Gl a s fa se rne tzstrukt uren –
E i n V erglei c h z wisch en PON u nd P2 P
GL ASFASERN ETZSTRU K TU REN
Ein Vergleich zwischen PON und P2P
I m pr ess um
Herausgeber:
Landratsamt Ostalbkreis
Stuttgarter Straße 41
73430 Aalen
www.ostalbkreis.de
Tele-Kabel-Ingenieurgesellschaft mbH
Curiestraße 19
09117 Chemnitz
www.tki-chemnitz.de
Redaktion:
Thomas Jungnickel
André Steinert
Thomas Holy
Thomas Klopfer
Walter Berner
Herstellung und Gestaltung:
Landratsamt Ostalbkreis
Aalen, August 2015
III
G l a s fa s e r n e tzstru k tu r e n –
Ei n V e rg le i c h z w is c h e n P O N u n d P2 P
Kurzfassung...................................................................................... IV
Abstract...........................................................................................VII
Vorwort............................................................................................ X
Inhaltsverzeichnis............................................................................... XII
Abbildungsverzeichnis. . ......................................................................XIV
Tabellenverzeichnis. . .......................................................................... XV
Abkürzungsverzeichnis.......................................................................XVI
Literaturverzeichnis........................................................................... XVII
1_Einleitung..................................................................................... 18
2_Technologievergleich. . ..................................................................... 19
3_Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete.............................. 31
4_Kostenschätzung für den gesamten Ostalbkreis...................................49
Anhang.......................................................................................... LVI
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
IV
Ku r zfa ssu n g
In der vorliegenden Studie wurde ein Vergleich zwischen den beiden Netzstrukturen in der
Glasfasertechnik hinsichtlich der Investitionskosten erstellt. Im ersten Vergleich anhand zweier
Testgebiete im Ostalbkreis konnte festgestellt werden, dass Kosteneinsparungen bei Nutzung
eines PON-Systems realistisch sind. Dafür sind besonders die Kosten für die aktive Technik, für
das Material in der Hauptkabelebene und für die CO-Standorte ausschlaggebend. Ein weiterer
Vorteil ist die Nutzungsmöglichkeit von vorhandener Infrastruktur. Kann bei einem möglichen
Netzausbau auf derartige Strukturen zurückgegriffen werden, können die Kosten im PON-System
weiter gesenkt werden. Durch die geringere Anzahl an CO-Standorten ergibt sich eine geringfügig höhere Tiefbaulänge, die das Ergebnis schmälert. Dafür benötigt man im Backbone-Bereich
weniger Trassen und somit weniger Tiefbau, was zu einer Kostenreduzierung führt.
Werden die beiden Simulationsgebiete untereinander verglichen, dann zeigt sich, dass sich
ein PON-System in dichtbesiedelten Gebieten besser eignet als in den ländlich geprägten
Gebieten. Durch die höhere Anschlussdichte im städtischen Betrachtungsgebiet ergeben sich
geringere Kosten aufgrund des geringeren Materialbedarfs in der Hauptkabelebene.
In der Berechnung für den gesamten Ostalbkreis ergibt sich ein ähnliches Ergebnis. Aufgrund
der im P2P-System hohen Anzahl an benötigten Fasern, können im PON-System vor allem Kosten
bei den Kabeln / Fasern (Einsparung ca. 73 % gegenüber P2P) sowie der passiven Faserabschlüsse (Einsparung ca. 96 % gegenüber P2P) und der aktiven Technik im CO (Einsparung
ca. 72 % gegenüber P2P) eingespart werden. Werden zusätzlich die Energieverbrauchskosten
betrachtet, wird festgestellt, dass sich die Betriebskosten bei Nutzung eines Ports durch mehrere
Kunden deutlich unterscheiden.
Das Einsparungspotential bei PON pro Gebäude von ca. 50 % (siehe Tabelle 8) erscheint auf
den ersten Blick recht hoch. Die Vermutung liegt nahe, dass sich dieser Kostenvorteil von PON
bei der Berücksichtigung der Tiefbaukosten reduzieren wird.
Die Ergebnisse der Studie beruhen auf einer Vielzahl von Annahmen, um die Berechnungen
zu vereinfachen. Die vorgenommenen Berechnungen haben Modellcharakter. Die folgenden
Punkte könnten in einer weiteren Betrachtung die Erkenntnisse bestätigen und vertiefen:
•
In allen Szenarien wurde die Netzebene des Backbones nicht berücksichtigt. Durch die
teils großen Abweichungen in der Anzahl der CO-Standorte wird sich der Vergleich
zwischen den beiden Netzstrukturen durch die Einbeziehung der Backboneinfrastruktur
verändern.
•
Vor allem im Szenario für den gesamten Landkreis wurde die Vereinfachung getroffen,
dass alle installierten CO die gleiche maximale Faseranzahl aufweisen. Allerdings
wird diese Restriktion von einem realen Ausbau abweichen. Durch die teilweise stark
dezentrale Ausrichtung der Siedlungsstruktur können auch mehr als die angenommenen
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kurzfassung
50 CO-Standorte für ein P2P-System errichtet werden. So genannte Mini-CO-Standorte
können zum Beispiel ca. 500 Teilnehmer versorgen. Deren Errichtungskosten sind dann
nicht mehr mit den in der P2P-Betrachtung angesetzten Kosten für einen CO-Standort
zu vergleichen.
• In Zusammenhang mit der Planung von Mini-CO-Standorten können durch eine Einbeziehung bestehender FTTC-Infrastrukturen die Kosten bei der Errichtung der Hauptkabelebene
reduziert werden. In beiden Szenarien sind solche parallelen Strukturen verwendbar.
• Durch die höhere Anzahl an Mikrorohren im P2P-System kann es im Bereich der COStandorte zu höheren Grabungskosten kommen, da hier die Grabenbreite von den
Standardwerten abweicht. Durch diesen Effekt, kann der Kostenvorteil der PON-Struktur
noch verstärkt werden.
Aufgrund der Ergebnisse aus den einzelnen Szenarien kann eine Entscheidung nur zu Gunsten
eines Ausbaus mit einem PON-System insbesondere im städtischen Bereich erfolgen. Im Hinblick auf die sehr hohen Ausbaukosten für den gesamten Landkreis sollten sämtliche Einsparungspotentiale ausgeschöpft werden. Bezüglich der Einhaltung der Förderrichtlinie des Landes
Baden-Württemberg muss ein Open-Access realisiert werden. Dazu wurde in Absprache mit
den Netzbetreibern des Ostalbkreises der Bitstream-Access als mögliche Lösung für die PONStruktur ermittelt.
Grundsätzlich ist es allerdings möglich, dass in jedem CO eine andere Technik zum Einsatz
kommen kann. In den dichtbesiedelten Bereichen des Ostalbkreises ist die PON-Struktur zu
bevorzugen. In Ortsteilen mit geringen Anschlusszahlen, in denen ein Einsatz von Mini-COStandorten denkbar ist, kann auch ein P2P-System implementiert werden. Vor allem die Kostenvorteile des PON-Netzes bei den passiven Faserabschlüssen und der aktiven Technik, die aus
der hohen Anzahl von Teilnehmern pro Port resultieren, kommen in diesem Fall nicht zum Tragen.
Anregungen für den Netzausbau
Es wird vorgeschlagen, dass der Netzbetrieb zunächst auf Basis einer PON-Netzstruktur
erfolgt. Später kann mit wachsender Nachfrage nach Breitband das Netz bei Bedarf zu P2P
aufgerüstet werden. Dafür sind die Voraussetzungen von Anfang an zu schaffen, weswegen
bei der Planung und beim Bau des Netzes drei Punkte zu beachten sind:
1. Die Splitter sind so zu verbauen, dass sie langfristig zugänglich sind und ggf. durch
solche mit einem kleineren Splittingverhältnis ausgetauscht werden können.
2. An den Standorten der Netzverteiler muss eine Möglichkeit zur Erweiterung bestehen,
damit die PON-Struktur durch aktive P2P-Technik ergänzt oder ersetzt werden kann. Dies
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
V
VI
Kurzfassung
kann beispielsweise durch einen zweiten Schaltschrank mit aktiver Technik geschehen,
von dem die P2P-Verbindungen zum vorhandenen PON-Netzverteiler geschaltet werden.
3. Ebenfalls muss bei der Planung darauf geachtet werden, dass bei einer späteren Aufrüstung des Netzes zu einem P2P-Netzwerk eine Anbindung der Netzverteiler an das
Stromnetz möglich ist.
Da nach dem vorgeschlagenen Konzept für jeden Anschluss bereits von Anfang an zwei Fasern
vorgesehen werden, sind bei einem späteren Übergang von PON zu P2P in der Verteilebene
keine Tiefbauarbeiten mehr nötig. Da der Netzbetreiber mit PON beginnt, sind zu Beginn
nur eine geringe Zahl von aktiven Bauelementen notwendig. Beides führt zu vergleichsweise
geringen Investitionen. Auch die Betriebskosten (Strom, Kühlung) orientieren sich am aktuellen
Bedarf. Steigt die Nachfrage nach Bandbreite, so kann das Netz ganz oder in Teilen von
PON zu P2P aufgerüstet werden. Der gleichzeitige Betrieb beider Netzvarianten in einem Ort
ist aus technischer Sicht problemlos möglich.
Mit dem Ansatz, von Beginn an in der Verteilebene alle für P2P erforderlichen Fasern zu verlegen, die Möglichkeit zur späteren Aufrüstung auf P2P vorzusehen, die aktive Technik zu Beginn
aber in PON auszuführen und später nachfrageorientiert auf P2P umzusteigen, wird dem heute
in der Telekommunikationsbranche üblichen Ansatz „pay as you grow“ gerecht. Dies führt zu
Netzen, für die Investitionen bedarfsorientiert erfolgen, die aber gleichwohl offen für zukünftige
erhöhte Nachfrage nach Bandbreite sind.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
VII
A bstr act
This study compared two optical fiber network structures (PON and P2P) from the perspective
of investment costs. The first comparison, based on two test areas in the Ostalbkreis district
(Baden-Württemberg, Germany), revealed that cost savings are realistic if a PON system is
used. The following factors play a particularly crucial role here: the cost of the active technology, the cost of the materials at the main cable level, and the cost of the CO (Central Office)
locations. Another advantage of PON is the ability to use existing infrastructure. If this can be
used as part of a possible network deployment, the costs involved in the PON system may be
further reduced. The smaller number of CO locations results in slightly longer cable ducts and
thus more civil engineering works which has negative impact on the bottom line. However,
fewer routes are required for the backbone, meaning less civil engineering work, which result
in reduced overall costs.
Comparing the two simulation areas we learn that a PON system is better suited to densely
populated areas than to rural ones. A higher connection density in urban areas results in lower
costs, because fewer materials are required at the main cable level.
A similar result is obtained when calculating the costs for the complete Ostalbkreis. Due to the
large number of fibers required, the key points for cost savings in the case of the PON system
are the cables (savings approx. 73 % wrt. P2P) plus the passive fiber termination devices (savings
approx. 96 % wrt. P2P) and the active equipment in the CO (savings approx. 72 % wrt. P2P).
If the costs of power consumption are considered as well, it becomes evident that there are
significant differences in operating costs when the same port is used by multiple customers.
However, the potential savings of approximately 50% that have been achieved by omitting the
costs of the civil engineering work appear to be very high. If civil engineering work is integrated in the relative cost comparison, then the percentage of cost saving will become smaller.
The results of the study are based on various assumptions in order to simplify the calculations.
The calculations are intended to serve as models. If analyzed further, the following points may
help to confirm and expand upon the findings:
• The backbone network level was not taken into consideration in any of the scenarios.
Given the sometimes large variations in the number of CO locations, a comparison of
the two network structures will yield different results when the backbone infrastructure
is factored in.
• The following simplification was used in particular in the scenario covering the entire
Ostalbkreis district: all installed COs were assumed to have the same maximum number
of fibers. However, this constraint differs from a real-life expansion situation. Given that
the settlement structure tends to be highly dispersed in places, it may be necessary to
set up more than the assumed number of 50 CO locations for a P2P system. So-called
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
VIII
Abstract
mini-CO locations would, for instance, be capable of serving approximately 500 subscribers. The associated set-up costs would then bear no resemblance at all to the estimated
costs of a CO location as set out in the P2P analysis.
• When planning mini-CO locations, the set-up costs at the main cable level may be
reduced by using existing FTTC infrastructures. Parallel structures of this kind can be
used in both scenarios.
• The higher number of microducts associated with the P2P system may lead to greater
excavation costs close to the CO locations, as the related excavation width differs from
the standard values. This effect may serve to further reinforce the cost benefits of the
PON structure.
In light of the results obtained from the individual scenarios, it is obvious to opt for a PON
system, particularly in urban areas. Considering the extremely high deployment cost for the complete Ostalbkreis, full advantage should be taken of all potential savings. To ensure compliance
with the subsidy directive issued by the state of Baden-Württemberg, an open access approach
must be implemented. With this in mind, bitstream access was identified as a possible solution for the PON structure in consultation with the network operators in the Ostalbkreis district.
In principle, it is possible to use a different technology in each CO. The PON structure is the
preferred option for the densely populated areas of the Ostalbkreis district. In areas with a
low number of connections and where mini-CO locations could conceivably be used, a P2P
system can also be implemented. In this case, the cost savings of a PON wrt. passive fiber
termination and active equipment resulting from the large number of customers per port, will
not come into effect.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Abstract
Suggestions for net work expansion
It is proposed that the network operation initially be deployed on the basis of a PON network
structure. As demand for broadband increases, the network can subsequently be upgraded
to P2P. The necessary provisions to support this should be put in place from the outset. The
following three items should be taken into account:
1. The splitters must be installed in such a way that their long-term accessibility is ensured
and they can, where applicable, be replaced by others having a lower splitting ratio.
2. Sufficient space should be available to expand the cabinets for the network distribution points so that the PON structure can be supplemented or replaced by active P2P
technology. For example, this could be achieved by installing a second control cabinet
containing active technology, where the P2P connections would be linked to the existing
PON network distribution points.
3. It should be possible to connect the network distribution points to the electric power grid
when the network is subsequently upgraded to a P2P network.
Since the proposed concept suggests two fibers per connection from the outset, no further civil
engineering work will be required at distribution level in the event of a subsequent transition
from PON to P2P. As the network operator will be starting with PON, a small number of active
components will be required at the beginning. This will result in a relatively low level of investment. The operating costs (electricity, cooling) as well will be based on current demand. If the
demand for bandwidth increases, the network can be fully or partially upgraded from PON
to P2P. From a technical perspective, both types of network can be operated simultaneously
in the same location without any problems.
