Анализ принципов построения сетей доступа на основе технологии xDSL

СОДЕРЖАНИЕ СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ

1. СЕТИ ДОСТУПА

1.1 Широкополосный доступ

1.2 Классификация и краткая характеристика сетей доступа

1.3 Технологии группы LAN

1.4 Технология сетей коллективного доступа

1.5 Технологии симметричного DSL-доступа

1.6 Технологии асимметричного xDSL-доступа

1.7 Технологии группы кабельного телевидения (КТВ)

1.8 Оптические технологии группы OAN

1.9 Методы планирования сетей доступа

1.10 Общей подход к планированию сетей доступа

1.11 Ввод к разделу

2. ТЕХНОЛОГИЯ XDSL

2.1 Классификация технологий xDSL

2.1.1 Симметричные технологии xDSL

2.2 Технология HDSL

2.3 Выбор технологии широкополосного доступа

2.4 Структура технологии ADSL

2.4.1 Типовая схема соединения ADSL

2.4.2 Функционирование ADSL с точки зрения протоколов

2.4.3 Алгоритм линейного кодирования в системах ADSL

2.4.4 Факторы, влияющие на параметры качества ADSL

2.5 Технология IDSL

2.6 Технология SDSL

2.7 Технология RADSL

2.8 Технология VDSL

2.9 Преимущества технологий xDSL

2.10 Вывод к разделу

3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ДОСТУПА НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ XDSL

3.1 Основные компоненты DSL соединения

3.2 Способы конфигурации абонентского доступа

3.2.1 Статическая IP адресация

3.2.2 Динамическая IP адресация (DHCP)

3.2.3 Доступ при помощи протокола РРР

3.2.4 РРРоЕ

3.2.5 РРРоА

3.3 Типы линий связи

3.3.1 Кабели на основе витых пар

3.3.2 Коаксиальные кабели

3.3.3 Оптоволоконные кабели

3.3.4 Бескабельные каналы связи

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ

4.1 Описание объекта разработки

4.2 Описание программного продукта

4.3 Оценка рынка сбыта

4.4 Расчет затрат на разработку программного продукта

4.4.1 Определение потребности в материальных ресурсах

4.4.2 Транспортно-заготовительные расходы

4.4.3 Расходы на оплату труда

4.4.4 Расчет дополнительной заработной платы

4.4.5 Отчисления на социальные мероприятия

4.4.6 Расчет амортизации

4.4.7 Общепроизводственные расходы

4.4.8 Административные расходы

4.4.9 Калькуляция себестоимости

4.5 Финансовый план

4.6 Выводы к разделу

5. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

5.1 Общие вопросы по охране труда

5.2 Характеристики производственного помещения

5.3 Производственная санитария

5.3.1Анализ опасных и вредных факторов

5.3.2 Микроклимат производственного помещения

5.3.3 Освещение

5.3.4 Шум и вибрация

5.4 Охрана окружающей среды ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ Список сокращений

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line-асимметричная цифровая абонентская линия)

DSL (Digital Subscriber Line-цифровая абонентская линия)

FDM (Frequency Division Multiplexing-частотное уплотнение линии связи)

HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line-высокоскоростная цифровая абонентская линия)

IDSL (ISDN Digital Subscriber Line-цифровая абонентская линия ISDN)

ISDN (Integrated Services Digital Network-интегральная цифровая сеть связи

POTS (Plain Old Telephone Service-обычная телефонная связь)

PVC (постоянный виртуальный канал)

R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line-цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения)

SDSL (Single Line Digital Subscriber Line-однолинейная цифровая абонентская линия)

SLA (договор об уровне обслуживания)

SVC (коммутируемый виртуальный канал)

UAWG (Universal ADSL Working Group)

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line-сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) СПДОП (Сеть Передачи Данных Общего Пользования) ВВЕДЕНИЕ В связи с нормализующимися рыночными отношениями, усилением конкурентной борьбы между операторами связи за рынки сбыта, резкое увеличение спроса на сервисные услуги, к сетям телекоммуникаций предъявляются повышенные требования. В связи с этим возникает острая необходимость в качественном освоении новых существующих сетей телекоммуникаций и построения их на основе современных технологий. Повышение надёжности и достоверности передачи информации на сети, с одновременным снижением эксплуатационных затрат, потребует автоматизации функций контроля, управления и обслуживания сети, что достижимо при внедрении средств вычислительной техники в аппаратуру связи.

Существует множество технологий обеспечения доступа в Интернет, различающихся способами связи с Интернет-провайдером. Одним из главных способов подключения к сети Интернет является телекоммуникационная сеть. Для этого используются аналоговые модемы, предназначенные специально для передачи данных по коммутируемым телефонным каналам, сети ISDN и ряд технологий, объединенных под общим названием xDSL.

DSL (Digital Subscriber Line)-цифровая абонентская линия.

xDSLпредставляет собой семейство технологий, позволяющих значительно расширить пропускную способность абонентской линии местной телефонной сети путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

Технологии хDSL позволяет передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. Более того, многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре.

Технологии хDSL являются наиболее практичным решением, направленным на максимальное увеличение объема данных, передаваемых по существующим телефонным линиям. Применение технологий хDSL для высокоскоростного доступа к услугам сети особенно примечательно тем, что эти технологии используют в качестве среды передачи существующую кабельную инфраструктуры местных телефонных сетей.

1. СЕТИ ДОСТУПА Телекоммуникационная сеть — это система технических средств, посредством которой осуществляются телекоммуникации.

К телекоммуникационным сетям относятся:

компьютерные сети (для передачи данных) телефонные сети (передача голосовой информации) радиосети (передача голосовой информации — широковещательные услуги) телевизионные сети (передача голоса и изображения — широковещательные услуги).

