Системы абонентского доступа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учреждение «Университет «Туран»

УТВЕРЖДЕНО

на заседании кафедры

Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Наименование учреждения «Университет «Туран»

Протокол № __ от «___»______ 2012 г.

Заведующий (ая) кафедрой

_______________Вервейкина Л.С.

ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС-КОНТЕНТ

(ТЕЗИСЫ ЛЕКЦИЙ, ИЛЛЮСТРАТИВНЫЙ И РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ, СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ)

«Системы абонентского доступа»

Специальность: 5В071900, Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Автор: Сапарова А.Б., ст. пр. кафедры «Радиотехника, электроника и телекоммуникации «Туран»,

Технология обучения: кредитная

Форма обучения: очное/заочное

Языковое отделение: русское

Система оценки знаний студентов: рейтинговая

Алматы, 2012

Тема 1. Введение. Основные понятия систем абонентского доступа

В современной телекоммуникационной системе меняется не только роль сети доступа. В большинстве случаев расширяется и территория, в границах которой создается сеть доступа. Для того, чтобы исключить имеющиеся в современных публикациях различия в трактовке места и роли сети доступа, на рисунке 1.1 показана модель перспективной телекоммуникационной системы. Эта модель основана на сетевых структурах, приведенных в публикациях [23 - 26].

1.1 Место сети абонентского доступа в телекоммуникационной системе

Рисунок 1.1

Первый элемент телекоммуникационной системы представляет собой совокупность терминального и иного оборудования, которое устанавливается в помещении абонента (пользователя). В англоязычной технической литературе этот элемент телекоммуникационной системы соответствует термину Customer Premises Equipment (CPE).

Второй элемент телекоммуникационной системы и есть, собственно, предмет данной монографии. Роль сети абонентского доступа состоит в том, чтобы обеспечить взаимодействие между оборудованием, установленным в помещении абонента, и транзитной сетью. Обычно в точке сопряжения сети абонентского доступа с транзитной сетью устанавливается коммутационная станция. Пространство, покрываемое сетью абонентского доступа, лежит между оборудованием, размещенном в помещении у абонента, и этой коммутационной станцией.

В ряде работ, например в [23], сеть абонентского доступа делится на два участка - нижняя плоскость рисунка 1.1. Абонентские линии (Loop Network) можно рассматривать как индивидуальные средства подключения терминального оборудования. Как правило, этот фрагмент сети абонентского доступа представляет собой совокупность АЛ. Сеть переноса (Transfer Network) служит для повышения эффективности средств абонентского доступа. Этот фрагмент сети доступа реализуется на базе систем передачи, а ряде случаев используются и устройства концентрации нагрузки.

Третий элемент телекоммуникационной системы - транзитная сеть. Ее функции состоят в установлении соединений между терминалами, включенными в различные сети абонентского доступа, или между терминалом и средствами поддержки каких-либо услуг. В рассматриваемой модели транзитная сеть может покрывать территорию, лежащую как в пределах одного города или села, так и между сетями абонентского доступа двух различных стран.

Четвертый элемент телекоммуникационной системы иллюстрирует средства доступа к различным услугам электросвязи. На рисунке 1.1, в последнем эллипсе, указано название на языке оригинала (Service Nodes), которое переведено тремя словами - узлы, поддерживающие услуги. Примерами такого узла могут быть рабочие места телефонистов-операторов и серверы, в которых хранится какая-либо информация.

Приведенную на рисунке 1.1 структуру следует рассматривать как перспективную модель телекоммуникационной системы. Для решения терминологических проблем обратимся к модели, свойственной сетям абонентского доступа аналоговых АТС. Такая модель показана на рисунке 1.2 [21]. Рассматривая существующие местные сети, мы, как правило, будем оперировать двумя терминами - «Абонентская сеть» или «Сеть АЛ». Слова «Сеть абонентского доступа» используются в тех случаях, когда речь идет о перспективной телекоммуникационной системе.

1.2 Модель абонентской сети

Рисунок 1.2

Эта модель справедлива как для ГТС, так и для СТС. Более того, для ГТС приведенная на рисунке 1.2 модель инвариантна к структуре межстанционной связи. Она идентична для:

- нерайонированных сетей, состоящих, по определению [12], только из одной телефонной станции;

- районированных сетей, которые состоят из нескольких районных АТС (РАТС), соединенных между собой по принципу "каждая с каждой";

- районированных сетей, построенных с узлами входящего сообщения (УВС) или с узлами исходящего сообщения (УИС) и УВС.

Для всех элементов абонентской сети в скобках указаны термины на английском языке, приведенные в [21]. Следует отметить, что термин "линия межшкафной связи" (Link cable) в отечественной терминологии еще не применяется, так как подобные трассы в ГТС и СТС почти не используются.

Модель, иллюстрирующая основные варианты построения абонентской сети, приведена на рисунке 1.3 [21]. На этом рисунке детализированы некоторые фрагменты предыдущей модели.

1.3 Основные варианты построения абонентской сети

Рисунок 1.3

На рисунке 1.3 использован ряд обозначений, редко встречающихся в отечественной технической литературе. Устройство кроссировки кабеля (Cross-connection point) показано как две концентрические окружности. Такой символ часто используется в документах МСЭ. Также типичным можно считать обозначение распределительной коробки (Distribution point) черным квадратом. К новым аббревиатурам, введенным на рисунке 1.3, мы вернемся в следующем параграфе.

Модель, показанная на рисунке 1.3, может считаться универсальной в отношении типа коммутационной станции. В принципе, она одинакова как для ручной телефонной станции, так и для самой современной цифровой системы распределения информации. Более того, данная модель инвариантна к виду интерактивной сети, например телефонной или телеграфной.

