یک مطالعه فنی و اقتصادی برای استقرارهای فعال اترنت FTTH

یک مطالعه فنی و اقتصادی برای استقرارهای فعال اترنت FTTH

چکیده

FTTH به عنوان گزینه ای برای دسترسی به پهنای باند واقعی شناخته می شود. پیش ران اصلی جهت استفاده از چنین راهکارهایی، تقاضای روز افزون اپلیکشن ها می باشد. در میان معماری ها و فن آوری های مختلف FTTH، اترنت فعال FTTH خانگی یک فناوری جالب است. با این حال مسئله اصلی جهت پیاده سازی FTTH، میزان CAPEX بسیار بالای آن است. برای اینکه استقرار FTTH به لحاظ اقتصادی دارای توجیه باشد، باید از کمک های برنامه ریزان شبکه و ارائه دهندگان خدمات جهت ارائه استقرارهای بهینه و طراحی های به صرفه کمک گرفت. عدم وجود ابزارهای مدل سازی جهت انجام برنامه ریزی های شبکه ای مرتبط با FTTH، دلیل اصلی نگارش این مقاله است. در این مطالعه ما نتیجه یک بررسی مبتنی بر مدل فنی – اقتصادی قابل سفارشی کردن را ارائه می دهیم، که به برنامه ریزان و تصمیم گیرندگان شبکه کمک می کند تا درکی عمیق از استقرار FTTH اترنت پیدا کنند. این مدل جنبه های فنی و اقتصادی شبکه های FTTH اترنت را به تصویر می کشد و شاخص های کلیدی عملکرد تجاری را معرفی می کند. در این مطالعه همچنین نتایج یک مطالعه موردی برای استقرار FTTH اترنت ارائه شده است.

پارسیان فیبر ارتباط تولید کننده انواع کابل شبکه، کابل فیبر نوری و تجهیزات پسیو شبکه، این مطلب را برای شما انتخاب کرده است.

معرفی

محتواهای فشرده و اپلیکشن های نظیر به نظیر[1] اکثریت پهنای باند را در اکثر شبکه های باند پهن مصرف می کنند. با این وجود استقرار پهنای باند جدید معمولاً بیشتر با برنامه های فعلی و نه تقاضای پیش بینی شده توجیه می شود. امروزه محتواهای ویدئویی متقاضی بخش عمده ای از پهنای باند هستند. افزودن پهنای باند مورد نیاز به یک جریان HDTV و مرور اینترنت، که به صورت نظری توسط جریان پایین دستی ADSL2+ تامین می شود، می تواند به این معنی باشد که پهنای باند 20 مگا بایت در ثانیه کافی برای بلند مدت کافی خواهد بود. با این وجود موضوع HDTV یک محدودیت بزرگ دارد. چشم انداز ارائه همزمان دو کانال HD به وضوح به سرعتی بیشتر از قابلیت های ADSL2 + نیاز دارد. سرویس های دیگری مانند P2P، پیام رسانی فوری، وبلاگ های ویدیویی و بازی های آنلاین پیشرفته که در چارچوب وب 2.0 رشد می کنند نیز می توانند بر سرعت بالادستی تأثیر بگذارند. علاوه بر این، در صورتی که چندین کاربری که در یک خانه زندگی می کنند و از خدمات آنلاین به صورت همزمان استفاده می نمایند، موضوع دیگری است که نیاز به معماری FTTH را توجیه می کند. پیشران های اصلی بازار FTTH را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد: (الف) پخش های چندگانه و HDTV، (ب) خدمات تجاری، (ج) خدمات شخصی: بهداشت الکترونیکی، مراقبت از افراد مسن و تجویز الکترونیکی. (د) کار و یادگیری از راه دور، آموزش الکترونیکی و (ه) سرگرمی. ویژگی مهم این اپلیکشن های جدید این است که همه آن ها به پهنای باند نیاز دارند. عامل دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد افزایش متقارن بودن الگوی ترافیک[2] است. با افزایش فوق العاده تقاضای پهنای باند، ارائه دهندگان خدمات مجبور هستند که فیبر را به شبکه های دسترسی عمیق تر بفرستند تا بتوانند خدمات در حال ظهور مشتری را پاسخ دهند. فن آوری های فیبر- به- خانه[3] (FTTH) به عنوان یک راه حل نهایی برای شبکه های دسترسی باند پهن آتی مورد توجه قرار گرفته است. استقرارهای Greenfield نمایانگر یک بخش رو به رشد از شبکه های فیبر به خانه (FTTH) است که امروزه اجرا می شود. یکی از مدل های تجاری FTTH، مدل دسترسی آزاد است که در آن شبکه دسترسی آزاد توسط یک تأمین کننده زیرساخت ساخته می شود و دسترسی عمده[4] به ارائه دهندگان خدمات با شرایط برابر ایجاد می شود. مدل دوم اپراتورهایی هستند که به صورت عمودی با هم یکپارچه شده اند. این مدل یک زیرساخت رقابتی است، به طوری که در آن شرکت های مخابراتی با توحه زیرساخت های خود مشترکین با ایشان رقابت می کنند. با چند استثنا، اروپا به لحاظ در دسترس بودن خدمات باند پهن پرسرعت از اقتصاد آمریكا و آسیا (یعنی ژاپن، كره جنوبی و چین) بسیار عقب است. در این مقاله ما یک مدل فنی و اقتصادی برای معماری Home Run FTTH ارائه می دهیم و فناوری FTTH مبتنی بر اترنت را به عنوان یک راه حل برای تأمین دسترسی باند پهن بررسی می کنیم.

