Geum.ru

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

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   18
Историю цивилизации можно выразить в шести

словах: чем больше знаешь, тем больше можешь

(Эдмонт Абу)


1.5. Основные тенденции эволюции абонентских сетей


1.5.1. Общее


Процессы эволюции, применительно к АЛ, можно рассматривать с нескольких точек зрения. Мне представляется, что лучше затронуть те аспекты модернизации АЛ, которые важны для излагаемых в следующих разделах монографии вопросов. Для этого на рисунке 1.11 вводится абстрактная модель, позволяющая прокомментировать существенные моменты процесса, связанного с эволюцией абонентской сети.


Эволюция абонентской сети





Рисунок 1.11


Три плоскости в этой модели связаны с основными вопросами, которые будут изложены в разделе 1.5. В параграфе 1.5.2 анализируются аспекты, касающиеся изменения требований к пропускной способности абонентской сети. Двигаясь по часовой стрелке, мы переходим к вопросам, связанным со структурой абонентской сети. Этому направлению посвящен параграф 1.5.3. Параграф под номером 1.5.4 относится к тематике “среда распространения сигналов” и некоторым смежным вопросам.

Итак, три параграфа в разделе 1.5 посвящены комментариям к изображенной на рисунке 1.11 модели, которая призвана обобщить основные процессы эволюции сети абонентского доступа. В разделе 1.5 целесообразно изложить еще два важных (по мнению автора) вопроса.

Во-первых, важная практическая задача состоит в том, чтобы использовать существующие АЛ для передачи широкополосных сигналов. Соответствующие телекоммуникационные технологии кратко анализируются в параграфе 1.5.5. Во-вторых, несомненный интерес представляют прогностические оценки, прямо или косвенно связанные с сетями абонентского доступа. В параграфе 1.5.6 представлены некоторые результаты прогнозирования, интересные с точки зрения вопросов, затронутых в монографии.


1.5.2. Пропускная способность абонентской сети


Вернемся к первой плоскости рисунка 1.11 и рассмотрим кривую, которая иллюстрирует процесс роста пропускной способности сети абонентского доступа. Переход от скоростей порядка 50 Бод, используемых в телеграфии, к полосе пропускания шириной 3,1 кГц совпадает, по времени, с началом создания первых сетей телефонной связи. Следует подчеркнуть, что на этом этапе начался переход от цифровой (телеграфной) системы электросвязи к аналоговой (телефонной).

Следующий характерный этап - введение услуг ЦСИО. Основной (базовый) доступ в ЦСИО имеет конфигурацию 2B+D. Пользователю предоставляются два прозрачных B-канала (64 кбит/с каждый), предназначенных для передачи различной информации, и один служебный D-канал (16 кбит/с). Информационная скорость в сети абонентского доступа составляет, таким образом, 144 кбит/с [59]. Этот этап - применительно к сети абонентского доступа - можно рассматривать как переход от аналоговой системы электросвязи к цифровой.

Повышение скорости передачи до 2,048 Мбит/с позволяет ввести ряд новых телекоммуникационных услуг. В первую очередь, такая пропускная способность необходима для ЦСИО при организации доступа на первичной скорости со структурой 30B+D (скорость передачи по D-каналу в этом случае составляет 64 кбит/с). Некоторые услуги, связанные, в частности, с обменом видеоинформацией, также могут быть предложены потенциальным пользователям, если их средства доступа обеспечивают скорость передачи порядка 2,048 Мбит/с.

Далее на первой кривой указан номинал пропускной способности 140 Мбит/с. Эта величина примерно соответствует информационной скорости передачи в широкополосной ЦСИО. В принципе, между точками 2,048 и 140 Мбит/с также можно выделить несколько этапов, касающихся применения таких новых методов передачи информации как ADSL, HDSL, VDSL и им подобных (в параграфе 1.5.5 эти варианты использования существующих АЛ рассмотрены более подробно).

Упомянутые технологии ориентированы на использование существующих АЛ и обеспечивают - в одном направлении - передачу цифрового потока на скоростях от 1,5 до 51 Мбит/с [60]. Для обеспечения двухсторонней передачи с одинаковой скоростью может использоваться технология типа SDSL, но обеспечиваемая ее пропускная способность составляет величину порядка 384 кбит/с [60].

