Системы абонентского доступа

Современные ЦСПАЛ не только мультиплексируют сигналы некоторого числа абонентов в цифровой поток, передаваемый по двум симметричным парам, но и могут выполнять также функции концентрации нагрузки (2:1 или более), что позволяет снизить нагрузку на коммутационные станции. При этом один оконечный терминал ЦСПАЛ размещается в помещении АТС, а другой -- в промежуточном пункте между АТС и помещением пользователя. Поэтому индивидуальная физическая абонентская линия существует только между помещением пользователя и удалённым терминалом ЦСПАЛ. Поэтому мультиплексор доступа ADSL (DSLAM -- DSL access multiplexor) и его составная часть -- станционный терминал ADSL ATU-С -- должны размещаться не на АТС, а в месте установки удалённого терминала (RDT). При этом для организации систем ADSL используются следующие технические решения:

Удалённый DSLAM, который размещается в отдельном контейнере вблизи контейнера с RDT и рассчитан на обслуживание большого числа пользователей (обычно от 60 до 100 линий ADSL). В этом случае не требуется специальной системы управления и обслуживания, поскольку используется система управления настройкой и контролем состояния линий ADSL типового DSLAM, устанавливаемого в помещении АТС. Такой DSLAM может работать практически с любым оборудованием ЦСПАЛ, поскольку является автономным оборудованием; DSLAM просто отделяет трафик ТфОП от трафика собственно линии ADSL и передаёт его в оборудование ЦСПАЛ в аналоговой форме. Вместе с тем, такое решение является весьма дорогостоящим: поскольку оборудование DSLAM автономно, то необходимы серьёзные установочные и монтажные работы, организация электропитания оборудования и многое другое; поэтому это решение целесообразно только при большом числе пользователей ЦСПАЛ.

Линейные платы ADSL, встроенные в аппаратуру ЦСПАЛ. При этом используются свободные места в платах оборудования ЦСПАЛ, размещаемом в контейнере RDT, причём возможны два варианта:

- оборудование ЦСПАЛ используется только для размещения и механической защиты плат ADSL, а все соединения выполняются с помощью кабелей, что типично для традиционных ЦСП;

- линейная плата ADSL является частью аппаратуры ЦСПАЛ и просто интегрирована в последнюю. Этот второй способ обычно используется в новом поколении аппаратуры ЦСПАЛ и позволяет исключить необходимость проведения каких-либо монтажных работ в блоке ЦСПАЛ.

Удалённый мультиплексор доступа (RAM -- remote access multiplexor), который выполняет те же функции, что и DSLAM. Отличается от DSLAM тем, что интегрирован в существующую инфраструктуру ЦСПАЛ и не требует связанной со значительными затратами модернизации существующей инфрастуктуры сети абонентского доступа. Применение RAM является универсальным, поскольку обеспечивает возможность совместной работы с любым типом аппаратуры ЦСПАЛ. Обычно блоки RAM имеют малые габариты и могут размещаться в существующих контейнерах с оборудованием RDT. Основной проблемой известных в настоящее время RAM является их недостаточная масштабируемость.

3.3 От ISDN к ADSL

В 90-е годы в качестве способа более быстрого доступа к Интернет там, где это было возможно, стали широко использоваться линии ISDN. Со временем, когда пропускная способность ISDN окажется недостаточной, естественным решением будет "дополнение" абонентской линии ISDN высокоскоростным каналом ADSL. Так же как и в случае с обычными аналоговыми линиями, такой способ, называемый "ISDN ниже ADSL" ("ISDN under ADSL"), предусматривает использование фильтров для разделения сигналов ADSL и ISDN.

Такое решение особенно привлекательно тем, что оно практически не вызывает никаких проблем с выполнением стандартов узкополосной ISDN и, следовательно, с реализацией способа перехода от ISDN к ADSL. Поэтому данный способ эволюции будет особенно популярен в странах, где широко внедрилась узкополосная ISDN, причём вероятнее всего будет преобладать переход от ISDN к полномасштабной ADSL.

3.4 От HDSL к ADSL

Технология симметричной цифровой абонентской линии HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line -- высокоскоростная цифровая абонентская линия) безусловно является самой зрелой и самой дешёвой из технологий xDSL. Она возникла как эффективная альтернатива устаревшей аппаратуре первичных ЦСП Е! для использования на соединительных линиях местных сетей, а также в качестве первичного доступа к ISDN (PRA ISDN). Благодаря широкому использованию HDSL в самых различных регионах мира хорошо отработаны процедуры развёртывания таких систем, их эксплуатационного обслуживания и тестирования; хорошо известны также высокое качество параметров и высокая надёжность систем HDSL. Поэтому операторы связи и провайдеры сетевых услуг охотно используют оборудование HDSL для высокоскоростного доступа к Интернет. Однако чаще всего применение HDSL в сети абонентского доступа требует применения по крайней мере, двух медных пар, что практически не всегда возможно. Использование же для организации линии HDSL только одной пары существенно сокращает перекрываемые расстояния. Кроме того, в оборудовании HDSL не предусмотрена возможность организации аналогового телефона, что требует использования для этой цели дополнительной абонентской пары. Таким образом, имеются существенные факторы, стимулирующие целесообразность перехода от HDSL к ADSL. При такой миграции резко увеличивается пропускная способность сети доступа в нисходящем направлении (т.е. от сети к абоненту), достаточно всего одной пары и появляется возможность организации аналогового телефона. Однако при таком сценарии миграции могут возникнуть проблемы. Так, пропускная способность сети доступа ADSL в восходящем направлении (т.е. от абонента к сети), как правило, меньше, чем соответствующая пропускная способность пропускная способность HDSL.