Телекоммуникационная сеть (рис. 1.1) в общем случае включает следующие компоненты:

сеть доступа (access network) — предназначена для концентрации информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам святи от оборудования пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети;

магистраль (backbone или core network) — объединяет отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика между ними по высокоскоростным каналам;

информационные центры или центры управления сервисами (data centers или services control point) — это собственные информационные ресурсы сети, на основе которых осуществляется обслуживание пользователей.

Сети доступа представляет собой нижний уровень иерархии телекоммуникационной сети. К этой сети подключаются конечные (терминальные) узлы — оборудование, установленное у пользователей (абонентов, клиентов) сети.

Основное назначение сети доступа — концентрация информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети.

Рисунок 1.1 — Структура телекоммуникационной сети Исторически сети доступа строились, преимущественно, на базе медных кабелей связи. Однако в современных условиях такой способ оказывается неэффективным по ряду параметров: высокая стоимость, сложность прокладки, высокие затраты на поддержание кабелей в работоспособном состоянии, подверженность электромагнитным влияниям, ограниченная пропускная способность. Поэтому все большее распространение в сетях доступа находят волоконно-оптические кабели и радиосредства, а также комбинированные методы организации сетей.

Сегодня эволюция сетей доступа идет по пути развития широкополосного (высокоскоростного) доступа — broadband, обеспечивающего передачу любого вида информации и широкого класса мультимедийных приложений.

1.1 Широкополосный доступ

Широкополосный доступ — broadband — пожалуй, один из самых популярных терминов современной связи. Несмотря на популярность термина broadband, следует хотя бы кратко рассказать о существе дела. Безусловно, основной пружиной появления broadband является Интернет и целая цепочка его следствий, включая дружественный пользовательский интерфейс и возможность доступа к мультимедийным приложениям, представляющим собой совокупность речи, данных и видео. Конечно, особенно видео, ибо именно оно содержит, как уверяют, 98% всей воспринимаемой нами информации, для удовлетворительной передачи которой уже совершенно недостаточны скорости передачи не только аналоговых модемов телефонной сети общего пользования, но и цифровых модемов сети с интеграцией услуг ISDN.

Решение такой глобальной задачи, как broadband, невозможно в рамках существующих сетей связи. Поэтому не менее популярной, чем broadband, является аббревиатура NGN, которая обозначает новое поколение сети — New Generation Network, являющееся необходимым условием реализации broadband. Но за день и даже за год переход к NGN физически невозможен — он будет постепенным и опираться на ту инфраструктуру и те транспортные технологии, в которые сделаны вложения. Переход к NGN будет успешным, если перспективное оборудование сетей связи будет учитывать существующую инфраструктуру сети и поддерживать наиболее распространённые протоколы, обладая при этом при этом новыми функциями.

Сеть доступа, в далёкой перспективе возможен переход на оптическое волокно, пока построена на основе медного кабеля, который на начальном участке сети от узла доступа (Access Node — AN) дополняются оптическими вставками. Именно ограниченная пропускная способность «медной» части сети доступа представляет основную проблему при предоставлении высокоскоростных услуг пользователю. Поэтому сеть абонентского доступа и является «узким местом» («bottleneck») между практически безграничными потенциальными пропускными способностями сети помещения пользователя СРЕ и транспортной сети.

1.2 Классификация и краткая характеристика сетей доступа

Технологии сетей абонентского доступа имеет смысл разбить на пять основных групп по критерию среды передачи и категориям пользователей (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 — Классификация технологий сетей доступа

LAN (Local Area Network) — группа технологий, предназначенных для предоставления корпоративным пользователям услуг доступа к ресурсам локальных вычислительных сетей и использующих в качестве среды передачи структурированные кабельные системы категорий 3, 4 и 5, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

DSL (Digital Subscriber Line) — группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям телефонной сети общего пользовани услуг мультимедиа и использующих в качестве среды передачи существующую инфраструктуру телефонной сети общего пользования.

КТВ (кабельное телевидение) — группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям сетей КТВ мультимедийных услуг (за счет организации обратного канала) и использующих в качестве среды передачи оптоволоконный и коаксиальный кабели.

OAN (Optical Access Networks) — группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям широкополосных услуг, линии доступа к мультимедийным услугам и использующих в качестве среды передачи оптоволоконный кабель.

СКД (сети коллективного доступа) — группа гибридных технологий для организации сетей доступа в многоквартирных домах; в качестве среды передачи используется существующая в домах инфраструктура телефонной сети общего пользования, радиотрансляционных сетей и сетей электропитания.

1.3 Технологии группы LAN

В группе LAN более 90% всех сетей построены с использованием технологии Ethernet, она обеспечивает пользователям корпоративных сетей скорости передачи информации от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с. Широкое распространение сетей Ethernet при организации LAN, в первую очередь, связано с низкой стоимостью, легкостью управления и простотой используемого оборудования. Разрабатывавшаяся в конце 70-х гг. прошлого столетия исключительно для передачи данных технология Ethernet обеспечивает сейчас поддержку широкого набора услуг, включая передачу речи и видео.

Для построения LAN был разработан и ряд других технологий, которые не получили широкого распространения. В первую очередь это маркерная бесколлизионная кольцевая технология Token Ring со скоростью передачи до 16 Мбит/с и ее высокоскоростная версия HSTR — High-Speed Token Ring (100 Мбит/с и 1 Гбит/с). Технология 100VG-AnyLAN (IEEE 802.12) была разработана для совместного использования в одной сети Ethernet и Token Ring. В силу высокой стоимости технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) не применяется при построении LAN, однако, обладая высокой отказоустойчивостью и скоростью передачи (100 Мбит/с), она используется для построения городских кольцевых магистралей с диаметром кольца до 100 км.

