15.Концепции построения сетей абонентского доступа. Пути решения проблемы «последней мили».

В простейшем случае в роли САД могут выступать участки зоновых и местных первичных сетей, а также сетей телефонных абонентских линий. Причем как цифровых, так и аналоговых сетей, дополненных в последнем случае специальными модемами, способными образовывать цифровые каналы на основе каналов ТЧ, ШК или просто через имеющуюся проводную или беспроводную среду передачи.

Основная проблема современных САД связана с необходимостью обеспечения доступа множества высокоскоростных абонентских систем и локальных сетей к высокоскоростным магистралям по реальным существующим и прокладываемым физическим каналам с ограниченной пропускной способностью. Данная проблема, именуемая часто «проблемой последней мили», привела к бурному развитию с начала 90‑х годов и поныне всевозможных технологий построения сетей абонентского доступа или просто – технологий абонентского доступа.

Основной движущей силой развития технологий абонентского доступа являются новые информационные потребности абонентов (пользователей) в услугах электросвязи. Можно выделить три направления удовлетворения новых информационных потребностей пользователей за счет развития технологий абонентского доступа:

1) увеличение скорости передачи и предоставление новых услуг тем абонентам, которые уже имели доступ к сети, и в тех точках доступа, которые уже существовали ранее;

2) подключение новых абонентов в тех местах, где не было раньше точек подключения, с предоставлением полного набора современных услуг;

3) подключение подвижных абонентов и предоставление им услуг, соизмеримых по качеству с услугами, предоставляемыми фиксированным абонентам.

Если первые два направления не исключают «персональную мобильность» абонентов, перемещающихся между фиксированными точками доступа (подключения), то третье направление призвано обеспечить «мобильность терминалов». В целом же от сети абонентского доступа требуется обеспечить персональный доступ к любым информационным и телекоммуникационным услугам любым абонентам независимо от их местонахождения, т.е. обеспечить персональную глобальную связь по принципу «всегда и везде».

Концептуальная модель сетей абонентского доступа.

В связи с качественными изменениями, происходящими в развитии технологий построения современных ТКС, понятие «абонентская линия» (АЛ) уже не отражает самой сути участка сети электросвязи между терминалом пользователя и коммутационной станцией. Поэтому появился новый, принятый уже в международных стандартах и рекомендациях, термин «Access Network» – «сеть доступа».

В простейшем случае абонентская сеть состоит из трёх основных элементов:

абонентских терминалов (AT);

абонентских линий (АЛ);

узла коммутации (УК).

Существуют различные определения сетей абонентского доступа отражающие различные точки зрения.

С точки зрения выполняемых функций САД – это фрагмент ТКС, обеспечивающий доступ отдельных абонентов к общим сетевым телекоммуникационным и информационным ресурсам. С точки зрения топологии САД – это совокупность технических средств между оконечными абонентскими устройствами и коммутационным оборудованием транспортной сети, в план нумерации которого входят подключаемые абонентские устройства. С точки зрения оборудования САД – это совокупность физических линий передачи, оконечных абонентских устройств и промежуточных устройств регенерации, концентрации, мультиплексирования и коммутации, обеспечивающих физическое соединение абонентских устройств с коммутационным оборудованием транспортной сети.

В соответствии с этой моделью, САД состоит, как минимум, из двух основных частей. Первая часть представляет собой совокупность подсетей АЛ, образующих сеть АЛ, а вторая часть представляет собой подсеть доступа, которая позволяет повысить эффективность использования физической среды передачи, приблизив точки концентрации нагрузки (узлы доступа – УД), связанные высокоскоростными соединительными линиями (СЛ), как можно ближе к местам скопления абонентов.

Как уже отмечалось, специальные технологии абонентского доступа, прежде всего, нацелены на образование цифровых каналов на основе доступной физической среды, разновидности которой можно разделить на две группы

1. Физические среды проводного доступа.

– Оптическое волокно.

– Коаксиальный медный кабель.

– Витая пара (тоже медный кабель).