It follows the “pay as you grow” concept if
• all fibers required for P2P are installed on distribution level from the outset
• the conditions for a later upgrade to P2P are incorporated
• the network is deployed as PON
• the network is ugraded to P2P, when demanded by the customers
Tis approach yields in a network which on one hand meet the customers’ increasing demand
for bandwidth and on the other hand the investments follow the technical requirements.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
IX
X
Vo rwo rt
Die hier vorliegende Studie „Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P“
entstand im Rahmen des baden-württembergischen Modellprojekts „Kreisweite Netzplanung
für ein Hoch- und Höchstgeschwindigkeitsnetz im Ostalbkreis“. Die Studie vereint theoretisches
und praktisches Wissen und gibt auf Basis der Planungsergebnisse konkrete Handlungsempfehlungen, wie kommunale Netze unter kosteneffizienten Gesichtspunkten sowohl leistungsfähig als
auch zukunftsfähig geplant und gebaut werden können. Vor allem die neuen technologischen
Entwicklungen wie Internet der Dinge oder Industrie 4.0 sind auf eine leistungsfähige Telekommunikationsinfrastruktur angewiesen. Seit der Liberalisierung des Telekommunikationsmarktes in
den 1990er Jahren erfolgt jedoch vor allem im Ländlichen Raum der Ausbau der Infrastruktur
nur noch marktgetrieben und damit punktuell. Dies führt nicht nur zu Standortnachteilen für die
lokalen Ökonomien, sondern senkt auch die Lebensqualität der Bevölkerung, die aufgrund neuer
Nutzungs- (Streamingdienste, Online-Anwendung, Filehosting) und Arbeitsformen (Home-Office)
ebenfalls auf eine zukunftsfähige Infrastruktur angewiesen ist. Um die Wirtschaftskraft und die
Lebensqualität für die Bürgerinnen und Bürger zu erhalten und auszubauen, muss daher die
öffentliche Hand verschiedentlich in den Markt lenkend eingreifen.
Seit 2009 hat deswegen die Stabsstelle Wirtschaftsförderung-Tourismus-Europabüro der Landkreisverwaltung eine koordinierende Funktion bei der Verbesserung der Breitbandinfrastruktur
im Ostalbkreis übernommen. So wird durch eine intensive interkommunale Zusammenarbeit
das Ziel verfolgt, den Ostalbkreis flächendeckend mit einem Höchstgeschwindigkeitsnetz zu
erschließen. Bereits die Breitbandinitiative II des Landes bot in ihrer ersten Fassung dafür gute
Rahmenbedingungen. Durch die hervorragende Zusammenarbeit aller 42 Städte und Gemeinden mit dem Landkreis und der Unterstützung durch den Kreistag ist es gelungen, die für ein
solches NGA-Netz notwendige Planung als Modellprojekt vom Land Baden-Württemberg
anerkannt zu bekommen. Das mittlerweile abgeschlossene Modellprojekt „Kreisweite Netzplanung im Ostalbkreis“ umfasst die Grobplanung für einen kreisübergreifenden Backbone,
eine FttC-Feinplanung für die unterversorgten Gebiete sowie eine kreisweite FttB-Feinplanung.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Vorwort
Die Idee zu dieser Studie entstand aufgrund der Siedlungsstruktur des Landkreises bereits in
einem frühen Planungsstand innerhalb der Gesamtprojektierung. Mit einer Fläche von 1.512 km²
ist der an der Landesgrenze zum benachbarten Freistaat Bayern gelegene Ostalbkreis der
größte Landkreis im Regierungsbezirk Stuttgart und der drittgrößte in Baden-Württemberg. Er
umfasst 1.000 Wohnplätze. Das mit der kreisweiten Netzplanung beauftragte Planungsbüro,
die Tele-Kabel-Ingenieurgesellschaft mbH (TKI) aus Chemnitz, ging daher von erheblichen Investitionskosten beim Aufbau eines Höchstgeschwindigkeitsnetzes aus. Neben der konsequenten
Nutzung von Synergien im Verbund mit anderen Baumaßnahmen und der Berücksichtigung
bereits vorhandener Infrastrukturen sah man in der Verwendung einer alternativen Netzstruktur weitere Einsparpotentiale beim Aufbau eines solchen Netzes. In Expertengesprächen mit
Vertretern von nationalen, regionalen und lokalen Netzbetreibern sowie mit kommunalen Entscheidungsträgern, die sich bereits in der Umsetzungsphase für ein glasfaserbasiertes Höchstgeschwindigkeitsnetzes befanden, wurden diese Ansätze bestätigt, aber auch um weitere
Punkte ergänzt.
Ohne das große Engagement der eingebundenen Akteure hätte die Studie inhaltlich nicht
so fundiert erarbeitet werden können. Mein Dank gilt daher insbesondere den Vertretern des
Ministeriums für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg, der Landesanstalt für Kommunikation Baden-Württemberg sowie der Stadtwerke der Großen Kreisstädte im
Ostalbkreis, die wertvolle Inputs bei der Erstellung dieser Studie geliefert haben.
Ein herzlicher Dank geht auch an das Projektteam bestehend aus Mitarbeitern der Landkreisverwaltung und des Planungsbüros TKI mbH, das mit Kreativität und Sachverstand an dieser
Studie gearbeitet hat.
Es gilt jetzt, den flächendeckenden Ausbau des Ostalbkreises mit einem Höchstgeschwindigkeitsnetz und dessen Betrieb schnellstmöglich zu realisieren, um so eine weitere wichtige Säule
für eine erfolgreiche wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklung zu schaffen.
Klaus Pavel
Landrat des Ostalbkreises
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
XI
XII
I n h a lts v e r ze i c h n is
1
Einleitung.............................................................................. 18
2.1 Point-to-Point (P2P).................................................................. 19
2 Technologievergleich............................................................... 19
2.2 Passive Optical Network (PON)................................................ 22
2.2.1 Technische Entwicklung........................................................... 22
2.2.2 Netzstruktur . . ......................................................................... 24
2.3 Zusammenfassung der theoretischen Betrachtungen...................... 29
3.1 Berechnungsparameter und -prämissen. . ..................................... 31
3 Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete....................... 31
3.2 Simulationsgebiet für den ländlichen Raum................................. 35
3.2.1 Simulation P2P-Netzwerk......................................................... 36
3.2.2 Simulation PON-Netzwerk....................................................... 38
3.2.3 Vergleich.............................................................................. 40
3.3 Simulationsgebiet bei städtischer Bebauung................................ 42
3.3.1 Simulation P2P-Netzwerk......................................................... 43
3.3.2 Simulation PON-Netzwerk....................................................... 44
3.3.3 Vergleich.............................................................................. 46
4.1 Wichtige Eingangsparameter und -prämissen.............................. 49
4 Kostenschätzung für den gesamten Ostalbkreis............................49
4.2 Ergebnisse der Berechnung...................................................... 52
4.3 Berücksichtigung der Stromkosten im CO. . .................................. 55
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Inhaltsverzeichnis
im Anhang enthalten
1
Eingangsparameter für die Simulationsgebiete.............................. LVI
1.1 Parameter im P2P-Netz...............................................................LVI
1.2 Parameter im PON-Netz............................................................ LVII
2Berechnungsparameter für die Kostenbetrachtung im gesamten
Ostalbkreis............................................................................LVIII
2.1
Parameter im P2P-Netz............................................................. LVIII
2.2 Parameter im PON-Netz............................................................ LIX
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
XIII
XIV
A bbi ld u n gs v e r ze i c h n is
Abbildung 1:
Schema der P2P-Struktur .............................................................. 19
Abbildung 2: Zuführungskabel im P2P-System ..................................................... 20
Abbildung 3:
Dämpfung in der Glasfaser bei unterschiedlichen Wellenlängen ......... 21
Abbildung 4:
Entwicklung der PON-Technologie ................................................. 24
Abbildung 5:
Schema einer PON-Struktur.
Eine Faser vom CO versorgt mehrere Endabnehmer .......................... 25
Abbildung 6: Zuführungskabel im PON-System ................................................... 25
Abbildung 7:
Beispiel eines Mehrfach-PON-Systems ............................................ 27
Abbildung 8:
Beispiel für das verwendete Splitterschema in der Simulation
von PON-Netzen ........................................................................ 34
Abbildung 9:
Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“ .............................................. 35
Abbildung 10: Gebäude- und Anschlussverteilung
im Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“ . . ....................................... 36
Abbildung 11: Verteilung WE pro Gebäude
im Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“ . . ........................................ 36
Abbildung 12: P2P-Netzstruktur für das Simulationsgebiet „ländlicher Raum“ ............. 37
Abbildung 13: PON-Netzstruktur für das Simulationsgebiet „ländlicher Raum“ ........... 39
Abbildung 14: Simulationsgebiet „städtische Bebauung“ ........................................ 18
Abbildung 15: Gebäude- und Anschlussverteilung
im Simulationsgebiet „Städtische Bebauung . . .................................. 43
Abbildung 16: Verteilung WE pro Gebäude
im Simulationsgebiet „Städtische Bebauung“ ................................... 43
Abbildung 17: P2P-Netzstruktur im Simulationsgebiet „städtische Bebauung“ ............. 44
Abbildung 18: PON-Netzstruktur im Simulationsgebiet „städtische Bebauung“ ........... 45
Abbildung 19: Gebäude- und Anschlussverteilung im Ostalbkreis“ ........................... 49
Abbildung 20: Clusterung der Gebäudestruktur nach
Anzahl Anschluss pro Gebäude .................................................... 50
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
XV
Ta be lle n v e r ze i c h n is
Tabelle 1:
Vergleich der wichtigsten PON-Standards ............................................ 22
Tabelle 2: Qualitativer Vergleich PON vs. P2P . . ................................................... 49
Tabelle 3: Kennzahlen zum Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“ . . .......................... 35
Tabelle 4: Vergleich der Netzstruktur für das Simulationsgebiet „ländlicher Raum“ . . ... 41
Tabelle 5: Kennzahlen zum Simulationsgebiet „Städtische Bebauung“ ..................... 42
Tabelle 6: Vergleich P2P-PON in der „städtischen Bebauung“ ................................ 48
Tabelle 7: Kennzahlen zum Ostalbkreis bezogen auf ein FTTB/-H-Szenario .............. 50
Tabelle 8: Vergleich der Netzstrukturen im Ostalbkreis .. ........................................ 54
Tabelle 9: Vergleich von Energiekosten im CO . . ................................................... 55
Tabelle 10: Eingangsparameter des P2P-Netztes ................................................... LVI
Tabelle 11: Eingangsparameter des PON-Netzes .................................................. LVII
Tabelle 12: Parameter des P2P-Systems für die Gesamtbetrachtung ......................... LVIII
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
XVI
A bkü r zu n gs v e r ze i c h n is
ATM
Asynchronous Transfer Mode
BPON
Broadband Passiv Optical Network
CO
Central Office
CPE
Customer Premises Equipment
DS
Downstream
DOCSIS Data-Over-Cable-System-Interface-Spezification
EPON
Ethernet Passive Optical Network
FTTB
Fiber-to-the-Building
FTTC
Fiber-to-the-Curb
FTTH
Fiber-to-the-Home
GE
Geschäftseinheit / Gewerbeeinheit
GEPON Gigabit Ethernet Passiv Optical Network
GfAP
Glasfaserabschlusspunkt
GPON
Gigabit Passive Optical Network
Mbit/s
Megabit pro Sekunde
OAK
Ostalbkreis
ODF
Optical Distribution Frame (Faserabschlusspunkt im CO)
OLT
Optical Line Termination (Abschlusspunkt Linientechnik CO)
ONT
Optical Network Termination (Abschlusspunkt Linientechnik Gebäude / Kunde)
P2P
Point-to-Point
PON
Passive Optical Network
PoP
Point of Precense (entspricht: CO)
RFoG
Radio Frequency over Glass
TDM
Time Division Multiplex
US
Upstream
WDM
Wavelenght Division Multiplexing
WE
Wohneinheit
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
XVII
Lite r atu rv e r ze i c h n is
Alcatel-Lucent (2007) Alcatel-Lucent 7302 ISAM, unter:
http://tb.com.ar/pdf/7302%20ISAM%20FD%20Data%20Sheet.pdf
Alcatel-Lucent (2013) FTTX Architekturen mit ISAM. unter:
http://www.air-broadband.com/fileadmin/user_upload/Pr%C3%A4sentationen/-AIR_
Broadband_ISAM_Pr%C3%A4sentation.pdf
Eberlein, D. (2012) Leitfaden Fiber Optic. Dr. M. Siebert GmbH, Berlin: 2. Auflage
Frohberg et al. (2008) Taschenbuch der Nachrichtentechnik. Carl Hanser Verlag, Leipzig
Huawei (2010) Next generation PON evolution. Huawei Technologies Co. unter:
http://www.ptinovacao.pt/content/WP-Evolution-of-FTTH-Networks-for-NG-PON2.pdf
Kölschenbach, V. (2007)
Die Entwicklung der moderneren Glasfaser für die Telekommunikation, in:
„Jahrbuch der Lichtwellenleitertechnik 2008“ Dr. M. Siebert GmbH, 1. Auflage 2007
Keller, A. (2011)
Breitbandkabel und Zugangsnetze – Technische Grundlagen und Standards,
Springer Verlag, Heidelberg: 2. völlig neubearbeitete Auflage
Rigby, P. et al. (2014) New FTTH-based Technologies and Applications. Fiber to the Home
Council Europe
Statistisches Bundesamt (2012)
Wirtschaftsrechnung – Private Haushalte in der Informationsgesellschaft – Nutzung von
Informations- und Kommunikationstechnologie, Wiesbaden, unter:
https://www.destatis.de/DE/Publikationen/ Thematisch/ EinkommenKonsumLebens­
bedingungen/PrivateHaushalte/ PrivateHaushalteIKT2150400127004.pdf?__
blob=publicationFile
ITU-T (2013) 40-Gigabit-capable passive optical netwoks (NG-PON2):
General requirements. Telecommunication standardization sector of ITU:
Series G: Tramission systems and media, digital systems and networks (G.989.1)
unter: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.989.1-201303-I/enb
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
18
1_ Ei n le itu n g
Der Breitband-Bedarf in Deutschland ist innerhalb der letzten Jahre sowohl bei Privat- als auch
bei Geschäftskunden stark angestiegen. Dieser Trend setzt sich auch weiterhin fort. Während
in der Summe die Anzahl neu geschalteter Breitband-Anschlüsse abnahm, erhöhten sich vor
allem die Zugangsgeschwindigkeiten. Schätzungen zufolge belief sich die Anzahl der Breitbandanschlüsse in Deutschland im Jahr 2012 auf insgesamt 30 Mio. Somit verfügen ca. 80 %
der deutschen Haushalte über eine Basisinfrastrukturversorgung zur Nutzung von modernen
Sprach-, Daten- und (eingeschränkten) Videodiensten. Circa 80 % aller Breitbandanschlüsse
entfielen dabei auf die xDSL-Technologien, die damit in Deutschland weiterhin die mit großem
Abstand vorherrschenden Anschlusstechnologien darstellen. Dass alternative Zugangstechnologien jedoch weiterhin an Bedeutung gewinnen, zeigt mit ca. 10 % vor allem der Anteil der
Kabel-Technologie an Breitbandanschlüssen (vgl. Statistisches Bundesamt, 2012).
