Перед вами пустая тетрадь, с ней еще предстоит натерпеться. (Булат Окуджава) сети абонентского доступа. Принципы построения 1999 год

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Тарифы для населения, 304.59kb.
• Г. Кургана цгб им. В. Маяковского, 278.44kb.
• Oss, автоматизация сети абонентского доступа, технический учёт, паспортизация, картография,, 84.06kb.
• -, 190.28kb.
• Булат Окуджава. Прелестные приключения, 1598.96kb.
• Лекция 12/09/06 Тема: «Топология вс. Обобщенная модель вс. Основные принципы построения, 47.24kb.
• Литература Введение, 158.58kb.
• Img src= 90302 html m74583d54, 2120.54kb.
• Литература, 379.25kb.
• 30. 06. 2010 14. 02. 2012, 557.83kb.

Рисунок 2.24


Итак, все пользователи ЦСИО через ЦКУ2, расположенный в одном помещении с МС2, подключены к МС1, которая обеспечивает интегральное обслуживание. В нижней части рисунка 2.24 показана структура ЦСИО, образующая нерайонированную сеть. Если читатель не поленится вернуться к рисунку 1.6, он найдет любопытную аналогию с рассуждениями, приведенными в первой главе о границах сети абонентского доступа.

Использование Мульдексов 2B+D нашло практическое применение при введении услуг ЦСИО многими Операторами. Примеры применения этих устройств опубликованы, в частности, в монографии П. Боккера [36]. В статье [37] отмечено интересное приложение Мульдексов для подключения пользователей ЦСИО, работающих в домашних условиях. Следует отметить, что кроме Мульдексов могут также использоваться и концентраторы ЦСИО, размещаемые в местах группирования пользователей, ориентирующихся на интерфейсы 2B+D.


2.2.2.3. Развитие ЦСИО в процессе цифровизации ТФОП


Процесс цифровизации ТФОП подразумевает не только замену аналоговых АТС на цифровые коммутационные станции, но и существенное расширение функциональных возможностей этих новых систем распределения информации. Одна из таких возможностей - поддержка услуг ЦСИО. В конечном счете все цифровые коммутационные станции будут обеспечивать обслуживание тех пользователей ЦСИО, которые расположены на территории соответствующего пристанционного участка. Этот процесс в определенном смысле можно рассматривать как переход от “наложенной” ЦСИО к структуре, полностью (или почти полностью) совпадающей с местной телефонной сетью.

Эволюция “наложенной” ЦСИО показана на рисунке 2.25 для ГТС, состоящей из четырех МС. Предполагается, что замена каждой аналоговой АТС на цифровую коммутационную станцию представляет собой отдельный этап развития ГТС. Будем считать, что к моменту установки первой цифровой МС уже появились четыре УПАТС, для которых должны быть введены услуги ЦСИО.


Изменение структуры ЦСИО при цифровизации ТФОП





Рисунок 2.25


На этапе I все УПАТС, поддерживающие услуги ЦСИО, включаются в МС1, которая является единственной цифровой коммутационной станцией. Допустим, что рассматриваемая ГТС имеет пятизначный план нумерации. Для удобства будем считать, что первый знак номера абонента ГТС, включенного в МСi (i = 1, 2, 3, 4) равен “i”. В этом случае номер абонента, включенного в УПАТСi, имеет вид типа “ibxxx”. Процесс переключения УПАТС2, УПАТС3 и УПАТС4 в МС1 означает изменение плана нумерации их абонентов. Первая цифра (в нашем примере) будет “1”, а значения “b” и “xxx” должны выбираться из резерва номерной емкости МС1. Фактически, МС1 “расширяет” свой пристанционный участок за счет подключения абонентов трех УПАТС, расположенных в зоне обслуживания трех других МС.

На этапе II производится замена аналогового оборудования МС2 на цифровое. Теперь УПАТС2 может быть переключена в МС2 с изменением плана нумерации ее абонентов. Такое решение и показано на рисунке 2.25 для варианта (б). В принципе, можно и не переключать УПАТС. Такой вариант представлен для варианта (в) - этап III, когда устанавливается цифровая коммутационная станция МС3. УПАТС3 остается выносным модулем МС1; план нумерации ее абонентов не изменяется. Выбор рационального варианта остается за Оператором, который должен учесть прогнозируемый рост числа абонентов ГТС и их распределение между МС.

Наконец, на этапе IV осуществляется полная цифровизация ГТС. УПАТС4 может, при необходимости, переключиться в МС4, что подразумевает изменение плана нумерации для ее абонентов. Теперь в МС1 (кроме “своей” УПАТС1) включена только УПАТС3. Такое подключение влечет за собой использование ресурсов транспортной сети на двух уровнях иерархии: абонентский доступ и межстанционная связь. Эти соображения должны учитываться при решении вопроса о переключении УПАТС в близлежащую МС.

Реальные процессы развития ЦСИО будут более сложными. Во-первых, будет расти доля УПАТС, в которых - для определенной группы пользователей - должны поддерживаться услуги ЦСИО. Во-вторых, будет расширяться группа пользователей, ориентирующихся на интерфейс доступа 2B+D и не являющихся клиентами УПАТС. В третьих, для значительной доли пользователей ЦСИО более важным станет возможность выхода к информационным серверам (в частности, к тем, которые предоставляют услуги Internet), а не установление соединений между двумя стыками пользователь-сеть.


2.2.3. Нужна ли сегодня узкополосная ЦСИО?


Читатель, по всей видимости, понимает, что я отвечу на поставленный вопрос положительно; иначе зачем параграф с таким названием помещен в конце раздела по узкополосной ЦСИО? Так и есть. Мне представляется, что узкополосная ЦСИО займет определенную нишу на рынке современных телекоммуникационных технологий. Тогда возникает ряд весьма важных и интересных вопросов, касающихся прогнозируемого числа пользователей ЦСИО, наиболее популярных услуг, характеристик трафика и тому подобное. Однако известна и совершенно иная точка зрения: “Сегодня появились новые технологии, способные предоставить существенно более широкий спектр услуг, чем узкополосная ЦСИО, реализация которой приведет к напрасным затратам.”