3.5 От IDSL к ADSL

Одной из модификаций технологий xDSL является так называемая технология IDSL, имеющая более полную аббревиатуру "ISDN DSL". IDSL (ISDN Digital Subscriber Line -- цифровая абонентская линия IDSN). Эта технология появилась как адекватный ответ производителей оборудования и провайдеров сети Интернет на проблемы, связанные с перегрузкой коммутируемой сети ISDN трафиком пользователей Интернет, и недостаточной для многих пользователей скоростью доступа к сети Интернет с помощью аналоговых модемов.

Технология IDSL предполагает просто формирование цифрового тракта "точка-точка" с пропускной способностью 128 Кбит/с на основе формата основного доступа BRI ISDN путём объединения двух основных B-каналов по 64 Кбит/с каждый; при этом предусмотренный в формате BRI ISDN вспомогательный D-канал не используется, т.е., тракт IDSL имеет структуру типа "128+0" Кбит/с. IDSL использует стандартные микросхемы цифровой абонентской линии ISDN (так называемый U-интерфейс). Однако в отличие от U-интерфейса ISDN, оборудование IDSL подключается к сети Интернет не через коммутатор ТфОП или ISDN, а через маршрутизатор. Поэтому технология IDSL используется только для передачи данных и не может предоставлять речевые услуги коммутируемых ТфОП или ISDN.

Наиболее привлекательными свойствами IDSL являются зрелость технологии ISDN, дешевизна микросхем U-интерфейса ISDN, простота инсталляции и технического обслуживания по сравнению с инсталляцией и техническим обслуживанием стандартной ISDN (поскольку IDSL работает в обход коммутационной станции ISDN), а также возможность использования стандартного измерительного оборудования ISDN. Кроме того, операторы связи и провайдеры услуг Интернет, развёртывающие ISDN, как правило, прекрасно знакомы с последней. Поэтому нет проблем, связанных с планированием и техническим обслуживанием линий IDSL. Основным побудительным стимулом миграции от IDSL к ADSL является обеспечение более быстрого доступа к Интернет по сравнению с аналоговым модемом. Следует, однако, иметь в виду, что при использовании IDSL для доступа к Интернет необходима вторая абонентская линия для доступа к ТфОП. Переход к технологии ADSL, сохраняющей возможность абонентского доступа к коммутируемой телефонной сети (а при необходимости и к сети Интернет), позволяет пользователю ограничиться только одной абонентской линией, что выгодно не только последнему, но и оператору связи.

SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line -- симметричная цифровая абонентская линия). Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено 3 км. Технология обеспечивает необходимые для представителей бизнеса преимущества: высокоскоростной доступ в сеть Интернет, организация многоканальной телефонной связи (технология VoDSL) и т. п. К этому же подсемейству следует отнести и MSDSL (Multi-speed SDSL) технологию, которая позволяет изменять скорость передачи для достижения оптимальной дальности и наоборот.

SDSL можно охарактеризовать также как и HDSL. Правда она позволяет пройти меньшее расстояние, чем HDSL, зато можно сэкономить на второй паре. Очень часто офис пользователя оказывается на расстоянии не более 3-х км от точки присутствия оператора и тогда эта технология имеет явное преимущество по сравнению с HDSL по соотношению цена/качество услуги для ее пользователя. Вариант MSDSL позволяет, в случае не очень хорошего состояния кабеля, пройти тоже расстояние, но с меньшей скоростью, к тому же полные 2 Мбит/с необходимы не всем клиентам и очень часто достаточно 256 или даже 128 кбит/с.

В качестве ещё одной модификации SDSL используется оборудование HDSL2, которое представляет собой усовершенствованный вариант HDSL с применением более эффективного линейного кода передачи.

Возможности собственной эволюции ADSL: от доступа к Интернет к предоставлению полного набора сетевых услуг

Рассмотренные способы миграции широкополосного доступа касаются нижнего, физического уровня многоуровневой телекоммуникационной модели, поскольку сами технологии xDSL являются по существу технологиями именно физического уровня. Не менее интересны и пути собственной эволюции ADSL от доступа к сети Интернет к предоставлению полного набора сетевых услуг. Под полным набором сетевых услуг будем понимать в первую очередь услуги мультимедиа и интерактивное видео.

В настоящее время примерно 85 % общего объёма широкополосных услуг составляет доступ к Интернет и только 15 % доступ к услугам мультимедиа и интерактивному телевидению. Поэтому первым этапом широкополосного доступа будет в подавляющем большинстве случаев доступ к сети Интернет. Стратегия предоставления широкополосных услуг в настоящее время достаточно полно представлена развитой МСЭ-Т концепцией широкополосной сети с интеграцией услуг ISDN, кратко называемой B-ISDN. В качестве ключевого элемента сети B-ISDN выбран метод асинхронной передачи (АТМ), в основе которого лежит концепция оптимального использования полосы пропускания канала для передачи разнородного трафика (речи, изображений и данных). Поэтому технология АТМ претендует на роль универсального и гибкого транспорта, являющегося основой для построения других сетей.

АТМ, как всякая революционная технология, создавалась без учёта того, что в существующие технологии сделаны большие инвестиции, и никто не будет отказываться от старого добротно работающего оборудования, даже если появилось новое более совершенное. Поэтому метод АТМ в первую очередь появился на территориальных сетях, где стоимость коммутаторов АТМ по сравнению со стоимостью самой транспортной сети сравнительно невелика. Для ЛВС же замена коммутаторов и сетевых адаптеров практически равносильна полной замене оборудования сети и переход на АТМ может быть вызван только очень серьёзными причинами. Очевидно, что более привлекательной (а, пожалуй, и более реальной) выглядит концепция постепенного внедрения АТМ в существующую сеть пользователя. Принципиально АТМ позволяет непосредственно переносить сообщения протоколов прикладного уровня, но чаще используется как транспорт для протоколов канального и сетевого уровней сетей, не являющихся сетями АТМ (Ethernet, IP, Frame Relay и др.).