Um dauerhaft und zukunftssicher ausreichend hohe Datenraten bereitzustellen, muss der Glasfaserausbau vorangetrieben werden. Hier hat sich der Landkreis Ostalbkreis in Baden-Württemberg dazu entschlossen, eine landkreisweite und flächendeckende Fiber-to-the-Building
(FTTB)-Planung mit einer anschließenden Backbone-Planung für die Anbindung der zentralen
Point-of-Presence (PoP) bzw. Central Office (CO) erstellen zu lassen.
Bei der Erstellung einer Glasfasernetzkonzeption hat vor allem die Netzstruktur einen wesentlichen Einfluss. Bei den Glasfasernetzen können dabei zwei verschiedene Konzepte unterschieden werden. Bei der Point-to-Point (P2P)-Struktur wird jede Faser des Endabnehmers bis in den
CO durchgezogen. Im Passiv Optical Network (PON) kommen dagegen Splitter zum Einsatz,
die zwischen CO und Netzabschluss eine Faser auf mehrere Anschlüsse aufteilen.
Je nachdem welche Netzstruktur angewandt wird, ergeben sich unterschiedliche Kabellängen,
Mengen von CO-Standorten, verwendeten Splittern und aktiver Komponenten im Netz. Daher
wird im Rahmen dieses Projektes vor allem der monetäre Einfluss der Netzstruktur auf mögliche
Ausbauszenarien untersucht. Zunächst erfolgt ein theoretischer Vergleich der Netzstrukturen
hinsichtlich ausgewählter Kriterien.
Anschließend wird anhand zweier unterschiedlicher Simulationsgebiete ein Kostenvergleich
zwischen den beiden Netzstrukturen erarbeitet und diskutiert. Die Stadt Schwäbisch Gmünd
dient dabei als Fallbeispiel für eine städtische Siedlungsstruktur. Für eine ländlich geprägte
Siedlungsstruktur wird das Gebiet um Gschwend, Spraitbach, Eschach und Ruppertshofen als
Beispiel herangezogen.
Im letzten Schritt wird eine Berechnungsmethodik für den gesamten Landkreis vorgestellt, die
Aussagen über die Auswirkungen der Netzstruktur auf große zusammenhängende Gebiete
treffen soll.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
TECHNOLOGIEVERGLEICH
2 _Tec h n o logi e v e rg le i c h
Im folgenden Kapitel sollen die beiden Netztopologien hinsichtlich ihrer technischen Parameter
beispielhaft verglichen werden. Dabei fließen die allgemeine Struktur sowie die zu erzielenden
Bandbreiten und zukünftigen Entwicklungen in die Betrachtung ein.
2.1 Point-to-Point (P2P)
Eine vergleichsweise einfache Netzstruktur beschreibt das P2P-Netz. Ausgehend von der Vermittlungsstelle (CO) wird eine Glasfaser bis zum definierten Endpunkt durchgezogen. Im FTTHFall bedeutet dies, dass mindestens eine Faser pro Wohn- oder Geschäftseinheit in direkter
Verbindung zum CO verlegt wird. Ein entscheidender Vorteil ist demnach, dass die Struktur
leicht verständlich, gut verwaltbar und einfach betreibbar ist, da keine zusätzlichen Netzkomponenten zwischen CO und Endpunkt der Glasfaserlinientechnik (GfAP) eingefügt sind. Der
Vorteil einer solchen Netzarchitektur liegt darin, dass jeder Netzabschluss eine eigene Faser
„besitzt“. Somit kann jeder Teilnehmer die maximale Datenrate des geschalteten Anschlusses
nutzen. Zudem sind die übertragbaren Datenraten skalierbar, so dass jedem Teilnehmer individuelle Datenraten vom Netzbetreiber zur Verfügung gestellt werden können.
Abbildung 1:
Schema der P2PStruktur
Abbildung 1 verdeutlicht die Netzstruktur eines P2P-Systems. Beim FTTB-Ansatz würde diese
Datenrate auf alle Wohneinheiten eines Gebäudes aufgeteilt. Trotzdem ist eine Zukunftssicherheit des entstehenden Netzes gegeben, da die bereits verfügbaren Datenraten auf lange Sicht
für private Haushalte und Gewerbebetriebe ausreichend sein sollten.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
19
20
TECHNOLOGIEVERGLEICH
Eine solche Netzstruktur wirkt sich aber nachteilig auf die Investitionskosten aus. In Gebieten
mit hoher Anschlussanzahl werden sehr viele Fasern und demnach Kabel für die Anbindung
der Wohn- und Geschäftseinheiten benötigt. An den Konzentrationspunkten (CO) müssen alle
Fasern abgeschlossen und beschalten werden. Hier vervielfacht sich die Anzahl der aktiven
Komponenten deutlich. Darunter fallen Port-Karten, Gestelle, Laser und Controller, die die Signalverarbeitung steuern.
Abbildung 2:
Zuführungskabel im
P2P-System
Wie sich das P2P-System auf die zu verwendende Kabelanzahl auswirkt, verdeutlicht Abbildung 2. Im Beispiel werden 4.000 Wohneinheiten mit jeweils einer Faser pro WE angeschlos1
sen. Angenommen, man verwendet in der Zuführungsebene/Hauptkabelebene ausschließlich
96-fasrige Kabel, werden 42 Kabel benötigt. Entsprechend große Dimensionen nehmen dann
die Zuführungstrassen (Grabenprofil und Anzahl benötigter Leerrohre) an. Hochgerechnet auf
2
den Ostalbkreis mit ca. 150.000 Wohn- und Geschäftseinheiten , ergeben sich 150.000
Fasern, die in zentralen Punkten abgeschlossen werden müssen. Entsprechend der Breitband3
förderrichtlinie des Landes Baden-Württemberg würden zu diesem Faserbedarf noch zusätzlich
4
zwei Reservefasern pro Gebäude hinzukommen . Diese hohe Anzahl an Faserabschlüssen ist
an einem CO-Standort für den gesamten Ostalbkreis nicht zu realisieren. Dafür sprechen die
folgenden Gründe:
Erstens würde sich aus dieser Faseranzahl ein erheblicher Platzbedarf ergeben. Geht man von
5
150.000 Anschlüssen aus, die eine dezidierte Faser erhalten, dann werden ca. 250 Shelfs
benötigt. Ein Shelf ist ca. 0,6 m breit, 2,2 m hoch und 0,3 m tief (Alcatel-Lucent, 2007, S. 4).
1
2
3
Als Hauptkabelebene wird der Bereich zwischen CO und Netzverteiler (NVt) bezeichnet.
lt. übermittelten Adressdaten zum Modellprojekt „FTTB-Masterplanung Ostalbkreis“
Verwaltungsvorschrift des Ministeriums für ländlichen Raum und Verbraucherschutz
zur Breitband­förderung im Rahmen der Breitbandinitiative Baden-Württemberg II vom 22.05.2012
4Reservefasern werden in dem veranschaulichten Beispiel nicht betrachtet.
5 Shelfs sind Gehäuse, in denen die aktiven Komponenten eingebaut sind.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
TECHNOLOGIEVERGLEICH
Werden die Shelfs in zwei Reihen platziert, beträgt die Länge eines CO-Raumes ca. 75 m.
6
Zusätzlich muss für die in den Shelfs installierten Portcards der Stromanschluss realisiert werden. Aus diesen Gründen ist eine zentrale Lösung bei CO-Standorten im P2P-Netzwerk nicht
zu empfehlen. Zweitens sind die Kosten für Fasern und Kabel im Vergleich zu einer dezentralen
Lösung wesentlich höher, da diese über eine deutlich größere Strecke gezogen werden müssten. Drittens ist eine zentrale Lösung aus Sicht der aktiven Komponenten (Laser) nicht ratsam.
Je nachdem welche Wellenlängen eingesetzt werden, ist die Dämpfung des Lichtstrahls in der
Glasfaser unterschiedlich ausgeprägt (vgl. Abbildung 3). Vor allem Wellenlängen im Bereich von
1.300 nm, 1.550 nm sowie 1600 nm finden in der Praxis Anwendung, da hier die Dämpfung
pro Kilometer am geringsten ist. Die Peaks in der Dämpfung sind durch den Herstellungsprozess begründet. Bei einer Singlemode-Faser beträgt die Dämpfung des Lichtstrahls bei einer
Wellenlänge von 1.550 nm ca. 0,2 dB/km, so dass nach 15 km (Radius von max. 10 km
um den CO) ein Abfall der ursprünglichen Leistung auf die Hälfte die Folge ist (vgl. Eberlein,
2012, S. 53).
Abbildung 3:
Dämpfung in der Glasfaser bei unterschiedli7
chen Wellenlängen
Neben den Dämpfungskriterien im Lichtwellenleiter verursachen auch passive optische Komponenten wie Stecker und Spleiße Übertragungsverluste (vgl. Frohberg et al., 2008, S. 156).
Daraus resultiert, dass innerhalb des Ostalbkreises zahlreiche CO-Standorte eingerichtet werden
müssen, da neben der Dämpfung vor allem der Platzbedarf innerhalb des CO zu groß wäre.
6Für 150.000 Anschlüsse werden ca. 4.000 Portcards benötigt.
7 Vgl. Jahrbuch Lichtwellenleitertechnik (2008), S. 92
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
21
22
TECHNOLOGIEVERGLEICH
2.2 Passive Optical Net work (PON)
Das Passiv Optical Network bildet eine weitere Möglichkeit der Netzwerkgestaltung. Dabei
wird zwischen zwei verschiedenen Technologien unterschieden. Das Ethernet PON (EPON)
ist vor allem in Japan, China und Südkorea verbreitet. Gigabit PON (GPON) dagegen ist
besonders in Europa und Nordamerika installiert (vgl. Rigby, 2014, S. 3).
2.2.1
Technische Entwicklung
Historisch gesehen begann die Entwicklung von PON-Übertragungsverfahren mit dem ATMPON (APON)-Verfahren im Jahr 1995. Es nutzt das zellenbasierte Asynchronous Transfer Mode
(ATM)-Verfahren. Dabei erfolgt die Übertragung im Down- und im Upstream in sogenannten
Zellen, die an die Endkunden gebündelt an die zentrale Vermittlungsstelle (CO) übergeben
werden. In den folgenden Jahren wurde das APON durch das Broadband-PON (BPON) ersetzt.
Dadurch konnten gleichzeitig Video-Dienste mittels einer dritten Wellenlänge übertragen werden. Beide Verfahren sind aber mittlerweile durch Weiterentwicklungen abgelöst. Diese weisen
eine höhere Datenrate pro Faser bei gleichen oder sogar höheren Splittfaktoren auf. Tabelle 1
zeigt einen Vergleich der einzelnen PON-Übertragungsverfahren hinsichtlich ausgewählter
Kriterien (vgl. Keller, 2011, S.86 f.).
Tabelle 1: Vergleich der wichtigsten PON-Standards
8
A-/BPON
GPON
10GEPON
XG-PON1
NG-PON 2
DS
1490 – 1550
1480 - 1500
-
1575-1580
-
US
1310
1260 - 1360
-
1260-1280
-
DS
622
2.488
10.000
10.000
40.000
US
622
1.244
1.000/
10.000
2.500
10.000
bis zu 20
bis zu 60
bis zu 10
bis zu 60
bis zu 100
Teilerverhältnis
32
bis zu 1:64
bis zu 1:128
bis zu 1:256
bis zu 1:256
mittlere Datenrate
pro Teilnehmer (DS)
[Mbit/s]
20
40
20
-
-
Wellenlängenbänder [nm]
Datenraten
[Mbits/s]
Streckenlängen [km]
Über GPON, dem aktuell am meisten angewandten Standard, sind im Downstream bis zu
2,5 Gbit/s und im Upstream bis zu 1,25 Gbit/s pro Port möglich (vgl. Eberlein, 2012, S. 276).
In GPON-Systemen wird heute üblicherweise das Time Division Multiplex (TDM)-Verfahren ein8
Vgl. Keller (2011) S. 85 f.; Eberlein (2012) S. 276; Huawei (2010), S. 10; ITU-T (2013) S. 18
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
TECHNOLOGIEVERGLEICH
gesetzt. Hier erfolgt der Zugriff auf ein und demselben Kanal (Glasfaser) in unterschiedlichen
Zeitabschnitten. Sind mehrere Anfragen zu übertragen, wird jede Anfrage in Abschnitte geteilt.
Danach werden die einzelnen Teilstücke der verschiedenen Anfragen nacheinander und zeitlich
getrennt über einen Kanal übertragen.
Ein weiterer Zweig der Datenübertragung mittels eines PON-Netzwerkes ist die Ethernet-Technik.
Dabei ist vor allem das GEPON zu erwähnen. Zum Übertragen wird das Multipoint Control
Protocol (MPCP) verwendet, das die Datenrate pro Teilnehmer dynamisch zuweisen kann. Je
nachdem wo temporär der größte Bedarf besteht, kann kurzzeitig die Datenrate angehoben
werden. Eine deutliche Erhöhung der Datenrate pro Faser stellt das 10GEPON dar. Hier können
9
im symmetrischen Fall bis zu 10 Gbit/s bereitgestellt werden. Bei gleichbleibender Anzahl von
Kunden an einer Faser können deutlich höhere Datenraten pro Kunde erzielt werden.
