В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Новые времена, новые сети

Павел Барабаш
Проректор по научной работе Смольного университета Российской академии образования

Станислав Воробьев
Научный сотрудник ФГУП НИИ "Рубин"

Олег Махровский
Руководитель информационно-аналитического сектора ФГУП НИИ "Рубин"

Концептуальные положения построения САД

В связи с качественными изменениями, происходящими в развитии современных телекоммуникационных сетей (ТКС), и в частности с созданием мультисервисных сетей, осуществляется внедрение современных технологий и на абонентских сетях доступа. Новые концептуальные подходы к их построению приводят к тому, что понятие "абонентская линия" уже не отражает самой сути элемента сети электросвязи между терминалом пользователя и коммутационной станцией. Поэтому появился новый, принятый уже в международных стандартах и рекомендациях термин "Access Network" – "сеть доступа". В отечественных концепциях ТКС чаще используется словосочетание "сеть пользовательского (абонентского) доступа" (САД), что дает более четкое представление о соответствующем фрагменте телекоммуникационной системы. На рис. 1 показан фрагмент телекоммуникационной сети с выделенными типовыми элементами САД [1].

Рис. 1. Типовая структура и состав сетей абонентского доступа

Абонентская сеть в простейшем случае состоит из трех основных элементов:

•          абонентского (пользовательского) терминала (AT);
•          абонентской   (пользовательской) линии (АЛ);
•          узла коммутации (УК).

В общем случае под сетями пользовательского (абонентского) доступа понимается совокупность линий, оконечных и промежуточных узлов, включаемых в коммутационное оборудование транспортной сети непосредственно или через выносной модуль (концентратор, мультиплексор) [2].

Структурно САД располагается между оборудованием, помещающемся непосредственно в месте расположения абонентов (пользователей), и транспортной сетью. Границей между САД и терминальным оборудованием может быть распределительная коробка или розетка, к которой подключается AT. Граница между САД и транспортной сетью проходит в месте установки УК, в абонентские комплекты которого входят подключаемые АЛ.

На рис. 2. представлена модель САД, основанная на новых подходах к ее построению. В соответствии с этой моделью, САД состоит из двух узловых элементов. Первый представляет собой совокупность подсетей АЛ, образующих сеть АЛ, а второй – непосредственно подсеть доступа (именуемую еще базовой сетью, распределительной сетью или сетью переноса). Каждая подсеть АЛ обеспечивает подключение абонентов (пользователей) к узлу доступа (УД) или УК непосредственно или через мультиплексор.

Рис. 2. Модель сети абонентского доступа

Проблему абонентского доступа к услугам телекоммуникационной сети на участке "AT – УД" с тем же качеством, что и непосредственно в телекоммуникационной сети, принято называть проблемой "последней мили".

В США и Западной Европе интерес к САД резко возрос в конце 1980-х – начале 1990-х годов, когда услуги речевой связи перестали быть единственным и основным видом сервиса. Благодаря модернизации и цифровизации магистральных сетей и коммутационных станций появились новые виды обслуживания, такие как сервис ISDN, передача данных и другие. "Последняя миля" в тот момент стала "горлышком бутылки", сдерживающим стремительное их внедрение.

Сквозь "бутылочное горлышко"

Эта метафора отражает тот факт, что сети абонентского доступа с малой пропускной способностью (низкой скоростью передачи информации и соответственно с узкой полосой пропускания – "узким горлышком бутылки") уже перестали обеспечивать растущие потребности пользователей. Поэтому во многих странах мира построение высокоскоростных, то есть широкополосных, сетей доступа стало приоритетным направлением их развития.

Различные концептуальные решения по этому направлению разрабатывались в международных организациях. Так, например, в отчете МСЭ-Т за 2001 г. широкополосный доступ определяется как возможность передачи с достаточной полосой пропускания, позволяющей предоставлять услуги голосовой связи, передачи данных и видео в одном потоке. Более точные требования к полосе пропускания определяются используемыми абонентом приложениями: такими как электронная почта, просмотр Web-страниц, загрузка аудио- и видеоклипов, игры on-line (infotainment – информация и развлечения), видеоконференции, интерактивное телевидение, доступ к дискуссионным группам и базам данных и т.п.