С другой стороны, для цифровой коммутационной станции может быть предложена собственная модель, которая позволит точнее отразить специфику сети абонентского доступа. Эта задача достаточно сложна. Проблема состоит в том, что процесс внедрения цифровой коммутационной станции приводит к изменению структуры местной телефонной сети. В ряде случаев [12] это заметно отражается на структуре абонентской сети. Характерный пример подобной ситуации - установка цифровой коммутационной станции, заменяющей несколько старых электромеханических станций. Пристанционный участок цифровой коммутационной станции - при таком способе модернизации местной телефонной сети - фактически объединяет все территории, обслуживавшиеся ранее демонтируемыми электромеханическими АТС. Кроме того, при внедрении цифровой коммутационной станции могут возникать специфические (постоянные или временные) решения, когда некоторые группы удаленных абонентов подключаются за счет использования концентраторов.

Конечно, подобные решения должны обязательно приниматься во внимание на этапе разработки общей концепции модернизации местной телефонной сети. Когда соответствующие концептуальные решения приняты, можно приступать к поиску оптимальных вариантов построения сети абонентского доступа. Для гипотетической цифровой коммутационной станции эти варианты представлены на рисунке 1.4. Два последних рисунка (1.3 и 1.4) имеют ряд общих моментов.

1.4 Модель сети абонентского доступа для цифровой коммутационной станции

Рисунок 1.4

Во-первых, обе структуры подразумевают наличие так называемой "зоны прямого питания" - анклава, в пределах которого АЛ включаются в кросс непосредственно (без соединения кабелей в распределительных шкафах).

Во-вторых, за "зоной прямого питания" располагается следующая область сети доступа, для которой в цифровой станции целесообразно использовать выносные абонентские модули (концентраторы или мультиплексоры), а для аналоговой АТС - либо неуплотненные кабели, либо каналы, образованные системами передачи.

В третьих, необходимо отметить, что структура абонентской сети - вне всякой зависимости от типа коммутационной станции - соответствует графу с древовидной топологией. Это существенно с точки зрения надежности связи: применение цифровой коммутационной техники не только не повышает коэффициент готовности АЛ, но, в ряде случаев, снижает его из-за введения дополнительного оборудования на участке от кросса АТС до терминала пользователя.

Для составления перечня необходимых далее терминов и, особенно, для установления соответствия между понятиями, принятыми в отечественной практике и документах МСЭ, целесообразно привести структуру сети АЛ, использованную в [20]. Эта структура приведена на верхней части рисунка 1.5, а в его нижней плоскости изображена подобная модель, содержащаяся в [21].

1.5 Структурная схема и стыки оборудования абонентских линий для ГТС и СТС

Рисунок 1.5

Для структурной схемы АЛ (верхняя часть рисунка 1.5) представлены три варианта подключения абонентского терминала к коммутационной станции.

Верхняя ветка данного рисунка показывает перспективный вариант подключения ТА без использования промежуточного кроссового оборудования. Кабель прокладывается от кросса до распределительной коробки, где посредством абонентской проводки осуществляется подключение ТА.

На средней ветке рисунка изображен вариант подключения ТА по шкафной системе, когда между кроссом и распределительной коробкой размещается промежуточное оборудование. В нашей модели роль такого оборудования отведена распределительному шкафу.

В ряде случаев АЛ организуется с использованием воздушных линий связи (ВЛС). На рисунке 1.5 этот вариант показан на нижней ветке. В такой ситуации на столбе устанавливается кабельный ящик (КЯ) и вводно-выводные изоляторы. В месте размещения распределительной коробки монтируется абонентское защитное устройство (АЗУ), предотвращающее возможное влияние на ТА опасных токов и напряжений. Следует отметить, что организация АЛ или ее отдельных участков за счет строительства ВЛС не рекомендуется; но в ряде случаев - это единственный вариант организации абонентского доступа.

1.6 Перечень основных терминов

Приведенные выше рисунки и соответствующие краткие комментарии позволяют составить следующий перечень терминов, относящихся к сети абонентского доступа:

1. Местная станция (МС), к которой подключаются абонентские линии. Для ГТС - это РАТС. В СТС абоненты включаются в оконечные (ОС), узловые (УС) и центральные (ЦС) станции. В англоязычной технической литературе и для СТС, и для ГТС используется общий термин "местная станция" - Local exchange (LE). Иногда используется еще один термин - Central Office (CO), который также применяется для ГТС и СТС. С чисто технической точки зрения, удобно и в отечественной практике использовать единый термин - МС.

2. АЛ - линия местной телефонной сети, соединяющая оконечное абонентское телефонное устройство с АК оконечной станции, концентратора или иного выносного модуля. В англоязычной технической литературе используется термин Subscriber line или просто Line. В определении, перед словом “устройство”, стоит прилагательное “телефонное”, которое подчеркивает основное назначение АЛ как элемента ТФОП. В настоящее время слова «Оконечное телефонное устройство» часто заменяются более общим термином, инвариантным к виду коммутируемой (вторичной) сети, - «Терминал».

3. Станционный участок АЛ - участок абонентской линии от АК местной станции, концентратора или иного выносного модуля до станционной стороны кросса. В зарубежной технической литературе этот участок АЛ как самостоятельный элемент сети абонентского доступа не рассматривается.

4. Линейный участок АЛ - участок абонентской линии от линейной стороны кросса или вводно-коммутационного устройства оконечной станции, концентратора или иного выносного модуля до розетки (или иного аналогичного элемента) оконечного абонентского устройства телефонной сети. В зарубежной технической литературе этот участок АЛ также не рассматривается как самостоятельный элемент сети абонентского доступа.

5. Магистральный участок АЛ - участок абонентской линии от линейной стороны кросса или вводно-коммутационного устройства местной станции, концентратора или иного выносного модуля до распределительного шкафа, включая участки межшкафной связи. Магистральному участку АЛ соответствует термин "Main cable". Магистральным участком считается также зона прямого питания, в пределах которой для построения абонентской сети распределительные шкафы не используются. Зона прямого питания занимает территорию, примыкающую к телефонной станции в радиусе примерно до 500 метров. В англоязычной технической литературе для обозначения этого участка абонентской сети используются слова "Direct service area".