Zurzeit geht die Entwicklung in Richtung Wavelenght Division Multiplexing-Verfahren (WDM),
das in naher Zukunft zur Anwendung kommen soll. Durch dieses Verfahren stehen schlussendlich
noch höhere Datenraten pro Faser zur Verfügung. NG-PON-2 beispielsweise soll im Jahr 2015
eingesetzt werden. Datenraten von bis zu 40 Gbits/s im Downstream und mindestens 10 Gbits/s
im Upstream sind dann nach dem jetzigen Entwicklungsstand möglich. Außerdem ist NG-PON-2
zu den bestehenden Technologien wie GPON und XG-PON kompatibel, sodass das gleiche
optische Verteilnetzwerk verwendet werden kann. Die aktive Technik und die notwendigen
Kanäle, die für die Bereitstellung der Datendienste für den Kunden verantwortlich sind, müssen
lediglich ausgetauscht bzw. aufgebaut werden. Die dafür benötigten aktiven Komponenten
müssen aber nicht sofort beim Netzaufbau installiert werden, sondern können nach dem Motto:
„pay as you grow“ eingesetzt werden, wenn die Endabnehmerverträge abgeschlossen sind
und damit die Dienste physikalisch bereitgestellt werden müssen. Somit kann die Investition
aktiver Netzkomponenten zeitlich gedehnt werden. Derzeit wird unter anderem noch an der
Reduzierung der Kosten für die optischen Netzabschlüsse gearbeitet, die für die NG-PON-2
Technologie bisher höher sind als bei GPON. Die Reduzierung des hohen Energieverbrauch
je Optical Line Termination (OLT) stellt ein weiteres aktuelles Forschungsgebiet dar (vgl. Rigby,
2014, 8 f.).
9
Im symmetrischen Fall sind die Down- und Upstreamgeschwindigkeiten gleich groß.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
23
24
TECHNOLOGIEVERGLEICH
Abbildung 4:
Entwicklung der PON10
Technologie
Zusammenfassend spiegelt Abbildung 4 die Entwicklung der zu übertragenden Datenraten pro
Faser im PON-System wider. In den nächsten Jahren wird ein stetiger Anstieg der tatsächlichen
Datenrate zu verzeichnen sein, so dass entweder wesentlich mehr Kunden an einer Faser
partizipieren können bzw. wesentlich höhere Datenraten pro Kunde zur Verfügung stehen. Im
Idealfall können beide Faktoren erhöht werden.
2.2.2 Netzstruktur
Im Gegensatz zur P2P-Struktur werden beim PON die Fasern nicht bis zum CO durchgezogen.
Zwischen dem CO und dem Endabnehmer werden an bestimmten Netzknotenpunkten Splitter
eingebracht, die eine Faser in mehrere Fasern aufteilen (siehe Abbildung 5). Die Splitter sind
passive Bauelemente, in denen keine Signalaufbereitung oder -umwandlung erfolgt. Damit wird
für das Splitten auch keine elektrische Energie benötigt. Mögliche Einsatzbereiche für Splitter
sind die Netzverteiler (NVt) und der Keller eines Gebäudes.
Darum handelt es sich bei der PON-Struktur um ein sogenanntes Shared-Medium. Alle Teilnehmer, die an einem Port angeschlossen sind, teilen sich die Datenrate dieses Ports (Bsp.
GPON: 2,5 Gbit/s). Werden zum Beispiel 32 Teilnehmer (Splittingfaktor 1:32) an einer im
CO abgeschlossenen Faser angeschlossen, dann stehen theoretisch jedem Kunden bei einem
11
Gleichzeitigkeitsfaktor von „100%“ und bei gleichzeitiger, maximaler Auslastung der Über10 in Anlehnung an: http://www.intec.ugent.be/design/pon.php, Zugriff: 05.05.2014 und nach Rigby,
2014, S. 12
11 Bei allen Shared-Medium-Systemen wird mit einem s.g. Gleichzeitigkeitsfaktor kalkuliert. Dieser gibt
an, wie viel Prozent der angeschlossenen Teilnehmer gleichzeitig die volle Datenkapazität nutzen
wollen.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
TECHNOLOGIEVERGLEICH
Abbildung 5:
Schema einer PON-Struktur.
Eine Faser vom CO versorgt
mehrere Endabnehmer.
tragungskapazität 78 Mbit/s zur Verfügung. In der Realität wird die erreichbare Datenrate pro
Kunde jedoch weitaus höher sein, da beim derzeitigen Nutzungsverhalten niemals alle Kunden
gleichzeitig Daten abrufen. Ein typischer Erfahrungswert (ca. 25 % Gleichzeitigkeitsfaktor) ergibt
bei einem 1:32 Splittingfaktor ca. 300 Mbit/s pro Teilnehmer.
Abbildung 6:
Zuführungskabel im
PON-System
Die geringere Menge an Fasern, die direkt bis in das CO geführt werden müssen, beeinflusst
allerdings maßgeblich die Investitionssumme in aktive Technik, Faser- und Kabelkosten.
In Abhängigkeit zum Splittingfaktor verringert sich die Zahl der benötigten Rohre und Fasern in
der Hauptkabelebene teils erheblich. Kommen, wie in Abbildung 6 ersichtlich, die üblicherweise
verbauten 1:32 Splitter zum Einsatz und werden 4.000 Wohneinheiten mit jeweils einer Faser
angeschlossen, dann sind theoretisch zwei Kabel à 96 Fasern als Zuführungskabel ausreichend.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
25
26
TECHNOLOGIEVERGLEICH
Zur Gestaltung der Netzstruktur beim PON-System gehört die Entscheidung, welcher Splittingfaktor und welche Splitter-Kombinationen eingesetzt werden sollen. In Abschnitt 3.1 (S. 16 f.)
wird das in den Simulationen genutzte Splitterschema näher erläutert.
2.2.3
Gesichtspunkte des Open-Access-Gedanken beim PON-Netz
Entsprechend der EU-rechtlichen Vorgaben, die in der „Verwaltungsvorschrift des Ministeriums
für ländlichen Raum und Verbraucherschutz zur Breitbandförderung im Rahmen der Breitband­
initiative Baden-Württemberg II“ umgesetzt werden, muss ein Subventionen erhaltendes Telekommunikationsunternehmen anderen Anbietern einen ungehinderten Zugang zum geförderten
Netz (Open-Access) gewährleisten (ebd. S. 5).
Aufgrund der besonderen Netztopologie im PON-System, wird der Open-Access-Gedanke im
Allgemeinen angezweifelt, da kein dedizierter Zugriff wie in der P2P-Topologie auf die Teilnehmerfasern möglich ist. Stattdessen können Dritte nur über Bitstream einen Zugang auf das
öffentlich geförderte Netz erhalten. Es gibt aber Möglichkeiten den Open-Access-Gedanke auch
in einem PON-System gerecht zu werden. Durch die Errichtung eines „Mehrfach“-PON-Netzwerkes können je nach Anzahl der möglichen Betreiber zusätzliche Fasern im Zuführungskabel
zwischen CO und NVt sowie zusätzliche Splitter vorgesehen werden. Die Faseranzahl in der
Zuführungsebene sowie die Anzahl der Splitter werden sich um die Anzahl der Netzbetreiber
erhöhen. Eine Erhöhung der Kabelanzahl in der Zuführungsebene in gleicher Weise ist allerdings
nicht zu erwarten, da in den meisten Fällen an den NVt bereits Reserven für ein Mehrfach-PON
anliegen. Es werden in der Regel mindestens 96-fasrige Kabel pro NVt geplant. Die Faseranzahl in der Verteilebene zwischen Netzverteiler und Gebäude wird in diesem Szenario eines
Mehrfach-PON jedoch nicht erhöht. Der „Wettbewerb“ wird sich in diesem Fall nicht im CO
sondern im Netzverteiler abspielen. Je nachdem, welchen Anbieter ein Kunde gewählt hat, wird
die Kundenfaser vom Splitter des Altanbieters auf den Splitter des Neuanbieters umgeschalten.
Dies ist vergleichbar mit der Kupferdoppelader-Umschaltung, die größtenteils bei einem DSLProviderwechsel durchgeführt werden muss. Eine „verteilte“ Platzierung der Splitter (im NVt und
im Gebäude) führt in diesem Szenario dazu, dass an jeder Stelle im Netz an der ein Splitter
platziert ist bei Anbieterwechsel Umschaltarbeiten notwendig werden.
Laut der Verwaltungsvorschrift des Landes Baden-Württemberg sind mind. 2 Fasern pro Wohn-/
Geschäftseinheit vorzusehen. Daher ist ein weiteres Szenario denkbar, bei dem ein zweites
PON bis in die Wohn- /Geschäftseinheit aufgebaut wird. In diesem Szenario ist die Kundenfaser 1 an den Splitter des „Anbieters 1“ angeschaltet und die Kundenfaser 2 an den Splitter
des „Anbieters 2“. Bei einem Anbieterwechsel muss das Netzabschlussgerät (ONT) des neuen
Anbieters an den richtigen Faserabschluss gesteckt werden.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
TECHNOLOGIEVERGLEICH
Abbildung 7:
Beispiel eines MehrfachPON-Systems
Das hieraus resultierende Netzkonzept zeigt Abbildung 7. Wie hier gezeigt, verdoppelt sich
neben der Anzahl der Splitter und der Fasern in der Hauptkabelebene, auch die Anzahl der
12
Fasern in der Verteilebene .
Bei einem Workshop mit den kommunalen und regionalen Netzbetreibern im Ostalbkreis am
12.05.2014 wurde ein Mehrfach-PON als schwer zu implementieren beurteilt. Sofern mehrere
Betreiber einzelne Teile des Netzes gemeinsam verwenden, ergeben sich im Betrieb folgende
13
offene Fragen:
• Wer führt Wartungs- und Umschaltarbeiten an den gemeinsam genutzten Netzelementen,
wie zum Beispiel Netzverteiler und CO, durch?
• Wer ist dann im Falle einer Störung für deren Behebung zuständig?
• Wie erfolgt die Aufteilung der Betriebskosten im CO?
Außerdem ist den Betreibern zufolge ein Aufbau paralleler aktiver Systeme aus volkswirtschaftlicher Sicht nicht sinnvoll. Durch diese Maßnahmen würden zusätzliche Netzelemente implementiert, die zumeist aufgrund mangelnden Wettbewerbs nicht ausgelastet betrieben werden
könnten. Es handelt sich hierbei nur um eine Mehrinvestition, die keine weiteren Einnahmen
und Vorteile generieren würde.
12 Vgl. mit Abbildung 5
13 Diese Fragen stellen sich größtenteils auch bei P2P-Systemen, da hier ebenfalls alle Betreiber Zugang
zu den Netzelementen benötigen.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
27
28
TECHNOLOGIEVERGLEICH
Eine weitere Möglichkeit dem Open-Access-Gedanken auch bei einem Einfach-PON-System
gerecht zu werden, besteht im Einsatz der Radio-Frequency-over-Glass (RFoG)-Technologie.
Diese Technologie setzt auf die gleiche passive Netzstruktur auf und überträgt die aus den
Kabelnetzen bekannten Hochfrequenz-Signale über Glasfaser. Durch die Nutzung von separaten Wellenlängen ist ein Parallelbetrieb mit GPON möglich. RFoG ist besonders für die
klassischen Kabelnetzbetreiber interessant, da hier dasselbe System (Data-Over-Cable-SystemInterface-Spezification, DOCSIS) zur Übertragung von Daten Anwendung findet. Zukünftig
kann davon ausgegangen werden, dass Datenraten im Gigabit-Bereich möglich sein werden.
Auch der Einsatz von Bitstream-Access ist eine Möglichkeit einen offenen Netzzugang zu realisieren. Gegen ein vereinbartes Entgelt für die Nutzung des bestehenden Netzes, das auch
Wartungsarbeiten und Störungsfälle abdeckt, können verschiedene Dienste über eine Faser
geschalten werden. In der Diskussion mit den Netzbetreibern im Ostalbkreis wurde diese Lösung
als praxiserprobt und wirtschaftlich sinnvoll präferiert.
Zukünftig wird die Realisierung eines Open-Access im PON über WDM-Technologien möglich
sein. Hierbei wird jedem Teilnehmer im PON-Netz eine (oder mehrere) dedizierte Wellenlängen zugewiesen und damit eine P2P-Verbindung auf optischer Ebene hergestellt. Hierdurch
sind auf der physikalischen Ebene quasi keine Bandbreitenbeschränkungen mehr vorhanden.
Die Begrenzung erfolgt in den aktiven Komponenten. Die hierfür benötigten Komponenten sind
bereits erhältlich. Es ist zu erwarten, dass die teils noch hohen Kosten für diese Systeme in den
nächsten Jahren auf das Niveau heutiger GPON-Systeme sinken.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
TECHNOLOGIEVERGLEICH
2.3
Zusa mmenfassung der theoretischen Betrachtungen
Aus den Vorbetrachtungen ergeben sich die folgenden qualitativen Kriterien bezüglich der
Kosten im Vergleich der beiden Netzstrukturen (siehe Tabelle 2: Qualitativer Vergleich PON
vs. P2P).
Tabelle 2: Qualitativer Vergleich PON vs. P2P
PON vs. P2P
•
annähernd gleiche Anzahl der NVt-Standorte
•
gleich große Faseranzahl ab dem letzten Splitter (gilt für Gebäude
bis 5 WE/GE. Dies sind rund 96% aller Gebäude im OAK.  Damit
ist auch die Rohranzahl in der Verteilnetzebene annähernd gleich
•
annähernd gleich große Tiefbaukosten im Ortsbereich
•
keine Splitterkosten
•
kürzere Wegstrecken zwischen CO und NVt (Zuführungsebene)
•
deutlich höhere Faseranzahl auf der Zuführungsebene
•
Anzahl der aktiven Ports im CO bedeutend höher  deutlich höhere
Kosten pro aktiver Technik und Endkunden
•
je größer das Gebiet desto größer ist der Unterschied in der Anzahl
der benötigten CO-Standorte
•
teilweise ist ein Upgrade von FTTC zu FTTB/-H bei einer geplanten
PON-Struktur aufgrund des geringeren Faserbedarfs möglich
•
vorhandene Infrastruktur kann im Gegensatz zu P2P in manchen Fällen
genutzt werden
Kostenneutralität
Kostenvorteile von P2P
Kostennachteile von P2P
weitere Vorteile von PON
Weitere Probleme, die sich bei der Implementierung eines P2P-Systems ergeben, sind:
• Der Energieverbrauch ist aufgrund der höheren Anzahl an Port-Karten deutlich höher.
Bezogen auf das gesamte Betrachtungsgebiet kann sich dies erheblich auf die Betriebskosten des Netzbetreibers auswirken.