Технология АТМ рекомендована в настоящее время как Форумом ADSL, так и ITU-T и для оборудования самой линии ADSL (т. е. модема узла доступа ATU-C и удалённого модема в помещении пользователя ATU-R). Это объясняется в первую очередь тем, что именно АТМ является стандартом сети широкополосного доступа B-ISDN.

В то же время подавляющая часть серверов и пользовательского оборудования сети Интернет поддерживают протоколы TCP/IP и Ethernet. Поэтому при переходе к технологии АТМ необходимо максимально использовать стек уже существующих протоколов TCP/IP в качестве основного инструмента широкополосного доступа к сети Интернет. Это касается не только транспортного и сетевого уровня TCP/IP, но и канального уровня. Сказанное в первую очередь относится к протоколу (а точнее, к стеку протоколов) РРР ("Point to point protocol"), который является протоколом канального уровня стека протоколов TCP/IP и регламентирует процедуры передачи кадров информации по последовательным каналам связи.

Протокол РРР в настоящее время широко используется сетевыми провайдерами для доступа к услугам Интернет с помощью аналоговых модемов и обеспечивает возможность управления так называемыми ААА-функциями:

Authentication (аутентификации, т. е. процесса идентификации пользователя).

Authorization (авторизации, т.е., права доступа к конкретным услугам).

Accounting (учёта ресурсов, включая и тарификацию услуг).

При выполнении всех указанных функций протокол гарантирует также необходимую защиту информации. Столь же важным для провайдера Интернет является возможность динамического распределения ограниченного числа IP-адресов среди его клиентов. Эта функция также поддерживается протоколом РРР. Таким образом, и для провайдера Интернет, и для пользователя очень важно сохранение протокола РРР при широкополосном доступе к Интернет через линию ADSL с использованием метода АТМ.

Кроме рассмотренного метода работы сети ADSL с использованием технологии ATM, который кратко называют "РРР поверх АТМ", существует и ряд других: "Классический IP поверх АТМ" ("Classical IP and ARP over ATM" или IPOA), разработанная Форумом АТМ спецификация "Эмуляция локальных сетей" (LAN emulation или LANE), новая спецификация Форума АТМ "Multiprotocol Over ATM" (или MPOA).

Хотя стандарт АТМ признан в качестве самого перспективного универсального стандарта передачи разнородной информации (речи, видео и данных), однако и он не лишён недостатков, основным из которых пока является сложный и долгий процесс настройки постоянного виртуального канала PVC.

В настоящее время самым популярным протоколом передачи данных, и в первую очередь для приложений Интернет, является стек протоколов TCP/IP. В связи с появлением технологии АТМ возникает вопрос: "Не отказаться ли полностью от TCP/IP и не взять ли на вооружение только АТМ?" Жизнь показала, что правильнее всего -- объединить достоинства этих двух технологий. Поэтому в качестве инструмента миграции технологии ADSL от доступа к сети Интернет к предоставлению полного набора сетевых услуг Форумом ADSL рассматривается не только метод АТМ, но и стандарт TCP/IP. Это вполне логично и соответствует интересам как операторов связи, так и пользователей с учётом большого разнообразия местных условий сетей доступа.

3.6 От ADSL к VDSL

По мере роста потребностей пользователя в увеличении пропускной способности чисто медные сети абонентского доступа будут всё более мигрировать к комбинированным медно-оптическим сетям, известным под общим названием FITL (Fiber In The Loop). По мере приближения оптического волокна в этой комбинированной сети к помещению пользователя на её медном участке может оказаться востребованной технология VDSL, которая придёт на смену ADSL. VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line -- сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия). Технология VDSL является наиболее высокоскоростной технологией xDSL. В ассиметричном варианте она обеспечивает скорость передачи данных "нисходящего" потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных "восходящего" потока в пределах от 1,6 до 6,4 Мбит/с, в симметричном варианте -- в пределах от 13 до 26 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 м (при скорости в 52 Мбит/с) и до 1,5 км (при скорости до 13 Мбит/с). Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео-по-запросу и т. п.

Наше отставание в развитии сетей передачи данных сыграло положительную роль, -- операторы не успели вложить существенные средства в оборудование коммутируемых сетей узкополосной ISDN, а также в развитие абонентских участков сетей передачи данных на основе оборудования HDSL и IDSL.

Из вышеизложенного ясно, что в российских условиях наибольшее распространение получит сценарий эволюции сетей проводного абонентского доступа от аналогового модема к ADSL. Уже сегодня спрос на услуги высокоскоростного доступа в Интернет вырос настолько, что имеет смысл, по крайней мере, начать проработку экономических и технических вопросов развертывания сетей абонентского доступа на основе xDSL технологий.

Таким образом, каждая технология из семейства xDSL технологий с успехом решает ту задачу, для решения которой она разрабатывалась. Две из них -- ADSL и VDSL -- позволяют операторам телефонной связи предоставлять новые виды сервиса, а существующая телефонная сеть имеет реальные перспективы стать сетью с полным набором услуг. Что же касается самих операторов, то, скорее всего, со временем останутся лишь те, которые смогут предоставить пользователю максимальный набор услуг.

Тема 4. Сети абонентского доступа - ISDN. Технологии xDS

DSL (англ. digital subscriber line, цифровая абонентская линия) -- семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

Технологии хDSL появились в середине 90-х годов как альтернатива цифровому абонентскому окончанию ISDN.