معماری و فناوری FTTH

FTTH را می توان در دو طبقه معماری اصلی دسته بندی کرد: معماری خانگی، که در آن یک فیبر اختصاصی هر خانه را به نقطه حضور (POP) متصل می کند و معماری ستاره ای که در آن بسیاری از خانه ها از یک فیبر تغذیه کننده مشترک استفاده می نمایند. در یک معماری ستاره ای، یک گره ریموت (RN)[5] بین POP و محل مشترک مستقر شده است. در معماری اصطلاحاً منفعل ستاره ای، RN شامل هیچ الکترونیک فعالی (اکتیو) نیست. در RN، یک جداکننده پسیو، سیگنال نوری پایین دستی مربوط به فیبر تغذیه کننده را روی فیبرهای توزیع منفرد بر می گرداند، و یک متصل کننده سیگنال های نوری مربوط به خانه های مجزا را روی فیبر تغذیه کننده ترکیب می کند.  وقتی RN شامل دستگاه های فعال باشد، از معماری ستاره به عنوان Active Star یاد می شود.

BPON را می توان یک فناوری سنتی دانست که توسط معماری دیگر جایگزین می شود. از سویی دیگر EPON با کمترین هزینه با استفاده از فناوری Gigabit Ethernet طراحی می شود از این رو GPON جهت نرخ بیت پایین دستی بالاتر، نرخ بالاسری پایین و امکان استفاده از ATM و TDM طراحی می شود. اما در بیشتر پیاده سازی ها از GPON به عنوان یک بستر حمل اترنت استفاده می شود.

بیشتر برنامه های FTTH متمرکز بر واحدهای مسکونی (ADU) (به عنوان مثال اقامتگاه های شخصی، خانه ها) هستند اما واحدهای مسکونی چندگانه (به عنوان مثال آپارتمان ها) نیز یک بخش بزرگ از بازار را تشکیل می دهند.  بیشتر استقرارها تا به امروز از ترمینال نوری در زیرزمین ساختمان و دراپ های مسی استفاده کرده اند. گزینه های اصلی پیاده سازی برای ایجاد MDUs می تواند به صورت PON با دراپ های مسی و اترنت نقطه به نقطه گروه بندی شوند. ONT فیبر توزیع را خاتمه می دهد و هر واحد را با رابط‌های مسی متصل می کند. VDSL2 مبتنی بر اترنت یک طرح دسترسی معمول است. از رابط های سریع یا گیگابیتی اترنت مسی نیز می توان در مواردی که سیم کشی موجود است استفاده کرد یا به راحتی نصب نمود. در  توپولوژی اترنت نقطه – به – نقطه (POP)، از فیبرهای جداگانه برای اتصال هر MDU به سوئیچ اترنت ( در POP) استفاده می شود. فیبر در ساختمان با استفاده از یک سوئیچ اترنت به همراه واسطه های مسی، خاتمه می یابد.