2. Физические среды беспроводного доступа.

– Оптические электромагнитные волны.

– Радиоволны (тоже электромагнитные).

– Звуковые (акустические) волны (неэлектромагнитные).

В качестве примера концепций построения САД на базе оптоволокна можно привести следующие концепции, разработанные в средине 90-х годов:

1. Концепция IFOS (Integrated Fiber-Optic Subscriber system) – интегрированная оптоволоконная система абонентского доступа. Согласно данной концепции внедрение оптического кабеля (ОК) в САД должно пройти три основных фазы. На первой фазе ОК будет преимущественно использоваться для предоставления большого количества узкополосных цифровых каналов типа ОЦК-64 Кбит/с и первичных трактов цифровых систем передачи (T1/E1). На этой фазе предполагается широкое применение ОК для доступа к узкополосной ЦСИС. На второй фазе добавятся широкополосные каналы, передающие информацию в одном направлении (распределение программ кабельного телевидения, высококачественного звукового вещания, а теперь сюда можно добавить и считывание информации из сети Интернет). Третья фаза подразумевает возможность предоставления дуплексных широкополосных каналов, используемых, например, для организации стыков пользователь-сеть в широкополосной ЦСИС и в конечном итоге вплоть до мультимедийных конференций.

Специалисты, разработавшие концепцию IFOS, считают, что переход к полностью оптическим абонентским сетям произойдет к 2015 году.

C отмеченными выше тремя фазами реализации концепции IFOS созвучны следующие три самостоятельные концепции:

2. Концепция TPON (Telephony over a Passive Optical Network) – телефония на базе пассивных оптических сетей. Данная концепция предполагает использование широкополосных каналов доступа для большого числа пользователей, нуждающихся в относительно низкоскоростных (узкополосных) каналах (в частности, телефонных). Под пассивными оптическими сетями понимаются сети, включающие только одно-интервальные волоконно-оптические линии без регенераторов (т.е. без активных усилительных устройств).

3. Концепция BPON (Broadband over a Passive Optical Network) – широкополосные сети на базе пассивных оптических сетей. Данная концепция является развитием предыдущей. Реализация концепции BPON предполагается тогда, когда возникнет спрос на широкополосные (например, мультимедийные) услуги. Один из сценариев предоставления широкополосных каналов заключается в использовании дополнительных длин волн для приема дополнительных широкополосных сигналов (что уже реализовано в технологии DWDM).

Рис.3.3. Концепции построения САД на базе оптоволокна

4. Концепция BIDS (Broadband Integrated Distributed Star) – широкополосная интегрированная «звездообразная» (радиальная) сеть доступа. Данная концепция ориентирована на предоставление широкополосных каналов. Слово «Star» (звезда) в названии концепции подчеркивает тот факт, что к каждому сетевому окончанию подводится индивидуальное волокно. Данная, в целом, прогрессивная концепция доведения оптоволокна до каждого абонента изначально не относилась к вариантам организации доступа к Ш-ЦСИС. Телевизионный и другие широкополосные сигналы, получаемые со стороны станционного оборудования, предполагались аналоговыми и объединяемыми с речевой информацией, преобразованной в цифровой вид, только для передачи по единой направляющей системе. В настоящее время с появлением стандартов цифрового радио и телевизионного вещания подобные взгляды уже выглядят устаревшими.

Пути решения проблемы «последней мили»

В настоящее время наметились 4 наиболее характерных пути решения проблемы «последней мили»:

1. Строительство ВОЛС на абонентском участке.

Строительство волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) на участке «последней мили» имеет ряд очевидных достоинств и соответствует перспективным концепциям (см. пункт 3.1.1). Ценовые показатели уже относительно благоприятны – стоимость оптического кабеля (ОК) неуклонно снижается, причем оптические АЛ служат достаточно долго и не требуют особого внимания. Однако для прокладки кабеля необходимы трудовые и временные затраты специально подготовленных специалистов, а также недешевое оконечное оборудование приема-передачи и мультиплексирования, что увеличивает стоимость АЛ.