В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (англ. Digital Subscriber Line -- цифровая абонентская линия; также есть другой вариант названия -- Digital Subscriber Loop -- цифровой абонентский шлейф). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

Службы xDSL разрабатывались для достижения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуры абонента, такой как телефонный аппарат, факс и т. д., скорость работы должна быть выше теоретического предела в 56Кбит/сек., и наконец, они должны обеспечивать постоянное подключение. Широкое распространение технологий хDSL должно сопровождаться некоторой перестройкой работы поставщиков услуг Интернета и поставщиков услуг телефонных сетей, так как их оборудование теперь должно работать совместно. Возможен также вариант, когда альтернативный оператор связи берёт оптом в аренду большое количество абонентских окончаний у традиционного местного оператора или же арендует некоторое количество модемов в DSLAM.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.

Технологии xDSL поддерживают несколько вариантов кодирования информации:

2B1Q: Two-binary, one-quaternary, используется для IDSL и HDSL

CAP: Carrierless Amplitude Phase Modulation - используется для HDSL

DMT: Discrete multitone modulation, наиболее распространенный метод, известен также как OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing)

Достижения технологий xDSL во многом определяются достижениями техники кодирования, которая за счет применения процессоров DSP (Цифровой сигнальный процессор) смогла повысить скорость передачи данных при одновременном увеличении расстояния между модемом и оборудованием DSLAM.

Сравнительный анализ технологий xDSL

Технология DSL	Максимальная скорость (прием/передача)	Максимальное расстояние	Количество телефонных пар	Основное применение
ADSL	24 Мбит/с / 3,5 Мбит/с	5,5 км	1	Доступ в Интернет, голос, видео, HDTV (ADSL2+)
IDSL	144 кбит/с	5,5 км	1	Передача данных
HDSL	2 Мбит/с	4,5 км	1,2	Объединение сетей, услуги E1
SDSL	2 Мбит/с	3 км	1	Объединение сетей, услуги E1
VDSL	62 Мбит/с / 26 Мбит/с	1,3 км на max. скорости	1	Объединение сетей, HDTV
SHDSL	2,32 Мбит/с	7,5 км	1	Объединение сетей
UADSL	1,5 Мбит/с / 384 кбит/с	3,5 км на max. скорости	1	Доступ в Интернет, голос, видео

5.1 Преимущества xDSL перед ISDN

Широкое применение доступа через xDSL имеет ряд преимуществ по сравнению с технологией ISDN. Пользователь получает интегрированное обслуживание двух сетей - телефонной и компьютерной. Но для пользователя наличие двух сетей оказывается незаметным, для него только ясно, что он может одновременно пользоваться обычным телефоном и подключенным к Интернету компьютером. Скорость же компьютерного доступа при этом превосходит возможности интерфейса PRI сети ISDN при существенно более низкой стоимости, определяемой низкой стоимостью инфраструктуры IP-сетей.

Тема 6. Беспроводные САД

Технологии, используемые при построении систем абонентского доступа, понемногу изменяются: появляются более совершенное оборудование для эксплуатации медных кабелей, системы оптоволоконной связи (Fiber In The local Loop -- FITL) и комбинированные системы на оптоволоконном и коаксиальном кабелях (Hybrid-Fiber-Coax -- HFC). В тех случаях когда эти и другие традиционные кабельные решения слишком дороги или неэффективны, необходимо применение беспроводных систем абонентского доступа (Wireless Local Loop -- WLL). Новые, доступные уже сегодня, технологии построения систем WLL позволяют как традиционным, так и недавно появившимся на рынке операторам эффективно и рационально предоставлять телекоммуникационные услуги стационарным пользователям.

Для построения систем WLL существуют различные архитектурные подходы и технологии. Наиболее известна комбинированная система с микросотовой архитектурой, построенная на основе медного кабеля и радиоканала (Hybrid-Copper-Radio -- HCR). При этом базовые станции микросот соединяются с АТС посредством обычных медных пар.

В данной статье описаны современные решения в области построения систем WLL. Особое внимание уделено системам HCR и их реализации в различных условиях.

6.1 Применение систем WLL

Структура типовой сети доступа на медном кабеле приведена на рис. 1. Абонентское оборудование соединяется с терминалом отводного кабеля (drop wire terminal) одной медной парой. В свою очередь, этот терминал связан 10--25 медными парами со стойкой перекрестного соединения (cross connect cabinet), которая обычно подключается к АТС с помощью кабеля, состоящего из 200--800 (иногда до 2000) медных пар.

Развитие систем WLL шло по двум направлениям: секторные централизованные системы предназначены для замены существующих кабельных сетей распределения, а системы HCR -- для замены отводных кабелей. Типовые системы WLL в зависимости от объема трафика обслуживают от 1000 до 2000 абонентов. Для увеличения общей емкости сети возможно объединение нескольких таких систем.

Абонентская аппаратура, как правило, включает в себя внешний элемент, называемый стационарным блоком доступа (Fixed Access Unit -- FAU) и состоящий из антенны и приемопередатчика, который соединен медной парой с элементом, расположенным внутри помещения. Последний служит для подключения внутренней кабельной разводки. В отдельных случаях целесообразно использовать многопользовательскую аппаратуру, снижающую стоимость одной линии.

Вариант секторной централизованной системы WLL приведен на рис. 2. Направленные антенны устанавливаются на высокой башне, расположенной рядом с местной АТС. Каждая антенна определяет сектор обслуживания абонентов, имеющий угол 60 градусов и радиус 5--10 км, в зависимости от рельефа местности и наличия препятствий (таких как деревья или здания).

Комбинированные системы HCR предполагают создание небольших радиосот радиусом от 50 до 2000 м (рис. 3). Каждая радиосота содержит базовую станцию, которая несколькими медными парами соединена с находящимся на АТС контроллером.