هر کدام از طرح های استقرار FTTH مزایا و معایب مربوط به خود را دارد. برای مثال صرفه جویی در مصرف فیبر بین جداکننده نوری و لوکیشین POP از مهمترین جنبه های استقرار PON FTTH می باشد. در صورتی که ارائه دهنده خدمات، فیبر اضافی بین POP و کابینت های خیابانی در اختیر داشته باشد در این صورت نیاز به حفاری مجدد نیست. اما باید اشاره کنیم که اگر کانال های موجود مستقر (مثلاً در مورد ILEC) فضای محدودی داشته باشند، به نظر می رسد، فناوری های PON که به فیبر کمتری در هر کانال نیاز دارند، نسبت به فناوری های نقطه به نقطه مزایایی بیشتری دارند. فناوری های PON همچنین برای رقبا (به عنوان مثال شرکت های تاسیساتی) که قبلاً شبکه (به عنوان مثال لوله های گاز) را توسعه داده اند (اما با ظرفیت محدود) مناسب هستند. در این صورت آن ها می توانند از کابل تغذیه مشترک بهره مند شوند. در معماری PON، تعداد OLT کمتر از درگاه های OLT است، زیرا کارت OLT را می توان بین 32، 64 یا حتی 128 مشترک به اشتراک گذاشت. بنابراین، فناوری PON، به عنوان پورت صرفه جویی در POP تجمعی در نظر گرفته می شود. تعداد کمتر پورت در سطح تجمع به معنی مدیریت آسان کابل در هر POP است. علاوه بر مزیت مرتبط با  مدیریت آسان تر کابل، اندازه POP در استقرار PON می تواند کوچک تر از اترنت فعال نقطه به نقطه باشد. تعداد کمتر درگاه ها می توان به فضای POP کمتر و در نهایت هزینه کمتری بینجامد. معماری PON ذاتاً یک رسانه پخش کننده است. استفاده از این قابلیت برای توزیع ویدئو امکان پذیر است. ویژگی دیگر استقرار PON این است که به جای استفاده از وسایل الکترونیکی مجهز به نیرو الکتریکی خارجی ، از تقسیم کننده های غیرفعال و اتصال دهنده ها برای تقسیم پهنای باند بین مشترکین استفاده می کند. 