6. Распределительный участок АЛ - участок абонентской линии от распределительного кабельного шкафа до абонентского пункта. Этому участку АЛ - в зависимости от структуры сети доступа - соответствуют термины "Primary distribution cable" и "Secondary distribution cable". А часть площади, занимаемой распределительным участком, называется обычно "Cross-connection area".

7. Абонентская проводка - участок абонентской линии от распределительной коробки до розетки включения оконечного абонентского телефонного устройства. В англоязычной технической литературе используются два термина:

- "Subscriber's lead-in" - участок от распределительной коробки до помещения абонента;

- "Subscriber's service line" - участок от распределительной коробки до телефонного аппарата.

8. Кросс, ВКУ - оборудование стыка станционных и линейных участков абонентских и соединительных линий городских, сельских и комбинированных телефонных сетей. Этот элемент сети доступа в англоязычной технической литературе называется "Main distribution frame"; часто используется аббревиатура MDF.

9. Кабельный распределительный шкаф (ШР) - оконечное кабельное устройство, предназначенное для установки кабельных боксов (с плинтами, без элементов электрической защиты), в которых осуществляются соединения магистральных и распределительных кабелей абонентских линий местных телефонных сетей. Кабельному распределительному шкафу соответствует термин "Cross-connection point". Если АЛ проходит через два ШР, то в англоязычной технической литературе - для второго шкафа - добавляют прилагательное "secondary". Кроме того, если ШР находится в специально оборудованном помещении, то он именуется как "Cabinet". В том случае, когда ШР располагается у стены здания или иного подобного места, он называется "Sub-cabinet" или "Pillar". Эти обозначения обычно указываются в скобках после функционального назначения - "Cross-connection point". В технической литературе используется еще несколько терминов, более или менее соответствующих ШР. Чаще всего встречается слово "Curb".

10. Абонентская распределительная коробка (РК) - оконечное кабельное устройство, предназначенное для осуществления стыка кабельных пар, включенных в плинт распределительной коробки, с однопарными проводами абонентских проводок. Distribution point (DP) - аналог термина "Абонентская распределительная коробка”.

11. Кабельная канализация - совокупность подземных трубопроводов и колодцев (смотровых устройств), предназначенных для прокладки, монтажа и технического обслуживания кабелей связи. Термин "Кабельная канализация" в англоязычной технической литературе используется в двух вариантах: "Duct" или "Cable duct".

12. Колодец (смотровое устройство) кабельной канализации - устройство, предназначенное для прокладки кабелей в трубопроводы кабельной канализации, монтажа кабелей, размещения сопутствующего оборудования и технического обслуживания кабелей связи. Словам «Кабельный колодец» в английском языке эквивалентны два термина: "Jointing chamber" или "Jointing manhole".

13. Кабельная шахта - сооружение кабельной канализации, размещаемое в подвальном помещении телефонной станции, через которое кабели вводятся в здание станции и в котором, как правило, многопарные линейные кабели распаиваются на станционные кабели емкостью 100 пар. Этот термин в английском языке обозначается словами "Exchange manhole".

14. Пристанционный участок - территория, в пределах которой все абонентские линии подключаются к данной МС. В англоязычной технической литературе используется термин "Local exchange area".

15. Цифровой кроссовый узел (ЦКУ) - оборудование для выделения и объединения цифровых каналов и трактов. ЦКУ содержит устройство управления, способное автономно или под воздействием команд из центра технической эксплуатации (ЦТЭ) производить реконфигурацию структуры транспортной (первичной) сети. Этому элементу транспортной сети соответствует термин "Digital Cross Connect", имеющий несколько аббревиатур, из которых чаще всего используются DSC и DXC.

16. Мультиплексор с выделением каналов (МВК) - оборудование, схожее по функциональному назначению с ЦКУ, но не имеющее системы управления. В англоязычной технической литературе используется термин "Add-Drop Multeplexer" (ADM).

17. Телефонная плотность - величина, определяющая число телефонов на 100 жителей, число семей и т.п. или на единицу площади. В последнем случае вводится уточняющее прилагательное - "Поверхностная телефонная плотность". Телефонная плотность в текстах на английском языке обозначается терминами Telephone density, Line density, Telephone penetration.

Читатель, вероятно, обратил внимание на следующий факт: определив ряд терминов, автор упустил фундаментальное - если верить названию монографии - определение. Речь, конечно, идет о словосочетании “Сеть абонентского доступа”. Проблема состоит в том, что точное определение “Сети абонентского доступа” еще не разработано. Более того, некоторые толкования этого термина содержат существенные противоречия. Мне кажется, что для “сети абонентского доступа” целесообразно ввести два определения: с точки зрения выполняемых функций и с точки зрения топологии телекоммуникационной системы.

Первое определение, в свою очередь, требует уточнения термина “доступ”. Это слово часто встречается в электросвязи и ряде смежных дисциплин. Применительно только к электросвязи слово “доступ” используется в нескольких аспектах (доступность коммутационной системы, доступ к дополнительным видам обслуживания и т.п.). В монографии термин “доступ” будет трактоваться так, как оно определено в [27]: “Доступ (Access) - процесс обращения абонента к некоторым ресурсам системы, сети”. В этом контексте “Сеть абонентского доступа” может рассматриваться как фрагмент телекоммуникационной системы, обеспечивающий обращение абонента к некоторым общесетевым ресурсам.

Такое определение не дает практически никакого представления о границах сети абонентского доступа. Для того, чтобы восполнить этот пробел, целесообразно рассмотреть гипотетическую модель сети абонентского доступа, показанную на рисунке 1.6. Структура предлагаемой модели содержит две МС (N1 и N2) и один центр коммутации пакетов (ЦКП).