После номинала 140 Мбит/с стоит знак “?” и показаны три возможных сценария дальнейшей эволюции в части пропускной способности сети абонентского доступа: оптимистический, прагматический и пессимистический. Первый сценарий назван оптимистическим в предположении, что:

- эффективность телекоммуникационной системы, с точки зрения пользователя, повышается при росте пропускной способности сети абонентского доступа;

- доходы Оператора пропорциональны пропускной способности сети абонентского доступа.

Оптимистический прогноз можно рассматривать как модель, в которой учитываются тенденции к передаче информации, связанной практически со всеми органами чувств человека. В ближайшие годы каких-либо существенных достижений в области сжатия такой информации не ожидается.

Третий сценарий заметно отличается от первого. Он базируется на двух основных предположениях:

- в обозримой перспективе не будет формироваться платежеспособный спрос на услуги, требующие существенного (по сравнению со скоростями, нужными для обмена видеоинформацией) расширения пропускной способности сети абонентского доступа;

- прогресс в области сжатия видеоизображений и иные достижения приведут к возможности снижения требуемой пропускной способности сетей абонентского доступа.

Промежуточное положение занимает второй (прагматический) сценарий. То, по какому сценарию будут развиваться события, на мой взгляд, не так уж существенно. Основной вывод состоит в том, что в обозримой перспективе будут отчетливо проявляться требования к увеличению пропускной способности сети абонентского доступа.


1.5.3. Структура абонентской сети


Нижняя плоскость рисунка 1.11 позволяет проанализировать тенденции, касающиеся эволюции тех структур, которые используются для построения сетей абонентского доступа. Если обратиться к терминологии, принятой в теории графов [40], то первые абонентские сети можно рассматривать как звездообразные структуры [5]. По мере роста емкости местных телефонных сетей увеличивались удельные затраты на АЛ. Разработка принципов экономичного построения абонентских кабельных сетей [61] привела к появлению древовидных структур, которые, как известно, отличаются низкой надежностью.

В современных сетях абонентского доступа появляются отдельные фрагменты, построенные на базе кольцевых структур. Такие структуры на рисунке 1.11 названы комбинированными. Они постепенно трансформируются в полностью кольцевые структуры, обеспечивающие как экономию кабельной продукции, так и достаточно высокую надежность сети абонентского доступа [62].

После кольцевой структуры на рисунке 1.11 поставлен знак “?”. Возможны разные варианты. Предварительный вывод, который напрашивается при анализе тенденций “персонализации” в электросвязи, состоит в том, что привлекательной структурой будущих сетей абонентского доступа может стать топология типа “решетка” [40].

Аспекты выбора оптимальной структуры сети абонентского доступа подробно рассматриваются во второй главе. Это позволяет закончить - в разделе 1.5 - изложение вопросов, относящихся к структуре абонентской сети


1.5.4. Среда распространения сигналов


Левая плоскость рисунка 1.11 посвящена тем аспектам эволюции АЛ, которые связаны со средой распространения сигналов. Три кривые иллюстрируют рассматриваемые тенденции применительно к кабельным линиям (что характерно для большинства абонентских сетей), системам спутниковой связи и радиотехническим средствам.

История практического применения кабельных линий в абонентских сетях началась с воздушных цепей. Вскоре стало очевидно, что дальнейшее развитие абонентских сетей необходимо осуществлять на базе многопарных симметричных кабелей. Использование ОК стало возможным - по техническим и экономическим соображениям - только в последние годы.

На соответствующем фрагменте рисунка 1.11 показаны два этапа, характерные для использования ОК. Последняя точка - “Оптический кабель” - знаменует полный переход к этой среде распространения сигналов. Иными словами, ОК занимает все пространство между кроссом телефонной станции и помещением пользователя. Предшествующий этап назван “Оптический кабель плюс коаксиал”. Такой подход может рассматриваться только как один из примеров доведения ОК до какой-либо точки, находящейся вне помещения абонента. Более того, необходимо уточнить два вопроса: расположение той точки, где заканчивается ОК, и тип среды распространения сигналов, которая “продолжает” АЛ до помещения пользователя.