Исследователями и разработчиками международных организаций и промышленных компаний в последние годы формировались различные концептуальные положения по решению проблемы "последней мили". В настоящее время эти положения базируются на ряде технологий, физической основой для которых способны стать как проводные, так и радиосреды передачи.

Как уже отмечалось, специальные технологии абонентского доступа прежде всего нацелены на образование цифровых каналов на основе доступной физической среды, разновидности которой можно разделить на две группы.

1.         Физические среды проводного доступа:
•          оптическое волокно;
•          коаксиальный медный кабель;
•          витая пара (тоже медный кабель).

2.         Физические среды беспроводного доступа:
•          оптические      электромагнитныеволны;
•          радиоволны (тоже электромагнитные);
•          звуковые   (акустические)   волны (неэлектромагнитные ).

Известны исследования и других физических сред передачи информации – гравитационные, химические (запахи), биологические (телепатические), но их практическое использование пока далеко от реальности.

Перспективные концепции построения САД ориентируются, в основном, на физические среды, позволяющие передавать высокоскоростные потоки информации, то есть прежде всего – на оптоволокно.

Еще раз о потребностях и возможностях

Главной движущей силой развития технологий абонентского доступа становятся новые информационные потребности абонентов (пользователей) в услугах электросвязи. При этом с одной стороны (со стороны сети) появились службы, готовые удовлетворить данные потребности (в основном, в виде соединений с заданным качеством отдельных абонентов и в виде предоставления доступа к общим информационным ресурсам), а с другой стороны (со стороны абонентов) остались преимущественно старые физические линии доступа, не способные реализовать новые потребности. При этом целесообразно выделить три направления удовлетворения новых информационных потребностей пользователей за счет развития технологий абонентского доступа:
1)         увеличение скорости передачи и предоставление новых услуг тем абонентам, которые уже имели доступ к сети, и в тех точках доступа, которые уже существовали ранее;
2)         подключение новых абонентов в тех местах, где прежде не было точек подключения, с предоставлением полного набора современных услуг;
3)         подключение подвижных абонентов и предоставление им сервисов, соизмеримых по качеству с услугами, которые предоставляются фиксированным абонентам.

Если первые два направления не исключают "персональную мобильность абонентов", перемещающихся между фиксированными точками доступа (подключения), то третье направление призвано обеспечить "мобильность терминалов". В целом же от сети абонентского доступа требуется гарантировать персональный доступ к любым информационным и телекоммуникационным услугам любым абонентам – независимо от их местонахождения, то есть обеспечить персональную глобальную связь по принципу "всегда и везде".

На "последней миле"

В настоящее время наметились четыре наиболее характерных пути решения проблемы "последней мили".

1. Строительство ВОЛС на абонентском участке

Строительство волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) на участке "последней мили" имеет ряд очевидных достоинств и соответствует перспективным концепциям. Ценовые показатели уже относительно благоприятны – стоимость оптического кабеля (ОК) неуклонно снижается, причем оптические АЛ служат достаточно долго и не требуют особого внимания. Однако для прокладки кабеля необходимы трудовые и временные затраты специально подготовленных работников, а также недешевое оконечное оборудование приема/передачи и мультиплексирования, что увеличивает стоимость АЛ.

В качестве примера концепций построения САД на базе оптоволокна подходят следующие, разработанные в середине 1990-х гг.

• Концепция IFOS (IntegratedFiber-OpticSubscribersystem) – интегрированная оптоволоконная система абонентского доступа. Согласно данной идее, внедрение оптического кабеля (ОК) в САД должно пройти три основных фазы. На первом этапе ОК будет преимущественно использоваться для представления большого количества узкополосных цифровых каналов типа ОЦК-64 кбит/с и первичных трактов цифровых систем передачи (Т1/Е1).
На этой фазе предполагается широкое применение ОК для доступа к узкополосным ЦСИО (цифровые сети с интеграцией обслуживания).

На втором этапе добавляются широкополосные каналы, передающие информацию в одном направлении (распределение программ кабельного телевидения, высококачественного звукового вещания, теперь сюда прибавляется и считывание информации из сети Интернет).