Тема 2. Основные понятия мультисервисной сети абонентского доступа. Цифровые системы передачи абонентских линий

Сейчас уже нельзя сказать, что вопросам мультисервисного доступа уделяется мало внимания. Скорее наоборот, сети доступа стали одним из направлений, наиболее активно развиваемых операторами связи, и можно смело утверждать, что будущее оператора во многом зависит от того, какие решения выбраны для его сети доступа. Большинство традиционных сетей доступа, эксплуатировавшихся операторами до настоящего времени, отличались высокой стоимостью и низкой эффективностью. Даже с началом конвергенции сетей связи в процессе перехода к NGN все новые решения относились преимущественно к транспортной сети, способам создания услуг и устройствам управления. Столкнувшись с необходимостью предоставления абоненту полного спектра инфокоммуникационных услуг, операторы пришли к рассматриваемому здесь понятию мультисервисного доступа.

2.1 Triple Play

Общее требование к современным технологиям мультисервисного доступа сформулировать несложно: должна обеспечиваться передача любых видов трафика в одном канале. Сегодня более красиво это называется "triple-plays": видео, речь и данные, причем переход к NGN требует более широкой трактовки этих понятий. Передача речи - это и услуги местной телефонной связи, и выход на междугородную и международную связь (по новым правилам должен быть реализован выход на альтернативного оператора), и IP-телефония. Аналогичным образом расширяются и понятия услуг передачи видео и данных.

Конечно, новые инфокоммуникационные услуги сначала будут востребованы сравнительно небольшой группой абонентов, но это будет самая высокодоходная категория пользователей в абонентской базе оператора. Расслоение абонентов по уровню спроса на новые виды услуг продолжится и в дальнейшем, дифференцируя тем самым приносимые доходы. Собственно говоря, сегодня задача оператора заключается в том, чтобы найти разумные решения при построении сети доступа, учитывающие возникающую дифференциацию уровня спроса на услуги среди отдельных групп абонентов.

2.2 Современные сети доступа

2.2.1 Особенности сетей доступа в Казахстане

Одно из преимуществ отечественных сетей доступа заключается в том, что более короткие, чем в большинстве стран, абонентские линии позволяют сравнительно просто применять оборудование типа xDSL и другие современные технические средства. Для России DSL-технологии особенно интересны, так как в российских сетях доступа преобладают многопарные кабели связи с медными жилами.

Однако на практике условия эксплуатации большинства абонентских кабелей не позволяют повсеместно внедрять современные услуги связи. Практически в каждом случае применения оборудования систем передачи (включая аппаратуру типа xDSL) необходимо проводить измерения абонентских кабелей.

2.2.2 Мультисервисный доступ

Пересматривая подходы к построению сети доступа, операторы преследуют несколько основных целей: удержать эксплуатационные расходы в разумных пределах, избежать построения специализированных сетей для каждого типа трафика и обеспечить удовлетворяющее абонентов качество услуг. Таким образом и появляется понятие мультисервисной сети доступа, основное назначение которой -обеспечение быстрого, экономичного и качественного доступа любого пользователя ко всем услугам сети оператора связи.

К оборудованию мультисервисной сети доступа в первую очередь относятся мультисервисные абонентские концентраторы, шлюзы доступа, шлюзы IP-телефонии (медиашлюзы), мультисервисные коммутаторы доступа и т.п., а также различные интегрированные устройства абонентского доступа (IAD), в значительной мере влияющие на принципы построения сети доступа.

Достаточно важно отметить некоторые аспекты работы современного оборудования доступа. Основная транспортная технология мультисервисной сети - IP. Следовательно, и доступ должен базироваться на IP-протоколе. Вместе с тем большинство решений в области мультисервисного доступа, предлагаемых сегодня на рынке, основаны на технологии ATM. Кроме того, доступ становится широкополосным: уровень доступа уже не должен оказываться "узким местом" операторской сети.

Производители оборудования, как правило, используют термин "оборудование доступа", не стараясь привязать свой продукт к какой-то классификации. Гораздо более важен набор поддерживаемых технологий, которые позволят оператору предоставить абонентам требуемый набор услуг. Второй ключевой момент - эффективность и простота внедрения оборудования в сети доступа.

2.3 Технологии доступа

Итак, какие же технологии следует использовать при реализации мульти-сервисной сети доступа? В настоящее время оператору доступны самые разные технологии для модернизации сетей доступа. Перед тем, как начать анализ, попробуем разделить все технологии по используемой среде передачи: оптический кабель, беспроводный доступ и металлические линии.

2.3.1 Оптический доступ

Суть технологии PON (Passive Optical Network) заключается в том, что между центральным узлом и удаленными абонентскими узлами создается полностью пассивная оптическая сеть, имеющая топологию "дерево". Оптика на сегодня далеко не самое востребованное решение для российских сетей доступа, однако ее перспективы выглядят достаточно многообещающе, чтобы можно было не сомневаться в необходимости наличия оптического интерфейса в оборудовании доступа.

2.3.2 Беспроводный доступ

Радиодоступ абонентов к услугам телефонии и передачи данных организуется с помощью технологий WLL. Одной из первых WLL-технологий, получивших широкое распространение на рынке, по праву считается стандарт DECT. Кроме того, для организации беспроводного абонентского доступа используются технологии классов WPAN (Wireless Personal Area Network), WLAN и WMAN.

Среди стандартов WPAN, обеспечивающих непосредственное подключение абонентских терминалов к устройствам доступа, наиболее широко распространены беспроводный оптический IrDA (связь по ИК-каналу) и Bluetooth. Их основное отличие -ограниченный радиус действия (1-10 м) и отсутствие проблем с частотным диапазоном.

Самым известным на рынке стандартом локальных сетей радиодоступа WLAN на сегодняшний день можно с уверенностью назвать IEEE 802.11a/b/g (технология Wi-Fi). Европейский (ETSI) аналог стандарта называется HiperLAN2. Различные версии стандарта ориентированы на работу в диапазонах от 2,4 до 5,8 ГГц и обеспечивают скорость передачи данных от 1 до 54 Мбит/с.