Для ответа на первый вопрос целесообразно сослаться на ряд публикаций, например [63 и 64]. В этих работах определяются основные стратегии использования оптического кабеля в сетях доступа: до здания - FTTB (B - Building), до места установки ШР - FTTC (C - Curb), до жилого дома - FTTH (H - Home), до офиса - FTTO (O - Office), до удаленного модуля коммутационной станции - FTTR (R - Remote), до границ некой территории, названной зоной, - FTTZ (Z - Zone) и т.п. Все подобные стратегии можно обозначить общей аббревиатурой FTTOpt (Opt - Optimum) - доведение оптического кабеля до оптимальной, с точки зрения Оператора и/или пользователя, точки.

Применение оптического кабеля создает хорошую основу для введения телекоммуникационных услуг, ориентированных на широкополосные каналы связи. По этой причине ту часть АЛ, которая доходит до помещения пользователя, лучше всего строить на базе сред распространения сигналов, способных обеспечить широкую полосу пропускания сигналов. Один из примеров такого решения - коаксиальный кабель, что, собственно, и обусловило появление соответствующего названия на рассматриваемом рисунке. Сети абонентского доступа, построенные на оптическом и коаксиальном кабелях, получили широкое распространение [65]. Они известны по аббревиатуре HFC (Hybrid Fiber/Coax). Подобные решения особенно популярны у Операторов кабельного телевидения.

Кривая, иллюстрирующая эволюцию кабельных линий, по традиции заканчивается знаком “?”. Основная причина заключается в том, что в обозримой перспективе можно ожидать как появление новых типов оптических волокон, так и практическое применение кабелей с металлическими жилами, использующими сверхпроводящие компоненты.

Системы спутниковой связи используются в сетях абонентского доступа в исключительных случаях. Однако появление достаточно экономичных систем типа VSAT и USAT [66] позволяет надеяться на более широкое применение спутниковой связи. Для ряда регионов России системы спутниковой связи могут рассматриваться как единственное средство, позволяющее построить сеть абонентского доступа. Но подобное применение систем спутниковой связи требует детальной проработки множества других проблем, только косвенно затрагивающих проблемы абонентского доступа. Этим и объясняется знак “?”, завершающий соответствующую кривую рисунка 1.11.

Применение радиотехнических средств в сетях абонентского доступа началось давно. Первенцем, по всей видимости, можно считать радиоканал, предназначенный для создания одной АЛ. На профессиональном жаргоне связистов комплекс оборудования для организации АЛ получил название “радиоудлинитель”.

Затем появились многоканальные системы, аналоговые и, несколько позже, цифровые. Первые многоканальные системы использовались для организации связи типа «point-to-point»; это словосочетание можно перевести как конфигурация «точка - точка». Чаще всего, такое решение подразумевает установку оборудования радиорелейной линии (РРЛ) для подключения к МС выносного модуля.

Для организации связи с группой терминалов, распределенных по некоторой территории, были разработаны системы типа point-to-multipoint [67]. В отечественной технической литературе такая конфигурация называется либо многоточечной, либо «точка - множество точек». В названии таких систем в английском языке используются слова Multiple Access. Специалисты по радиосвязи обычно переводят их как многостанционный доступ. Такая трактовка подчеркивает физику процесса. Под станцией, в данном случае, понимается оконечное устройство. Это значит, что система многостанционного доступа обеспечивает возможность обслуживания нескольких терминалов. Специалисты по проводной связи обычно переводят слова Multiple Access как множественный или коллективный доступ. Оба перевода, с точки зрения современной терминологии, можно считать правильными [68].

Существенные изменения в принципах использования радиосредств в сетях доступа произошли только в последние годы. Они связаны с использованием сотовых (Cellular) технологий [69], которые позволяют очень эффективно использовать выделенный Оператору спектр частот. Сотовые сети используются как в мобильных, так и в стационарных системах связи.

