się do transferu danych systemy pozwalające na tzw. transmisję współdzieloną, czyli transmisję dla wielu odbiorców w zaledwie jednym włóknie. Najbardziej obecnie rozpowszechniony standard transmisyjny GPON, bazujący właśnie na architekturze P2MP, pozwala na pojedynczym światłowodzie uzyskać przepływność 2,5 Gb/s w kierunku osiedla. Tam, w tzw. splitterze optycznym ze współczynnikiem podziału np. 1×16, 1×32 czy 1×64, pasmo jest dzielone pomiędzy odbiorców. Im większy podział, tym oczywiście mniejsze pasmo przypadające na użytkownika. Tym niemniej w dalszym ciągu może to być kilkadziesiąt czy nawet ok. 100 Mb/s dla abonenta.
Ciekawostką jest fakt, że transmisja od abonentów jest realizowana dwukierunkowo po tym samym włóknie. Jest to możliwe, gdyż biegnące w przeciwnych kierunkach fale świetlne z zakodowanymi danymi są emitowane na innych długościach fal (1310 i 1470 nm), a tym samym nie przeszkadzają sobie i nie interferują wzajemnie.
Rys. 2 Architektura punkt–wielopunkt (P2MP). Działający w oparciu o nią system transmisyjny GPON umożliwia komunikację po pojedynczym włóknie jednomodowym między centralą a osiedlem. Dopiero w osiedlu (np. w szafie dostępowej) sygnał jest rozdzielany do poszczególnych abonentów w tzw. splitterze (pasywnym elemencie optycznym – na rysunku oznaczonym symbolem trójkąta)
Od architektury logicznej do infrastruktury pasywnej sieci FTTH
Oczywiście wybór architektury logicznej sieci FTTH będzie w pewnym stopniu determinować kształt infrastruktury pasywnej projektowanej sieci.
W wypadku architektury punkt–punkt (P2P) na trasie między centralą a osiedlem będziemy mieli do czynienia ze znacznie większym „zapotrzebowaniem na włókna”, co przełoży się na kable o większej pojemności, wymagania większej pojemności i przekrojów kanalizacji teletechnicznej, a także większą liczbę przełącznic w ewentualnych węzłach oraz w szafie dostępowej w osiedlu.
Dla sieci typu GPON, bazującej na architekturze P2MP, w relacji między centralą a osiedlem wystarczy przyłącze nawet na jednym włóknie, czasem na kilku pojedynczych włóknach (zależy to oczywiście od liczby domów, współczynnika podziału i wymaganego pasma). Szafa dostępowa w osiedlu musi mieć w tym wypadku możliwość umieszczenia wewnątrz pasywnego splittera optycznego.
Sama struktura osiedlowa (od szafy dostępowej do gniazda abonenckiego) będzie w obu przypadkach już dość podobna, różnice mogą dotyczyć np. liczby włókien w kablu doprowadzanym do każdego budynku (np. jedno lub dwa włókna światłowodowe).
Fot. 1 Przykład ułożenia mikrokanalizacji wzdłuż chodnika i odgałęziania kolejnych rurek do posesji (fot. Duraline)
Techniki budowy – doziemne lub podwieszane
Budowa sieci osiedlowej może zostać wykonana w technice doziemnej lub podwieszanej. Każda z nich ma swoje zalety i wady.
Pierwsza metoda układania w ziemi rur z kablami charakteryzuje się zdecydowanie wysoką trwałością i bezpieczeństwem. Polietylen wysokiej gęstości (HDPE), z którego wykonane są rury kanalizacji, pozwala szacować żywotność takiego rozwiązania na ponad 30 lat. Kable umieszczone w środku nie są narażone na naprężenia, oddziaływanie mechaniczne czy klimatyczne.
Warto wspomnieć, że najbardziej obecnie rozpowszechnionym rozwiązaniem jest technika mikrokanalizacji. Najkrócej ujmując, jest to system rurek HDPE o średnicach zewnętrznych od 5 do 16 mm i odpowiednio o średnicy wewnętrznej od 3,5 do 12 mm. Pozwala to na zaciąganie lub wdmuchiwanie do nich mikrokabli optycznych o liczbie włókien wymaganej dla danej trasy (w dostępie do budynku będzie to jedno lub dwa włókna, ale np. między punktami dystrybucyjnymi kilkanaście lub kilkadziesiąt włókien). Mikrorurki dzięki swym niedużym gabarytom zajmują niewiele miejsca w wykopach, przepustach. Są łatwe w ułożeniu i wykonywaniu odgałęzień.
Fot. 2 Przykład światłowodowej sieci podwieszanej. Aby wykonać odejście do budynku, na słupie musi zostać umieszczona skrzynka lub tzw. mufa, gdzie należy wykonać spawy włókien światłowodowych lub dokonać przyłączenia odpowiednim kablem z przygotowaną złączką hermetyczną (fot. autor)
Oczywiście wykonywanie wszelkich prac ziemnych wiąże się z koniecznością uzgodnienia dostępu do gruntów, a same roboty są też relatywnie kosztowne i czasochłonne.
Dlatego też alternatywnie projektant może wybrać rozwiązanie pozwalające na szybsze wykonanie infrastruktury sieciowej, a więc technikę podwieszaną. Wykorzystuje się w tym wypadku najczęściej istniejącą często podbudowę słupową należącą do firm energetycznych lub też stare słupy telefoniczne. Pewną wadą takiego rozwiązania pozostaje wrażliwość kabli światłowodowych na warunki atmosferyczne (szczególnie wiatr i oblodzenie), a także wandalizm. Nie bez znaczenia jest też dyskusyjna estetyka (liczne kable rozwieszone nad osiedlem).