По этим же медным парам осуществляется электропитание базовой станции. Для передачи сообщений обычно используется кодирование речи по методу адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ADPCM) с выходной скоростью битового потока 32 Кбит/с. Это позволяет по одной медной паре цифровых линий (144 Кбит/с, канал 2B+D сети ISDN) одновременно проводить четыре сеанса связи. Тогда, предположив величину качества обслуживания (Grade of Service) равной 1%, а величину трафика -- 0,1 Erlang на абонента, получим, что восемь таких медных пар могут обслуживать от 200 до 300 абонентов.

Подход HCR к построению систем WLL предусматривает установку миниатюрных базовых станций. Это решает множество проблем, связанных с распространением радиосигналов. Например, если радиообмен между абонентом и одной из базовых станций затруднен, то абонента может обслужить другая базовая станция, используя другой радиоканал.

Установленный на АТС контроллер (или контроллеры) управляет базовыми станциями и стационарным абонентским оборудованием. Каждый контроллер способен обслуживать от 1000 до 2000 абонентов и обеспечивать выполнение многих системных функций, таких как регистрация и аутентификация абонентов, компенсация эха, преобразование сигналов PCM в сигналы ADPCM и обратно, защита данных, синхронизация, переключение абонента на другую базовую станцию, электропитание базовых станций, сетевое управление.

Системы WLL должны соответствовать ряду функциональных требований. Одно из основных -- возможность использования абонентом любого терминального оборудования, которое обычно применяется в проводных телефонных сетях. Для этого необходимо обеспечить кодирование речи с присущим проводным сетям качеством, удаленную настройку параметров системы, а также предоставить абоненту канал 2B+D сети ISDN.

Системы WLL предлагают операторам сетей уникальные возможности, значительно улучшая экономические характеристики и механизмы предоставления услуг сети доступа. В этих системах используются новейшие цифровые технологии, что позволяет добиваться большой емкости сети при стоимости, равной (а зачастую и значительно меньшей) стоимости кабельной сети. В системах WLL применяется высокоскоростное кодирование речи, обеспечивающее высококачественные каналы (по качеству соответствующие проводным каналам), что дает возможность предоставлять услуги ISDN. Системы WLL становятся верным выбором для операторов сетей по всему миру, позволяя традиционным операторам ускорять предоставление новых линий связи, а новичкам -- успешно внедряться на рынок телекоммуникаций.

6.2 Структура беспроводного интерфейса

Современный, обеспечивающий боўльшую емкость беспроводной интерфейс -- ключевой элемент высококачественной системы WLL. Традиционные беспроводные интерфейсы, определяемые, скажем, североамериканскими стандартами сотовой связи (множественный доступ с временныўм (TDMA) или кодовым (CDMA) разделением каналов) или европейскими стандартами (GSM, DECT), разрабатывались не для систем WLL и применение этих стандартов для них связано с весьма жесткими ограничениями. Современная архитектура WLL предполагает использование новых беспроводных интерфейсов, отвечающих разнообразным сервисным (service) и рабочим (operational) требованиям. К сервисным относятся требования по полосе пропускания канала (для речи и данных), величине задержки при передаче, уровню безопасности и т. п., а к рабочим -- требования по емкости системы, эффективности использования спектра частот, дальности и зоне охвата, аутентификации, совместимости с другими радиослужбами и т. п. Разные архитектуры и беспроводные интерфейсы систем WLL предоставляют разные соотношения между сервисными и рабочими требованиями.

Наделение стационарного абонентского оборудования интеллектуальными функциями значительно увеличивает производительность системы WLL. Типичный пример тому -- динамический выбор базовой станции, когда интеллектуальные возможности FAU и контроллера позволяют системе выбирать базовую станцию для каждого сеанса связи (как входящих, так и исходящих вызовов), основываясь на таких параметрах, как качество и загруженность каналов.

Большинство современных систем HCR основано на технологии разнесения сигнала по спектру (Spread Spectrum -- SS), предоставляющей более высокие производительность передачи и эффективность использования частотного спектра по сравнению с традиционными аналоговыми и цифровыми технологиями. Помимо этого, технология SS увеличивает зону охвата систем (даже в городских условиях с высоким уровнем помех), более устойчива к интерференции со сторонними радиосигналами и имеет лучшую производительность в характерных для городской среды условиях, когда сигналы распространяются по множеству различных путей (многолучевое распространение).

Одни системы HCR основаны на методе разнесения сигнала по спектру с прямой последовательностью (DS/SS) и дуплексной передаче с разделением по частоте (Frequency Division Duplexing, FDD), другие -- на методе разнесения сигнала по спектру со “скачущей частотой” (FH/SS) и дуплексной передаче с временныўм разделением (Time Division Duplexing, TDD). Общепризнанным является тот факт, что оба этих метода обеспечивают одинаковую эффективность использования частотного спектра. В то же время, работа систем CDMA с каналами, рассчитанными на скорость передачи 32 Кбит/с, при большой нагрузке исследована еще недостаточно.

Использование кодов определения ошибок позволяет осуществлять адаптивное управление каналом, причем испорченные пакеты могут приглушаться (для речи) или автоматически запрашиваться на повторную передачу (для данных). Важным для эффективной работы системы WLL является метод автоматического управления мощностью (Automatic Power Control -- APC). Он позволяет ограничить интерференцию, достичь более высокой плотности абонентов и уменьшить потребляемую оборудованием мощность. Высокоточного управления мощностью обычно не требуется, за исключением систем CDMA, где такое управление очень важно для поддержания емкости системы.

Технологии разнесения радиосигналов (по пространству, времени или частоте) сильно повышают производительность систем HCR. Одним из основных плюсов технологии FH/SS является встроенная комбинация частотного и временноўго разнесений, а технологии DS/SS -- встроенные возможности обработки многолучевых (multipath) сигналов.