Развитие электросвязи привело к появлению концепции “Персональная связь”. Этот термин трактуется в технической литературе не всегда однозначно. Ряд определений приведен, например, в монографии [69]. Среди изложенных в этой книге трактовок наиболее удачный, на мой взгляд, вариант предложен Комиссией Европейского Сообщества: “Персональная связь (Personal Communications) - это предложение, в будущем, набора телекоммуникационных услуг, который:

- может быть разработан на индивидуальной основе, чтобы отвечать требованиям всех абонентов;

- позволяет абонентам связываться вне зависимости от места расположения и используемых средств доступа;

- обладает привлекательными свойствами для пользователей и низкой стоимостью, что подразумевает широкое использование данного вида связи”.

Таким образом, персональная связь, в общем случае, обеспечивается не только радиосредствами. Можно сказать, что процесс “персонализации” в телекоммуникационной системе требует интеграции сетей электросвязи, обслуживающих стационарных и мобильных абонентов. Некоторые Операторы уже сообщили о создании сетей персональной связи. Предлагаемые в этих сетях услуги еще не полностью раскрывают функциональные возможности системы персональной связи. Тем не менее, первые попытки реализации этого нового направления в развитии телекоммуникаций позволят получить интересные результаты, имеющие большую практическую ценность.

Требования к перспективной сети персональной связи изучаются в работах МСЭ и ETSI. Знак “?” в конце третьей кривой объясняется именно тем, что эти требования еще не обрели форму полноценных рекомендаций и стандартов.

Конечно, рисунок 1.11 и комментарии к нему не могут раскрыть все аспекты эволюции сетей абонентского доступа. Тем не менее, некоторые общие представления, содержащиеся в этом параграфе, позволяют перейти к изложению следующих вопросов, относящихся к модернизации существующих абонентских сетей. Во-первых, целесообразно рассмотреть возможность использования существующих АЛ для передачи широкополосных сигналов. Этому направлению совершенствования абонентских сетей посвящен параграф 1.5.5. Во-вторых, практический интерес представляют прогностические оценки, относящиеся, прямо или косвенно, к сети абонентского доступа. В параграфе 1.5.6 приведен ряд подобных оценок.


1.5.5. Расширение полосы пропускания существующих АЛ


1.5.5.1. Актуальность проблемы


Большую головную боль у Оператора вызывают телекоммуникационные технологии, спрос на которые формируется очень быстро, а соответствующие изменения в системе электросвязи требуют значительных затрат времени и денег. К подобным телекоммуникационным технологиям многие специалисты, в первую очередь, относят сеть Internet [70] и услуги, называемые в англоязычной технической литературе Video-on-Demand [71]. В тексте монографии эти слова будут переводиться как “Видео по заказу”.

Я согласен с теми авторами, кто сравнил неожиданное успешное появление Internet на рынке услуг электросвязи и информатики с “чертом, выскочившим из табакерки”. В следующем параграфе будут приведены некоторые статистические данные по трафику в Internet и составленные на их основе прогнозы. Возможно, что большинство читателей (из числа тех, кто не отложит книгу до этого параграфа) согласится с такой оценкой феномена, касающегося появления Internet.

Услуга “Видео по заказу” играет важную роль в общем перечне функциональных возможностей Ш-ЦСИО. Но она может быть введена и до создания Ш-ЦСИО, тем более, что маркетинговые исследования свидетельствуют о значительном спросе на эту услугу. Кстати, интересные рассуждения по поводу данной услуги содержатся в книге Б. Гейтса [72], перевод которой на русский язык вышел в 1995 году под названием “Дорога в будущее”.

Суть услуги “Видео по заказу” заключается в том, что абонент может обратиться к любому видеосерверу и выбрать, с помощью меню, интересующую его программу (например, фильм или рекламный материал). Процессом пользования услугой можно управлять с помощью процедур, схожих с теми, что используются при работе с видеомагнитофоном: абонент может возвращаться назад для повторного просмотра какого-либо эпизода, “перемотать” ленту вперед, остановить картинку для ее подробного изучения и выполнить ряд других операций.