Fot. 3 Szafka uliczna pełniąca funkcję głównego punktu dostępowego dla osiedla domów jednorodzinnych. Obok widoczna studnia, z której wykonane jest przyłącze do kanalizacji operatora. Pokazana szafka PSB-H-72 o wymiarach 450x790x355 mm dostosowana do sieci P2MP w technologii GPON pozwala na umieszczenie splitterów optycznych i przyłączenie maksymalnie 72 abonentów (fot. FCA sp. z o.o.)
Planowanie sieci dla osiedla domów jednorodzinnych
W tym miejscu przedstawimy planowanie sieci osiedlowej od głównego punktu dostępowego (szafy ulicznej) do gniazda abonenckiego.
Pierwszym krokiem przy planowaniu jest podział osiedla na obszary abonenckie. Wynika to z faktu, iż na ogół kable światłowodowe zawierają tuby z włóknami o pewnych typowych wielokrotnościach, np. 6, 12, 24, 48, 72 włókien. Podobnie jest z szafkami, słupkami czy mufami oraz innymi punktami dystrybucyjnymi, których pojemność jest dostosowana do wspomnianych wyżej krotności.
Drugim krokiem jest ustalenie położenia głównego punktu dostępowego (GPD), jakim może być np. szafa uliczna. Jak wspomniano wyżej, jej gabaryty i konstrukcja będą zależne od wybranej architektury sieci oraz liczby abonentów w osiedlu.
Korzystnym rozwiązaniem jest umieszczenie takiej szafy z uwzględnieniem dwu czynników: po pierwsze łatwości dostępu do niej dla operatorów telekomunikacyjnych (czyli np. w pobliżu studni/kanalizacji teletechnicznej operatora, często np. w granicy działki całego osiedla), po wtóre, jeśli to możliwe, w taki sposób, aby zoptymalizować odległości od kolejnych punktów dystrybucyjnych (zmniejszyć koszty budowy).
Rys. 3 Wyznaczenie pierwszego obszaru abonenckiego o liczbie użytkowników odpowiadającej pojemności pośredniego punktu dystrybucyjnego – tu przykładowo słupka ulicznego, do którego podłączonych zostanie 12 budynków
W trzecim kroku należy rozmieścić pozostałe pośrednie punkty dystrybucyjne (PD). W zależności od wybranej metody budowy sieci w osiedlu mogą to być dla sieci budowanej w technice mikrokanalizacji światłowodowej np. słupki uliczne, z kolei dla sieci podwieszanej – np. skrzynki lub mufy nasłupowe.
Ostatnim krokiem jest zaplanowanie przyłączy budynkowych, a więc od ostatniego punktu dystrybucyjnego do abonenta. Tu znów zależnie od techniki budowy (doziemnej lub podwieszanej) przyłącze w postaci kabla światłowodowego o małej pojemności (np. jedno lub dwa włókna) będzie prowadzone w mikrorurce grubościennej lub jako przyłącze podwieszane od najbliższego słupa, na którym umieszczona jest mufa lub skrzynka dystrybucyjna.
W przypadku wykonywania przepustów budynkowych należy pamiętać o ich uszczelnieniu (przez zastosowanie przegrody gazoszczelnej, uniemożliwiającej przenikaniu gazów z kanalizacji teletechnicznej), a także o zapewnieniu pewnej estetyki. Warto także już na etapie projektu przewidzieć umieszczenie budynkowej skrzynki telekomunikacyjnej, tak aby nie była ona „dokładana” i nie szpeciła wnętrza nowo powstałego budynku.
Rys. 4 Finalny podział na obszary abonenckie i rozmieszczenie głównego punktu dostępowego oraz punktów dystrybucyjnych (tu przykładowo słupków) obsługujących poszczególne obszary. Ostatnim etapem planowania jest wykonanie przyłączy od punktów dystrybucyjnych do budynku – co pokazano na przykładnie I-szego obszaru (np. przez doprowadzenie mikrorurek z mikrokablami światłowodowymi)
Planowanie i budowa z głową
Na koniec należy zaznaczyć, iż optymalnym podejściem jest wykonanie całej infrastruktury już na tzw. etapie greenfield, czyli w chwili gdy budowane jest całe osiedle. Pozwoli to uniknąć sytuacji, gdy np. po zakończeniu inwestycji budowlanej wykonywane są ponowne wykopy dla kanalizacji teletechnicznej naruszające ułożone już chodniki lub jezdnie i muszą być umieszczane nowe punkty dystrybucyjne czy też wiercone przepusty budynkowe w niedawno ukończonych elewacjach.
Projekt tego typu wymaga sporej wiedzy i doświadczenia. Dlatego najlepiej powierzyć takie zadanie doświadczonym projektantom i wykonawcom branży telekomunikacyjnej/teletechnicznej, potrafiącym zintegrować wiele systemów – od szerokopasmowego przyłacza telekomunikacyjnego po automatykę budynkową, alarmy czy monitoring.
Prosper Biernacki
Akademia Światłowodowa
1Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 6 listopada 2012 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2012 r. poz. 1289).
2 Przykładowo efektywny zasięg łącza miedzianego w technice VDSL o przepustowości 30Mb/s to maksymalnie około 900 m.
3P. Biernacki, M. Szablewska, M. Szymowska, FTTH – czyli po co komu światłowód do domu, Wydawnictwo Eurotone, Kraków 2010.