В технологиях доступа в последнее время наметилась интеграция технологии Ethernet с различными технологиями DSL (гибридный Ethernet). Наиболее известным вариантом такой интеграции является EoV. При скорости передачи порядка 10 Мбит/с сеть Ethernet может располагаться на расстоянии до 1,5 км от узла доступа, а при скоростях 3−4 Мбит/с это расстояние возрастает до 3−4 км. Стандарт на EoV разрабатывается в IEEE (IEEE 802.3ah) как EFM (Ethernet in the First Mile) в двух вариантах: EFMC (EFM Copper), имеющий характеристики обслуживания, аналогичные EoV, и EFMF (EFM Fiber), обеспечивающий скорость передачи от 100 Мбит/с до 1 Гбит/сна расстояние в несколько десятков километров до узла доступа. Известны также: решение Ethernet с использованием ADSL компании Ericsson (EDA — Ethernet DSL Access) со скоростями передачи 8/2,8 Мбит/с и дальностью до 4 км и решение Ethernet с использованием SHDSL компании Shmid telecom со скоростью передачи 2,3 Мбит/с и дальностью до 5 км.

1.4 Технология сетей коллективного доступа

Для организации относительно недорогого доступа в Интернет была разработана технология сетей коллективного доступа: HomePNA и PLC (Power Line Communication). Сеть доступа основаны на кабельной инфраструктуре (витая медная пара, проводка радиотрансляционных сетей, электрическая проводка), а концентратор трафика может подключаться к узлу служб с использованием различных систем передачи (кабельных, радио и др.).

Для домашних сетей подходит оборудование гибридных Ethernet или mini-DSLAM при использовании в качестве концентратора трафика мультиплексоров DSL.

Технология HPNA разработана альянсом Home Phoneline Networking Alliance (стандарты:HPNA 1.0, HPNA 1.1, HPNA 2.0 и HPNA 3.0). Системы доступа HPNA 1. x обеспечивают коллективный доступ к каналу с пропускной способностью 1 Мбит/сна расстоянии до 150 м (HPNA 1.0) и до 300 м (HPNA 1.1). В стандарте HPNA 2.0 пропускная способность коллективного канала увеличена до 10 Мбит/с при дальности до 350 м. В стандарте HPNA 3.0 пропускная способность увеличится до 100 Мбит/с.

Разработкой стандартов доступа в Интернет по сетям электропитания занимаются различные международные организации. Одна из них — HomePlug Powerline Alliance — приняла в 2001 г. единый стандарт HomePlug 1.0 Specification, в котором пропускная способность сети составляет 14 Мбит/с. Стандартизация PLC-технологии ведется также в ETSI. По данным Internet News, только в 2007 г. объем продаж оборудования доступа в Интернет по сетям электропитания удвоился по сравнению с показателями 2006 г., а в 2008 г. ожидаются еще более высокие результаты. Перспективность этой технологии в качестве реализации базового универсального канала связи сети коллективного доступа трудно переоценить.

1.5 Технологии симметричного DSL-доступа

Технологии симметричного DSL-доступа используются при предоставлении услуг объединения LAN, организации выносов, подключении оборудования пользователя к транспортным сетям по симметричным медным линиям. К этой группе относятся технологии HDSL, SDSL, MDSL, MSDSL, SHDSL, HDSL2/4 И VDSL.

Симметричные технологии xDSL различают по числу пар используемых проводов. В частности, самая «древняя» симметричная технология HDSL (high bit rate DSL) применяется для передачи по одной, двум или трем парам, причем в каждой паре осуществляется дуплексная передача (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 — Классификация симметрических xDSL-технологий по числу пар используемых проводов Сначала появился вариант HDSL для двух пар, нормированный в ANSI, который использует кодирование 2B1Q. Затем прошла стандартизация HDSL для трех, двух и одной пар в ETSI с использованием 2B1Q или CAP. Часто употребляются обозначения HDSL2 и SDSL2, причем технология HDSL2 рассчитана исключительно на передачу Т1, a SDSL2 поддерживает скорости от 384 кбит/c до 2,304 Мбит/с (с шагом 64 кбит/с).

Зачастую полная скорость (544 или 2,304 Мбит/с) не требуется или необходимая дальность при этих скоростях не достигается. Поэтому появились новые системы, заполняющие «зазоры в скоростях»: сначала это были системы MDSL, работающие со скоростью от 160 до 784 кбит/с, позднее — системы MSDSL, обеспечивающие скорость передачи 160−320 кбит/с. MDSL представляет собой множество подсистем MSDSL, которые не были нормированы, а используемая технология соответствует HDSL.

Технологии SDSL2 предназначались в основном для делового сектора. Но возможности комбинированной передачи речи и данных, повышенная потребность частного сектора в скорости передачи и хороших технических характеристиках (таких, как спектральная совместимость, аварийное питание и т. д.) могут в будущем привести к тому, что SDSL2 заменят ISDN в частном секторе и тем самым создадут серьезную конкуренцию асимметричным службам xDSL. Первые образцы оборудования SDSL2 были представлены на выставках «Ce-BIT'99» и «Telecom» .

Системы SHDSL способны работать по одной или по двум витым парам со скоростью передачи соответственно от 192 до 2312 кбит/с с шагом 8 кбит/с и от 384 до 4624 кбит/с с шагом 16 кбит/с. В линии может быть установлено до 8 регенераторов (Рек. G.991.2 ITU-T). Длина линии при максимальной скорости достигает 20−30 км в зависимости от диаметра провода. Технология HDSL2/4 является аналогом SHDSL для потока Т1 и стандартизирована в ANSI T1.TRQ.06−2001.

1.6 Технологии асимметричного xDSL-доступа

Если первоначально развитие симметричных технологий xDSL в основном было ориентировано на потребности делового сектора, то асимметричные технологии xDSL предназначались для частного сектора. Такой подход определяет существенную разницу в требованиях к ним (рис. 1.4).