Концепция применения ОК на участке «последней мили» предусматривает несколько направлений, которые можно обобщенно обозначить FTTх (Fiber To The …х…).

Все эти концепции едины в главном – довести широкополосную оптическую линию связи до некоторой точки, где целесообразно поместить оборудование, распределяющее более низкоскоростные цифровые потоки (или аналоговые каналы) непосредственно до «розетки», т. е. до места включения абонентского терминала.

2. Строительство (прокладка) медно-кабельных абонентских линий. Это традиционное решение, имеющее ряд положительных сторон: простое проектирование, наличие опытного персонала по строительству и эксплуатации; приемлемая стоимость. Основные недостатки – дорогое обслуживание и ограниченная по сравнению с ВОЛС пропускная способность при тех же трудовых и временных затратах на строительные работы. В последнее время отмечается еще один «специфический» недостаток – привлекательность медных кабелей для сборщиков металлолома.

2. Уплотнение существующих (медно-кабельных) абонентских линий. Идея уплотнения АЛ родилась давно. Аналоговое оборудование высокочастотного уплотнения широко используется в телекоммуникационных сетях до сих пор. Однако своим подлинным расцветом данное решение обязано появлению цифровых абонентских линий ЦАЛ (DSL – Digital Subscriber Loop или Line). Технологии xDSL (где буква х является обобщенным символом различных аббревиатур, соответствующих различным вариантам DSL) позволили организовать высокоскоростную цифровую передачу по существующим АЛ (см. пункт 3.2.2).

Допустимая длина ЦАЛ, как правило, составляет не более 5 – 6 км (в случае диаметра жилы кабеля 0,4 – 0,5 мм). Используя регенераторы, можно увеличить допустимую длину ЦАЛ. «Допустимой» обычно считается длина ЦАЛ, при которой вероятность ошибки на бит не превышает 10^-7.

Для организации многоканальной передачи информации по ЦАЛ с середины 90-х годов выпускаются специальные DSL-мультиплексоры DSLAM (Digital Subscriber Loop Access Multiplexer) или ЦСПАЛ (цифровые системы передачи для абонентских линий). Оборудование ЦСПАЛ применяется обычно для расширения существующей абонентской распределительной сети, «распаривания» абонентов при модернизации АТС, телефонизации коммунальных квартир и т. д.

Для повышения эффективности использования существующих абонентских телефонных линий в виде каналов тональной частоты (ТЧ) или физических линий широко используются различные тональные (в полосе канала ТЧ) и надтональные (использующие частоты выше 3.4 кГц) модемы.

Дополнительным «резервом» построения САД на базе существующих проводных «абонентских линий» являются:

1) проводная разводка радиоточек (см. выше описание технологии HPNA),

2) линии электропередач (например, известны технологии Х.10 и DPL – Digital Power Line, последняя позволяет передавать данные по электропроводке со скоростью до 1 Мбит/с, и др.);

3) сети кабельного телевидения (во многих городах уже используются для доступа в Интернет).

4. Использование технологий беспроводного абонентского доступа. В последнее время значительно возрос интерес к технологиям беспроводного абонентского доступа, именуемым WLL-технологиями (Wireless Local Loop). Более распространенные технологии радиодоступа сокращенно называют RLL (Radio Local Loop).

WLL-технологии имеют бесспорное преимущество перед проводными в случае отсутствия кабельной инфраструктуры в труднодоступных и малонаселенных районах. Главные недостатки WLL – ограниченная пропускная способность и относительно высокая стоимость в расчете на одного абонента, а также традиционные для радиосвязи (да и оптической связи) проблемы «открытости» к внешним воздействиям. Однако принципиальная возможность быстрого развертывания, приема радиосигналов в любом месте (в пределах определенных зон покрытия), не привязываясь к «розетке», а также возможность связи в движении, вызывают все больший интерес к беспроводным технологиям, стимулируя их развитие и снижение стоимости.