Новое модное слово в секторе беспроводных городских (Wireless MAN) сетей - WiMAX. Это коммерческое название группы стандартов IEEE 802.16, поддержанных промышленной группой, в состав которой входит ряд известных компаний-разработчиков. Этот протокол разработан для организации беспроводного доступа на уровне мегаполисов и призван решить проблему "последней мили" для самых требовательных провайдеров, а также сократить финансовые расходы и временные затраты на развертывание новых подключений благодаря унификации решения. Заявленные высокие скорости (до 70 Мбит/с) и дальность связи (до 50 км) должны обеспечить технологии WiMAX большое будущее.

2.3.3 Проводной доступ

Среди проводных технологий доступа первое место все еще занимает ISDN. Базовый доступ ISDN (ISDN BRI) можно назвать устаревшей технологией, но для многих операторов и абонентов это по-прежнему вполне эффективное и удобное решение. ISDN - это полностью цифровая (вплоть до абонентского терминала в странах, где развитие ISDN шло наиболее интенсивно), но все же телефонная сеть общего пользования; основное приложение ISDN - коммутируемый доступ к ресурсам Интернета -в лучшем случае позволит получить полосу пропускания 128 кбит/с. Если же соединение устанавливается только по одному каналу В, то общая полоса пропускания сравнима с тем, что может обеспечить современный модем. Для массового внедрения услуг ISDN необходима дорогостоящая модернизация ТфОП, поэтому ISDN будет пользоваться популярностью только в тех странах, где такая модернизация финансировалась государством (например, в Германии). Ключевым ISDN-приложением могла бы стать видеоконференц-связь, однако со времен создания ISDN техника видеоконференций активно развивалась на основе протокола IP, а не коммутации каналов ISDN.

Поддерживаемый набор протоколов семейства xDSL - наверное, самая важная характеристика оборудования доступа, поскольку использование технологий DSL, как уже упоминалось, наиболее актуально в Казахстане.

Для организации домашнего высокоскоростного доступа в Интернет удобны асимметричные DSL-реше-ния, например, ставшая наиболее распространенной в сегменте индивидуальных пользователей технология ADSL. Сегодня с ее помощью обеспечивается доступ на скоростях всего около 64-128 кбит/c из-за ограничений полосы пропускания в магистральных каналах существующих Интернет-провайдеров.

Все более популярным и востребованным, особенно среди корпоративных пользователей, становится симметричный доступ, например SHDSL (Рек. G.991.2). Стандарт описывает технологию передачи данных с одинаковой скоростью в прямом и обратном направлениях - до 2,3 и 4,6 Мбит/с по одной и по двум парам проводов соответственно. Технология SHDSL допускает использование репитеров, что позволяет организовывать каналы связи длиной до 18,5 км.

2.4 Сетевые интерфейсы

До недавнего времени интерфейсы между выносными абонентскими концентраторами и модулями подключения к оборудованию АТС не подлежали международной стандартизации. Практически во всех установленных до сегодняшнего дня цифровых АТС для этих интерфейсов используются цифровые тракты 2048 кбит/с и собственные "внутрифирменные" протоколы. Очевидным недостатком такого подхода является ограничение свободы выбора у операторов при установке дополнительного абонентского оборудования. Только в случае построения сети оператора на основе оборудования одного производителя этот внутренний интерфейс перестает быть проблемой.

2.4.1 Интерфейс V5

В последнее время в связи с расширением номенклатуры средств сети абонентского доступа, и в частности с распространением оборудования WLL, возросла потребность в "универсальном" интерфейсе, который позволил бы совмещать в одной сети оборудование разных производителей, реализующее различные типы доступа (по аналоговым линиям, ISDN BRI и PRI). Созданный для этой цели интерфейс V5 обусловил, по сути, революционные преобразования в организации взаимодействия оборудования сети доступа и узлов коммутации.

Для применения интерфейса V5 не требуется никакой определенной технологии доступа или среды передачи, хотя его разработку в значительной степени предопределило развертывание оптических и беспроводных средств доступа.

Национальные особенности в спецификации интерфейса V5 определяются для каждой страны в отдельности. Российские спецификации были утверждены в 1997 г. Мининфом-связи РФ (тогда - Госкомсвязи).

Интерфейс V5.1 позволяет подключать оборудование сети доступа к АТС по цифровому тракту 2048 кбит/с. Это обеспечивает подключение (без концентрации нагрузки) до 30 аналоговых абонентских линий либо 15 абонентов ISDN BRI. Информация сигнализации передается по каналу КИ16.

Интерфейс V5.2 ориентирован на группу от 1 до 16 трактов 2048 кбит/с и поддерживает концентрацию нагрузки. В каждом тракте предусмотрено несколько каналов сигнализации (КИ16, КИ15, КИ31). Таким образом, один интерфейс V5.2 может поддерживать (в зависимости от коэффициента концентрации) до 2000 портов ТфОП или до 1000 портов ISDN BRI.

В обоих случаях порты ТфОП и ISDN могут использовать один и тот же тракт интерфейса V5. Интерфейс V5.1 позволяет предоставлять услуги для клиентов сети в режиме по требованию (on-demand), а также в режиме полупостоянной линии (Semi-permanent). V5.2, предусматривающий возможность концентрации абонентской нагрузки, включает в себя протокол размещения несущих каналов для портов, находящихся в активном состоянии.

2.4.2 Интерфейс ISDN

Иногда оператору удобнее использовать ISDN, уже реализованный в сети, в качестве интерфейса между оборудованием доступа и сетью. Этот вид доступа обычно используется для включения УАТС, концентраторов и других выносных модулей в цифровые коммутационные станции. Конечно, в таких случаях отсутствует универсальность, свойственная V5, исчезает возможность предоставления дополнительных услуг (ДВО) телефонной станции, однако далеко не на всех АТС, к которым подключается оборудование доступа, поддерживается V5. В этом случае чаще необходима замена версии, что приводит к дополнительным расходам.