Не менее важным для систем WLL является выбор частотного диапазона. Частоты ниже 1 ГГц сильно перегружены, в основном системами подвижной связи. При частотах выше 3 ГГц характеристики распространения сигнала ограничивают применение систем WLL на шумных территориях, где невозможно обеспечить работу в зоне прямой видимости. Наиболее правильным представляется выбор частоты, лежащей в интервале от 1 до 3 ГГц. Этот диапазон допускает организацию связи между объектами, находящимися вне зоны прямой видимости, с приемлемой производительностью. В настоящее время предлагаются несколько коммерческих систем WLL, работающих в этом частотном диапазоне.

Сотовая реализация систем WLL, особенно при перекрытии сот, нуждается в тщательном планировании частот. От такого планирования во многом зависит емкость системы. Технология DS/SS использует встроенные средства распределения частот. При применении технологии FH/SS для предотвращения интерференции сигналов соседних сот необходимо динамическое управление частотами; оно должно повышать эффективность использования частотного спектра и емкость системы. Использование метода TDD предоставляет некоторые преимущества при частотном планировании по сравнению с традиционным методом FDD. Комбинация методов TDD и многократного использования частот значительно повышает эффективность задействования частотного спектра и упрощает задачу планирования. TDD позволяет применять частотные повторители, осуществляющие прием и передачу сигнала в одном частотном диапазоне.

Один из подходов к построению системы HCR с использованием “скачущей” частоты, предложенный фирмой Tadiran Telecommunications, предполагает наличие 500 переключений частоты в секунду и управление с помощью ортогональных кодов, гарантирующих частотное разнесение. Более того, автоматическая синхронизация между различными базовыми станциями гарантирует минимальную интерференцию между соседними сотами и возможность использования одной и той же частоты разными станциями. В системе фирмы Tadiran применяются алгоритмы пространственного разнесения и адаптивного временноўго разнесения, что обеспечивает значительное повышение ее производительности.

6.3 Аппаратура

В качестве примера, демонстрирующего ключевые элементы аппаратуры WLL, представлена система фирмы Tadiran Telecommunications (рис. 4).

Стационарный блок доступа (FAU) -- небольшая коробочка (31ґ21ґ6,5 см) -- устанавливается на стене дома или на телеграфном столбе. Блок FAU включает в себя плоскую направленную антенну и монтажное оборудование, позволяющее ориентировать FAU на определенную базовую станцию. Электропитание блока поступает от источника, расположенного внутри здания. К обычному, рассчитанному на одну линию, FAU можно параллельно подключить три телефонных аппарата. Возможно также подключение модемов и факсимильных аппаратов. Многопользовательские блоки FAU предоставляют несколько линий, а также каналы сети ISDN.

Базовые станции встраиваются в пластиковые корпуса (таких же размеров, что и корпус FAU) и располагаются вне помещений. В случае конфигурации HCR базовые станции, использующие две всенаправленные антенны, обычно закрепляют на телеграфных столбах. В секторных централизованных системах несколько базовых станций соединяются с установленными на вышках направленными антеннами, каждая из которых обслуживает определенный сектор. Монтаж базовых станций вне помещений в непосредственной близости от антенн значительно облегчает работы по их установке, устраняя необходимость дорогостоящей прокладки высокочастотных кабелей или волноводов.

Контроллер базовых станций встраивается в 600-миллиметровую полку ETSI (60,2ґ45ґ31,5 см) и может устанавливаться либо в стойке, расположенной вне помещения, либо в помещении АТС. Контроллер соединяется с каждой базовой станцией двумя парами проводов, каждая из которых реализует канал 2B+D (144 Кбит/с) и подает электропитание на расстояние до 4 км. Контроллер взаимодействует с коммутатором по цифровому каналу со скоростью передачи 2 Мбит/с (используется сигнализация MFC R2) или по аналоговому каналу через стандартный двухпроводной телефонный интерфейс.

6.4 Экономический аспект

Экономика кабельных систем абонентского доступа определяется присущей им избыточной емкостью. На каждую работающую медную пару приходится некоторое число избыточных. Нередко можно встретить линию передачи или распределительный кабель, где лишь 10--20% медных пар действительно соединены с абонентами. Это происходит по двум причинам. Во-первых, сеть абонентского доступа проектируется с учетом увеличения числа абонентов. Новая сеть имеет малый процент загрузки, увеличивающийся со временем. Во-вторых, планирование сетей абонентского доступа базируется на долгосрочных прогнозах, которые редко бывают точными. Используя макроэкономический подход и разделив сумму годовых инвестиций, вкладываемых в сеть доступа, на число новых абонентов, получим среднюю величину инвестиций в расчете на одну рабочую линию. Для развитых стран она равна 2000 дол., а для развивающихся -- значительно ниже.

Фактические инвестиции в расчете на одного абонента зависят от расстояния между ним и АТС. На рис. 5 приведено сравнение затрат в расчете на одного абонента при использовании типовой кабельной (медный кабель) сети и различных систем WLL. Графики были построены на основе информации о реальных сетях и существующих ограничениях; другие ограничения, налагаемые при иных условиях, могут дать другие числовые результаты, однако форма графиков останется неизменной.

Еще одним экономическим аспектом применения систем WLL является немедленная отдача от инвестиций, поскольку такие системы устанавливаются очень быстро.

***

Ключевой элемент в конкурентной борьбе на рынке сетей абонентского доступа -- замена кабельных сетей современными системами WLL. Кроме того, технологии беспроводных сетей доступа важны и для традиционных операторов, они позволят снизить стоимость сетей и улучшить качество предоставляемых услуг.

Технологии WLL являются довольно зрелыми и готовы к широкому применению; по сравнению с технологиями традиционных сетей они обеспечивают лучшие рабочие характеристики и экономические показатели, сохраняя “проводное” качество связи. Сеть на основе комбинированной структуры медный кабель/радиоканал наиболее подходит для быстрого предоставления телекоммуникационных услуг в городских и пригородных районах. Секторная централизованная система WLL предпочтительнее для пригородной или сельской местности, применение ее в городе ограниченно.

