Glasfaserausbau im ländlichen Raum Welche Netzarchitektur führt zum Erfolg?

Da es für eine flächendeckende Glasfaserabdeckung im ländlichen Raum nicht immer möglich ist, nach einem standardisierten Ansatz vorzugehen, lohnt es sich, verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten zu prüfen und je nach Region eine Auswahl zu treffen.

Im Artikel "Glasfaserausbau in ländlichen Gebieten ist entscheidend" haben wir bereits erläutert, warum der Ausbau gerade in ländlichen Gebieten von grundlegender Bedeutung ist. Doch wie kann der Ausbau in dünn besiedelten Gebieten aussehen?

Zunächst stellt sich jedoch die Frage, was ein ländlicher Raum ist, da er in verschiedenen Regionen unterschiedliche Bedeutungen hat. In weiten Teilen Nordeuropas sind ländliche Gebiete von kleinen Siedlungen und Dörfern geprägt, in denen gelegentlich alte Bauernhäuser außerhalb des Dorfes stehen. Das zweite Beispiel für ländliche Gebiete ist eine stärker verteilte Wohnbebauung, bei der einzelne Häuser in der Regel entlang der Straße gebaut werden. Diese Art des ländlichen Raums ist in Teilen Südeuropas, in Teilen der USA und in Irland weit verbreitet. In einigen Ländern gibt es eine Mischform aus beiden Formen. Zur Veranschaulichung sind hier zwei Beispiele für beide Varianten aufgeführt.

Die größte Herausforderung bei der Siedlungslösung für Poggenort besteht darin, das Glasfasernetz in das Dorf oder die Siedlung zu bringen. Die Netzarchitektur innerhalb des Dorfes wird in der Regel dieselbe sein wie die in den städtischen Randgebieten. Es können ähnliche Materialien, Installationsmethoden und Netzwerkarchitekturen verwendet werden.

Eine weitaus größere Hürde ist der Umgang mit weit auseinander liegenden Häusern (wie in Hilltown rd, Fofanny school rd, Northern Ireland) und der daraus resultierende Bedarf an vielen Netzzugangspunkten (NAPs) entlang der Straße. Die NAPs müssen nahe genug an den zu versorgenden Häusern liegen, damit die Kundeninstallation in einem vorhersehbaren Zeitraum abgeschlossen werden kann. Dies kann aber bedeuten, dass alle 300 Meter ein NAP erforderlich ist.

Was die Kabelverzweigungen betrifft, so weist die Lösung für Siedlungen eine ähnliche Mischung an Längen der Hauszuführungskabel auf wie die Installation in Vorstädten. In der Regel handelt es sich um kurze Hauszuführungskabel und einige größere Längen für für etwas abgelegenere Höfe. Bei der Lösung für den ländlichen Raum mit verteilten Häusern überwiegen hingegen lange Hauszuführungskabel mit einer sehr großen Mischung von Längen.

In beiden Szenarien muss die Verkabelungslösung jedoch geeignet sein, bestehende Infrastruktur, wie Masten, Fassaden oder Rohranlagen zu nutzen. Die Betreiber werden universell einsetzbare Lösungen bevorzugen, um unnötige Komplexität zu vermeiden. Das bedeutet:

• Für die unterirdische Verlegung in Rohren und Schächten müssen Bauteile gegen Umwelteinflüsse geschützt (IP68) werden. Dies beeinflusst die Größe der Bauteile.

• Auf der anderen Seite müssen Komponenten für die Fassadenverkabelung ästhetischen Anforderungen genügen und sollten klein und unauffällig sein.

Eine Freileitungsinstallation wird die Größe der Lösung beeinflussen, da die Lösung Platz auf den Masten benötigt und mit dem Kupfernetz koexistieren muss. Beide Szenarien werden bei einigen älteren Dörfern in Frage kommen. Die Ästhetik der Lösung wird hier entscheidend sein. In vielen Fällen wird in diesen ländlichen Gebieten die vorhandene Infrastruktur genutzt werden, da der Neubau von Masten usw. nicht rentabel ist. Das bedeutet, dass die Lösung mit der vorhandenen Infrastruktur koexistieren muss. Der Aufbau ländlicher FTTH-Architekturen (Fiber to the Home) ist eine komplexe Aufgabe, bei der eine Vielzahl verschiedener Optionen für unterschiedliche Umgebungen und Bedürfnisse zur Verfügung steht. Der Schlüssel zu einem erfolgreichen Entwurf liegt in der Optimierung des Verhältnisses zwischen diesen verschiedenen Überlegungen:

• Die Art des ländlichen Raums, über den gesprochen wird.