2.5 Конструктив

Конструктивное исполнение оборудования доступа более стандартно, чем используемые технологии. Как правило, это 19-дюймовая стойка, позволяющая "подобрать" платы для реализации нужных оператору услуг. В некоторых случаях платы заменяемы, то есть существует возможность вместо части аналоговых абонентов (POTS) подключить ISDN-абонентов. Наиболее удобна для операторов модульная архитектура оборудования с возможностью наращивания.

Размещение оборудования доступа может различаться как физически, так и архитектурно. С физическим размещением все достаточно привычно -оборудование доступа может находиться на территории опорной станции и работать в качестве абонентского расширения или блока предоставления новых услуг, например VoIP (особенно в варианте медиашлюза).

Более интересна архитектурная составляющая. Оборудование может являться составной частью сетевой концепции и в собранном виде представлять собой новый сетевой узел. Мультисервисный концентратор может быть частью узла NGN (Softswitch Class 5), а медиашлюз - входить в состав распределенной IP-УАТС.

Тема 3. Цифровые системы передачи абонентских линий. Сети абонентского доступа - ISDN

Одной из важнейших проблем телекоммуникационных сетей продолжает оставаться проблема абонентского доступа к сетевым услугам. Актуальность этой проблемы определяется в первую очередь бурным развитием сети Интернет, доступ к которой требует резкого увеличения пропускной способности сетей абонентского доступа. Основным средством сети доступа, несмотря на появление новых самых современных беспроводных способов абонентского доступа, остаются традиционные медные абонентские пары. Причиной этого является естественное стремление операторов сети защитить сделанные инвестиции. Поэтому в настоящее время и в обозримом будущем стратегическим направлением увеличения пропускной способности сетей абонентского доступа будет оставаться технология асимметричной цифровой абонентской линии ADSL, использующей в качестве среды передачи традиционную медную абонентскую пару и одновременно сохраняющей уже предоставляемые услуги в виде аналогового телефона или основного доступа к ISDN. Реализация этого стратегического направления эволюции сетей абонентского доступа зависит от конкретных условий существующей сети абонентского доступа каждой страны и определяется каждым оператором связи с учётом этих конкретных условий. Понятно, что разнообразие местных условий определяет большое число возможных способов миграции существующей сети абонентского доступа к технологии ADSL.

Телекоммуникационные технологии непрерывно совершенствуются, быстро адаптируясь к новым требованиям и условиям. Ещё совсем недавно основным и единственным средством абонентского доступа к услугам сети -- и в первую очередь к услугам сети Интернет был аналоговый модем. Однако самые совершенные аналоговые модемы -- модем, удовлетворяющий требованиям рекомендации ITU-T V.34, c потенциальной скоростью передачи до 33,6 Кбит/с, а также модем последующего поколения удовлетворяющий требованиям рекомендации V.90 ITU-T, с потенциальной скоростью передачи 56 Кбит/с практически не могут обеспечить эффективной работы пользователя в сети Интернет.

Таким образом, резкое увеличение скорости доступа к сетевым услугам, и в первую очередь к услугам Интернет является критически важным. Одним из методов решения этой задачи является применение семейства технологий высокоскоростной абонентской линии xDSL. Эти технологии обеспечивают высокую пропускную способность сети абонентского доступа, основным элементом которой является скрученная медная пара местной абонентской телефонной сети. Хотя каждая из технологий xDSL занимает свою нишу в телекоммуникационной сети, тем не менее, неоспоримо, что технологии асимметричной цифровой высокоскоростной абонентской линии ADSL и сверхвысокоскоростной цифровой абонентской линии VDSL представляют наибольший интерес и для провайдеров телекоммуникационных услуг, и для производителей оборудования, и для пользователей. И это не случайно -- технология ADSL появилась как способ предоставления пользователю широкого набора телекоммуникационных услуг, включая в первую очередь высокоскоростной доступ к сети Интернет. В свою очередь, технология VDSL способна предоставить пользователю широкую пропускную способность, которая позволяет ему получить доступ практически к любой широкополосной сетевой услуге как в ближайшем, так и в отдалённом будущем, но уже не в чисто медной, а в смешанной, медно-оптической сети доступа. Тем самым обе эти технологии обеспечат эволюционный путь внедрения оптического волокна в сеть абонентского доступа, защитив самым эффективным образом прошлые инвестиции операторов местных сетей. Таким образом, ADSL можно рассматривать как самый многообещающий член семейства технологий xDSL, преемником которого будет технология VDSL.

Хотя ключевой идеей миграции способов предоставления сетевых услуг с помощью технологий xDSL, является переход от аналоговой телефонной сети общего пользования сначала к ADSL, а затем, по мере необходимости, к VDSL, однако это не исключает применения для той же цели в качестве промежуточных этапов и других типов технологий xDSL. Например, для увеличения пропускной способности абонентской линии могут использоваться технологии IDSL и HDSL.

3.1 От аналогового модема к ADSL

Наиболее распространённым сценарием миграции для доступа к услугам сети Интернет безусловно является переход от исходной сети доступа с помощью аналоговых модемов ТфОП к целевой сети доступа с помощью модемов ADSL.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line -- асимметричная цифровая абонентская линия). Данная технология является асимметричной. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием "постоянно установленного соединения" (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям (ЛВС) и т.п. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают. Технология ADSL обеспечивает скорость "нисходящего" потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость "восходящего" потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. ADSL технология позволяет без существенных затрат сохранить традиционный сервис и предоставить дополнительные услуги, среди которых:

- охранение традиционного телефонного сервиса,

- высокоскоростная передача данных со скоростью до 8 Мбит/ к пользователю услуги и до 1,5 Мбит/с -- от него,

- высокоскоростной доступ в Интернет,

- передача одного телевизионного канала с высоким качеством, видео-по-запросу,

- дистанционное обучение.