Чаще всего подобные высказывания мне доводилось слышать от представителей эксплуатационных компаний. В процессе дискуссии выкристаллизовывается основная причина такой точки зрения - хорошая реклама телекоммуникационного оборудования, основанного на принципах, отличных от принятых в узкополосной ЦСИО. В последнее время некоторые клиенты ТФОП, иногда мало знакомые с функциональными возможностями ЦСИО, обращаются к Операторам с заявками на выделение одного или двух ОЦК. Проблемы этих клиентов часто могут быть экономично решены именно за счет использования ресурсов узкополосной ЦСИО.

Эту ситуацию хорошо поняли Операторы, создавшие современные цифровые сети. Если Вы обратите внимание на рекламу услуг этих Операторов, то обнаружите там предложения по организации интерфейсов 2B+D и 30B+D. Это означает, что узкополосная ЦСИО начала заполнять свою нишу на российском телекоммуникационном рынке.

Пока рано оценивать статистические данные, касающиеся роста числа пользователей ЦСИО в России, но любопытно посмотреть как протекают подобные процессы в других странах. В частности, в США и Канаде, которые не были пионерами в практической реализации концепции интегрального обслуживания, наблюдается заметный рост числа пользователей ЦСИО [38]. На рисунке 2.26, который основан на данных статьи [38], приведены две диаграммы, иллюстрирующие связанные между собой процессы: установка дополнительных АЛ и переход от использования нескольких линий доступа к интегральному обслуживанию.


Изменение принципов доступа к

телекоммуникационным услугам





Рисунок 2.26


Верхний график показывает относительный рост числа жилищ (квартир или отдельных домов) в Северной Америке, где используются две или более АЛ. Вверху каждого столбика указана численность таких жилищ. За период с 1992 по 1996 год среди абонентов произошло удвоение числа клиентов ТФОП, использующих в своем жилище более одной АЛ. К сожалению, нет достоверных сведений о назначении дополнительных АЛ. По всей видимости, сначала они использовались для включения факсимильных аппаратов, но в последние годы дополнительные АЛ часто предназначаются для подключения ПК. Эта тенденция обусловлена ростом численности населения, работающего в домашних условиях. Такой способ организации труда известен в англоязычной технической литературе по термину “Work-at-home” [39].

Нижний график представляет динамику роста пользователей ЦСИО, ориентирующихся на интерфейс 2B+D. Если сравнить четырехлетние циклы (1992 - 1996 годы для первого графика и 1994 - 1998 годы для второго графика), то нельзя не заметить следующую тенденцию: средний клиент ТФОП в 2,5 раза чаще становится пользователем ЦСИО, чем заказывает установку дополнительных АЛ. Несомненно, что этот процесс стимулируется и разумной тарифной политикой Операторов [40].

Рост количества пользователей ЦСИО отмечают Операторы многих стран. И прогнозы на ближайшие годы также позволяют надеяться на расширение сферы применения узкополосной ЦСИО. Если читателю интересны статистические данные, касающиеся различных аспектов ЦСИО, то я бы посоветовал обратиться к журналу “ISDN User”, в котором, почти в каждом номере, публикуются подобные сведения.

В области телекоммуникаций Россия отстает от развитых стран. В этом малоприятном факте есть ряд небольших преимуществ, одно из которых заключается в возможности использования результатов, полученных идущими впереди. В контексте вопросов, рассмотренных в разделе 2.2, этот постулат означает что, узкополосная ЦСИО найдет применение на российском рынке телекоммуникационных услуг. Такое утверждение, в свою очередь, объясняет практический интерес к проблемам организации абонентского участка узкополосной ЦСИО.


Лучше один раз увидеть,

чем сто раз услышать

(Пословица)


2.3. Широкополосные сети доступа


2.3.1. Виды широкополосных сетей доступа


Сети доступа, рассматриваемые в разделе 2.3, создаются в широкополосных системах связи. Основное применение подобных систем - создание сетей КТВ. Однако в последние годы широкополосные сети доступа нашли применение и для решения других проблем. В частности, пассивные оптические сети (Passive Optical Network - PON), обладающие широкой полосой пропускания сигналов, используются для подключения выносных модулей к цифровой коммутационной станции. Такой вариант использования пассивных оптических сетей известен по аббревиатуре TPON (Telephony over Passive Optical Network), используемой в англоязычной технической литературе [4, 26].

Некоторые варианты создания широкополосных сетей доступа изложены в [4], но за пять лет, прошедших с момента публикации этой монографии, произошли существенные изменения. Новые сведения, прямо или косвенно касающиеся широкополосных сетей доступа, часто публикуются в технической литературе, в том числе, и в отечественных журналах.

В [4] не были затронуты вопросы использования комбинированных сетей, состоящих из оптического волокна и коаксиального кабеля. В англоязычной технической литературе это решение известно по аббревиатуре HFC - Hybrid Fiber-Coax. Прямой перевод этих трех слов не проясняет смысл данной технологии. В разделе 2.3 термину HFC поставлено в соответствие такое сочетание слов: комбинированная среда “волокно-коаксиал”.

Использование в качестве среды распространения сигналов комбинации оптического волокна и коаксиальной трубки не рассматривалось Операторами ТФОП как удачное решение для создания транспортной сети. Идея использования такой среды распространения сигналов принадлежит Операторам КТВ. Телефония и телевидение считались принципиально разными видами связи. Начальная фаза интеграционных процессов в электросвязи не изменила эту точку зрения. Поэтому технология HFC не была воспринята Операторами ТФОП.

Затем наступил перелом. Одно из направлений в развитии ТФОП заключается в постепенном повышении полосы пропускания сигналов, что позволяет - в обозримом будущем - ввести услуги распределения программ телевидения и интерактивного обмена видеоинформацией. Системы КТВ, в свою очередь, эволюционируют в направлении интерактивных систем, что создает хорошую основу для поддержки услуг ТФОП, ЦСИО и ряда других функциональных возможностей. Началась конкурентная борьба между Операторами ТФОП и КТВ.