• Derzeit werden bei einem hohen Prozentsatz der bereits realisierten P2P-Anschlüsse
nur Datenraten zwischen 50 und 200 Mbit/s angeboten. Die Anschlusskosten für die
Bereitstellung höherer Datenraten sind aktuell noch sehr kostenintensiv.
Dagegen gestaltet sich der Systembetrieb aufgrund der einfacheren Netzstruktur tendenziell
leichter: Störungen, die an einer Faser auftreten, betreffen auch nur den jeweiligen angeschlossenen Kunden und nicht eine Vielzahl von Kunden, die sich eine Faser teilen. Zudem ist die
Akzeptanz für ein P2P-System bei Geschäftskunden höher. Die über eine gemeinsam genutzte
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
29
30
TECHNOLOGIEVERGLEICH
Faser erzielbaren Datenraten können ggf. in größeren Betriebseinheiten nicht ausreichend sein.
Außerdem gibt es Bedenken hinsichtlich der Datensicherheit, wenn eine Faser unter mehreren
Kunden aufgeteilt wird.
Um den Anforderungen auch großer Gewerbekunden gerecht werden zu können, ist eine „hybride“ Lösung denkbar. Da der Tiefbauaufwand bei beiden Topologien in der Verteilebene (von
Netzverteiler bis zu den Gebäuden) annähernd gleich ist, können von zentralen Standorten
aus für die Gewerbeeinheiten mit einer Nachfrage an hohen Datenraten eine oder mehrere
dedizierte Fasern direkt vom CO bis zu den Gebäuden vorgesehen werden. Es entsteht somit
ein separates P2P-System für Geschäftskunden, das auch eigenständig betrieben werden kann.
Wohneinheiten und kleine Betriebe nutzen in der hybriden Lösung ein parallel erstelltes PONNetz. Dabei ist zu erwähnen, dass die zwei parallelen Netze nicht von einem Netzbetreiber
versorgt werden müssen. Es ist ebenfalls möglich, dass unterschiedliche Betreiber Zugang
zu den jeweiligen Netzen haben. Die Vorteile bestehen darin, dass der jeweilige Betreiber
sein Know-how für den Netzbetrieb einbringen kann und dass beim Aufbau der Netze sich
ergebende Synergien im Tiefbau und bei der Verlegung der Rohre und Kabel genutzt werden
können. Auch die Vermarktung eines solchen Netzes gestaltet sich als einfach, da bei einem
Großteil der Betreiber bereits eine Trennung zwischen Geschäfts- und Privatkunden verankert ist.
Ein reines PON-System oder eine hybride Lösung haben gegenüber einem P2P-System einen
weiteren Vorteil. In der Vergangenheit wurden von den Kommunen entsprechend der „Bundesrahmenregelung Leerrohre“ in der Hauptkabel- und Verteilnetzebene vorrangig Leerrohre der Art
14
3fach D50 verlegt. In der Regel wurde damit ein FTTC-Netz realisiert. Mangels kommunaler
Masterpläne konnte jedoch der zusätzliche Bedarf an Fasern für eine darauf aufbauende,
später durchzuführende flächendeckende FTTB/-H-Erschließung nicht berücksichtigt werden.
Theoretisch können in jedes Leerrohr Kabel mit bis zu 576 Fasern eingebracht werden. Soll
nun ein FTTC-Netz die Basis für einen FTTB-Ausbau mittels P2P-Struktur bilden, können demzu15
folge je Leerrohr maximal 144 Privatkunden angebunden werden. Eine höhere Anzahl von
Anschlüssen kann unter dem Gesichtspunkt des Open Access auf der physikalischen Ebene
nur dann realisiert werden, wenn zusätzliche Leerrohre verlegt werden. Die bisher getätigten
Investitionen für die Errichtung des FTTC-Netzes (besonders die in den Tiefbau) erhalten in
einem solchen Fall den Charakter von sogenannten sunk costs, da man aus heutiger Sicht auf
diesen Ausbau hätte verzichten können.
14 Durch die Verwendung solcher Rohrverbünde sollen bis zu drei Anbietern die Möglichkeit gegeben
werden, ein eigenständiges Netz zu nutzen. Damit soll Open Access auf der physikalischen Ebene
ermöglicht werden.
15 Dieser Maximalwert resultiert aus den Werten der Verwaltungsvorschrift des Landes Baden-Württemberg nach der je Gebäude und je Wohneinheit 2 Fasern vorzusehen sind und der Annahme, dass
es sich bei den Endabnehmern ausschließlich um Einfamilienhäuser handelt. Damit ergeben sich 4
Fasern pro Gebäude.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
31
3_Koste n v e rg le i c h
a n h a n d z w e i e r Si m u l atio ns g e bi e te
In diesem Kapitel soll der monetäre Unterschied zwischen den beiden Netzstrukturen anhand
konkreter Berechnungsbeispiele aufgezeigt werden. Dabei sollen eine ländliche Siedlungsstruktur und zum Vergleich ein Gebiet mit städtischer Bebauung herangezogen werden. Die
Berechnung erfolgt dabei mit einem Optimierungsprogramm. Zunächst soll ein Überblick über
die Berechnungsparameter und -prämissen vermittelt werden.
3.1 Berechnungsparameter und -pr ä missen
Für die Simulation wird das von der Firma Comsof entwickelte Optimierungstool FiberPlanIT
im Zusammenspiel mit der Simulationsssoftware NET verwendet. Folgende Prämissen werden
dabei beachtet:
• Die hier dargestellten Gesamtkosten für die Simulationsgebiete können u.a. durch veränderte Verlegewege und NVt-Standorte sowie durch variierende Preise für Tiefbau, Material und Verlegung von Mikrorohren und Kabeln von realen Ausbaukosten abweichen.
Allerdings haben diese keinen Einfluss auf den Vergleich der beiden Netzstrukturen.
• Es handelt sich bei allen Simulationen um ein Vollausbauszenario, das heißt, dass sämtliche Gebäude in den Szenarien enthalten sind.
• Es werden nur die Kosten für die Errichtung eines FTTB/H-Netzes ab CO bis zur Gebäudeeinführung betrachtet. Das Backbonenetz und die Verkabelung im Gebäude (NE4)
finden in der Simulation keine Berücksichtigung.
• Das vorhandene Straßennetz wird als Berechnungsgrundlage der Trassen herangezogen.
Eine Berücksichtigung eines bestehenden Leerrohrnetzes findet nicht statt, um für beide
Topologien die Kosten eines Komplett-Neubaus darstellen zu können. Potentielle Einsparmöglichkeiten durch die Nutzung vorhandener Infrastrukturen in der PON-Topologie
werden pauschalisiert gesondert dargestellt.
• Die Zuführungstrassen zu den einzelnen COs werden nicht betrachtet. Es erfolgt eine
reine FTTB-Berechnung mit vorgesehenen Kapazitäten für einen möglichen FTTH-Ausbau.
• Eine Unterscheidung zwischen Gewerbe- und Wohneinheiten wird nicht vorgenommen.
In den einzelnen Berechnungen werden entweder alle Anschlüsse mit einem PON- oder
mit einem P2P-Netzwerk verbunden.
• Pro WE/GE-Anschluss sowie pro Gebäude wird eine Faser vorgesehen welche bis zum
CO geführt sind. Hinzu kommen eine Reservefaser pro Anschluss und eine pro Gebäude,
16
welche lediglich bis zum Netzverteiler geplant werden. Die Anzahl der Fasern pro
16 Beispiel: In einem Zwei-Familienhaus werden 6 Fasern vom NVt bis ins Gebäude verlegt. Dabei sind
3 Fasern aktiv bzw. beschalten und haben eine Verbindung zum CO. 3 Fasern werden als Reserve
vorgehalten und nur bis zum NVt geführt.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
32
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Gebäude berechnen sich demnach nach folgender Formel:
Anz. Fasern Gebäude = 2 · Anz. Anschluss + 2
• In der Verteilnetzebene werden Kabel mit maximal 12 Fasern eingeplant. Je nach Dimensionierung der Mikrorohre sind auch Kabel mit bis zu 24 Fasern möglich.
• Entsprechend der Planungsparameter bei der kreisweiten Netzplanung im Ostalbkreis
fließen Netzverteiler mit einer Kapazität von maximal 48 Mikrorohre/Kabel in die
Betrachtungen ein. Größere Kapazitäten der NVt sind technisch möglich, werden aber
aufgrund der daraus resultierenden höheren durchschnittlichen Länge der Verteilkabel
und -rohre als nicht sinnvoll erachtet.
• Die maximale Einblaslänge der Kabel in der Verteil- und Hauptkabelebene wird auf
17
800 m festgelegt.
• In beiden Fällen werden in den jeweiligen Netzebenen die gleichen Kabel- und Rohrtypen
verwendet. Dabei werden nur erdverlegte Mikrorohre genutzt, in die in einem weiteren
Schritt die Mini-Glasfaserkabel eingeblasen werden.
• Ein Kabelstrang in der Hauptkabelebene kann mehrere NVt versorgen.
• Tiefbaukosten werden über einen für beide Varianten gleichen Mischpreis abgebildet. Für
das ländliche Simulationsgebiet wurde ein Preis von ca. 55 €/m und für das städtische
Simulationsgebiet ein Preis von ca. 80 €/m angesetzt.
• In der Berechnung werden neben Tiefbaukosten, Kosten für Kabel und Rohrtypen auch
Kosten der aktiven Technik berücksichtigt. Hierzu zählen Kosten für Shelfs und Port-Karten
18
im CO sowie Kosten für die Endgeräte beim Kunden.
• Die Kosten für den Hausanschluss und die Hauszuführungen unterscheiden sich in den
beiden Varianten nicht.
• Planungs- und Netzbetriebskosten sowie Erlöse werden nicht betrachtet. Es handelt sich
um eine reine Investitionskostenbetrachtung. Die Betriebskosten werden in den Abschnitten 4 näher betrachtet.
19
• Die Größe des CO wurde auf maximal 5.000 Fasern beschränkt.
17 Dies ist eine aus der praktischen Erfahrung heraus abgeleitete Entfernung, in der das Einblasen des
Kabels in ein Mikrorohr problemlos möglich ist.
18 Die Endgeräte beim Kunden werden als Customer Premises Equipment (CPE) bezeichnet.
19 Dieser Parameter ergibt sich aus der Erfahrung bisheriger Projekte.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
• Im PON-System kommt das im Folgenden vorgestellte Splitterschema zum Einsatz:
Im FTTH-Fall „teilen“ sich demnach 32 Haushalte die Kapazität einer Faser in der Zufüh20
rungsebene. Das Splitterschema für eine 1:32-Splittung zeigt Abbildung 8. Das Splitter21
schema wurde im Zuge früherer Untersuchungen als kostenoptimal ermittelt. Neben den
aktiven Fasern sind in diesem Splitterschema auch Reserven vorgesehen. Grundsätzlich
werden bei Gebäuden mit bis zu 10 Anschlüssen 1:32-Splitter im NVt eingesetzt. Zwischen dem NVt und einem solchen Gebäude hat jede Wohneinheit ihre eigene Faser. Es
besteht sozusagen zwischen NVt und Kundenanschluss eine 1:1 Beziehung. In Gebäuden,
die mehr als 10 und weniger als 41 Anschlüsse aufweisen, werden im NVt 1:8 Splitter
verbaut. Eine weitere Aufteilung der Fasern erfolgt dann zusätzlich im Gebäudekeller.
Hier kommen 1:4 Splitter zum Einsatz. Somit ist das gesamte Splitterverhältnis von 1:32
wiederhergestellt. Für besonders große Wohnhäuser werden die Fasern im NVt nicht
gesplittet. Pro Gebäude wird mindestens eine Faser bereitgestellt, die im Keller mit Hilfe
eines 1:32 Splitters auf die einzelnen Wohneinheiten aufgeteilt wird.
20 Bei einem FTTB-Ausbau würden sich bis zu 32 Gebäude die Kapazität einer Faser in der Zuführungsebene „teilen“
21Untersuchung zum Einsatz der optimalen Splittingverhältnisse im FTTH-Netz „eins Energie“ in Chemnitz,
Quelle TKI
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
33
34
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Abbildung 8: Beispiel für das verwendete Splitterschema in der Simulation von PON-Netzen
Die wesentlichsten Berechnungsparameter für das P2P- und das PON-Netz können im Anhang
der Tabelle 10 und Tabelle 11 entnommen werden.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
3.2
Simulationsgebiet für den l ändlichen R aum
Für den ländlichen Raum wurde die Region um die Gemeinden Gschwend, Spraitbach, Eschach
und Ruppertshofen ausgewählt. Diese Siedlungsstruktur repräsentiert einen großen Teil des Ostalbkreises. Einzelne Regionen wie die Stadtgebiete der Städte Aalen, Schwäbisch Gmünd und
Ellwangen weisen eine eher städtische Bebauung auf und werden daher gesondert betrachtet.
In Tabelle 3: Kennzahlen zum Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“ sind Kennzahlen zum Simulationsgebiet aufgelistet und Abbildung 9 gibt einen kartografischen Überblick über dieses Gebiet.
Tabelle 3: Kennzahlen zum Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“
„Ländlicher Raum”
Anzahl Gebäude:
5.002
Anzahl Wohneinheiten:
6.182
Anzahl Gewerbeeinheiten:
1.015
Anzahl Anschlüsse:
7.197
Gschwend
Eschach
Spraitbach
Ruppertshofen
Betrachtungsfläche [km²]:
ca. 100
Anschlüsse pro km²:
ca. 72
Abbildung 9:
Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“
Einen weiteren Anhaltspunkt über die Siedlungsstruktur gibt die Verteilung der Gebäude und
der Anschlüsse im jeweiligen Betrachtungsgebiet. In Abbildung 10 ist diese Verteilung für das
Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“ grafisch dargestellt. Es zeigt sich erwartungsgemäß, dass
der Großteil der Gebäude nur eine Wohn- bzw. Geschäftseinheit aufweist. Bei 71 % der
Wohnhäuser handelt es sich um Einfamilienhäuser. Große Mehrfamilienhäuser mit mehr als
16 Anschlüssen sind die Ausnahme. Abbildung 11zeigt auf, dass über 99 % der Gebäude im
Simulationsgebiet maximal 5 Einheiten enthalten und somit für die Erschließung ein Mikrorohr
benötigten. Weniger als 1 % der Gebäude benötigen im P2P-Fall mind. ein zweites Mikrorohr.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
35
36
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Abbildung 10:
Gebäude- und
Anschlussverteilung im
Simulationsgebiet
„Ländlicher Raum“
Anzahl Gebäude/Anschlüsse
4000
3544
3500
3000
Anzahl Gebäude
2500
Summe WE + GE
2070
2000
1500
1280
1035
1000
386
500
0
31
1 WE
2 WE
3
42
3
53
0
0
6-10 WE 11-15 WE 16-50 WE > 50 WE
0,7 %
>5 WE
pro Gebäude
Abbildung 11:
Verteilung WE
pro Gebäude
im Simulationsgebiet
„Ländlicher Raum“
3-5 WE
208
99,3 %
1-5 WE
pro Gebäude
0%
20%
40%
60%
80%
100%
3.2.1 Simulation P2P-Netzwerk
Im Folgenden soll zunächst das optimierte P2P-Netz für das Simulationsgebiet „Ländlicher Raum“
betrachtet werden. Auf Grundlage der Parameter und der Prämissen wurde durch das Programm
eine Netzstruktur ermittelt. Dabei erfolgten die Trassenverlegung sowie die Bestimmung von
CO- und NVt-Standorten durch das Simulationstool.