• Ein anspruchsvoller Business Case bedeutet hohe Kosten pro angeschlossenem Haus (aber auch eine höhere Take Rate).

• Die Lösung muss die vorhandene Infrastruktur nutzen, ohne dass Kosten für einen Neuaufbau oder die Umgestaltung anfallen. In vielen Fällen muss sie den Anforderungen der Eigentümer der Infrastruktur entsprechen. Das bedeutet, dass die Materialien so wenig Platz, (Größe und Gewicht) wie möglich beanspruchen dürfen.

• Um Skalierbarkeit zu erreichen, wird idealerweise ein Standarddesign erstellt. Ländliche Netze können nicht nach Maß entworfen werden. Der Aufwand für Planung, Bau und Logistik würde zu groß werden.

• Im Idealfall gibt es einige Synergien mit dem Materialkonzept für Vorstädte und Städte.

• Der Ausbau von FTTH auf dem Land wird das Leben auf dem Land attraktiver gestalten. Der Anschluss von zusätzlichen Kunden soll später leicht möglich sein; er darf aber auch nicht den Business Case für den Erstausbau verzerren.

• Viele ländliche Ausbauten werden von staatlichen Stellen subventioniert, was oft mit bestimmten Anforderungen verbunden ist wie z.B. der Bereitstellung von Glasfaserinfrastruktur auf Vorleistungsebene.

• Freileitungen sind anfälliger für Stürme. Es muss ein verständliches Konzept für die Fehlerlokalisierung und Fehlerbehebung geben.

Wir werden nun einige gängige Architekturen unter Berücksichtigung der oben genannten Überlegungen untersuchen.

Distributed oder Centralized Split mit zentralem Spleißpunkt

Eine gängige Lösung ist die Distributed- oder Centrailized-Split-Architektur. Vorversteckerte Terminals werden sternförmig in einem zentralen Spleißpunkt gespleißt. Dies ähnelt der Art und Weise, wie FTTH in Städten in vielen Teilen der Welt, einschließlich der USA und Großbritannien, gebaut wird. Diese Option eignet sich gut für Dörfer – es kann aber schwierig werden, große Mengen an Netzzugangspunkten oder optischen Verteilerpunkten (NAP/ODP) für abgelegene Grundstücke und Bauernhöfe auf kostengünstige Weise bereitzustellen.

Mit dieser Lösung lassen sich Nebenstraßen relativ leicht erschließen, obwohl sich Ersatzfasern im Spleißpunkt und nicht im nächstgelegenen NAP befinden. In ländlichen Gebieten mit weit auseinanderliegenden Wohngebäuden würde diese Lösung wegen der parallelen Stichleitungen eine Menge paralleler Verkabelung erfordern, was mit entsprechenden Material- und Arbeitskosten verbunden ist. Bei einer Strecke von 1 km in einem ländlichen Gebiet mit NAPs alle 300 m können beispielsweise über 3 km Kabel erforderlich sein, einschließlich des Hauptkabels selbst und der verschiedenen Stichleitungen, die sich parallel vom zentralen Spleißpunkt wegbewegen. Material- und Arbeitskosten machen die Lösung aus Kostengesichtspunkten für diese Gebäudestruktur unrentabel. Aufgrund des Platzbedarfs kann die Lösung zudem für die Infrastruktur von Drittanbietern unrentabel sein.

Das Konzept ist jedoch sehr einfach und hat einen Standardansatz, sodass es relativ leicht zu skalieren ist. In der Regel ergeben sich viele Synergien mit dem städtischen Aufbau. Handelt es sich bei dem zu erschließenden Gebiet überwiegend um Dörfer und verfügt der Betreiber beispielsweise über ein umfangreiches städtisches und vorstädtisches Netz, in dem diese Architektur zum Einsatz kommt, rechtfertigt das geringe Volumen an abgelegenen Bauernhäusern aufgrund der Komplexität und der Herausforderungen, die ein Wechsel der Lösung mit sich bringt, möglicherweise keine Änderung der Architektur.