Мы не будем касаться конкурентной борьбы между Операторами ТФОП и КТВ. Основное внимание следующих двух параграфов уделено комбинированной среде “волокно-коаксиал” и пассивной оптической сети. В разделе 2.3 не затрагиваются аспекты сетей доступа, специфичные для широкополосной ЦСИО, так как этой проблеме посвящен отдельный раздел второй главы.


2.3.2. Комбинированная среда “волокно-коаксиал”


Многие Операторы КТВ активно модернизируют свои сети для введения интерактивных услуг. Можно выделить несколько сценариев, реализация которых приведет к построению широкополосной интерактивной системы. Основные различия между этими сценариями будут продиктованы перечнем услуг, которые собирается реализовать Оператор сети КТВ. Если, например, Оператор намерен ввести услугу “Видео по заказу”, то модернизацию сети нельзя считать кардинальной. Иная картина складывает в том случае, когда Оператор собирается предложить своим клиентам услуги телефонной связи.

Основная группа Операторов КТВ начинает модернизацию своей сети с введения услуг типа “Видео по заказу”. Именно такое решение будет рассмотрено в данном параграфе. Мы начнем с рисунка 2.27, который иллюстрирует вероятное распределение частотных диапазонов при расширении функциональных возможностей КТВ до интерактивной системы [26].


Пример использования частотного

диапазона в новых сетях КТВ





Рисунок 2.27


Область, названная на рисунке 2.27 “Аналоговые каналы”, используется в классической системе КТВ. Часть диапазона, обозначенная буквой “А”, предназначена для передачи управляющей информации от терминала к сетевому оборудованию. В диапазоне “В” расположены как аналоговые каналы КТВ, так и цифровые каналы, используемые для услуги “Видео по заказу”. Для передачи цифровой видеоинформации по аналоговым каналам обычно используется квадратурная амплитудная модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

Традиционные системы КТВ используют коаксиальный кабель. На рисунке 2.28 показана модель распределительной сети КТВ, заимствованная из [41]. Заметим, что в традиционной сети КТВ используются только односторонние усилители, которые - для поддержки интерактивных услуг - подлежат замене на устройства, обеспечивающие компенсацию потерь мощности сигнала в направлениях приема и передачи.


Модель распределительной сети КТВ




Рисунок 2.28


Комбинированная среда “волокно-коаксиал” создается как дополнение к инфраструктуре КТВ. Использование этой технологии целесообразно пояснить на примере системы, создаваемой для реализации услуги “Видео по заказу”. Фрагмент такой системы приведен на рисунке 2.29. Он содержит следующие основные элементы:

- три видеосервера, хранящих видеоинформацию различного назначения (фильмы, обучающие программы и тому подобное);

- устройства преобразования видеоинформации в цифровой поток, передаваемый через сеть ATM;

- коммутатор ATM, через который пользователи обращаются к любому видеосерверу;

- модулятор QAM, выполняющий преобразование цифровых сигналов для их распределения в аналоговой форме по коаксиальному кабелю;

- сумматор, осуществляющий объединение двух групп телевизионных каналов;

- приставки (Set-top box), с помощью которых пользователь осуществляет функции управления системой.


Пример использования комбинированной среды

“волокно-коаксиал” для услуги “Видео по заказу”





Рисунок 2.29


Сразу отметим, что модель, показанная на рисунке 2.29, не может считаться универсальной. В частности, в [26] указана возможность установки преобразователя АТМ в приставке к телевизору. Такое решение представляется весьма эффективным, если Оператор планирует расширять перечень интерактивных услуг, предоставляемых своим клиентам.

Рассмотрим основные этапы установления соединения для услуги “Видео по заказу” при использовании комбинированной среды “волокно-коаксиал”. Но сначала целесообразно ввести ряд комментариев, касающихся реализации структуры, показанной на рисунке 2.29.

Видеосервер представляет собой специализированную базу данных, в которой хранится видеоинформация. Эти видеосерверы могут быть специализированными, то есть содержать видеоинформацию по определенным направлениям: художественные фильмы, мультфильмы, игровые программы и так далее. Возможен вариант, когда видеосерверы создаются конкурирующими поставщиками и содержат однотипную информацию. Получая запрос пользователя, видеосервер должен начать процесс передачи требуемой информации.

Видеоинформация кодируется с использованием определенного способа сжатия изображения. Могут применяться устройства, отвечающие различным стандартам. Чаще всего Операторы ориентируются на стандарты MPEG1+ и MPEG2 [42]. Преобразованная видеоинформация переносится через сеть АТМ в виде конвертов (этим словом, здесь и далее, переводится термин “Cell”). Такой перевод термина “Cell”, предложенный моим коллегой В.А. Соколовым, мне представляется очень удачным, так как позволяет провести аналогию между процессом передачи информации в сети АТМ и пересылкой письма по почте. В свою очередь, появляется возможность не только адекватно выполнить перевод технической литературы, касающейся технологии АТМ, но и весьма просто объяснить некоторые принципы работы Ш-ЦСИО.

Приставка обеспечивает сопряжение сети и терминалов, в качестве которых могут использоваться телевизионный приемник, стереофонический радиоприемник, видеомагнитофон, персональный компьютер, подключаемый через интерфейс RS232, игровая приставка и тому подобное оборудование. Управление может осуществляться с помощью инфракрасных лучей, посылаемых с пульта, аналогичного широко используемым устройствам для современных бытовых телевизоров. В состав приставки могут также входить специальные средства, позволяющие исключить или ограничить просмотр каких-либо каналов, например, транслирующих программы, которые не должны смотреть дети.