ADSL (так называемая Full-rate ADSL) первоначально требовала наличия разветвителя. Технология обеспечивала максимальную скорость передачи в прямом направлении — 6,144 Мбит/с, а в обратном — 0,640 Мбит/с. Разделение осуществляется с помощью эхокомпенсации или методом частотного разделения.

Первые линии ADSL предполагали работу только на постоянных скоростях. Между тем решения ADSL могут регулировать скорость передачи в зависимости от качества линии. Из-за адаптивности скорости передачи эту технологию иногда называют RADSL (Rate Adaptive DSL).

Рисунок 1.4 — Классификация асимметричных xDSL-технологий Первые версии ADSL имели следующие отношения скоростей передачи в прямом и обратном направлениях: ADSL1 в прямом напралении — 1,5 Мбит/с, обратном — 16 кбит/с; ADSL2 в прямом напралении — 3 Мбит/с, обратном — 16 кбит/с; ADSL3 в прямом напралении — 6 Мбит/с, обратном — 64 кбит/с.

Очень высокие скорости передачи в прямом и обратном направлениях достигаются с помощью VDSL. Ранее для VDSL использовались также обозначения VADSL, BDSL (Broadband DSL) или VHDSL (Very High bitrate DSL). Стандартизация VDSL пока не закончена и не решено, какая из технологий будет выбрана: упомянутая выше технология, основанная на TDD, или технология на основе FDD. В настоящее время нормирование этих технологий не может быть полностью завершено, так как ни у одной из них нет особых преимуществ по сравнению с другой.

Одним из самых популярных в последнее время является термин — VoDSL (Voice over DSL), что буквально означает передачу речевых сигналов по цифровым линиям сети абонентского доступа. В целом данное обозначение подходит почти ко всем высокоскоростным технологиям xDSL. Отдельно выделяют VoSDSL и VoADSL, особенностью которых является сочетание сжатия речевых сигналов и АТМ.

Положительный опыт производства и использования DSL-оборудования в сетях абонентского доступа привел к появлению аналогичных систем для цифровизации существующих магистральных медно-кабельных линий, которые пока еще слишком дорого заменять на волокно. Поэтому хотя технологии xDSL и рассматриваются как временная замена оптоволоконных АЛ (абонентских линий), они еще долго будут востребованы в сетях доступа, включая сети специального назначения.

1.7 Технологии группы кабельного телевидения (КТВ)

Использование сетей кабельного телевидения (КТВ) для построения интерактивных сетей доступа к мультимедийным услугам стало возможным с появлением в 1997 году стандарта DOCSIS (Data over Cable Service Interface Specification), разработанного по инициативе организации операторов кабельных сетей Северной Америки MCNS (Multimedia Network System Partners Ltd.). Для построения гибридных (HFC — Hybrid Fiber Coaxial) сетей КТВ сегодня имеется 5 стандартов: три американских (DOCSIS 1.0, DOCSIS 1.1 и DOCSIS 2.0), один европейский (Euro-DOCSIS) и один международный (Рек.J.112 ITU-T), объединяющий требования американских и европейского стандартов. Дальнейшее развитие европейского (IPCableCom) и американского (PacketCable) вариантов спецификаций на HFC-сети продолжается в части создания дополнительных возможностей и внедрения новых услуг. Для организации прямого канала в сетях КТВ США применяется полоса частот 6 МГц (Рек. J.83.B. ITU-T) в диапазоне частот 88−860 МГц. При использовании модуляции 256QAM скорость передачи данных в прямом канале достигает 42 Мбит/с. В Европе для этих целей занимается полоса частот 8 МГц (Рек.J.83.A ITU-T) в диапазоне частот 108−862 МГц, а скорость передачи составляет 52 Мбит/с. Отличие европейских и американских сетей КТВ не ограничивается только указанными характеристиками. Они разнятся также методами сигнализации и организации интерфейса V5, методами обеспечения безопасности и т. д. В целом эти различия и определили появление двух стандартов на обратный канал в интерактивных сетях КТВ: DOCSIS и EuroDOCSIS. Стандарт DOCSIS 1.0 определяет физический и МАС-уровни, уровень управления для кабельных модемов и головных станций CMTS (Cable Modem Termination System), принципы обеспечения сетевой безопасности (шифрование и аутентификация) и качество обслуживания. Для организации обратного канала выделен диапазон частот 5−42 МГц. Скорость передачи в обратном канале для этого канала не превышает 1 Мбит/с. Дальнейшее совершенствование стандартов DOCSIS шло по пути увеличения пропускной способности обратного канала, обеспечения механизмов QoS для IP-телефонии и мультимедийных приложений. В третьей версии стандарта DOCSIS 2.0 скорость передачи в обратном канале составляет около 30 Мбит/с. В Европе для организации обратного канала выделен диапазон частот 5−65 МГц, а скорость передачи составляет около 42 Мбит/с.

1.8 Оптические технологии группы OAN

Группа технологий FTTx (Fiber To The x, где x может быть заменен на B — Building — здание; Cab — Cabinet — распределительный шкаф сети абонентских линий) предназначена для совместного использования с технологиями ADSL и VDSL и позволяет более эффективно использовать пропускную способность этих технологий благодаря сокращению длины медно-кабельных линий связи.

Эти технологии позволяют предоставлять индивидуальному пользователю каналы с пропускной способностью выше 1 Гбит/с, однако стоимость их пока высока. В настоящее время для предоставления пользователям широкополосных услуг используются обычно смешанные медно-оптические сети доступа. Существует несколько концепций разворачивания сети доступа смешанного типа. Одна из них называется HFC (Hybrid Fiber Coaxial) и предполагает доведение оптики до точки концентрации, при этом распределительная абонентская сеть строится на основе коаксиальных кабелей. Данная архитектура не получила широкого распространения и используется обычно лишь операторами кабельного телевидения. Другая концепция является разновидностью концепции FTTx (рис. 1.5) и носит название FTTB (Fiber To The Building — «волокно к зданию»). Согласно концепции FTTB распределение сигналов по абонентам внутри здания осуществляется по витым медным парам с использованием преимущественно технологии VDSL.