Опыт работы показывает, что использование систем HCR, основанных на тонких медных кабелях и беспроводных отводных каналах, с миниатюрными низкомощными базовыми станциями, применяющими метод “скачущей” частоты, значительно упрощает работы по планированию и обслуживанию сети. Эти системы могут дать практический выигрыш по сравнению с альтернативными системами WLL, традиционными кабельными сетями или более современными сетями FITL и HFC. Все это делает архитектуру HCR наиболее предпочтительной для городских и пригородных районов.

Тема 7. Беспроводные САД

Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость -- термины созвучны, название стандартов, на которых основаны эти технологии, похожи (стандарты разработаны IEEE, оба начинаются с «802.»), а также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (каналу обмена данными). Но, несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.

Таблица 2

Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи

Технология	Стандарт	Использование	Пропускная способность	Радиус действия	Частоты
Wi-Fi	802.11a	WLAN	до 54 Мбит/с	до 300 метров	5,0 ГГц
Wi-Fi	802.11b	WLAN	до 11 Мбит/с	до 300 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11g	WLAN	до 54 Мбит/с	до 300 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	802.11n	WLAN	до 300 Мбит/с (в перспективе до 450, а затем до 600 Мбит/с)	до 300 метров	2,4 -- 2,5 или 5,0 ГГц
WiMax	802.16d	WMAN	до 75 Мбит/с	25-80 км	1,5-11 ГГц
WiMax	802.16e	Mobile WMAN	до 40 Мбит/с	1-5 км	2.3-13.6 ГГц
WiMax	802.16m	WMAN, Mobile WMAN	до 1 Гбит/с (WMAN), до 100 Мбит/с (Mobile WMAN)	н/д (стандарт в разработке)	н/д (стандарт в разработке)
Bluetooth v. 1.1.	802.15.1	WPAN	до 1 Мбит/с	до 10 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 1.3.	802.15.3	WPAN	от 11 до 55 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 3.0	802.11	WPAN	от 3 Мбит/с до 24 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
UWB	802.15.3a	WPAN	110-480 Мбит/с	до 10 метров	7,5 ГГц
ZigBee	802.15.4	WPAN	от 20 до 250 Кбит/с	1-100 м	2,4 ГГц (16 каналов), 915 МГц (10 каналов), 868 МГц (один канал)
Инфракрасный порт	IrDa	WPAN	до 16 Мбит/с	от 5 до 50 сантиметров, односторонняя связь -- до 10 метров

- WiMAX это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).

- Wi-Fi это система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

-WiMAX и Wi-Fi имеют совершенно разный механизм Quality of Service (QoS). WiMAX использует механизм, основанный на установлении соединения между базовой станцией и устройством пользователя. Каждое соединение основано на специальном алгоритме планирования, который может гарантировать параметр QoS для каждого соединения. Wi-Fi, в свою очередь, использует механизм QoS подобный тому, что используется в Ethernet, при котором пакеты получают различный приоритет. Такой подход не гарантирует одинаковый QoS для каждого соединения.

Из-за дешевизны и простоты установки, Wi-Fi часто используется для предоставления клиентам быстрого доступа в Интернет различными организациями. Например, в некоторых кафе, отелях, вокзалах и аэропортах можно обнаружить бесплатную точку доступа Wi-Fi.

Тема 8. Оптические сети доступа

PON (аббр. от англ. Passive optical network, пассивная оптическая сеть) -- технология пассивных оптических сетей.

Распределительная сеть доступа PON основана на древовидной волоконно-кабельной архитектуре с пассивными оптическими разветвителями на узлах, представляет экономичный способ обеспечить широкополосную передачу информации. При этом архитектура PON обладает необходимой эффективностью наращивания узлов сети и пропускной способности, в зависимости от настоящих и будущих потребностей абонентов.

Первые шаги в технологии PON были предприняты в 1995 году, когда группа из 7 компаний (British Telecom, France Telecom, Deutsche Telecom, NTT, KPN, Telefonica и Telecom Italia) создала консорциум для реализации идеи множественного доступа по одному волокну. Эта организация, поддерживаемая ITU-T, получила название FSAN (англ. full service access network). Много новых членов, как операторов, так и производителей оборудования, вошло в неё в конце 1990-х годов. Целью FSAN была разработка общих рекомендаций и требований к оборудованию PON для того, чтобы производители оборудования и операторы могли сосуществовать вместе на конкурентном рынке систем доступа PON. На ноябрь 2011 года в FSAN состояло 26 операторов и 50 производителей[1]. FSAN работает в тесном сотрудничестве с такими организациями по стандартизации как ITU-T, ETSI и ATM Forum.

Стандарты:

- ITU-T G.983 APON (ATM Passive Optical Network).

- BPON (Broadband PON)

-ITU-T G.984 GPON (Gigabit PON)[2]

- IEEE 802.3ah EPON или GEPON (Ethernet PON)

I- EEE 802.3av 10GEPON (10 Gigabit Ethernet PON)

Развитие стандартов PON

тандарты NGPON 2 представляют собой спецификации дальнейшего развития технологий GPON и EPON. Сегодня на роль стандарта NGPON 2 претендуют как минимум три технологии:

«Чистая» (pure) WDM PON

Гибридная (TDM/WDM) TWDM PON

UDWDM (Ultra Dense WDM) PON

Принцип действия PON

Основная идея архитектуры PON -- использование всего одного приёмопередающего модуля в OLT (англ. optical line terminal) для передачи информации множеству абонентских устройств ONT (optical network terminal в терминологии ITU-T), также называемых ONU (optical network unit в терминологии IEEE) и приёма информации от них.