Итак, вернемся к процессу установления соединения с видеосервером. Мне в 1997 году довелось присутствовать в исследовательской лаборатории фирмы Nortel в городе Оттава, где демонстрируется один из вариантов реализации услуги “Видео по Заказу”. Хотя представленная там конфигурация немного отличается от структуры, представленной на рисунке 2.29, процедуры, выполняемые абонентом, остаются неизменными.

Первый этап установления соединения - ознакомление с меню, которое выводится на экран телевизионного приемника или персонального компьютера в зависимости от используемого абонентом терминала. В исследовательском центре Nortel можно было выбрать один из трех серверов, специализированных по виду информации. Первый этап заканчивается выбором сервера, но к нему можно вернуться, если следующие шаги не приведут к нахождению нужной программы.

Следующий этап состоит в выборе необходимой программы. Допустим, что абонент решил посмотреть художественный фильм, поиск которого осуществлялся с помощью персонального компьютера. Подведя курсор к выбранному названию и щелкнув кнопкой “мышки”, абонент автоматически выбирает самый простой способ просмотра фильма - от начала до конца. Можно использовать более сложные процедуры. В частности, абонент имеет возможность заказать услугу на конкретное время.

Третий этап представляет собой процесс управления режимом получения информации. Отличительная особенность услуги “Видео по заказу” состоит в том, что абонент может просматривать информацию в таком режиме , какой обеспечивает современный видеомагнитофон. Например, часть фильма, мало интересная абоненту, может быть пропущена, а какой-то фрагмент просмотрен несколько раз. Допускается использование команды “Стоп кадр” и другие операции.

Таким образом, сочетание существующей сети КТВ на базе коаксиального кабеля и оборудования АТМ, работающего по ОК, позволяет существенно расширить спектр предоставляемых абонентам услуг. Такое решение, с точки зрения сети абонентского доступа, связано с использованием комбинированной среды распространения сигналов, названной в параграфе 2.3.2 “волокно-коаксиал”. Тем не менее, возможна ситуация, когда ОК используется за пределами сети абонентского доступа. На рисунке 2.30 приведены два варианта сети абонентского доступа, в которых используется комбинированная среда “волокно-коаксиал”.


Два варианта сети абонентского доступа с

комбинированной средой “волокно-коаксиал”





Рисунок 2.30


Вариант (а) подразумевает, что МС включается в коммутатор АТМ, представляющий собой верхний уровень иерархии коммутируемой сети. Тогда комбинированная среда “волокно-коаксиал” образует вместе с оборудованием, используемым для телефонии, общую сеть абонентского доступа. Вариант (б) иллюстрирует ситуацию, когда новая сеть КТВ развивается как самостоятельная система. В этом случае соединения между МС и коммутатором АТМ могут осуществляться через транзитные узлы ТФОП. Скорее всего, надобности в такого рода связи не будет; поэтому на рисунке 2.30 соединение ТФОП с коммутатором АТМ показано пунктирной линией.

Модель, приведенная на рисунке 2.30, используется также для качественного анализа информационных потоков, передаваемых комбинированной средой “волокно-коаксиал”. Наша модель содержит один коммутатор АТМ, но, в принципе, их может быть два и более. Итак, между видеосерверами и коммутатором АТМ проложено К трактов с пропускной способностью B₁, B₂ ... B_K. Между коммутатором АТМ и центрами КТВ проложено L трактов с пропускной способностью С₁ , С₂ ... С_L. Очевидно, что B₁+ B₂ +...+ B_K  С₁+ С₂ +...+ С_L.

В каждом центре КТВ частотный диапазон, который может использоваться для новых услуг, ограничен и примерно одинаков, то есть F₁  F₂ ... F_L. Доля абонентов, использующих интерактивные услуги, будет несомненно расти, что приведет к “перегрузке” коаксиальных линий, которые станут сдерживать дальнейшее развитие всей системы. Вероятный выход из такой ситуации - максимальное расширение той части сети, которая построена на ОК. Пассивная оптическая сеть, принципам создания которой посвящен следующий параграф, может рассматриваться как один из возможных вариантов решения такой проблемы, хотя данная технология имеет более широкую область применения.

До изложения принципов реализации пассивной оптической сети необходимо упомянуть об одном специфическом приложении комбинированной среды “волокно-коаксиал” - создание систем видеонаблюдения [43]. Подобные системы можно рассматривать как изолированные широкополосные сети. Их взаимодействие с правоохранительными органами осуществляется, как правило, за счет передачи низкоскоростной информации (сигналы тревоги) или речи. Передача информации от датчиков, расположенных на контролируемых объектах, до центра наблюдения может осуществляться за счет ресурсов сетей, построенных на комбинированной среде “волокно-коаксиал”.


2.3.3. Пассивная оптическая сеть


Заметный интерес к пассивным оптическим сетям заключается, по всей видимости, в том, что они могут эффективно использоваться до возникновения рынка услуг, ориентированных на применение широкополосных каналов. В частности, упоминавшаяся в параграфе 2.3.1 концепция TPON была разработана для экономичного подключения абонентов к ТФОП. Вместе с тем, пассивные оптические сети служат хорошей основой для введения широкополосных услуг вне зависимости от вида телекоммуникационных технологий.

Модель пассивной оптической сети, которая предложена МСЭ [44], показана на рисунке 2.31 в виде трех функциональных блоков. Оптический линейный терминал (Optical Line Terminal - OLT) обеспечивает сопряжение оптической распределительной сети (Optical Distribution Network - ODN) и МС. Этот терминал, как правило, размещается в кроссе МС.

Оптические сетевые модули (Optical Network Unit - ONU) обычно располагаются в местах концентрации пользователей обслуживаемой сети. Они выполняют функции сопряжения оптической распределительной сети и выносных модулей коммутируемой сети. Линейный терминал и сетевой модуль содержат активные электронные и оптические элементы, формирующие тракты передачи и приема сигналов. Оптическая распределительная сеть содержит только пассивные компоненты (ОВ, разветвители, разъемы и им подобные элементы), что и способствовало появлению термина “Пассивная оптическая сеть”.