Третья фаза подразумевает возможность предоставления дуплексных широкополосных каналов, используемых, например, для организации стыков "пользователь – сеть" в широкополосной ЦСИО.

Специалисты, разработавшие концепцию IFOS, считают, что переход к полностью оптическим абонентским сетям произойдет к 2015 г.

С названными выше тремя фазами реализации концепции IFOS созвучны следующие три самостоятельные концепции (см. рис. 3)

Рис. 3. Концепция построения САД на базе оптоволокна

• Концепция TPON (TelephonyoveraPassiveOpticalNetwork) – телефония на базе пассивных оптических сетей. Она предполагает использование широкополосных каналов доступа для большего числа пользователей, нуждающихся в относительно низкоскоростных (узкополосных) каналах (в частности, телефонных). Под пассивными оптическими сетями понимают сети, включающие только одноинтервальные волоконно-оптические линии без регенераторов (то есть без активных усилительных устройств).

• Концепция BPON (BroadbandoveraPassiveOpticalNetwork) – широкополосные сети на базе пассивных оптических сетей. Концепция является развитием предыдущей. Ее реализация предполагается в том случае, когда возникает спрос на широкополосные (например, мультимедийные) услуги. Один из сценариев предоставления широкополосных каналов заключается в использовании дополнительных длин волн для приема дополнительных широкополосных сигналов (что уже реализовано в технологии DWDM).

• Концепция BIDS (Broadband Integrated Distributed Star) – широкополосная интегрированная "звездообразная" (радиальная) сеть доступа. Идея строится на предоставлении широкополосных каналов. Слово "star" (звезда) в названии подчеркивает тот факт, что к каждому сетевому окончанию подводится индивидуальное волокно. Данная в целом прогрессивная концепция доведения оптоволокна до каждого абонента изначально относилась к вариантам организации доступа к широкополосным ЦСИС (цифровые сети с интеграцией служб). Телевизионный и другие широкополосные сигналы, получаемые со стороны стационарного оборудования, предполагались аналоговыми и объединялись с речевой информацией, которая преобразована в цифровой вид только для передачи по единой направляющей системе. В настоящее время (с появлением стандартов цифрового радио- и телевизионного вещания) подобные взгляды выглядят устаревшими.

2. Строительство (прокладка) медно-кабельных абонентских линий.

Это традиционное решение имеет ряд положительных моментов: простое проектирование, наличие опытного персонала по строительству и эксплуатации, приемлемая стоимость. Основные недостатки: дорогое обслуживание и ограниченная – по сравнению с ВОЛС – пропускная способность при тех же трудовых и временных затратах на строительные работы. В последнее время отмечается еще один "специфический" недостаток -привлекательность медных кабелей для сборщиков металлолома.

3. Уплотнение существующих (медно-кабельных) абонентских линий

Идея уплотнения АЛ родилась давно. Аналоговое оборудование высокочастотного уплотнения широко используется в телекоммуникационных сетях до сих пор. Однако своим подлинным развитием данное решение обязано появлению цифровых абонентских линий ЦАЛ (DSL – Digital Subscriber Loop или Line). Технологии xDSL (где х является обобщенным символом различных аббревиатур, соответствующих различным вариантам DSL) позволили организовать высокоскоростную цифровую передачу по существующим АЛ.

Технологии DSL открыли новые возможности для предоставления коммуникационных услуг, так как полоса пропускания абонентского шлейфа теперь не ограничивается 4 кГц, как это было в традиционной аналоговой телефонии. Расширить полосу пропускания оказалось реальным с помощью специальных линейных кодов и техники цифровых сигнальных процессоров. Технологии DSL используют различные схемы линейного кодирования: CAP, 2B1Q, РАМ и др. Линейное кодирование – это алгоритм преобразования сигнала, предназначенный для надежной помехоустойчивости передачи данных по медному проводу. Например, новая технология линейного кодирования Trellis Coded – РАМ (ТС-РАМ), лежащая в основе нового перспективного стандарта SHDSL, уменьшает мощность сигнала, увеличивает дальность передачи и позволяет кодировать больше данных внутри частотного спектра [3].