Robuste Stecksysteme für den Außenbereich – vollständig versteckert & Plug and Play

Eine weitere Option für ländliche FTTH-Architekturen ist der Einsatz einer vollständig versteckerten Plug&Play-Lösung, wie z.B. Flexnap- aus dem Corning-Portfolio. Diese Option bietet mehrere bedeutende Vorteile, darunter eine kurze Bereitstellungszeit und die Notwendigkeit nur einer Genehmigung für den Kabel-Bau.

Allerdings bringt diese Option auch ihre eigenen Herausforderungen mit sich, wie bspw. eine hohe Abhängigkeit von Designressourcen. Eine detaillierte Auskundung der Trasse und eine ausgereifte Logistik sind vor der Bestellung unumgänglich. Die Monetarisierung des Investments wird verzögert durch eine erhebliche Zeitspanne zwischen der Initiierung des Projektes und dem Bau. Was die Kosten betrifft, so sind zwar die Material- und Konstruktionskosten höher, aber die Arbeitskosten für die Errichtung sind niedriger, da nur ein Kabel gebaut und nur minimal gespleißt werden muss. Das Design ist dagegen komplex und erfordert eine Beteiligung an der Streckenvalidierung und der Konfiguration des Kabels.

Die Skalierung hoher Stückzahlen kann eine Herausforderung darstellen, insbesondere aufgrund der konstruktiven und logistischen Herausforderungen bei der Verwendung eines vorgefertigten Kabels. Darüber hinaus muss das Design genau wie geplant ausgeführt werden, was die Flexibilität der Produktionsressourcen einschränkt.

Bei diesem Ansatz ist es schwierig, Reservefasern für die Nutzung auf Vorleistungsebene verfügbar zu halten. Reservefasern im Kabel sind in der Regel jedem NAP vorab zugewiesen. Kapazitäts-erweiterungen während der Nutzungsdauer sind schwer zu realisieren.

Trotz dieser Hürden kann eine vollständig versteckerte Lösung in bestimmten Umgebungen deutliche Vorteile bieten. Wenn beispielsweise Glasfaserkabel auf Strommasten verlegt werden, kann diese Lösung Strom-Abschaltungen während des Ausbaus minimieren, indem ein einziges, vorgefertigtes Kabel in einem einzigen Installationsdurchgang verlegt wird. Auch die Ästhetik profitiert von einer Lösung, die nur ein einziges Kabel verwendet.

Wenn das Fehlen von Spleißressourcen der entscheidende Faktor ist, kann die Tatsache, dass das Kabel vorkonfektioniert ist, ein entscheidender Faktor sein. Und auch hier gilt: Wenn diese Lösung für den Betreiber im städtischen Umfeld einsatzbereit ist und funktioniert, ist es sinnvoll, den gleichen Ansatz auch im ländlichen Raum zu verwenden. Die Anwendung dieser Lösung in ländlichen Gebieten ist relativ einfach.

Distributed TAP

Distributed TAP (DTAP) ist eine weitere Option, die als Lösung für den ländlichen Raum immer mehr an Bedeutung gewinnt und von verschiedenen Anbietern gefördert wird. Der Hauptvorteil von DTAP besteht darin, dass die Anzahl der Glasfasern gering ist, da eine einzelne Glasfaser wiederholt verwendet wird. Der Grundgedanke von DTAP besteht darin, an jedem NAP/ODP (Network Access Point / Optical Distribution Point) gerade so viel Leistung abzugeben, wie für die Erfüllung der Dienstanforderungen an diesem Standort erforderlich ist, und so viel Leistung wie möglich weiterzuleiten, um die Reichweite des Netzes zu erhöhen. Daher sind DTAP-Lösungen in der Regel recht komplex und erfordern eine sehr ausgereifte und zuverlässige logistische Unterstützung für den Aufbau.