Модель пассивной оптической сети, предложенная МСЭ





Рисунок 2.31


Модель, предложенная МСЭ в [44], может быть использована для объяснения принципов работы значительного числа сетей абонентского доступа. Она инвариантна к типу используемого оборудования. В качестве примера на рисунке 2.32 показана пассивная оптическая сеть, используемая в качестве элемента сетей доступа к услугам ТФОП и КТВ.


Пример использования пассивной

оптической сети для ТФОП и КТВ





Рисунок 2.32


В левой верхней части рисунка 2.32 расположена цифровая МС, включенная по стандартным трактам 2,048 Мбит/с в мультиплексор с временным разделением каналов. Этот мультиплексор, в совокупности с устройством преобразования электрических сигналов в оптические, образует оптический линейный терминал. В рассматриваемом примере на выходе устройства преобразования осуществляется передача сигнала на волне 1300 нм.

Цифровые телевизионные кодеры также подключаются к мультиплексору с временным разделением каналов, который, в свою очередь, связан с устройством преобразования электрических сигналов в оптические. Это устройство осуществляет передачу сигнала на волне 1550 нм.

Групповой сигнал распределяется по пассивной оптической сети через разветвители. Эти разветвители размещаются в местах установки оптических сетевых модулей. Сразу после разветвителя групповой сигнал попадает в мультиплексор с разделением каналов по длинам волн. Сигнал, передаваемый на волне 1300 нм, после прохождения устройства преобразования оптических сигналов в электрические, направляется к выносному модулю ТФОП. Сигнал, передаваемый на волне 1550 нм, после прохождения устройства преобразования оптических сигналов в электрические и декодера, попадает в систему КТВ.

Приведенный пример, составленный из моделей, заимствованных из [26] и [44], иллюстрирует только один из возможных вариантов применения пассивной оптической сети, когда используется два вида мультиплексоров - с разделением каналов по времени (Time Division Multiplex - TDM) и по длинам волн (Wavelength Division Multiplex - WDM). В [44] рассматривается также возможность использования мультиплексоров с разделением каналов по частоте (Frequency Division Multiplex - FDM). Сети могут различаться обслуживаемой территорией и числом разветвителей. А применяемые разветвители могут иметь разное число направлений; в приведенных в [44] примерах фигурируют разветвители с восемью и шестнадцатью направлениями.

Использование спектрального уплотнения (разделение каналов по длинам волн) позволяет резервировать - для перспективных приложений - пропускную способность транспортной сети без выделения запасных ОВ. В частности, длина волны 1300 нм рекомендуется для ТФОП и узкополосной ЦСИО, а окно 1550 нм предлагается зарезервировать для широкополосных услуг [44]. Такой подход позволяет рассматривать пассивные оптические сети как универсальное решение для всех телекоммуникационных систем. На рисунке 2.33 показан пример использования ресурсов пассивной оптической сети как общей базы для ТФОП, сети арендованных каналов, системы КТВ и Ш-ЦСИО.


Использование ресурсов пассивной оптической сети





Рисунок 2.33


В модель введены некоторые ограничения. Во-первых, показан вариант использования только одного ОК с N волокнами. Во-вторых, спектральное уплотнение осуществляется только по двум длинам волн ₁ и ₂. В-третьих, не показано распределение ресурсов для ОВ с номерами от “2” до “N-1”. Тем не менее, возможность использования пассивной оптической сети для самых разных телекоммуникационных систем очевидна даже при ограничениях, введенных в модель.

Дальнейшее совершенствование пассивных оптических сетей будет осуществляться в трех основных направлениях. Первое направление связано с необходимостью снижения себестоимости основных элементов пассивной оптической сети, что, в основном, определяется технологическими успехами в области оптоэлектроники. Вторая задача - разработка технических решений для экономичного использования пассивных оптических сетей на территориях, которые могут существенно различаться поверхностной плотностью размещения потенциальных клиентов, и в условиях, когда такая сеть обслуживает существенно разные по размеру группы абонентов. Третье направление касается эффективного использования пассивных оптических сетей в Ш-ЦСИО, все требования которой учесть заранее не представляется возможным.


Ищите и найдете, стучите и отворят вам

(Евангелие от Матфея)


2.4. Варианты организации сети доступа в широкополосной ЦСИО


2.4.1. Некоторые особенности Ш-ЦСИО


Попробуем рассмотреть особенности Ш-ЦСИО с двух точек зрения. Сначала оценим эти особенности извне, а затем коснемся некоторых аспектов “внутреннего” устройства Ш-ЦСИО. Когда я читал студентам лекции по основным принципам построения современных телекоммуникационных сетей, мне показалось удобным объяснять ряд вопросов в системе понятий “участники (игроки) и роли”. Этот подход, предложенный экономистами Гарвардской школы, начал использоваться и в электросвязи. В частности, в материалах МСЭ, относящихся к Глобальной Информационной Инфраструктуре [45], для пояснения ряда деталей вводятся упомянутые понятия. Обратимся к рисунку 2.34, состоящему из двух частей - левой и правой.


Участники телекоммуникационного рынка




Рисунок 2.34


В левой части рисунка названы три основных участника (игрока) телекоммуникационного рынка:

- абоненты, заинтересованные в услугах электросвязи, для получения которых они обращаются к Операторам;

- Операторы, создающие сети связи на базе оборудования, которое приобретается у его производителей;

- производители оборудования, разрабатывающие технические средства, которые отвечают требованиям Оператора и потенциальных абонентов.

Теперь обратимся к правой части рисунка 2.34, представляющей собой кубик, трем граням которого присвоены названия. Каждая из этих граней связана с эллипсом, содержащим имя одного из трех участников телекоммуникационного рынка.