Допустимая длина ЦАЛ, как правило, составляет не более 5-6 км (в слу чае диаметра жилы кабеля 0,4-0,5 мм). Используя регенераторы, несложно увеличить допустимую длину ЦАЛ. "Допустимой" обычно считается длина, при которой вероятность ошибки на бит не превышает 107. Существуют и более строгие международные и российские ведомственные нормативы, разработанные для цифровых первичных сетей, которые часто применяют для оценки пригодности ЦАЛ.

С целью организации многоканальной передачи информации по ЦАЛ с середины 1990-х гг. выпускаются специальные DSL-мультиплексоры DSLSM(Digital Subscriber Loop Access Multiplexer) или ЦСПАЛ (цифровые системы передачи для абонентских линий). Оборудование ЦСПАЛ применяется обычно для расширения существующей абонентской распределительной сети, "распаривания" абонентов при модернизации АТС, телефонизации коммунальных квартир и т.д.

Для повышения эффективности существующих абонентских телефонных линий в виде каналов тональной частоты (ТЧ) или физических линий широко используются различные тональные (в полосе канала ТЧ) и надтональные (частоты выше 3,4 кГц) модемы. Привычными для обычных телефонных линий являются компьютерные модемы, поддерживающие двусторонние скорости передачи от 14,4 кбит/с (протокол V.32) до 28,8/33,6 кбит/с (протоколы V.34/V.34 bis) и одностороннюю скорость 56 кбит/с в направлении сеть (Интернет) – абонент (протоколы х2: K56flex, V.90 и V.92) при обратной скорости абонент – сеть до 33,6 кбит/с (до 42 кбит/с – протокол V.92).

Дополнительным резервом построения САД на базе существующих проводных "абонентских линий" служат:
•          проводная разводка радиоточек;
•          линии электропередач (например, известны технологии Х.10 и DPL – Digital Power line. Последняя позво ляет передавать данные по электропроводке со скоростью до 1 Мбит/с и др.);
•          сети кабельного телевидения (во многих городах уже применяются для доступа в Интернет).

4. Использование технологий беспроводного абонентского доступа

В последнее время значительно возрос интерес к технологиям беспроводного абонентского доступа, именуемым WLL-технологиями (Wireless Local Loop). Более распространенные технологии радиодоступа (в отличие от технологий оптического беспроводного доступа) сокращенно называют RLL (Radio Local Loop).

WLL-технологии имеют бесспорное преимущество перед проводными в случае отсутствия кабельной инфраструктуры в труднодоступных и малонаселенных районах. Главные недостатки WLL – ограниченная пропускная способность и относительно высокая стоимость в расчете на одного абонента, а также традиционные для радиосвязи (да и оптической связи) проблемы "открытости" к внешним воздействиям. Однако принципиальная возможность быстрого развертывания, приема радиосигнала в любом месте (в пределах определенных зон покрытия), не привязываясь к "розетке", а также допустимость связи в движении – все это вызывает нарастающий интерес к беспроводным технологиям, стимулируя их развитие и снижение стоимости.

В настоящее время существует огромное множество WLL-технологий, которые условно разделяются на две большие группы – технологии фиксированной и подвижной связи, используемые соответственно для доступа фиксированных и подвижных абонентов. Традиционно аббревиатуру WLL применяют в узком смысле для обозначения первой группы технологий – фиксированного беспроводного абонентского доступа. Технологии же подвижной, или иначе мобильной, связи обычно рассматривают как самостоятельную группу технологий, среди которых принято различать технологии сотовой, транкинговой, пейджинговой и спутниковой связи.

Очевидно, что подвижную связь всегда можно использовать как фиксированную. Обратное же не всегда приемлемо. С другой стороны, фиксированная связь позволяет обеспечить предоставление широкополосных услуг с качеством, соизмеримым с качеством услуг, предоставляемых проводными технологиями, что пока не в состоянии позволить себе подвижная связь.

Литература

1. Ги Кайя. Об абонентском доступе// Сети и системы связи. 1996, № 6.

2. Лихачев A.M., Курносов В.И. Тенденции технического и технологического развития телекоммуникационных сетей. СПб.: Абрис, 1997.

3. Горнак А.М. Организация доступа на базе xDSL: современные технологии // Технологии и средства связи. Специальный выпуск "Системы абонентского доступа", 2004.

Опубликовано: -2008
Посещений: 15270

Автор