Einige Anbieter schlagen vor, diese Komplexität zu vereinfachen, indem sie Teile standardisieren, z.B. indem sie nur 80/20- oder 70/30-Terminals verwenden. Diese Standardisierung hat jedoch zur Folge, dass an jedem Standort mehr Leistung als erforderlich verbleibt, was bedeutet, dass die OLT-Auslastung nie maximiert und, was noch wichtiger ist, die erforderliche Netzreichweite begrenzt wird. Um die in ländlichen Netzen benötigte Reichweite zu erreichen, muss das DTAP-Design sehr komplex sein und erfordert an jedem NAP eine präzise Technik. Die Skalierbarkeit ist daher aufgrund der Komplexität des Designs und der logistischen Herausforderungen schwierig.

DTAP-Netze haben auch Schwierigkeiten, zusätzliche Glasfasern für Vorleistungsverpflichtungen zu transportieren. Jede Nebenstraße muss so ausgelegt sein, dass gerade genug Leistung in sie geleitet wird. Es ist daher nicht einfach später weitere Haushalte hinzuzufügen.

Wenn der Betreiber jedoch die Komplexität von DTAP bereits an anderer Stelle implementiert hat, kann die Lösung im ländlichen Raum aufgebaut werden. Vorgefertigte Patchkabel zwischen den NAPs können verwendet werden, da auf den Masten in der Regel Platz für Überlängen vorhanden ist und die Abstände zwischen den NAPs relativ vorhersehbar sind (ein Vielfaches der Mastabstände).

Die Anzahl der Fasern ist an den Enden des DTAP-Netzes gering, was ebenfalls für die Verwendung dieser Lösung spricht. Die Lösung könnte standardisiert werden, um die Komplexität des Designs und der Logistik in diesem Anwendungsfall zu verringern. Dies kann z.B. für die Erschließung von Nebenstraßen der Fall sein. Um die Komplexität zu verringern kann man ein Dämpfungsbudget für DTAP-Punkte für Nebenstraßen definieren. Es muss jedoch etwaige Reserven für Wartung und Reparaturen enthalten.

Minirohranlagen im oberirdischen Ausbau

Eine weitere Option für ländliche FTTH-Architekturen sind Minirohranlagen als oberirdische Lösung. Für einige Betreiber ähnelt dies ihrem städtischen Aufbau – ein zentraler Spleißpunkt mit sternförmig verlaufenden Minirohrbündeln. Das Minirohrbündel wird angeschnitten, und ein Kabel wird bei Bedarf eingeblasen. Diese Option mag daher wegen der offensichtlichen Synergie mit dem städtischen Aufbau attraktiv erscheinen. Oft besteht allerdings das Problem darin, dass das Gewicht der Rohranlage zu groß für die Belastung der Mastinfrastruktur ist, auf dem sich oft bereits das bestehende Kupfernetz befindet.

Was die Kosten anbelangt, so sind die Materialkosten für Minirohranlagen für die oberirdische Verlegung mit minimalen Spleißkosten vertretbar. Das Design ist einfach, da die Minirohre oberirdisch verlegt werden. Die Skalierbarkeit ist relativ hoch und attraktiv, ähnlich wie bei einigen städtischen Architekturen.

Distributed Split-Architektur, die Fasern in jeden NAP/ODP spleißt

Eine Distributed-Split-Architektur, bei der die Fasern in jeden NAP (Network Access Point) / ODP (Optical Distribution Point) gespleißt werden, ist eine weitere Option für ländliche FTTH-Architekturen. Auch wenn sie aufgrund des potenziellen Bedarfs an Spleißressourcen zunächst unattraktiv erscheinen mag, hat diese Lösung das Potenzial, mehr Lösungskriterien zu erfüllen als die meisten der anderen Optionen.

Diese Lösung ist relativ einfach zu entwerfen. Jeder NAP/ODP hat einen Versorgungsbereich entlang einer Hauptkabeltrasse. Die Anzahl der Kabel und damit der Spleiß-Bedarf können durch die Anschneidetechnik, bei der nur am jeweiligen Punkt benötigte Bündeladern geöffnet werden minimiert werden. Wenn z.B. Bündelader 1 die 1:8-Splitter speist und Bündelader 2 zwischen den 1:8-Splittern und den 1:4-Splittern liegt, kann Bündelader 2 für jeden neuen 1:8-Splitter wiederverwendet werden.