Основные требования к УСЛУГАМ связи формируют, в конечном счете, абоненты. Безусловно, в этот процесс вовлечены не только абоненты. В частности, многие идеи, касающиеся перспективных услуг, обычно рождаются в научно-исследовательских центрах. Однако именно абоненты определяют спрос на предлагаемые возможности, “голосуя” за них своими деньгами. Естественно, абоненты не специфицируют свои требования до такого уровня, когда можно сформулировать техническое задание на разработку соответствующих аппаратно-программных средств. Эти требования удобно представить в самом общем виде: передача речи, обмен данными, выход в Internet и подобные услуги.

Создаваемые Операторами СЕТИ СВЯЗИ предоставляют своим абонентам услуги. Как правило, необходимая совокупность сетей связи создается несколькими Операторами. Более того, используя различное оборудование, можно решить конкретную задачу за счет построения разного числа сетей. На рисунке 2.34 показан случай, когда одним Оператором создается транспортная сеть, сеть с коммутацией каналов (для введения услуг ТФОП и ЦСИО) и сеть с коммутацией пакетов (для услуг по передаче дискретной информации).

Для построения телекоммуникационных сетей Операторы приобретают ОБОРУДОВАНИЕ СВЯЗИ - коммутаторы, системы передачи, линейные сооружения и иные технические средства. Разработка этих технических средств осуществляется производителями оборудования, которые учитывают требования абонентов и Операторов.

Предложенная модель не включает в себя ряд других, весьма активных, участников телекоммуникационного рынка. Она не отражает и пути прохождения финансовых потоков, хотя это очень важно для установления четких правил игры на телекоммуникационном рынке. Однако данная модель отражает те особенности Ш-ЦСИО, которые существенны с точки зрения рассматриваемых в разделе 2.4 вопросов. При анализе интересных для нас особенностей Ш-ЦСИО можно использовать модель, также представляющую собой кубик (рисунок 2.35).


Особенности широкополосной ЦСИО




Рисунок 2.35


Большой интерес для потенциальных абонентов представляют следующие возможности Ш-ЦСИО:

- доступ практически ко всем телекоммуникационным услугам через один интерфейс пользователь-сеть, что подразумевает вероятное снижение затрат на терминальное оборудование;

- взаимодействие с одним Оператором, что позволяет надеяться на снижение суммарных затрат на телекоммуникационные услуги;

- услуги обмена видеоинформацией, предоставляемые, в том числе, в интерактивном режиме, что существенно изменяет роль телекоммуникационной системы как составной части информационной инфраструктуры.

Оператор, анализирующий целесообразность создания Ш-ЦСИО, должен рассматривать все ее достоинства и недостатки. Целесообразно подчеркнуть два момента, определяемых процессами развития электросвязи:

- во-первых, оборудование, реализующее функции интегрального обслуживания, должно быть дешевле, чем совокупность технических средств, решающих аналогичные задачи за счет создания нескольких сетей ;

- во-вторых, заметно растет рынок услуг, подразумевающих различные формы обработки информации, а не только установление соединения по определенному номеру.

Концепция Ш-ЦСИО для производителей оборудования “приготовила” ряд сюрпризов, основным из которых можно считать технологию АТМ. Вторая особенность Ш-ЦСИО, существенная для производителей оборудования, состоит в том, что высокие скорости обмена информацией стимулируют разработку новых технологических решений при создании систем передачи и коммутации.

Если все перечисленные выше особенности Ш-ЦСИО рассматривать с чисто технической точки зрения, то, пожалуй, наиболее интересным новшеством можно считать технологию АТМ. В следующем параграфе кратко изложены самые общие принципы технологии АТМ, необходимые для описания ряда решений, предлагаемых для сети доступа в Ш-ЦСИО.


2.4.2. Технология АТМ


Существующие телекоммуникационные сети используют, в основном, два метода распределения информации: коммутация каналов и коммутация пакетов. Каждый из этих методов обладает своими достоинствами и недостатками. В зависимости от основного назначения телекоммуникационной сети выбирается подходящий метод распределения информации. В ТФОП используется только коммутация каналов. В современных сетях ПД применяется метод коммутации пакетов.

В процессе разработки рекомендаций МСЭ по Ш-ЦСИО возникла необходимость выбрать единый метод распределения информации, свободный, по возможности, от недостатков принципов коммутации каналов и пакетов. В результате длительных обсуждений возникла идея асинхронного режима переноса информации [46] - технологии АТМ. В Ш-ЦСИО технология АТМ используется для всех услуг, то есть как для широкополосных, так и для узкополосных.

Основные идеи, составляющие основу технологии АТМ, заключаются в следующем:

- поток передаваемых битов разделяется на блоки фиксированной длины по 48 байтов (аналог размера почтового конверта);

- каждый блок дополняется заголовком длиной 5 байтов (подобие адреса, который должен быть указан для правильной доставки письма), образуя конверт АТМ (ATM-cell) длиной 53 байта;

- последовательность конвертов передается через совокупность транзитных коммутаторов АТМ (как письмо через промежуточные почтовые отделения), в которых анализируется только содержимое заголовков (как в процессе обработки почтовой корреспонденции);

- принимаемые на стороне пользователя сообщения “освобождаются” от заголовка (процедура, подобная вскрытию конверта для извлечения письма) и собираются в общий поток битов.

Благодаря фиксированному размеру конвертов, их заголовки в непрерывном потоке конвертов находятся в строго определенных - по временной оси - позициях, что дает возможность использовать простые процедуры выделения конвертов. Обработка конвертов в транзитных коммутаторах АТМ осуществляется исключительно аппаратными средствами, что обеспечивает минимальную задержку передаваемых сообщений между корреспондирующими интерфейсами пользователь-сеть.

Пример формирования конвертов показан на рисунке 2.36 для потока битов, образованных в результате дискретизации аналогового сигнала. Обычно исходный сигнал содержит паузы, то есть отрезки времени в течение которых информация не передается. Наличие пауз используется для статистического уплотнения трактов передачи информации.