22
Abbildung 12 zeigt das berechnete P2P-Netz des Simulationsgebietes „Ländlicher Raum“.
Aufgrund der maximalen Anzahl von abgehenden Fasern und aktiven Ports in einem CO werden
vier CO für das Gebiet benötigt: Einer befindet sich im Norden in Gschwend (2.692 angeschlossene WE+GE / 4.563 abgeschl. Fasern), ein weiterer im Südwesten in Spraitbach
(1.948 / 3.234), ein weiterer im Süden in Ruppertshofen (1.600 / 2.762) sowie einer in Südosten in der Gemeinde Eschach (955 / 1.638). Wie sich zeigt, wurden die CO-Standorte vor
allem durch die Siedlungsverteilung bestimmt.
22 Besonders im ländlichen Raum ist die Häufigkeit von entlegenen Gehöften größer als in der städtischen Bebauung. Das erklärt die zum Teil langen Verteil- und Hausanschlusskabel, die einen Einfluss
auf das Gesamtergebnis haben.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Abbildung 12: P2P-Netzstruktur für das Simulationsgebiet „ländlicher Raum“
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
37
38
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Im gesamten Betrachtungsgebiet wurden 163 NVt-Standorte ermittelt. Zu den einzelnen Standorten werden nach Vorgabe der Eingangsparameter Rohre und Hauptkabel verlegt. Insgesamt
sind ca. 111 km Mikrorohre für die Hauptkabelebene (rot) notwendig. In der Verteilebene (blau)
sind es ca. 276 km Mikrorohre. Diese verteilen sich auf 193 km Tiefbautrasse im öffentlichen
Bereich und ca. 81 km Tiefbautrasse in der Hausanschlussebene. Auf den Tiefbau im öffentlichen Bereich entfällt mit ca. 57 % der Hauptanteil der Kosten in der Simulation. Weitere Kosten
entstehen in der Hausanschlussebene (13 %), in der Hauptkabelebene (13 %) sowie in der
Verteilebene (11 %). Ca. 3 % entfallen auf die CPE beim Kunden. Die restlichen 4 % entfallen
auf sonstige Kosten wie Spleiße, Glasfaserabschlüssen in Gebäuden und ähnliches. Insgesamt
würde der Vollausbau im P2P für das betrachtete ländliche Gebiet ca. 23,8 Mio. € kosten.
3.2.2 Simulation PON-Netzwerk
Das Simulationsergebnis für das PON-Netzwerk für den ländlichen Raum ist in Abbildung 13
abgebildet. Der Hauptunterschied ist die Anzahl von CO-Standorten im Gebiet. Vom Trassenverlauf her unterscheiden sich die beiden Planungen optisch gesehen kaum.
Im CO enden im Gegensatz zu den ca. 12.200 Fasern der P2P-Lösung jedoch nur 466 Fasern,
die abzuschließen sind. Die Kostenverteilung ist ebenfalls vergleichbar zum P2P-Szenario.
Ca. 62 % der gesamten Investitionskosten entfallen auf den Tiefbau, 14 % auf die Hausanschlussebene, 6 % auf die Hauptkabelebene und ca. 11 % auf die Verteilebene. Die restlichen
Kosten beinhalten die CPE-Kosten sowie sonstige Kosten. Insgesamt würde der Vollausbau im
PON für das betrachtete ländliche Gebiet ca. 21,3 Mio. € kosten.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Abbildung 13: PON-Netzstruktur für das Simulationsgebiet „ländlicher Raum“
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
39
40
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
3.2.3
Vergleich
Tabelle 4 zeigt einen vorrangig monetär geführten Vergleich der beiden Netzstrukturen für das
Simulationsgebiet „ländlicher Raum“. Wie bereits angedeutet, unterscheiden sich beide Netze
hinsichtlich der Länge und Kosten für die Hausanschlüsse sowie für die Rohre in der Verteilebene
nicht bzw. nur geringfügig. Das gleiche gilt auch für die Anzahl der NVt-Standorte sowie für
die Kosten der CPE.
Die Kosten unterscheiden sich dagegen beim CO, den Hauptkabeln, Hauptrohren, beim passiven Faserabschluss sowie den Portkarten im CO. Aufgrund der wesentlich geringeren Faser23
zahl im CO können die Kosten für das CO selbst geringer angesetzt werden. Die Kosten für
den passiven Faserabschluss und die Kosten der Portkarten, sind aufgrund der geringen Faser­
anzahl die Positionen, bei denen das PON-System das meiste Einsparungspotential aufweist.
Dadurch, dass im PON-System mehrere Netzverteiler über einen Kabelstrang vorsorgt werden,
kann trotz längerer mittlerer Entfernungen zwischen CO und NVt insbesondere im Bereich der
Hauptkabelebene Einsparung am Material erzielt werden. Auffällig ist, dass im PON-System
mehr Tiefbau benötigt wird. Dies hat den Grund, dass nur ein CO vorgesehen ist und daher
die Längen in der Hautkabelebene größer ausfallen. Die hierdurch verursachten Mehrkosten
können jedoch durch geringere Backbone-Trassenlängen vermindert oder aufgehoben werden.
Für genauere Betrachtungen müsste die Trassenführung im Backbone berücksichtigt werden.
Mit vorgenannten Kriterien ergibt sich einen Kosteneinsparung im PON-System gegenüber P2P
von 230 € (ca. 7 %).
Zusätzlich wurde in Tabelle 4 eine vereinfachte Annahme zur Nutzung vorhandener Infrastruktur getroffen, die zu Kosteneinsparungen führen kann. Im P2P-Fall kann davon ausgegangen
werden, dass aufgrund des hohen Faserbedarfs im gesamten Netz die vorhandenen Leerrohre
nicht genug Kapazität haben, um alle Kabel aufzunehmen. Im Gegensatz dazu ist im PON-Fall
eine Nutzung von vorhandenen Leerrohren eher möglich (vgl. Abbildung 2 und Abbildung 6).
Zur Ermittlung des Einsparpotentials wurden ausgehend vom berechneten Netz die Trassen
ausgewählt, auf denen ausschließlich Hauptkabel verlegt und parallel dazu vorhandene Infra24
strukturen bekannt sind. Dies trifft auf ca. 5 % des gesamten Trassennetzes zu, bei dem keine
Tiefbaumaßnahmen notwendig sind. Dadurch kann durch PON eine weitere Einsparung von
856.000 € erzielt werden. Die Kosten pro Anschluss lassen sich bei PON um weitere 119 €
reduzieren. Dadurch ergibt sich einen Gesamteinsparung von 349 € (ca. 10 %) gegenüber
dem P2P-System.
23 Die Anzahl benötigter Ports im CO beträgt im PON-Netz ca. 4 % bezogen auf die Anzahl der Ports
im P2P-System.
24 Diese wurden im Rahmen der kreisweiten Netzplanung im Ostalbkreis erhoben.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Tabelle 4: Vergleich der Netzstruktur für das Simulationsgebiet „ländlicher Raum“
P2P
PON
Differenz
allgemeine Kennzahlen:
Anzahl Kundenabschlüsse
7195
Anzahl CO
Anzahl Fasern in CO
Anzahl Shelfs
Anzahl Portcards
Anzahl NVt
7195
4
1
3
12.197
466
11.731
22
8
14
340
58
282
163
158
5
193
197
-4
Längen [km]:
Tiefbau öffentlicher BereichHausanschlussHauptrohr-
81
81
0
111
103
8
Verteilrohr-
276
279
-3
Hauptkabel-
271
204
67
Verteilkabel-
902
801
101
180
15
165
77
44
33
1.190
383
807
427
16
411
465
450
15
13.800
14.020
-220
3.094
3.094
0
Hauptrohr
363
322
41
Verteilrohr
721
714
7
Kosten [Tsd. €]:
CO
Shelf (CO)
Portcard (CO)
Faserabschlusspunkt im CO (ODF)
NVt
Tiefbau öffentlicher Bereich Hausanschluss - Tiefbau
Hauptkabel
786
526
260
Verteilkabel
1.394
1.242
152
Splitter 1:32
-
69
Splitter 1:8
-
0,42
Splitter 1:4
-
1,2
540
540
0
sonstige Kosten [Tsd. €]:
1.008
957
51
Tiefbaukosten [Tsd. €]:
16.894
17.114
-220
4.336
3.356
980
CPE
Kosten Material [Tsd. €]:
Kosten aktive Technik [Tsd. €]:
G ESAMTKO STEN [Tsd. €]:
Kosten pro Anschluss [€]:
Einsparpotenzial durch Nutzung vorhandene Infrastruktur:
Gesamtkosten bei maximaler Nutzung [Tsd. €]:
Kosten pro Anschluss bei Nutzung Infrastruktur [€]:
1.807
967
840
24.045
22.393
1.652
3.342
3.112
230
0%
5%
24.045
21.537
2.508
3.342
2.993
349
6,9%
10,4%
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
41
42
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
3.3
Simulationsgebiet bei städtischer Bebauung
Das Stadtgebiet von Schwäbisch Gmünd wird als Beispiel für eine städtische Bebauung herangezogen. Schwäbisch Gmünd (siehe Abbildung 14) ist nach Aalen die zweitgrößte Stadt
im Ostalbkreis mit ca. 60.000 Einwohnern. Die Berechnung beschränkt sich allerdings auf
das Stadtgebiet. Die anschließenden Ortsteile, die einen eher ländlichen Charakter aufweisen,
werden nicht berücksichtigt.
Tabelle 5: Kennzahlen zum Simulationsgebiet „Städtische Bebauung“
„Städtische Bebauung”
Anzahl Gebäude:
6.977
Anzahl Wohneinheiten:
14.521
Anzahl Gewerbeeinheiten:
1.926
Schwäbisch Gmünd
Anzahl Anschlüsse:
16.447
Betrachtungsfläche [km²]:
ca. 20
Anschlüsse pro km²:
ca. 822
Abbildung 14:
Simulationsgebiet „städtische Bebauung“
Auch hier besteht allerdings der Hauptteil der Gebäude aus Einfamilienhäusern bzw. Gewerbe­
betrieben mit nur einem Anschluss (siehe Abbildung 16). Ca. 57 % aller Anschlüsse zählen zu
dieser Kategorie. Dafür existieren auch vier Gebäude, die mehr als 50 Anschlüsse aufweisen.
Abbildung 16 zeigt auf, dass über 90 % der Gebäude im Simulationsgebiet maximal 5 Einheiten enthalten und somit für die Erschließung ein Mikrorohr benötigten. Reichlich 10 % der
Gebäude benötigen im P2P-Fall mind. ein zweites Mikrorohr.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Anzahl Gebäude/Anschlüsse
5000
4000
3982
4131
4015
Anzahl Gebäude
Abbildung 15:
Gebäude- und
Anschlussverteilung im
Simulationsgebiet
„Städtische Bebauung“
Summe WE + GE
3000
2422
2000
1211
1000
0
1105
67
1 WE
2 WE
3-5 WE
849
814
576
32
4
234
6-10 WE 11-15 WE 16-50 WE > 50 WE
9,7%
>5 WE
pro Gebäude
Abbildung 16:
Verteilung WE
pro Gebäude
im Simulationsgebiet
„Städtische Bebauung“
90,3 %
1-5 WE
pro Gebäude
0%
20%
40%
60%
80%
100%
3.3.1 Simulation P2P-Netzwerk
Das gleiche Simulationstool sowie die identischen Ausgangsparameter wie beim Simulationsgebiet „ländlicher Raum“ kommen für die Berechnung der Netzkonzepte in der „städtischen
Bebauung“ zum Einsatz. Im Gebiet wurden fünf CO-Standorte aufgrund des hohen Faserbedarfs gesetzt (siehe Abbildung 17). Dabei sind alle Standorte mit ca. 4 700 Fasern nahezu
voll besetzt. Der zu leistende Tiefbau im öffentlichen Bereich beträgt ca. 154 km und in der
Hausanschlussebene ca. 88 km. In der Hauptkabelebene werden ca. 71 km und in der
Verteil­n etzebene ca. 285 km Mikrorohre benötigt. Für das gesamte Versorgungsgebiet werden
174 NVt-Standorte benötigt um alle Haushalte und Gewerbeeinheiten anzuschließen.
Im Vergleich zur P2P-Simulation im Abschnitt 3.2 sind die Anschlusskosten mit ca. 1.600 € pro
Anschluss aufgrund der höheren Siedlungsdichte deutlich geringer (vgl. Tabelle 4).
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
43
44
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
3.3.2 Simulation PON-Netzwerk
In Abbildung 18 ist das Netzkonzept für eine PON-Struktur dargestellt. Im Gegensatz zur
P2P-Struktur wird für das gesamte Stadtgebiet von Schwäbisch Gmünd nur ein CO benötigt.
Abbildung 17: P2P-Netzstruktur im Simulationsgebiet „städtische Bebauung“
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Abbildung 18: PON-Netzstruktur im Simulationsgebiet „städtische Bebauung“
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
45
46
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Erwartungsgemäß werden in diesem CO deutlich weniger Fasern abgeschlossen als im P2PSystem. Demnach stellt sich das Haupttrassennetz auch etwas anders dar. Die Verteilebene ist
dagegen nur leicht verändert, da die Anzahl der NVt-Standorte nur unwesentlich geringer ist.
Der Unterschied in der Anzahl der NVt-Standorte resultiert aus dem vorgestellten Splitterschema.