Рисунок 1.5 — Технологии оптического доступа Варианты доступа FTTH и FTTB пока не получили широкого распространения. Связано это в основном с тем, что их реализация требует от оператора значительно больших инвестиций, чем построение DSL-инфраструктуры,.

Подгруппа технологий PON — это семейство быстроразвивающихся, наиболее перспективных технологий широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну. Суть технологии пассивных оптических сетей, вытекающая из ее названия, состоит в том, что ее распределительная сеть строится без каких-либо активных компонентов: разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности — сплиттеров. Следствием этого преимущества является снижение стоимости системы доступа, уменьшение объема необходимого сетевого управления, высокая дальность передачи и отсутствие необходимости в последующей модернизации распределительной сети.

1.9 Методы планирования сетей доступа

Развертывание сетей доступа обоснованной стоимости требует планирования и применения хорошо организованных соответствующим образом решения. В общем случае существует два подхода к планированию сети. Классический подход, используемый для планирования узкополосных сетей и базируется на прогнозировании требований и размерности сети для минимизации необходимых ресурсов. Данный подход ориентирован на минимизацию инвестиций, необходимых для обеспечения заданной величины ресурсов, и используется в случаях, когда передаваемые данные, и число пользователей растут постепенно.

Новые транспортные технологии, такие как DWDM, делают оптимизацию ресурсов менее критической в плане выбора технологии и обеспечении пропускной способности на фоне умеренного уровня стоимости. С другой стороны, возрастающая популярность Интернета, дополнительных сервисов и услуг приводит к значительному росту трафика на коротком периоде времени, что в свою очередь ведет к неопределенности в прогнозировании требований и таким образом ограничивает использование традиционного планирования, так как в результате сеть доступа может быть не готова к расширению в результате недооценки требований.

Второй подход заключается в развертывании сети, содержит дополнительные избыточные ресурсы, которые обеспечат бесшовную модернизацию в будущем, но уже на фоне высших начальных затрат.

Планирование существующей сети может включать комбинацию вышеупомянутых для нахождения лучших решений, отвечающих потребностям и стратегии оператора.

Процесс планирования сети доступа значительно зависит от технологии, архитектуры, предложенной функциональности сети и стратегий размещения ресурсов. Чем больше доступных технологических решений на рынке, тем больше опций используется для планирования доступа, что в свою очередь делает этот процесс более сложным.

1.10 Общей подход к планированию сетей доступа

Процесс планирования сетей доступа — это процесс, охватывающий много начальных допусков и ограничений. Некоторые из них базируются на стратегических предположениях, другие относятся к существующей инфраструктуре и технологических решений, выбранных приоритетными. Такие решения, даже если и относятся к одному классу, могут значительно отличаться в технических деталях и параметрам, которые должны учитываться в процессе планирования. В общем, DSL операторы уже имеют большую установленную базу ADSL, однако следующие аспекты побуждают в направлении миграции в ведущих DSL технологий и решений:

низкие затраты на повышение пропускной способности;

низкие затраты на увеличение протяженности;

уменьшение затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание;

низкозатратное внедрение новых сервисов и услуг.

Выбор стратегии развития зависит от набора различного рода локальных параметров и требований пользователя к предоставлению услуг и должен быть ориентирован на будущее расширение. Для уменьшения высоких начальных инвестиций при развертывании оптического кабеля в сегменте последней мили по сценарию FTTx (Fiber To The x) — «оптика до точки х», используют решения медь/оптика, обеспечивают бесшовную миграцию. В рамках данной концепции мультиплексоры доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM) продвигаются в направлении пользователя и подключаются по оптике в районную АТС (РАТС). При этом рассматриваются существующие точки распределения медного кабеля традиционной сети доступа.

Для расчета необходимого количества оптических устройств со стороны сети ONU (Optic Network Unit) и длины оптического кабеля предлагается модель сети абонентского доступа (рис. 1.6).

Рисунок 1. 6 — Геометрическая модель зоны распределения РАТС РАТС располагается в точке А, в точках F располагаются распределительные коробки, к которым подключаются абоненты, в точках B, C, D, E — шкафы распределительные. Соответственно в терминах технологии FTTx схема участка сети доступа выходит из одной точки FTTA, контрольным точкам сценария FTTС соответствуют точки B, C, D, E, где на магистральном участке сети доступа размещены шкафы распределительные. Концепция FTTC является ключевой и выступает ведущим решением в процессе миграции DSL систем, нацелено на использование уличных шкафов распределения для установки рядом отдаленных DSLAM с оптическими интерфейсами. Обычно на месте такой локации устанавливается дополнительный шкаф с внутренней системой вентиляции и источником питания. При этом количество пользователей, которые могут быть подключены и их скоростной потенциал, ограничиваются длиной и типом распределительного кабеля, а также DSL-технологии, который будет использоваться.

В рамках FTTC выделяют несколько схем подключения DSLAM с помощью волоконно-оптических линий связи .

К основным схем подключения относятся:

точка-точка;

оптическое кольцо;

пассивная оптическая сеть;

древовидная, путем каскадного соединения DSLAM.

1.11 Ввод к разделу

Сеть абонентского доступа — это совокупность технических средств между оконечными абонентскими устройствами, установленными в помещении пользователя, и тем коммутационным оборудованием, в план нумерации (или адресации) которого входят подключаемые к телекоммуникационной системе терминалы.

Сети доступа представляет собой нижний уровень иерархии телекоммуникационной сети. К этой сети подключаются конечные (терминальные) узлы — оборудование, установленное у пользователей (абонентов, клиентов) сети.

Технологии сетей абонентского доступа было разделено на пять основных групп по критерию среды передачи и категориям пользователей.