Общие принципы формирования конвертов АТМ




Рисунок 2.36


Технологическая основа для реализации изложенных выше принципов АТМ формируется совокупностью следующих факторов:

- ОВ и цифровые РРЛ обеспечивают высокую достоверность передаваемой информации, что позволяет отказаться от классических принципов исправления ошибок за счет повторной передачи искаженных сообщений между смежными коммутаторами [47], а использовать (при необходимости) подобные процедуры только в терминалах пользователей;

- последние достижения в разработке коммутаторов АТМ, включая необходимую элементную базу, обеспечивают возможность создания средств распределения информации с пропускной способностью в десятки и сотни Гбит/с.

Приведенное в данном параграфе описание технологии АТМ нацелено на изложение ряда вопросов, касающихся сети абонентского доступа. Читателям, которые хотели бы познакомиться с технологией АТМ, я бы рекомендовал монографию Мартина Кларка [22] и рекомендации МСЭ серии I. Кроме того, можно найти и ряд других интересных материалов, прямо или косвенно связанных с технологией АТМ, но эти работы написаны на английском языке. Читателям, испытывающим трудности с чтением технической литературы на английском языке, целесообразно просмотреть журнал “Сети и системы связи”, в котором публикуются интересные статьи по технологии АТМ, и монографию «АТМ технология высокоскоростных сетей», написанную А.Н. Назаровым и М.В. Симоновым (издана ЭКО-ТРЕНДЗ в 1998 году).


2.4.3. Интерфейс пользователь-сеть Ш-ЦСИО


Технология АТМ, безусловно, занимает важное место в общей концепции Ш-ЦСИО. С другой стороны, весьма радикальные изменения (по сравнению с концепцией обычной ЦСИО) претерпевают и другие компоненты сети. На рисунке 2.37 приведена модель Ш-ЦСИО, заимствованная из монографии [22]. В данном параграфе мы рассмотрим только интерфейс пользователь-сеть, что позволит перейти к основному вопросу раздела 2.4 - принципы организации сети доступа в Ш-ЦСИО.


Модель широкополосной ЦСИО





Рисунок 2.37


Рекомендации для интерфейса пользователь-сеть в Ш-ЦСИО сначала разрабатывались в МСЭ. Позднее консорциум ATM Forum в сжатые сроки разработал свою версию стандартов для интерфейса пользователь-сеть в Ш-ЦСИО. Существенных противоречий между документами МСЭ и ATM Forum практически нет, но в спецификациях, предложенных обеими организациями, используются разные скорости обмена информацией через интерфейс пользователь-сеть. МСЭ сначала определил два интерфейса со скоростями 155 Мбит/с и 622 Мбит/с. Затем была изучена возможность введения ряда услуг Ш-ЦСИО через интерфейс пользователь сеть на скоростях первичной ЦСП, составляющей для европейских стран 2,048 Мбит/с.

Специалисты, участвующие под эгидой МСЭ в разработке рекомендаций для Ш-ЦСИО, пришли к выводу, что на начальном этапе внедрения технологии АТМ можно использовать скорость 2,048 Мбит/с. Это объясняется рядом соображений. Во-первых, во многих случаях не надо будет заменять абонентские кабели с медными жилами на ОК. Во-вторых, успехи в области сжатия видеоинформации вселяют определенный оптимизм относительно использования трактов 2,048 Мбит/с для многих приложений.

В частности, в работе [48] приводятся такие оценки: сигналы в системах интерактивного телевидения могут передаваться на скоростях от 1,5 до 15 Мбит/с, профессиональная видеоконференция требует полосу пропускания от 56 кбит/с до 2,048 Мбит/с, “настольная” видеоконференция (Desk Top Video) может осуществляться в диапазоне от 56 кбит/с до 128 кбит/с. С другой стороны, в той же работе указано, что для телевидения высокой четкости (ТВЧ) необходим диапазон от 15 Мбит/с до 25 Мбит/с, то есть интерфейс пользователь-сеть на скорости 2,048 Мбит/с способен поддерживать только часть услуг Ш-ЦСИО.

Консорциум ATM Forum специфицировал, в частности, интерфейс пользователь-сеть на скорости 25,6 Мбит/с [49], что можно рассматривать как компромиссное решение для номиналов 2,048 Мбит/с и 155 Мбит/с, предложенных МСЭ. По всей видимости, решения консорциума ATM Forum найдут отражение и в соответствующих рекомендациях МСЭ. Стандартизация интерфейсов пользователь-сеть, работающих на относительно низких скоростях, имеет большое практическое значение, так как появляется реальная возможность использовать некоторые фрагменты существующих линейных сооружений.

Конфигурация интерфейса пользователь-сеть в Ш-ЦСИО инвариантна к скорости передачи битов. Функциональные блоки, используемые для описания возможных конфигураций интерфейса в Ш-ЦСИО, аналогичны тем, что введены для узкополосной ЦСИО (рисунок 2.19). Название функционального блока предваряет символ «B» - первая буква в слове «Broadband» (широкополосный). На рисунке 2.38 показаны два примера конфигурации интерфейса пользователь-сеть в Ш-ЦСИО.


Примеры конфигурации интерфейса

пользователь-сеть в Ш-ЦСИО





Рисунок 2.38


Вариант (а) иллюстрирует конфигурацию с централизованным (общим) сетевым окончанием B-NT2. Примером подобной конфигурации может служить сеть в пределах предприятия, в которой сетевое окончание B-NT1 выполняет функции физического сопряжения с телекоммуникационной системой общего пользования.

Вариант (б) представляет конфигурацию кольцевого типа, в которой присутствует новый интерфейс, обозначенный буквой «W». Рекомендация МСЭ I.413 [50] определяет этот интерфейс для промежуточного адаптера (MA - Medium Adaptor). Эти адаптеры (в совокупности) выполняют функции сетевого окончания B-NT2, обеспечивая подключение нескольких терминалов к одному интерфейсу пользователь-сеть. Допускается произвольная реализация интерфейса W, так он используется только между адаптерами MA. Простейшим аналогом конфигурации кольцевого типа считается локальная вычислительная сеть (ЛВС) типа Token Ring [22].