Je mehr Häuser mit mehr als 10 Anschlüssen sich in einem Verteilcluster befinden, desto mehr
Gebäude können an den NVt angeschlossen werden, da in der Summe weniger Kabel pro
Gebäude verwendet werden müssen. Im Beispiel: Für ein Haus mit 12 Anschlüssen werden
25
im P2P-Netzwerk 26 Fasern benötigt. Bei einer maximalen Faserzahl von 12 Fasern pro
Gebäude werden 3 Kabel benötigt. Wird das PON-System betrachtet, muss für das typengleiche Gebäude nur ein Kabel eingebracht werden, da eine zusätzliche Fasersplittung im Haus
erfolgt. Folglich können im NVt mehr Gebäude angeschlossen werden.
3.3.3
Vergleich
Tabelle 6 vergleicht die Simulationsergebnisse miteinander. Aufgrund der etwas höheren Haushalts- und Gewerbezahl und der höheren Siedlungsdichte sind im Vergleich zum Simulationsgebiet „ländlicher Raum“ die Kosten pro Anschluss in der städtischen Bebauung wesentlich
geringer. Außerdem zeigt sich, dass der positive Einfluss eines PON-Systems auf die Kosten
des Netzes mit der Siedlungsdichte zunimmt. War der Unterschied in den Kosten pro Anschluss
im Simulationsgebiet „ländlicher Raum“ noch vernachlässigbar, ist dieser Wert innerhalb einer
städtischen Bebauung um 130 € niedriger als im P2P-Szenario.
Weiterhin wird festgestellt, dass aufgrund der abweichenden Trassenführung in der Haupttrassenebene die Kosten für die Hauptrohre im PON-System höher, dafür allerdings die Kosten für
Verteilrohre etwas teurer sind. Wie auch schon im ländlichen Raum sind die größten Kosteneinsparungen beim passiven Faserabschluss und der aktiven Technik (Port-Karten) zu erzielen. Allein
die Einsparung beim passiven Faserabschluss im CO liegt bei 96 %. Weitere Kostenvorteile
ergeben sich bei Hauptkabeln und der Anzahl an CO-Standorten. Mit vorgenannten Kriterien
ergibt sich eine Kosteneinsparung im PON-System gegenüber P2P von 229 € (ca. 14 %).
Wie im vorangegangen Szenario wird auch hier eine Abschätzung des Einsparpotentials
durch vorhandene Infrastruktur vorgenommen. Der Prozentsatz von Trassen, die nur Hauptkabel
führen, ist im konkreten Beispiel niedriger, sodass die Kosten durch Nutzung von vorhandener
26
Infrastruktur um 2,5 % reduziert werden können. Dadurch kann durch PON eine weitere Einsparung von 386.000 € erzielt werden. Die Kosten pro Anschluss lassen sich bei PON um
weitere 23 € reduzieren. Dadurch ergibt sich einen Gesamteinsparung von 252 € (ca. 15 %)
gegenüber dem P2P-System.
25 24 Fasern für die Anschlüsse und zwei Fasern für das Gebäude
26 Der Grund für den gegenüber der ländlichen Betrachtung geringeren Prozentsatz ist die kompakte
Netzstruktur. Einen Rückschluss auf die tatsächlich vorhandene Infrastruktur im betrachtenden Gebiet
lässt sich hieraus nicht ziehen.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Anzahl der benötigten Ports im CO und somit die Anzahl
der benötigten Port-Karten, welche ausschlaggebend für die Kostendifferenz sind. In größeren
und dichter besiedelten Gebieten wird dieser Einsparungseffekt noch deutlicher zum Vorschein
treten, da sich die Anzahl der Fasern in der Hauptkabelebene, durch die sehr hohe Auslastung
der Splitter (80-100 %) noch stärker unterscheiden werden.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
47
48
Kostenvergleich anhand zweier Simulationsgebiete
Tabelle 6: Vergleich P2P-PON in der „städtischen Bebauung“
P2P
PON
Differenz
allgemeine Kennzahlen:
Anzahl Kundenabschlüsse
Anzahl CO
Anzahl Fasern in CO
Anzahl Shelfs
16447
16447
5
1
4
23.424
858
22.566
44
14
30
653
107
546
174
168
6
154
155
-1
Hausanschluss-
88
88
0
Hauptrohr-
71
83
-12
Verteilrohr-
285
277
8
Hauptkabel-
235
307
-72
Verteilkabel-
1.240
1.200
40
225
15
210
154
78
76
2.286
706
1.580
820
30
790
496
479
17
12.097
12.119
-22
3.325
3.325
0
Anzahl Portcards
Anzahl NVt
Längen [km]:
Tiefbau öffentlicher Bereich-
Kosten [Tsd. €]:
CO
Shelf (CO)
Portcard (CO)
Faserabschlusspunkt im CO (ODF)
NVt
Tiefbau öffentlicher Bereich Hausanschluss - Tiefbau
Hauptrohr
249
301
-52
Verteilrohr
871
845
26
Hauptkabel
673
546
127
Verteilkabel
1.936
1.872
64
Splitter 1:32
-
113
-94
Splitter 1:8
-
7
-3
Splitter 1:4
-
25
-9
1.234
1.234
0
sonstige Kosten [Tsd. €]:
2.272
1.177
1.095
Tiefbaukosten [Tsd. €]:
15.422
15.445
-23
5.270
4.233
1.037
3.674
2.017
1.657
26.638
22.872
3.766
1.620
1.391
229
0%
2,50%
26.638
22.486
4.152
1.620
1.367
252
CPE
Kosten Material [Tsd. €]:
Kosten aktive Technik [Tsd. €]:
G ESAMTKO STEN [Tsd. €]:
Kosten pro Anschluss [€]:
Einsparpotenzial durch Nutzung vorhandene Infrastruktur:
Gesamtkosten bei maximaler Nutzung [Tsd. €]:
Kosten pro Anschluss bei Nutzung Infrastruktur [€]:
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
14,1%
15,6%
49
4 _ Koste ns c h ätzu n g
fü r d e n g esa mte n Osta lbk r e is
Nachdem die Grobkostenschätzung für die beiden Simulationsgebiete gezeigt hat, dass sich
der PON-Ansatz besonders aufgrund der geringeren Faseranzahl und den damit verbundenen
Kosten für die passiven Faserabschlüsse und der aktiven Technik im Central Office sowie die
Nutzung von bereits verlegten Leerrohrinfrastrukturen eher als Ausbautechnologie eignet, soll nun
ein Ansatz für den gesamten Ostalbkreis betrachtet werden. Dazu wurde ein Tool entwi-ckelt, um
die Kosten im Gesamtgebiet abschätzen zu können. Zunächst werden die Ein-gangsparameter
kurz vorgestellt, bevor die Ergebnisse diskutiert werden.
Die Gebiete Essingen Neresheim, Oberkochen, und Riesbürg verfügen bereits über eine FTTBPlanung und werden in allen folgenden Betrachtungen nicht mit berücksichtigt.
4.1 Wichtige Eingangsparameter und -pr ä missen
Ähnlich wie schon bei den Simulationsgebieten, ist vor allem die Gebäude- und Anschlussverteilung von entscheidender Bedeutung. Abbildung 19 zeigt die Verteilung der Gebäude in
der gleichen Einteilung wie bei den voran gegangenen Simulationen.
Anzahl Gebäude/Anschlüsse
80000
70000
62826
60000
Anzahl Gebäude
50000
Summe WE + GE
37558
40000
29255
30000
18779
20000
8479
10000
0
17281
2392
1 WE
2 WE
3-5 WE
374
4647
204
4842
7
411
6-10 WE 11-15 WE 16-50 WE > 50 WE
Abbildung 19:
Gebäude- und Anschluss­
verteilung im Ostalbkreis“
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
50
KOSTENSCHÄTZUNG FÜR DEN GESAMTEN OSTALBKREIS
Anzahl Gebäude/Anschlüsse
150000
146.920
120000
Anzahl Gebäude
92.486
Summe WE + GE
90000
Abbildung 20:
Clusterung der
Gebäudestruktur
nach
Anzahl Anschluss
pro Gebäude
60000
30000
0
566
1-10 WE
8.953
19
11-40 WE
947
> 40 WE
In Abbildung 20 ist die Einteilung der Gebäude nach dem Splitterschema (siehe Abbildung 8,
27
Seite 19) gewählt. Das Splitterschema und die Gebäudeverteilung dienen als Berechnungsgrundlage für alle weiteren Kalkulationen.
Im gesamten Ostalbkreis werden hauptsächlich 1:32 Splitter im NVt zum Einsatz kommen, da
96 % aller Gebäude weniger als 10 Anschlüsse aufweisen. Dagegen sind besonders große
Gebäude mit mehr als 40 Wohn- und Geschäftseinheiten sehr selten.
Tabelle 7: Kennzahlen zum Ostalbkreis bezogen auf ein FTTB/-H-Szenario
28
Ostalbkreis
Anzahl Gebäude:
Anzahl Wohneinheiten (WE):
Anzahl Gewerbeeinheiten (GE):
Anzahl Anschlüsse:
Betrachtungsfläche [km²]:
Anschlüsse pro km²:
93.071
137.828
18.992
156.820
ca. 1.293
ca. 121
27 Das Splitterschema determiniert die Anzahl der Kabel und Rohre in der Haupt- und Verteilkabelebene.
28 Die Gebiete Essingen Neresheim, Oberkochen, und Riesbürg verfügen bereits über eine FTTB-Planung
und werden in allen folgenden Betrachtungen nicht mit berücksichtigt.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
KOSTENSCHÄTZUNG FÜR DEN GESAMTEN OSTALBKREIS
In die Berechnung gehen unter anderem die Daten aus Tabelle 7 ein. Ca. 93.000 Gebäude
mit ca. 156.000 Anschlüssen werden bezüglich ihrer Faseranzahl erfasst. Folgende Parameter
und Prämissen werden im Tool berücksichtigt:
• Der Kostenvergleich für den gesamten Ostalbkreis wird ohne die Berücksichtigung von
Tiefbaukosten geführt.
• Die Faseranzahl pro Wohn- /Geschäftseinheit sowie pro Gebäude ist zwischen Netzverteiler und Gebäude bei beiden Systeme identisch.
• Nur für die Fasern pro WE/GE-Anschluss wird die aktive Technik berechnet. Für die
Gebäudefasern wird darauf verzichtet, da diese Fasern nicht in jedem Fall für zusätzliche
Dienste, wie zum Beispiel Smart Metering, genutzt werden.
• Der passive Faserabschluss ist für alle im CO abgehenden Fasern berechnet.
• Reservefasern für Gebäude und Anschluss werden aufgrund der sehr ähnlichen Netzstruktur in der Verteilebene vernachlässigt.
• Aufgrund der vergleichbaren Kosten der in beiden Fällen benötigten aktiven Netzabschlüsse beim Kunden (CPE), werden diese nicht betrachtet.
• Im CO können maximal 5.000 Fasern abgeschlossen werden. Es werden aufgrund des
unterschiedlichen Platzbedarfes für passive Faserabschlüsse und aktiver Technik bei den
beiden Systemen separate Kosten für den CO angesetzt.
• Die Kosten für den passiven Faserabschluss und der aktiven Technik, die im CO installiert
werden, werden berücksichtigt.
• Die Anzahl der CO im P2P-System wurde durch die maximale Faseranzahl pro CO
bestimmt. Die Anzahl der CO im PON-System wurde durch die Gebietsstruktur bestimmt.
Im Betrachtungsgebiet sind 38 Kommunen beinhaltet. Es wird für jede Kommune ein CO
vorgesehen.
• Die Längen zwischen CO und NVt sowie zwischen NVt und Gebäude werden als
29
gemittelte Längen angenommen. Durch die geringere Anzahl der CO im PON-System
wird die Länge zwischen CO und NVt größer angesetzt.
C
CO – NVt im P2P-System 1000 m
C
CO – NVt im PON-System 1300 m
C
NVT – Gebäude in beiden Systemen 300 m
29 Erfahrungswerte aus verschiedenen TKI-Projekten unter Berücksichtigung ländlicher Strukturen
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
51
52
KOSTENSCHÄTZUNG FÜR DEN GESAMTEN OSTALBKREIS
• Es wird eine mittlere Auslastung der NVt-Standorte von 80 % angenommen, da in vielen
Fällen aus geografischen bzw. planerischen Gesichtspunkten die maximale Kabelanzahl
30
nicht erreicht werden kann.
• Zur Vereinfachung wird angenommen, dass in der Verteilebene zwischen NVt und
Gebäude nur 12-fasrige Kabel verwendet werden. Die Kosten werden dadurch nur
geringfügig beeinflusst, da der Preisunterschied zwischen 12-fasrigen Kabeln und Kabeln
mit weniger Fasern gering ist. Für die Kabelberechnung der Hauptkabelebene werden
ausschließlich 96-fasrige Kabel betrachtet.
• Die durchschnittliche Kabellänge vom NVt bis zu den Gebäuden unterscheidet sich
zwischen den beiden Systemen nicht. Die Annahme resultiert aus der Überlegung, dass
zu 96 % Splitter im NVt gesetzt werden und damit jedes Gebäude wie im P2P-System
ab NVt ein eigenes Kabel besitzt.
• Da es sich bei dieser Betrachtung um einen theoretischen Ansatz handelt, werden keine
Faserreserven vorgesehen. In der Praxis erfolgt eine Planung immer unter Berücksichtigung von Reserven.
• Für die Einbeziehung von teilnehmerabhängigen Kosten wie der passiven Faserabschlüsse
31
und der aktiven Technik im CO wird von einem Teilnehmerfaktor von 100 % ausgegangen.
• Die Förderrichtlinie wird insofern eingehalten, dass der Wettbewerb in den CO-Standorten (Open Access) stattfinden kann. Ein Aufbau von einer insbesondere im PON denkbaren Mehrfachstruktur, in der jedem Wettbewerber ein Anschluss an die Wohn- und
Gewerbeeinheiten ermöglicht wird, wird aus Gründen der wirtschaftlichen Mehrbelastung
an dieser Stelle nicht betrachtet.
4.2
Ergebnisse der Berechnung
Die Berechnung erfolgt entsprechend den in der Vorbetrachtung diskutierten Prämissen und
Ausgangswerten. Die wichtigsten Parameter können in der Tabelle 12 sowie in der Tabelle 13
im Anhang eingesehen werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich dabei um einen groben
Berechnungsansatz handelt, der auf mehreren vereinfachenden Annahmen beruht. Das Ergebnis
vermittelt einen Eindruck über die Höhe der Kosten der einzelnen Positionen.