Процесс планирования сетей доступа — это процесс, охватывающий много начальных допусков и ограничений. Некоторые из них базируются на стратегических предположениях, другие относятся к существующей инфраструктуре и технологических решений, выбранных приоритетными.

2. ТЕХНОЛОГИЯ XDSL

DSL — Digital Subscribe Line (цифровая абонентская линия).

xDSL — представляет собой семейство технологий, позволяющих значительно расширить пропускную способность абонентской линии местной телефонной сети путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала. Основополагающим принципом, на котором построено семейство технологий Digital Subscriber Line (DSL), является использование для передачи данных медных проводов, которые первоначально были предназначены для подключения абонентов к АТС — Plain Old Telephone Service (POTS). В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (Digital Subscriber Line).

Технологии хDSL позволяет передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам.

В отличие от более ранних технологий использования медной телефонной линии, системы хDSL не требует ручной настройки при установке. Модем автоматически анализирует линию и настраивает соединение за считанные секунды. Данный процесс продолжается и во время соединения, так как модем компенсирует происходящие в линии изменения (например, связанные с изменением температуры). Модемы используют усовершенствованные алгоритмы цифровой обработки сигнала (DSP), которые создают математические модели искажений, вносимых линией, и осуществляют автоматическую коррекцию. На скорость передачи данных оказывает влияние длина линии, которая зависит от сечения жил кабеля, типа изоляции и уровня присутствующих в линии помех.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, RADSL, SDSL и VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Существующие технологии xDSL разработаны для достижения определенных целей и удовлетворения определенных нужд рынка. 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.

2.1 Классификация технологий xDSL

Существуют следующие DSL технологии:

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия): вариант DSL, позволяющий передавать данные пользователю со скоростью до 8,192 Мбит/с, а от пользователя со скоростью до 768 Кбит/с.

DDSL (DDS Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия DDS): вариант широкополосной DSL, обеспечивающий доступ по технологии Frame Relay со скоростью передачи данных от 9,6 Кбит/с до 768 Кбит/с.

ADSL G. lite: вариант ADSL, имеющий как асимметричный режим передачи с пропускной способностью до 1,536 Мбит/с от сети к пользователю, и со скоростью до 384 Кбит/с от пользователя к сети., так и симметричный режим передачи со скоростью до 384 кбит/с в обоих направлениях передачи.

IDSL (цифровая абонентская линия ISDN): недорогая и испытанная технология, использующая чипы цифровой абонентской линии основного доступа BRI ISDN и обеспечивающая абонентский доступ со скоростью до 128 Кбит/с.

HDSL (High Speed Digital Subscriber Line — высокоскоростная цифровая абонентская линия): вариант хDSL с более высокой скоростью передачи, который позволяет организовать передачу со скоростью более1,5 Мбит/с (стандарт США Т1) или более 2 Мбит/с (европейский стандарт Е1) в обоих направлениях обычно по двум медным парам.

SDSL (Symmetrical Digital Subscriber Line — симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, работающая по одной паре); известны две модификации этого оборудования: MSDSL (многоскоростная SDSL) и HDSL2, имеющие встроенный механизм адаптации скорости передачи к параметрам физической линии.

VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия): технология хDSL, обеспечивающая скорость передачи данных к пользователю до 52 Мбит/сек.

2.1.1 Асимметричные технологии

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия) предполагает доступ в Интернет с сохранением у пользователя телефонного номера и обеспечивает скорость «нисходящего» потока данных в пределах от 1,5 до 8 Мбит/с и скорость «восходящего» потока — от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с (в зависимости от реализации) на расстояние до 5,5 км по одной витой паре проводов диаметром 0,5 мм.

Варианты ADSL:

ADSL/Rявляется сочетанием ADSL и запатентованной технологии фирмы Paradyne ReachDSL 2.2. Она обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяющая адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов.

ADSL2 и ADSL2+ (G.992.3, G.992.4 и G.992.5) были специально разработаны для того, чтобы достичь лучшей производительности на протяженных линиях и увеличить скорости передачи до 12 Мбит/с в одном направлении и до 1 Мбит/с — в другом. Стандарт ADSL2+ базируется на ADSL и позволяет увеличить частоту downstream-передачи с 1,1 до 2,2 МГц. Теоретически пиковая скорость передачи данных при использовании ADSL2+ может достигать 25 Мбит/с.

VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) — еще одна асимметричная технология, которая, впрочем, может работать и в симметричном режиме. В асимметричном режиме скорость «нисходящего» потока находится в пределах от 13 до 52 Мбит/с и «восходящего» — от 1,5 до 2,3 Мбит/с одной медной паре телефонных проводов; в симметричном режиме — до 26 Мбит/с. Однако максимальное расстояние передачи данных для этой технологии — 1300 м

2.1.2 Симметричные технологии xDSL

Симметричные технологии xDSL используются обычно для предоставления пользователям услуг ISDN, для подключения аппаратуры абонентского уплотнения и для предоставления абонентам выделенных цифровых каналов. Симметричные технологии не используются совместно с обычными телефонными линиями телефонной сети общего пользования и требуют отдельной пары в кабеле (дело не в принципиальной несовместимости, а в том, что симметричные технологии изначально задумывались и развивались для использования на выделенных линиях).

Симметричность технологии xDSL заключается в том, что обеспечиваются одинаковые скорости передачи цифровой информации как в направлении пользователя, так и в направлении станции.

2.2 Технология HDSL

HDSL — симметричная высокоскоростная абонентская линия — первоначально появилась, как альтернатива существующим первичным ЦСП типа T1 и E1 при организации выделенных линий передачи данных, а в дальнейшем получила широкое распространение на соединительных линиях местных сетей благодаря возможности отказа от промежуточных регенераторов при одновременном обеспечении величины коэффициента ошибок достигающем, при соблюдении ряда условий, величины 10−10, что соответствует качеству передачи по волоконно-оптическим линиям (поэтому технологию HDSL часто называют «медной оптикой»).