از طرف دیگر، برخی از مسائل مربوط به استقرار PON وجود دارد. پهنای باند فیبر PON در میان بسیاری از مشتریان به اشتراک گذاشته می شود. به نظر نمی رسد پهنای باند مشترک تقاضای طولانی مدت پهنای باند را برآورده کند. از آنجا که هر PON یک رسانه مشترک است، رمزگذاری در همه جریان های داده مورد نیاز است. رمز گذاری نیازمند هزینه اضافی استفاده است، که می تواند به صورت قابل توجهی نرخ بیت موثر[6] مربوط به هر اتصال PON را کاهش دهد. تقسیم کننده های نوری پسیو نمی توانند هیچ کدام از نشانه های خرابی را به مرکز عملیات شبکه منتقل کنند. بنابراین، یافتن هر مشکلی در فیبر بین تقسیم کننده و ONT مشتری بسیار دشوار است. این امر باعث می شود که تعمیر و نگهداری و عیب یابی در معماری PON بسیار پیچیده باشد و منجر به افزایش هزینه عملیاتی می شود. از نظر نظارتی، شبکه های PON از الزامات محلی حلقه  آنباندینگ[7]  (LLU ) پشتیبانی نمی کنند زیرا فقط یک فیبر وجود دارد که تعدادی از مشتریان را متصل می کند که نمی توان آن ها را در سطح فیزیکی تشخیص داد بلکه فقط در یک سطح منطقی وجود دارند. LLU یک نیاز بسیار مهم در اتحادیه اروپا است. از طرف دیگر اترنت FTTH، در ترمینال های خط نوری (OLT) به فیبر و تجهیزات قابل توجهی بیشتری که مستقیماً به هزینه کابل کشی بسیار بالاتر می انجامد نیاز دارد. به نظر می رسد مدیریت تعداد زیادی فیبر و پورت در سطح تجمع (در هر POP) بدون یک استراتژی موثر مدیریت کابل (به عنوان مثال فریم‌های توزیع نوری) بسیار دشوار است. با این حال، با وجود تمامی مشکلات مربوط به اترنت FTTH، ارائه دهنده خدمات قادر خواهد بود تا با استفاده از هر مشترک پهنای باند را تضمین کند. اندازه POP در استقرارهای فعال اترنت مسئله مهمی نیست. از نظر هزینه زیرساخت، باید ذکر کنیم که بیشتر هزینه زیرساخت (40 الی 80 درصد) در استقرار FTTH هزینه ترانش کردن[8] است (به استثنای مواد)، که باید هم در اترنت فعال و هم در PON در نظر گرفته شود. در خصوص توپولوژی اترنت FTTH، فیبر اختصاصی ایمن ترین محیط امروزی است. سوئیچ های اترنت می توانند سطح پورت فیزیکی و قابلیت تفکیک منطقی ترافیک مشتری را با بسیاری از ویژگی های امنیتی قوی فراهم کنند. اترنت همچنان از نظر معماری فنی به جای PON بر استقرارهای FTTx اروپا تسلط دارد. در این ارتباط متصدیان اصلی اروپا: داش تلکام (آلمان)، بلگاکوم (بلژیک)، اریکوم (ایرلند)، کا پی ان (هلند)، تی دی سی (دانمارک) یا سوئیس کام (سوئیس)  معماری FTTN + VDSL را تأیید کردند.

مدل فنی و اقتصادی FTTH

در این بخش ، یک مدل فنی-اقتصادی ارائه می شود، که به طور خاص برای استقرارهای FTTH مبتنی بر اترنت قابل سفارشی‌سازی متمرکز است. در این بررسی از یک چارچوب که با پارامترهایی همچون داده های جمعیتی، هزینه، اتصالات، محفظه ها و تجهیزات سر و کار دارد استفاده شده است. زنجیره فناوری که ما برای مدل فنی و اقتصادی FTTH خود استفاده کرده ایم در شکل 4 دیده می شود.

ماژول های زیر نیز در مدل ما در نظر گرفته شده است:

  • شرح معماری شبکه دسترسی (مناطق، جمعیت، مراحل استقرار، سطح درآمد، توزیع MDU و SDU در هر منطقه)
  • تعاریف و پارامترها (زمانبندی نفوذ، درآمد، تعاریف کابل و ارزش ترمینال زیرساخت در طول و انتهای دوره مطالعه).
  • هزینه ها که شامل، هزینه کلی و تجمعی، هزینه های POP، هزینه های مربوط به اتصال ساختمان و جذب مشتری.
  • دور مطالعه: این مدل پیش بنی از x سال آینده ارائه می دهد.

نمودار عملیاتی مدل در شکل 5 قابل مشاهده است. بخش اصلی این مدل، بر اساس رویه های روتین می باشد بدین صورت که داده های ورودی را با توجه پارامترها پردازش کرده و خروجی های مختلفی ارائه می دهد. اولین قدم در رویکرد مدل سازی جمع اوری داده های مرتبط با اطلاعات دموگرافیک است. 