По сравнению с альтернативными кабельными модемами и волоконно-оптическими линиями главное преимущество ADSL состоит в том, что для нее используется уже существующий телефонный кабель. На окончаниях действующей телефонной линии устанавливаются частотные разделители (некоторые используют кальку с английского сплиттер), -- один на АТС и один у абонента. К абонентскому разделителю подключаются обычный аналоговый телефон и ADSL модем, который в зависимости от исполнения может выполнять функции маршрутизатора или моста между локальной сетью абонента и пограничным маршрутизатором провайдера. При этом работа модема абсолютно не мешает использованию обычной телефонной связи, которая существует независимо от того функционирует или нет ADSL линия.

В настоящее время имеются две модификации технологии ADSL: так называемая полномасштабная ADSL, которую называют просто ADSL, и так называемая "лёгкая" версия ADSL, которую называют "ADSL G. Lite". Обе версии ADSL в настоящее время регламентированы рекомендациями МСЭ-Т G.992.1 и G.992.2 соответственно.

Концепция полномасштабной ADSL первоначально родилась как попытка конкурентного ответа операторов местных телефонных сетей операторам кабельного телевизионного вещания (КТВ). С момента появления технологии ADSL прошло уже почти 7 лет, однако до сих пор она не получила массового практического применения. Уже в процессе разработки полномасштабной ADSL и первого опыта её внедрения выяснился целый ряд факторов, которые требовали коррекции первоначальной концепции.

Основными из этих факторов являются следующие:

1) Изменение основного целевого применения ADSL: в настоящее время основным видом широкополосного абонентского доступа является уже не предоставление услуг КТВ, а организация широкополосного доступа к Интернет. Для решения этой новой задачи вполне достаточно 20 % максимальной пропускной способности полномасштабной ADSL, которой соответствует скорость нисходящего потока (от сети к абоненту) 8,192 Мбит/с и скорости восходящего потока (от абонента к сети) 768 Кбит/с.

2) Неготовность сети Интернет для предоставления услуг полномасштабной ADSL. Дело в том, что сама система ADSL является лишь частью сети широкополосного доступа к сетевым услугам. Уже первые опыты внедрения ADSL в реальные сети доступа показали, что сегодняшняя инфраструктура сети Интернет не может поддерживать скорости передачи выше 300 - 400 Кбит/с. Хотя магистральный участок сети доступа к Интернету обычно выполняется на оптическом кабеле, однако, не эта сеть, а другие элементы сети доступа к Интернету -- такие, как маршрутизаторы, серверы и РС, включая и особенности трафика Интернет, определяют реальную пропускную способность этой сети. Поэтому применение полномасштабной ADSL на существующей сети практически не решает проблемы широкополосного абонентского доступа, а просто перемещает её с абонентского участка сети в магистральную сеть, обостряя проблемы инфраструктуры сети. Поэтому внедрение полномасштабной ADSL потребует значительного увеличения пропускной способности магистрального участка сети Интернет, и, следовательно, существенных дополнительных затрат.

3) Высокая стоимость оборудования и услуг: для широкого развёртывания технологии необходимо, чтобы стоимость абонентской линии ADSL была не более 500$; существующие цены существенно превышают эту величину. Поэтому реально используются другие продукты xDSL и в первую очередь модификации HDSL (типа многоскоростной MSDSL) с пропускной способностью 2 Мбит/с по одной медной паре.

4) Необходимость модернизации инфраструктуры существующей сети доступа: концепция полномасштабной ADSL требует применения специальных разделительных фильтров -- так называемых сплиттеров (splitter's), разделяющих низкочастотные сигналы аналогового телефона или основного доступа BRI ISDN и высокочастотные сигналы широкополосного доступа как в помещении АТС, так и в помещении пользователя. Эта операция требует значительных трудозатрат, особенно в кроссе АТС, где заканчиваются тысячи абонентских линий.

5) Проблема электромагнитной совместимости, заключающаяся в недостаточной изученности влияния полномасштабной ADSL на другие высокоскоростные цифровые системы передачи (в том числе и типа xDSL), работающие параллельно в том же кабеле.

6) Большая потребляемая мощность и занимаемая площадь: существующие модемы ADSL кроме высокой стоимости, требуют ещё много места и расходуют значительную мощность (до 8 Вт на модем ADSL в активном состоянии). Чтобы технология ADSL оказалась приемлемой для размещения на коммутационной станции, необходимо снижение потребляемой мощности и увеличение плотности портов.

Асимметричный режим работы полномасштабной ADSL: при постоянной пропускной способности линии ADSL он является препятствием для некоторых приложений, требующих симметричного режима передачи, -- например, видеоконференций, а также для организации работы некоторых пользователей, имеющих собственные серверы Интернет. Поэтому необходима адаптивная ADSL, способная работать как в асимметричном, так и в симметричном режиме.

Аппаратное и программное обеспечение помещения пользователя, как показали испытания, является также узким местом систем ADSL. Проведенное тестирование показало, например, что популярные программы -- браузеры Web и платформы аппаратного обеспечения PC могут ограничивать пропускную способность PC величиной 600 Кбит/с. Таким образом, для полного использования высокоскоростных соединений ADSL необходимы улучшения клиентского аппаратного и программного обеспечения пользователя.

Перечисленные проблемы полномасштабной ADSL инициировали появление её "лёгкого" варианта, которым является уже упоминавшаяся ADSL G.Lite. Приведём наиболее существенные особенности этой технологии.

Возможность работы как в асимметричном, так и симметричном режимах: в асимметричном режиме при скорости передачи до 1536 Кбит/с в нисходящем направлении (от сети к абоненту) и до 512 Кбит/с в восходящем направлении (от абонента к сети); в симметричном режиме -- до 256 Кбит/с в каждом направлении передачи. В обоих режимах благодаря использованию кода DMT обеспечивается автоматическая подстройка скорости передачи ступенями по 32 Кбит/с в зависимости от длины линии и мощности помех.

Упрощение процесса установки и настройки модемов ADSL GLite путём отказа от использования разделительных фильтров (сплиттеров) в помещении пользователя, что позволяет выполнять эти процедуры самому пользователю. При этом не требуется замены внутренней проводки в помещении пользователя. Однако, как показывают результаты испытаний, это можно сделать не всегда. Эффективной мерой защиты широкополосного канала передачи данных от сигналов импульсного набора номера и вызывных сигналов является установка специальных микрофильтров прямо в телефонной розетке.