30 Dieser Wert ergibt sich aus dem Mittelwert der bisherigen Clusterung im Ostalbkreisprojekt. Aufgrund
von natürlichen Grenzen, wie Eisenbahnlinien und Flussläufen kann eine maximale Auslastung in den
meisten Fällen nicht erreicht werden. Ein Vorteil: In vielen NVt ist damit noch Platz für Reserven.
31 Durch einen bedarfsabhängigen Aufbau der aktiven Technik im CO ist eine Reduzierung der Ausbaukosten möglich.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
KOSTENSCHÄTZUNG FÜR DEN GESAMTEN OSTALBKREIS
Ausgehend von der Gebäude- und Anschlussverteilung wurden für beide Systeme die Faserzahlen errechnet, die für die Versorgung aller Wohn- und Geschäftseinheiten benötigt werden.
Im P2P-System werden ca. 250.000 Fasern in der Hauptkabelebene verlegt. Damit werden
erheblich mehr Fasern als im PON-System (ca. 10.600 Fasern) benötigt.
Für das PON-System wird die Anzahl der Fasern in der Hauptkabelebene durch die Anzahl
der verbauten Splitter im NVt bestimmt, da jeder Splitter eine eigene Faser benötigt. Zunächst
wird die Anzahl der NVt-Standorte auf Basis der Anschlussverteilung und der festgesetzten
Kabelgröße errechnet. Im PON-Netzwerk werden ca. 2.450 NVt-Standorte entstehen. Die
Anzahl der Standorte unterscheidet sich damit nur geringfügig von den NVt-Standorten im P2PNetzwerk. Die leicht erhöhte Anzahl an NVt im P2P-System resultiert daraus, dass zwischen
NVt und Gebäuden ab 6 Wohn-/Geschäftseinheiten mehr als 12 Fasern und somit mehr als
ein Mikrorohr/Kabel benötigt werden (vgl. Formel S. 17). Desweiteren können auf dieselbe Art
und Weise aus der Anzahl der Gebäude und der Anschlüsse die Anzahl der Splitter errechnet
werden. Auch hier kommt ein mittlerer Auslastungsfaktor für die einzelnen Splittertypen zum
Einsatz, da eine Vollauslastung aller Splitter in der Realität unwahrscheinlich ist. Aus der Anzahl
der Splitter ergeben sich die Anzahl der Fasern in der Hauptkabelebene und damit die Anzahl
der Ports im CO.
In der Verteilebene unterscheiden sich die Faseranzahlen nicht gravierend, da vorrangig
1:32 Splitter eingesetzt werden und somit der Großteil aller Anschlüsse eine eigene Faser ab
dem NVt zugewiesen bekommt.
Für das P2P-System ist die Anzahl der Ports in den CO-Standorten aus der Gesamtfaseranzahl abzuleiten. Jede Faser, die im CO aufläuft, benötigt genau einen Port. Demnach müssen
ca. 250.000 Ports installiert werden. Aus einer max. Portanzahl von 5.000 Abschlüssen pro
CO resultiert eine Anzahl von 50 CO-Standorten im Ostalbkreis unter der Voraussetzung, dass
jeder Standort maximal ausgelastet ist. In der Realität ist dies nicht zwangsläufig zutreffend,
sodass die Anzahl der CO-Standorte höher liegen kann.
Tabelle 8 fasst die Ergebnisse für die beiden Netzstrukturen bezogen auf den gesamten Ostalbkreis zusammen. Wie sich schon bei den kleineren Simulationsgebieten gezeigt hat, können
im PON vor allem im Bereich der Kabel, passiver Faserabschlüsse und der Portkarten im CO
Kosteneinsparungen erzielt werden. Auch durch die verminderte Anzahl der CO-Standorte sowie
geringer angesetzten Kosten pro CO können Investitionskosten bezogen auf den gesamten
Ostalbkreis verringert werden.
Bei den Kosten der Mikrorohre im PON-System fällt insbesondere die mittlere Länge zwischen
CO und NVt ins Gewicht, die hier wesentlich höher ist, da die CO-Standorte zentralisierter
positioniert werden können. Allerdings wurde die vereinfachende Annahme getroffen, dass jeder
NVt ein eigenes Rohr zur Kabelzuführung erhält. In der Praxis würde in der Zuführungsebene
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
53
54
KOSTENSCHÄTZUNG FÜR DEN GESAMTEN OSTALBKREIS
mit größeren Faseranzahlen je Kabel gearbeitet werden und dadurch die Anzahl an Rohren
deutlich geringer ausfallen.
Tabelle 8: Vergleich der Netzstrukturen im Ostalbkreis
P2P
PON
Differenz
156.820
156.820
93.071
93.071
50
38
12
Anzahl aktive Fasern in CO
249.891
10.620
239.271
Anzahl passiver Faserabschlusspunkt im CO (ODF)
249.891
10.620
239.271
4.998
280
4.718
273
77
196
Anzahl Portcards
4.357
613
3.744
Anzahl NVt
2.467
2.450
17
2.250
380
1.870
956
421
534
15.246
4.043
11.203
Passiver Faserabschlusspunkt im CO (ODF)
8.746
372
8.374
NVt
7.031
6.983
48
Mikrorohre
12.288
12.443
-155
Fasern
16.243
4.328
11.915
Splitter 1:32
0
1.412
-1.412
Splitter 1:8
0
87
-87
Splitter 1:4
0
112
-112
62.759
30.580
32.180
Kosten pro Gebäude [€]:
674
329
346
Kosten pro LWL-Anschluss (WE) [€]:
400
195
205
allgemeine Kennzahlen:
Anzahl Kundenabschlüsse (WE/GE)
Anzahl Gebäudeabschlüsse
Anzahl CO
Anzahl aktive Fasern in CO (pro CO)
Anzahl Shelfs
Kosten [Tsd. €]:
CO
Shelf (CO)
Portcard (CO)
G ESAMTKO STEN (exklusive Tiefbau) [Tsd. €]:
51,30%
Wie aus der Berechnung hervor geht, liegen die Einsparungen in der Zuführungsebene CONVt (Fasern, 73 %), bei den passiven Faserabschlüssen (96 %) sowie bei der Aktivtechnik
(72 %). Insgesamt betrachtet beträgt der Unterschied zwischen den beiden Netztopologien
ca. 32,2 Mio. € und damit 50 %. Somit entfallen 205 € weniger auf einen einzelnen Endkundenanschluss.
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
KOSTENSCHÄTZUNG FÜR DEN GESAMTEN OSTALBKREIS
Es wird nochmal darauf hingewiesen, dass der Tiefbau für die Rohrverlegung in dieser globalen Betrachtung nicht mit eingerechnet wurde. Dieser würde zu den in Tabelle 8 aufgelisteten
Kosten hinzukommen und die prozentuale Einsparung pro Gebäude bzw. Anschlusseinheit
reduzieren. Aus den Kalkulationen der Simulationsgebiete „städtisch“ und „ländlich“ ergibt
sich ein Anteil von 60 bis 70 % Tiefbaukosten. Geht man von ca. 70 % Tiefbaukostenanteil
für den gesamten Ostalbkreis aus, ist eine prozentuale Einsparung pro Gebäude im Bereich
von 14 % zu erwarten.
4.3 Berücksichtigung der Stromkosten im CO
Um die Untersuchung der beiden Technologiekonzepte zu vervollständigen, sollen im Folgenden
die Kosten des Stromverbrauchs der aktiven Technik im CO betrachtet werden. Hierzu wurden
die Leistungswerte der benötigten Komponenten laut Hersteller (Alcatel-Lucent) zusammengestellt
und verglichen.
Tabelle 9: Vergleich von Energiekosten im CO
32
P2P
PON
Differenz
allgemeine Parameter:
33
20,71
20,71
1
26
Leistung pro Port [W]:
1,9
11,51
-9,61
mittlere Leistung pro Teilnehmer [W]:
1,9
0,44
1,46
Energieverbrauch pro Teilnehmer [kWh/a]:
16,7
3,88
12,78
Energiekosten pro Teilnehmer [€/a]:
3,45
0,8
2,65
Preis Energieverbrauch
[ct/kWh]:
mittlere Teilnehmerzahl pro Port:
Energiekosten pro Teilnehmer:
77%
32 Auf Grundlage eines Berechnungstools nach Anfrage bei Alcatel Lucent
33 Im zweiten Halbjahr 2014 lag der durchschnittlich Strompreis für industrielle Abnehmer mit einem
Bedarf von 500 bis 2.000 MWh in Deutschland bei 20,71 ct/kWh (inkl. Steuern und Abgaben);
Quelle: eurostat (http://ec.europa.eu)
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
55
LVI
Anhang
1_ Ei n ga n gs pa r a m e te r
fü r d i e Si m u l atio ns g e bi ete
1.1 Parameter im P2P-Netz
Der folgenden Tabelle können die wichtigsten Parameter, die für die Berechnung eines P2PNetzes verwendet wurden, entnommen werden.
Tabelle 10: Eingangsparameter des P2P-Netztes
Parameter
Wert
Anzahl Fasern pro Anschluss
1 aktiv
1 Reserve
Anzahl Fasern pro Gebäude
1 aktiv
1 Reserve
CPE-Kosten pro Anschluss
75 €
Verteilkabelebene
Kabeltypen (Anz. Fasern pro Kabel)
2, 4, 6, 12
Rohrtypen (Anz. Rohre pro Verband)
1, 2, 12, 24
max. Einblaslänge
800 m
Verteilschrank (NVt)
2.850 €
Kapazität des Verteilers
48 Kabel
Hauptkabelebene
Kabeltypen (Anz. Fasern pro Kabel)
12, 24, 48, 72, 96, 144
Rohrtypen (Anz. Rohre pro Verband)
3, 7
max. Einblaslänge
800 m
Central Office (CO)
45.000,00 €
max. Anzahl Fasern im CO
Faserabschlusspunkt im CO (ODF) pro Faser
OLT Shelf (16 OLT Cards)
OLT Card (36 Port)
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
5000
35,00 €
3.500,00 €
3.500 €
Anhang
1.2 Parameter im PON-Netz
Der folgenden Tabelle können die wichtigsten Parameter, die für die Berechnung eines PONNetzes verwendet wurden, entnommen werden.
Tabelle 11: Eingangsparameter des PON-Netzes
Parameter
Wert
Anzahl Fasern pro Anschluss
1 aktiv
1 Reserve
Anzahl Fasern pro Gebäude
1 aktiv
1 Reserve
CPE-Kosten pro Anschluss
75 €
Verteilkabelebene
Kabeltypen (Anz. Fasern pro Kabel)
2, 4, 6, 12
Rohrtypen (Anz. Rohre pro Verband)
1, 2, 12, 24
max. Einblaslänge
800 m
Splitter 1:32
150 €
Splitter 1:8
70 €
Splitter 1:4
45 €
Verteilschrank (NVt)
2.850 €
Kapazität des Verteilers
48 Kabel
Hauptkabelebene
Kabeltypen (Anz. Fasern pro Kabel)
12, 24, 48, 72, 96, 144
Rohrtypen (Anz. Rohre pro Verband)
3, 7
max. Einblaslänge
800 m
Central Office (CO)
10.000 €
max. Anzahl Fasern im CO
5.000
Faserabschlusspunkt im CO (ODF) pro Faser
35,00 €
OLT Shelf (8 OLT Cards)
5.550 €
OLT Card (8 Port)
6.600 €
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
LVII
LVIII
Anhang
2_Be r ec h n u n gs pa r a m ete r
fü r d i e Koste n be tr ac htu n g i m g esa mte n
Osta lbk r e is
2.1Para meter im P2P-Netz
Der folgenden Tabelle können die wesentlichen Parameter für die Berechnung eines P2P-Netzes
für den gesamten Betrachtungsbereich des Ostalbkreises entnommen werden.
Tabelle 12: Parameter des P2P-Systems für die Gesamtbetrachtung
Parameter
Wert
Anzahl Fasern pro Anschluss
1 aktiv
Anzahl Fasern pro Gebäude
1 aktiv
Teilnehmerfaktor
100%
CPE-Kosten pro Anschluss
0€
Verteilkabelebene
Kabeltypen (Anz. Fasern pro Kabel)
12
Verteilschrank (NVt)
2.850 €
durchschn. Auslastung NVt
38 Rohre
durchschn. Länge von NVt zu Gebäude
300 m
Hauptkabelebene
Kabeltypen (Anz. Fasern pro Kabel)
durchschn. Länge von CO zu NVt
Central Office (CO)
96
800 m
45.000 €
max. Anzahl Fasern im CO
5.000
durchschn. Länge von CO bis NVt
1.00 m
Faserabschlusspunkt im CO (ODF) pro Faser
35,00 €
OLT Shelf (16 OLT Cards)
3.500 €
OLT Card (36 Port)
3.500 €
Glasfasernetzstrukturen – Ein Vergleich zwischen PON und P2P
Anhang
2.2 Parameter im PON-Netz
Der folgenden Tabelle können die wesentlichen Parameter für die Berechnung eines PONNetzes für den gesamten Betrachtungsbereich des Ostalbkreises entnommen werden.
Tabelle 13: Parameter des PON-Systems für die Gesamtbetrachtung
Parameter
Wert
Anzahl Fasern pro Anschluss
1 aktiv
Anzahl Fasern pro Gebäude
1 aktiv
Teilnehmerfaktor
100%
CPE-Kosten pro Anschluss
0€
Verteilkabelebene
Kabeltypen (Anz. Fasern pro Kabel)
12
Splitter 1:32
150 €
Splitter 1:8
70 €
Splitter 1:4
45 €
Splitterauslastung 1:32
80%
Splitterauslastung 1:8
90%
Splitterauslastung 1:4
90%
Verteilschrank (NVt)
2.850 €
durchschn. Auslastung NVt
38 Rohre
durchschn. Länge NVt bis Gebäude
300 m
Hauptkabelebene
Kabeltypen (Anz. Fasern pro Kabel)
96
durchschn. Länge von CO zu NVt
950
Central Office (CO)
10.000 €
max. Anzahl Fasern im CO
5.000
durchschn. Länge von CO bis NVt
1.300
Faserabschlusspunkt im CO (ODF) pro Faser
35,00 €
OLT Shelf (8 OLT Cards)
5.550 €
OLT Card (8 Port)
6.600 €
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LIX
Landratsamt Ostalbkreis
Stuttgarter Straße 41
73430 Aalen
Telefon 07361 503 1210
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