Технология HDSL заключается в преобразовании исходного бинарного сигнала в многоуровневый и его передачу по 4-х или 2-проводной абонентской или соединительной линии. Технологию HDSL можно использовать для передачи цифровой информации при соблюдении следующих условий:

при разделении входящего и исходящего информационных сигналов уровень подавления сигнала противоположного направления (в технической литературе часто используется термин «эхосигнал») должен превышать 60 дБ даже в условиях составной линии;

организуется адаптивная предкоррекция сигнала, которая выражается в ограничении частотного диапазона и нормализации формы импульсов и способствует обеспечению нормированного уровня качества передачи;

используются специальные методы кодирования сигнала.

Подавление эхосигнала осуществляется вычитанием передаваемого сигнала из суммарного сигнала на входе приёмника после его фильтрации в режиме реального времени. Этот метод доказал свою эффективность.

Дефекты канала определяются путём ввода в передаваемый сигнал испытательной импульсной последовательности и последующего контроля её прохождения.

В технологии HDSL чаще всего используется алгоритм преобразования сигнала 2B1Q. При этом две позиции исходного бинарного сигнала передаются при помощи четырёх уровней (позиций) линейного сигнала. В ряде случаев цифровой поток 2 Мбит/с разделяется на два потока по 1 Мбит/с путём его демультиплексирования и передачи по двум парам в каждом направлении. Результирующая скорость передачи линейного сигнала в этом случае составит 512 кБит, а длину регенерационного участка можно увеличить более, чем в 3 раза. Кроме того, введение в структуру группового сигнала специальных коротких заголовков позволяют обеспечить поиск и обнаружение ошибок при формировании потоков 1 Мбит/с.

Другим, также широко распространённым линейным кодом технологии HDSL, является код CAP. CAP расшифровывается, как Carrierless Amplitude/Phase modulation, то есть амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей. В основу CAP положен метод квадратурной амплитудно-фазовой модуляции (QAM), основанный на одновременной модуляции несущей частоты по амплитуде и фазе. При передаче сигнала в линию из него удаляется несущая частота (carrier), отсюда и название. Цифровой поток разделяется на два потока, каждый из которых модулируется отдельно, после чего сигналы складываются. Наибольшее распространение получили модификации этого кода САР-64, при которой в одном тактовом интервале сигнала САР передаются 6 бит информации исходного бинарного сигнала, и САР-128, в котором в одном тактовом интервале сигнала САР передаются 7 бит исходной информации. В этом случае в группе, состоящей из 6-ти или 7-ми бит, все биты, кроме одного, являются информационными, а один бит — служебным. САР позволяет существенно уменьшить скорость передачи сигнала. Стандартный поток Е1 при использовании САР-128 занимает полосу, не превышающую 293 кГц. При такой ширине полосы значительно увеличивается допустимая длина абонентской линии за счёт уменьшения её рабочего затухания и увеличения переходного затухания. Кроме того, уменьшается чувствительность системы передачи как к высокочастотным, так и к низкочастотным наводкам, которые оказываются лежащими вне полосы частот информационного сигнала.

Пропускная способность системы, обеспечиваемая технологией HDSL, по сравнению с ИКМ-30 возрастает настолько, что позволяет организовать передачу сигналов синхронной цифровой иерархии (см. гл.1), в частности, виртуальных контейнеров VC-12 и компонентных (трибутарных) блоков TU-12 при сохранении структуры линейного тракта (в частности, длины регенерационных участков) существующей первичной системы передачи. (Известно, что скорость передачи TU-12 равна 2304 кбит/с).

К недостаткам метода HDSL можно отнести то, что его использование ограничивается абонентами, которые располагают приходящими к ним двумя скрученными парами медного кабеля. Опыт внедрения технологии HDSL показал, что на линиях, построенных телефонными кабелями с неэкранированными парами, резко возрастают помехи, наводимые на пары кабеля, уплотнённые другими системами передачи особенно при увеличении длины линий или если последние имеют какие-либо дефекты, связанные с нарушением симметрии пар.

Следующим шагом в развитии технологии HDSL стала технология HDSL2, предназначенная для передачи группового цифрового потока по одной паре проводов. Существенное отличие HDSL2 от HDSL состоит в использовании различных спектральных плотностей мощности при передаче в прямом и в обратном направлении. В HDSL2 используется 16-уровневая амплитудно-импульсная модуляция и так называемое решётчатое кодирование. Такое кодирование позволяет уменьшить задержку сигнала при его обработке и улучшить соотношение сигнал/шум на 3 дБ, а в ряде случаев даже на 6 дБ. Первоначально технология HDSL2 предназначалась для передачи потока Т1 (1552 кбит/с), не входящего в европейскую иерархию. Дальнейшим этапом совершенствования HDSL2 стала разработка технологии SDSL, рассчитанной на передачу сигналов 64· n кбит/с. Более подробно об указанной технологии рассказывается ниже.

Устройства HDSL до сих пор совершенствуются фирмами-разработчиками. Так, для их разработки стали составлять математическую модель медной линии, применяя так называемые адаптивные алгоритмы.

Перспективным направлением развития технологии HDSL стал переход от четырехпроводных модемов к двухпроводным. Модификация HDSL, предусматривающая использование только двух проводов, получила названиеSDSL (Single Line DSL). Понятно, что для многих пользователей такое решение является единственно доступным, несмотря на некоторую сложность его технических решений.

Основные области применения устройств HDSL/SDSL — мосты между сегментами корпоративных сетей, соединение базовых станций мобильной связи. В качестве массового решения проблемы «последней мили» устройства HDSL/SDSL распространения не получили.