Der Spleißaufwand kann weiter reduziert werden, indem nur die im NAP/ODP benötigten Fasern durch die Anschneidetechnik gebrochen werden, sodass die meisten NAP/ODPs nur ein oder zwei Spleiße aufweisen. Durch die oben beschriebene effektive Verwendung von Fasern kann die Anzahl der Fasern im Kabel optimiert werden. Die Anschneidetechnik bei Kabeln mit geringeren Faserzahlen ist einfacher zu realisieren.

Jeder NAP/ODP ist ein Spleißknoten, d.h. selbst wenn die auf Vorleistungsebene benötigte Glasfaser am ersten Tag nicht benötigt wird, ist sie im nahe gelegenen NAP/ODP zugänglich. Es gibt zusätzliche Möglichkeiten, die Kosten für die Erfüllung dieser Verpflichtungen zu senken, z.B. durch aufgeschobene Spleißkosten in der betreffenden Bündelader. Nebenstraßen können in jeden NAP/ODP eingebunden werden, und Erweiterungen sind im Allgemeinen im Rahmen der Kapazität des Netzes leicht zu bewältigen.

Was die Kosten anbelangt, so fallen zwar an jedem entfernten Zugangspunkt Spleißkosten an. Jedoch ist die Anzahl der zu spleißenden Fasern gering. Die Sicherung der Baustellen am Straßenrand können höhere Kosten erzeugen. Die Kosten für die Einrichtung des Baustellen-Standorts würden bei jeder NAP/ODP-Lösung anfallen.

Das Design ist auf viele Ausbaugebiete anwendbar und kann einfach umgesetzt werden. Die verwendeten Materialien sind austauschbar, jedes Kabel oder jede Muffe kann überall verwendet werden. Die Muffenlösung kann durch sinnvolles Zubehör für Standardkonfigurationen weiter vereinfacht werden. Dies macht die Distributed Split-Architektur zu einer praktikablen und potenziell kosteneffizienten Lösung für den Aufbau von FTTH in ländlichen Gebieten. Die oben genannten Vorteile helfen bei der Skalierung.

Schlussfolgerung

Der Aufbau von FTTH im ländlichen Raum ist mit einer Reihe von Herausforderungen und Überlegungen verbunden. Alle erwähnten Variablen müssen berücksichtigt und optimiert werden. Die Architektur kann am Ende eine Mischung aus den oben genannten Architektur-Optionen sein.

Zur Veranschaulichung zeigt der folgende fiktive Entwurf eine zentrale Split Architektur in einem Dorf (siehe auch Bild „Beispiel einer dörflichen Glasfaseranbindung“). Evolv-Terminals werden mit BPEO-Muffen und Evolv-Terminals mit Spleißoption verbunden. Jede einzelne Adresse kann durch einen Anschluss am Evolv-Terminal erschlossen werden.

• Das Design ist standardisiert und kann auf verschiedenste ländliche Gebiete angewandt werden

• Die Lösung ist für ein Dorf eine ästhetisch sinnvolle Lösung

• Die Materialien sind minimal dimensioniert. Bestehende Infrastruktur kann genutzt werden

• Die Anschlüsse der Evolv Terminals sind alle mit Pushlok ausgestattet; die Installation der Kundenanschlüsse ist immer gleich

• Alle Bauteile erfüllen die Schutzart IP68, sodass sie sowohl unterirdisch als auch oberirdisch verwendet werden können

• Die BPEO-Muffen bieten die Möglichkeit, Nebenstrecken einfach zu spleißen. Fasern können verschiedenste Anwendungen zugewiesen werden. Eine Mehrfachnutzung der Fasern entlang der Hauptkabeltrasse ist möglich

• Die BPEO-Muffen bieten die Möglichkeit, bei Bedarf Glasfaser auf Vorleistungsebene anzubieten

• Durch die Wiederverwendung von Glasfasern in Haupt- und Verzweigerkabel wird die Anzahl der gespleißten Kabelabschnitte minimiert

• Durch die Wiederverwendung von Glasfasern wird die Faserzahl pro Mast minimiert

Über die Autoren

Stephen Carleton ist Sales Manager bei Corning in Ireland.

Pedro Dias ist Market Development Manager Optical Commercial Operations EMEA bei Corning.

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Der Glasfaserausbau im ländlichen Raum ist entscheidend

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