ما تأمین زیرساخت ها را برای ساختمانی متشکل از واحدهای متعدد، واحدهای چند مسکونی (MDU) و واحدهای مسکونی منفرد (SDU) در نظر گرفته ایم. این مدل استفاده از سه سرویس اساسی را بررسی می کند: خدمات صوتی، سرویس داده و ویدیو که این بررسی براساس درآمد متوسط به ازای هر کاربر (ARPU) انجام می گیرد. در این مدل همچنین مشتریان عمده فروشی در نظر گرفته می شوند که از زیرساخت FTTH برای ارائه خدمات خود به مشتریان بالقوه استفاده می کنند. به منظور ترکیب زیر منطقه در یک گروه بزرگتر با ویژگی های مشابه، یک ماتریس تعریف منطقه در مدل در نظر گرفته شده است. با استفاده از این ماتریس، مناطق زیرمجموعه را می توان بر اساس ویژگی های مشابه (به عنوان مثال مرحله استقرار و / یا سطح درآمد مشتریان) و با حفظ شکل متعارف گروه با اشاره به یک نقشه جغرافیایی، گروه بندی کرد. این رویکرد در شکل 6 نشان داده شده است، که در آن دو زیر منطقه (به عنوان مثال 19 و 21) با ویژگی های مشابه، در یک گروه قرار گرفته اند.

به منظور تولید گزارش های خروجی (به عنوان مثال CAPEX ، OPEX یا گردش پول) و نتایج (به عنوان مثال تعداد POP ها، طول ترانشه ، فواصل بین ساختمان ها)، مدل به پارامترهای خاصی احتیاج دارد که توسط تعاریف و پارامترها مهیا می شود. بخشی از طرح کابل کشی مدل، تعداد POP های مورد نیاز، حداکثر طول حلقه فیبر، میزان استفاده از پورت در هر منطقه را گزارش می کند. این گزارش به پارامترهایی که کابل های در دسترس و اندازه های POP را تعین می کند بستگی دارد. این مدل چهار ماژول هزینه مجزا دارد که برای فرضیه های مختلف هزینه اختصاص یافته است.

با توجه به پارامترهای هزینه و درآمد، این مدل قادر است گزارش های مالی تولید کند تا به مدیران پروژه کمک نماید که بتوانند بهتر تصمیم بگیرند. در میان سایر گزارش ها و نمودارها، این مدل هزینه های سرمایه (CAPEX)، هزینه های عملیاتی (OPEX)، جریان های نقدی و نمودارهای EBIDTA را ایجاد می کند. گزارش های CAPEX هر POP و OPEX هر POP به ویژه برای انتخاب تعداد مطلوب POP مهم است. KPI هایی مانند NPV و IRR  نیز توسط این مدل محاسبه می شود.

نتیجه گیری

استقرار فیبر در اقامتگاه ها نیازمند سرمایه گذاری عظیمی است که باید برای چندین دهه ادامه دار باشد. اگرچه هر طرح استقرار برای FTTH محاسن خاص خود را دارد، اما این ریسک (نسبتا بالا) وجود دارد که صرفه جویی در کوتاه مدت به ویژه در استقرار زیرساخت های مرتبط با فیبر بر توسعه های آتی اثر بگذارد. مدل فنی و اقتصادی ارائه شده راه را برای بینش بهتر در خصوص هزینه‌ها ، درآمد و جریان نقدی جهت استقرار FTTH عادی هموار می کند. هزینه اصلی پروژه های FTTH ساخت زیرساخت شبکه FTTH است. مدل ارائه شده همچنین به ارائه دهندگان خدمات یا برنامه ریزان شبکه کمک می کند تا براساس داده های جمعیتی تعداد بهینه POP ها را تعیین کنند. یک ارائه دهنده خدمات قبل از سرمایه گذاری در پروژه FTTH باید فرصت بازار را با دقت در نظر بگیرد. جریان نقدینگی، شاخص های کلیدی عملکرد و تحلیل حساسیت ارائه شده در این کار ارائه شده است. استقرار فعال اترنت FTTH در مناطق پرجمعیت منجر به کاهش CAPEX به ازای هر مشتری می شود.

[1] peer-to-peer applications

[2] symmetric nature of the traffic pattern

[3] Fiber To the home

[4] Wholesales Access

[5] Remote Node

[6] effective bit rate

[7] Local Loop Unbundling

[8] trenching