Число абонентских узлов, подключенных к одному приёмопередающему модулю OLT, может быть настолько большим, насколько позволяет бюджет мощности и максимальная скорость приёмопередающей аппаратуры. Для передачи потока информации от OLT к ONT -- прямого (нисходящего) потока, как правило, используется длина волны 1490 нм. Наоборот, потоки данных от разных абонентских узлов в центральный узел, совместно образующие обратный (восходящий) поток, передаются на длине волны 1310 нм. Для передачи сигнала телевидения используется длина волны 1550 нм. В OLT и ONT встроены мультиплексоры WDM, разделяющие исходящие и входящие потоки.

Прямой поток

Прямой поток на уровне оптических сигналов является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего потока предназначенную только ему часть информации. Фактически, мы имеем дело с распределённым демультиплексором.

Обратный поток

Все абонентские узлы ONT ведут передачу в обратном потоке на одной и той же длине волны, используя концепцию множественного доступа с временным разделением TDMA (time division multiple access). Чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных ONT, для каждого из них устанавливается свое индивидуальное расписание по передаче данных с учётом поправки на задержку, связанную с удалением данного ONT от OLT. Эту задачу решает протокол TDMA

Топологии сетей доступа

Существуют четыре основные топологии построения оптических сетей доступа:

«кольцо»;

«точка-точка»;

«дерево с активными узлами»;

«дерево с пассивными узлами».

Преимущества и недостатки

Преимущества архитектуры PON

отсутствие промежуточных активных узлов;

экономия оптических приёмопередатчиков в центральном узле;

экономия волокон;

лёгкость подключения новых абонентов и удобство обслуживания (подключение, отключение или выход из строя одного или нескольких абонентских узлов никак не сказывается на работе остальных).

Древовидная топология P2MP позволяет оптимизировать размещение оптических разветвителей исходя из реального расположения абонентов, затрат на прокладку ОК и эксплуатацию кабельной сети.

Недостатки архитектуры PON

К недостаткам можно отнести:

возросшую сложность технологии PON и

отсутствие резервирования в простейшей топологии дерева.

Тема 9. Сети Triple Play

Для повышения прибыльности и поддержания конкурентоспособности у региональных интернет-провайдеров возникает потребность предоставление услуг «Triple play». Т.е. сеть должна поддерживать не только традиционные сервисы доступа в Интернет и пиринга между клиентами, но и сервисы реального времени, такие как телефония и телевидение.

Кроме этого, прибыльным может быть предоставление услуг организациям по соединению локальных сетей территориально разнесённых офисов. Описываемое ниже готовое решение обеспечивает работу этих сервисов. .

В решении предлагается новая модель для традиционных сервисов - вместо распространенного сейчас механизма туннелей PPPoE использован свободный от многих недостатков последнего механизм IPoE (IP over Ethernet), также называемый CLIPS (Сlientless IP service selection).



Функции граничного маршрутизатора и устройства, учитывающего пользовательский трафик (BRAS), совмещены в одном устройстве. С одной стороны устройство связано как минимум с двумя провайдерами Интернет более высокого уровня и с коммутатором, входящим в состав магистрали сети. BRAS взаимодействует двумя DHCP серверами: одним для сервисов реального времени, другим для предоставления доступа в Интернет. Последний DHCP сервер работает совместно с RADIUS сервером и системой биллинга. Магистраль сети образована несколькими быстродействующими коммутаторам 3-го уровня, соединёнными в кольцо. Коммутаторы доступа, представляющие свои порты для подключения клиентов, соединяются друг с другом, образуя длинные цепочки. Эти цепочки в виде полуколец подключаются к центральному кольцу магистрали.

9.1 Сценарий предоставления доступа к услугам для физических лиц

Предлагаемое решение способно реализовывать новые сценарии IPoE (CLIPS) и улучшенный PPPoE+, а так же традиционные сценарии предоставления доступа к услугам, основанные на создании и на туннелировании PPP сессий (PPTP L2TP PPPoE).

В случае использовании PPP сессий на стороне пользователей требуется программное обеспечение или устройства, поддерживающие клиентов этих сессий. При этом возможны проблемы при одновременном доступе в Интернет и работе пиринга между клиентами. Также недостатком таких сценариев является растрата ресурсов BRAS на инкапсуляцию в таких сессиях. Наконец, трафик групповых рассылок (multicast мултикас), необходимый для IPTV, доставляется неэффективно. Сценарий IPoE лишён этих недостатков.

Основной идеей IPOE является привязка профайла клиента не к его идентификатору и паролю, а к порту коммутатора доступа, к которому этот клиент подключается. Начиная работу, оборудование клиента посылает в сеть запрос на получение IP адреса, коммутатор доступа добавляет в этот запрос информацию о себе и своём порте, с которого получен запрос. Далее запрос обрабатывается BRAS, при этом BRAS взаимодействует не только с DHCP сервером, выдающим IP адрес, но и с RADIUS сервером и, через него, с биллинговой системой. Система хранит профайлы пользователей с привязкой к портам коммутаторов. В результате, профайл пользователя оказывается связан с выданным ему IP адресом. В дальнейшем трафик пользователя с привязкой к IP адресу обрабатывается и учитывается в соответствии с оплаченным контрактом. Пиринговый трафик, отправляемый пользователем с того же IP адреса, до BRAS не доходит и его не нагружает. IP-телефоны и IPTV приставки получают адреса от отдельного DHCP сервера, обслуживающего сервисы реального времени. Трафик этих устройств также не нагружает BRAS.

Cхема установления IPoE сессии.

9.2 Сценарий подключения корпоративных клиентов

Корпоративных заказчиков предпочтительно подключать в отдельных VLAN (на основе порта). Это позволяет наиболее гибко обеспечить специфические условия предоставления и учета доступа, конфиденциальность информации и качество обслуживания, а также выделение подсетей адресного пространства.