Возможны, безусловно, и другие конфигурации интерфейсов. Некоторые новые предложения уже обсуждаются специалистами, работающими над рекомендациями МСЭ и стандартами ETSI. Консорциум ATM Forum также изучает перспективные конфигурации для интерфейсов пользователь-сеть в Ш-ЦСИО.


2.4.4. Сеть доступа в широкополосной ЦСИО


2.4.4.1. Общие соображения


Несомненно, реализация сети доступа в Ш-ЦСИО должна осуществляться с учетом множества факторов. С точки зрения вопросов, рассматриваемых в монографии, целесообразно выделить два таких фактора. Во-первых, принципы доступа к ресурсам Ш-ЦСИО будут зависеть от выбранного сценария ее построения. Во-вторых, реализация сети доступа для поддержки услуг Ш-ЦСИО должна осуществляться как часть общей программы поэтапного развития всей телекоммуникационной системы. Эти два фактора не могут рассматриваться раздельно; они достаточно сильно связаны между собой.

Рассмотрим, для начала, те возможности, которые открываются для Ш-ЦСИО в процессе развития сети абонентского доступа цифровой коммутационной станции. Будем полагать, что - прямо или косвенно - этот процесс связан с тем, каковы у Оператора планы введения новых услуг электросвязи. Рисунок 2.39 иллюстрирует возможную схему долгосрочных действий Оператора при поэтапном введении перспективных услуг связи.


Координация планов введения новых услуг и

процессов развития сети абонентского доступа





Рисунок 2.39


Точка t₀ определяет момент, когда начинается процесс модернизации существующей сети абонентского доступа. Первый этап этого процесса должен закончиться к моменту t₁, когда ОК будет проложен до удаленных модулей (помещений концентраторов и УПАТС). Для организации цифровых трактов до терминалов пользователей, которым это необходимо, может использоваться оборудование на базе технологии ADSL. Результат первого этапа модернизации сети абонентского доступа, с учетом введенных ранее аббревиатур, обозначен суммой «FTTR+ADSL».

Такая фаза развития сети абонентского доступа позволит организовать интерфейсы Ш-ЦСИО, ориентированные на низкую - относительно номинала 155 Мбит/с - скорость передачи информации. Технология ADSL, кроме того, ориентирована на асимметричный (по скорости обмена сообщениями в обоих направлениях) интерфейс пользователь-сеть. Следует учесть, что некоторым пользователям могут быть предоставлены интерфейсы и на достаточно высоких скоростях. Такая возможность становится реальной для пользователей, расположенных недалеко от места, где осуществляется переход от ОВ к витым парам.

В интервале [t₁, t₂] осуществляется второй этап модернизации сети абонентского доступа. В этот период времени ОК доводится до зданий, что позволяет широко использовать оборудование, реализованное на базе технологии VDSL. Это, в свою очередь, обеспечивает эффективное использование физических пар для передачи информации с высокой скоростью. Рассматриваемая фаза развития сети абонентского доступа, по аналогии с предыдущим этапом, названа «FTTB+VDSL». На данном этапе развития сети абонентского доступа неизбежно будут существовать некоторые ограничения на используемые интерфейсы, которые касаются скорости и/или места подключения потенциальных клиентов Ш-ЦСИО.

Момент времени t₂ знаменует начало третьего этапа модернизации сети абонентского доступа. Этот этап закончится в точке t₃, названной на рисунке «Оптимальное решение». Под оптимальным решением здесь понимается такая ситуация, когда Оператор может подключить к Ш-ЦСИО любого клиента вне зависимости от его расположения в пределах пристанционного участка и требуемого (из множества стандартизованных) интерфейса пользователь-сеть. В интервале [t₃, t₄], с точки зрения характеристик сети абонентского доступа, не существует никаких ограничений на подключение к Ш-ЦСИО. Логично предположить, что подобных ограничений не будет и после момента времени t₄, когда начнется новый этап развития системы абонентского доступа.

Вы, вероятно, уже заметили, что рассмотренная схема представляет процесс модернизации сети абонентского доступа весьма упрощенно. В частности, этапы не перекрываются во времени, чего на практике быть не может, не представлены многие важные телекоммуникационные технологии, без которых невозможно себе представить перспективную сеть доступа, и так далее. Поэтому рисунок 2.39 не следует рассматривать как программу развития сети абонентского доступа. Назначение рисунка - показать важность координации планов введения новых телекоммуникационных услуг и процессов модернизации сети абонентского доступа. Приведенные выше качественные рассуждения могут быть подкреплены технико-экономическими расчетами.

Итак, мы рассмотрели те возможности, которые предоставляются Оператору в процессе развития сети абонентского доступа с учетом требований Ш-ЦСИО. Это позволяет подойти вплотную к разработке стратегии создания Ш-ЦСИО. В параграфе 2.4.4.2 изложены общие соображения по созданию Ш-ЦСИО, но до этого целесообразно рассмотреть фрагмент архитектуры широкополосной ЦСИО (рисунок 2.40), который заимствован из монографии [51].


Фрагмент архитектуры широкополосной ЦСИО




Рисунок 2.40


Термины, относящиеся Ш-ЦСИО, достаточно сложно изложить без подробных комментариев. На рисунке 2.40, в дополнение к терминам на русском языке, указаны также названия, принятые в тех версиях рекомендаций МСЭ, которые написаны на английском языке. Для перевода терминов, приведенных на рисунке 2.40, воспользуемся определениями из рекомендаций МСЭ G.701 [52] и I.113 [53]. Начнем с середины, то есть с термина цифровая секция (Digital section).

Цифровая секция (или цифровой участок) - совокупность средств обмена цифровыми сигналами, с установленной скоростью передачи, между двумя смежными цифровыми устройствами переключения. В качестве цифровых устройств переключения используются ЦКУ или МВК, обеспечивающие основную функцию, определенную рекомендацией МСЭ G.701 как гибкость (flexibility) при организации полупостоянных соединений цифровых каналов.