2.3 Выбор технологии широкополосного доступа

Сети доступа должны либо создаваться заново, либо использовать имеющиеся ресурсы. И если транспортную сеть оператор может строить, как хочет, то сети доступа в современных революционных условиях он вынужден строить, как может. Если есть проводная телефонная сеть — следует использовать провода (xDSL). Нет проводов — можно прокладывать волокно до пользователя (FTTx). Нет возможности проложить волокно — можно использовать радиодоступ (Wi-Fi, WiMAX, WLL и пр.). Нельзя разместить базовую станцию радиодоступа — можно использовать ресурсы сотовых сетей (GPRS). Именно поэтому в области технологий доступа богатство технических решений намного превосходит технологии транспортных сетей.

На развитие кабельного хозяйства местной связи, в течение многих лет, затрачены огромные ресурсы и силы. Поэтому самым простым и экономичным методом организации широкополосного доступа является адаптация существующего абонентского кабеля для целей сети доступа NGN.

В таблице 1.1 приведены различные стандарты технологии ADSL. Можно достаточно скептически отнестись к значениям скорости (особенно ADSL2+), и утверждать, что ни один из абонентов не сможет получить 24 Мбит/с по линии вниз. Необходимо понимать, что это максимум, и технология ADSL не будет обеспечивать каждого пользователя такой скоростью. Но технология обещает максимально эффективно использовать абонентскую пару при передаче данных.

Удобство миграции абонентов из телефонной сети в сеть

NGN, которое дает технология ADSL, неоспоримо. В том случае, когда абоненту необходимо предоставить широкополосный доступ как можно быстрее и с минимальными издержками, технология ADSL почти не имеет конкурентов среди проводных решений.

Завершая рассмотрение вопроса о структуре традиционной технологи Таблица 1.1 — Стандарты технологии ADSL

ADSL, обратим внимание, что эта технология при всех ее преимуществах является «заплаточной», т. е. представляется всего лишь промежуточным и временным решением между существующими в настоящее время сетями телефонии и перспективными сетями NGN.

Единственное универсальное решение, которое имеет перспективу в NGN — перестройка абонентских кабельных сетей, т. е. полная реконструкция и создание отдельной широкополосной абонентской сети. При этом состав абонентской сети меняется качественно. Если раньше абонентские кабельные сети использовали металлические кабели, то с появлением абонентских сетей NGN наступает эра оптики, и только оптические кабели могут обеспечить почти бесконечный ресурс для любого перспективного развития абонентского NGN.

В настоящее время уже имеется целая концепция абонентских кабельных сетей нового поколения. Связана она с семейством концепций FTTx, что в переводе означает «Оптика до…». Соответственно, вместо х добавляются различные пункты доведения оптического транспорта до пользователя (рис. 1.1):

FTTB (Fiber To The Building) — оптическая система передачи до дома;

FTTC (Fiber To The Curb) — оптическая система передачи до распределительной коробки;

FTTCab (Fiber To The Cabinet) — оптическая система передачи до распределительного шкафа;

FTTP (Fiber To The Premises) — оптическая система передачи до сегмента сети;

FTTO (Fiber To The Office) — оптическая система передачи до офиса;

FTTH (Fiber To The Home) — оптическая система передачи до квартиры;

FTTU (Fiber To The User) — оптическая система передачи до конечного пользователя.

Еще одна причина последовательной динамики перехода в абонентской системе с ADSL на FTTx представлен на рис. 1.2. Здесь показан процесс эволюции загрузки пучка абонентских линий. На первом этапе весь пучок реализуется под задачи телефонной связи за исключением нескольких абонентов ADSL. По мере роста популярности услуг ADSL доля пар, используемых для широкополосной передачи, растет. Наступает момент, который связан с состоянием пучка абонентских пар, когда абоненты ADSL начинают влиять друг на друга. Наконец наступает состояние, которое можно назвать максимальным процентом услуг ADSL в кабельной системе. После достижения критического соотношения между телефонными абонентами и абонентами ADSL в пучке любое новое подключение абонента ADSL приводит к существенному ухудшению качества для всех остальных абонентов ADSL. Дальнейшее увеличение скорости передачи в нем невозможно и тогда требуется реконструкция абонентского кабеля на основе технологии FTTx.

Достижение на пучках сети критического соотношения может занять не одно десятилетие, что и обеспечивает технологии ADSL статус очень перспективной. Таким образом, технология ADSL может считаться «заплаточной», временной, но в то же время очень перспективной и современной.

2.4 Структура технологии ADSL

2.4.1 Типовая схема соединения ADSL

Технология ADSL базируется на идее использовать существующую абонентскую телефонную линию для обеспечения абонентов услугами широкополосного доступа. При этом в технологию были заложены некоторые основополагающие принципы:

— в технологии предусмотрена организация асимметричного обмена данными;

— при внедрении ADSL объем работ должен быть минимальным, поскольку технология ADSL изначально ориентирована на массовое внедрение;

— при любых нарушениях в оборудовании или сети NGN традиционная телефонная связь должна работать;

— в технологии используются существующие абонентские линии телефонной сети, в каком бы состоянии они не были.

На этих основаниях выросла вся структура технологии ADSL и произошел процесс миграции обычной телефонной линии в систему абонентского широкополосного доступа ADSL (рис 1.3).

В основе типовой схемы абонентского подключения лежит использование принципа частотного разделения. Весь сигнал, передаваемый по абонентской линии, делится в частотном диапазоне на три части (рис. 1.4):

— диапазон передачи сигналов традиционной телефонии;

— диапазон для ADSL линия вверх ;

— диапазон для ADSL линия вниз .

Асимметричный обмен предусматривает, что скорость передачи данных от абонента к узлу сети (линия вверх) будет заведомо меньше, чем скорость передачи от узла сети к абоненту (линия вниз). Поэтому для передачи данных по линии вверх отводится меньший частотный диапазон в телефонном канале. Технология ADSL занимает общий диапазон до 1,1 МГц.