Итак, существуют, по крайней мере, две телекоммуникационные технологии, оказывающие существенное влияние на систему электросвязи и, что особенно важно для рассматриваемых в монографии вопросов, - на сеть абонентского доступа. Теперь, когда ясен ответ на вопрос “Кто виноват?”, можно переходить к проблеме “Что делать?”.


1.5.5.2. Общая идея технологий xDSL


Одна из существенных особенностей работы в среде Internet состоит в том, что объем информации, передаваемой от пользователя к сети, и поток данных в обратном направлении различаются, в общем случае, на несколько порядков. Следовательно, пропускная способность каналов прямого и обратного направления, создаваемых для обмена информацией между терминалом пользователя и соответствующим сервером Internet, может быть разной. От пользователя к сети организуется канал передачи данных с относительно низкой скоростью, а от сервера Internet к терминалу пользователя создается высокоскоростной канал передачи данных.

Еще более ярко возможность использования таких несимметричных каналов передачи информации проявляется в системах, предоставляющих услуги “Видео по заказу”. Абонент, фактически, осуществляет только выбор программ и выполняет несложные процедуры управления процессом получения интересующей его информации. От видеосервера к терминалу передаются, в основном, движущиеся изображения (чаще всего - фильмы), что подразумевает использование каналов с достаточно широкой полосой пропускания.

В этом случае, в сети абонентского доступа могут применяться каналы обмена информацией с разной пропускной способностью в направлениях приема и передачи. Таким образом, появляется возможность использования существующих АЛ для введения определенного класса услуг. Данное решение - при всех “подводных камнях” - обладает двумя неоспоримыми преимуществами: быстрое введение новых услуг и минимальные затраты на модернизацию сети абонентского доступа.

Спрос, как известно, рождает предложение. Разработчики оборудования передачи достаточно быстро нашли оригинальные решения, что привело к появлению нескольких новых технологий, обычно обозначаемых аббревиатурой xDSL [73]. Последние три буквы (DSL) - сокращение от “Digital Subscriber Line” - цифровая абонентская линия. Латинская буква “x” используется подобно “переменной” в алгебре. Чаще всего используются пять ее значений (A, RA, H, S и V), определяющих следующие технологии передачи информации по существующим АЛ [60, 73, 74]:

1) ADSL - Asymmetrical Digital Subscriber Line (асимметричная цифровая абонентская линия);

2) RADSL - Rate Adaptive Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия с адаптивной скоростью);

3) HDSL - High Bit Rate Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия с высокой скоростью передачи битов);

4) SDSL - Symmetrical Digital Subscriber Line (симметричная цифровая абонентская линия);

5) VDSL - Very High Bit Rate Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия с очень высокой скоростью передачи битов).

Считается, что основными технологиями будут ADSL и VDSL [75]. Но идея VDSL ориентирована на короткие АЛ, что определяет достаточно узкую сферу применения соответствующего оборудования.

Подтверждением актуальности ADSL служит создание специальной международной организации по разработке соответствующих стандартов - ADSL Forum [76]. Подобные организации формируются только по тем направлениям, которые требуют ускоренной разработки стандартов, то есть по самым актуальным проблемам развития телекоммуникационной системы. В качестве подтверждения можно привести такие названия как ATM Forum [77] и UMTS Forum [78]. ATM (Asynchronous Transfer Mode) - асинхронный режим переноса информации, который, как считают многие специалисты, будет широко применяться в широкополосных сетях электросвязи. UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) - перспективная концепция универсальной телекоммуникационной системы для поддержки услуг “Мобильность терминала” и “Персональная мобильность”.

Рассмотрим общую идеологию xDSL с точки зрения частотного диапазона. Учитывая характеристики эксплуатируемых АЛ [26], необходимо использовать весьма ограниченные ресурсы частотного диапазона и сложные методы модуляции сигнала. Возможные варианты решения этих проблем хорошо изложены в ряде статей по технологии xDSL. Можно, например, найти интересные сведения в [73, 79]. Подобные аспекты технологии xDSL мы рассматривать не будем. Я бы хотел ограничиться только рисунком 1.12 [80], который дает наглядное представление о диапазоне частот, используемом для технологии ADSL при введении услуги “Видео по заказу” [71].


Пример использования частотного

диапазона для технологии xDSL