Реализуемые длины линий ADSL GLite позволяют обеспечить высокоскоростным доступом к Интернет подавляющее большинство пользователей домашнего сектора. Следует отметить, что многими производителями оборудования ADSL выбрана концепция оборудования ADSL, поддерживающего как режим работы полноскоростной ADSL, так и режим ADSL G.Lite. Предполагается, что появление оборудования ADSL G.Lite резко активизирует рынок устройств широкополосного доступа к услугам Интернет. Велика вероятность того, что он займёт нишу широкополосного доступа к сетевым услугам пользователей домашнего сектора.

Появление промежуточной ступени ADSL в виде ADSL G.Lite создаёт возможность плавного перехода от существующих аналоговых модемов к широкополосному доступу -- сначала к Интернет с помощью G.Lite, а затем к мультимедийным услугам с помощью полномасштабной ADSL.

Миграция от аналогового модема к любой из модификаций ADSL выгодна провайдеру услуг, поскольку вызовы повышенной продолжительности, какими являются обращения пользователя в сеть Интернет, направляются в обход коммутируемой телефонной сети общего пользования. Если провайдером услуг является традиционный оператор местной сети, то этот сценарий даёт ему ещё одно дополнительное (но не менее важное) преимущество, поскольку отпадает необходимость дорогостоящей модернизации коммутатора существующей телефонной сети в коммутатор ISDN, который понадобился бы для увеличения скорости доступа к услугам сети Интернет при варианте миграции от услуг телефонной сети общего пользования к услугам сети ISDN. Столь значительные дополнительные инвестиции при переходе от аналоговой ТфОП к ISDN объясняются тем, что последняя является сетевой концепцией с собственным очень мощным многоуровневым стеком протоколов. Поэтому для указанной модернизации требуются существенные изменения аппаратного и программного обеспечения цифровой коммутационной станции ТфОП. В то же время модем ADSL представляет собой просто высокоскоростной модем, для поддержки которого используются стандартные протоколы сети передачи данных, базирующейся на передаче пакетов или ячеек АТМ. Это существенно сокращает сложность доступа к сети Интернет и, следовательно, необходимые инвестиции.

Кроме того, с точки зрения пользователей Интернет, операторов сети и провайдеров услуг Интернет имеет больший смысл прямой переход от модема ТфОП не к модему ISDN, а прямо к модему ADSL. При максимальной пропускной способности узкополосной ISDN, равной 128 Кбит/с (которая соответствует объединению двух В -- каналов основного доступа ISDN), переход к ISDN даёт увеличение скорости доступа по сравнению с сетью ТфОП потенциально немногим более чем в 4 раза и требует к тому же значительных инвестиций. Поэтому промежуточный этап перехода от ТфОП к ISDN в качестве эффективного средства доступа к Интернет практически теряет смысл. Разумеется, это не относится к тем регионам, где уже имеет место широкое внедрение ISDN. Здесь, естественно, определяющим фактором является защита сделанных инвестиций.

Таким образом, основными стимулами рассматриваемого способа миграции сети доступа являются:

- Огромное увеличение скорости доступа к услугам сети Интернет.

- Сохранение аналогового телефона или основного доступа к ISDN (BRI ISDN).

- Перемещение трафика Интернет из сети ТфОП в сеть IP или АТМ.

- Отсутствие необходимости модернизации коммутатора ТфОП в коммутатор ISDN.

Если основным стимулом миграции от аналогового модема к модему ADSL является высокоскоростной доступ к сети Интернет, то наиболее целесообразным способом реализации этой услуги следует считать выполнение удалённого терминала ADSL, называемого ATU-R, в виде платы персонального компьютера (ПК). Это уменьшает общую сложность модема и устраняет проблемы внутренней проводки (от модема до ПК) в помещении пользователя. Однако операторы телефонной сети обычно не желают сдавать в аренду модем ADSL, если он является внутренней платой ПК, поскольку не хотят быть ответственными за возможное повреждение ПК. Поэтому большее распространение пока получили удалённые терминалы ATU-R в виде отдельного блока, называемого внешним модемом ADSL. Внешний модем ADSL подключается к порту ЛВС (10BaseT) или к последовательному порту (последовательной универсальной шине USB) компьютера. Эта конструкция является более сложной, поскольку она требует дополнительного места и отдельного питания. Но такой модем ADSL может быть куплен абонентом местной телефонной сети и запущен в работу пользователем ПК самостоятельно. Кроме того, внешний модем может подключаться не к ПК, а к концентратору или маршрутизатору ЛВС в тех случаях, когда пользователь имеет несколько компьютеров.

А такая ситуация является типичной для организаций, бизнес центров и жилых комплексов.

3.2 Миграция к ADSL при наличии в сети доступа ЦСПАЛ

Предыдущий сценарий миграции требует наличия непрерывной физической медной пары между помещением местной АТС и помещением пользователя. Такая ситуация более типична для развивающихся стран со сравнительно слаборазвитой телекоммуникационной сетью, к которым относится и Казахстан. В странах с развитой телекоммуникационной сетью на абонентской телефонной сети для увеличения перекрываемых расстояний широко применяются цифровые абонентские системы передачи (ЦСПАЛ) в основном с использованием аппаратуры первичных цифровых систем передачи плезиохронной иерархий (Е1). Например, в США в начале 90-х годов примерно 15 % всех абонентских линий обслуживалось с помощью ЦСПАЛ (в США они называются Digital Local Carrier -- DLC), в дальнейшем предполагается увеличение их суммарной ёмкости до 45 % от общего числа абонентских линий. В настоящее время строятся очень надёжные сети абонентского доступа, в которых используется комбинированная медно-оптическая среда передачи и защищённые кольцевые структуры с применением аппаратуры синхронной цифровой иерархии SDH.