Настоящее и будудщее абонентского доступа

pic

Помимо наличия средств, компьютерной техники и заинтересованности потребителей дальнейшее развитие Интернета в республике сдерживают два фактора:
1. Недостаточная информационная емкость внешней международной и междугородной сети [1].
2. Пропускная способность сети абонентского доступа.
Понятие сеть абонентского доступа, как и термин «последняя миля», вошли в обиход с появлением целого ряда услуг, предоставляемых потребителю в связи с быстрым развитием техники связи и компьютерной техники. Сеть абонентского доступа — это участок сети связи от телефонной станции (узла коммутации) до абонентских оконечных устройств, в качестве которых у потребителя могут быть задействованы компьютеры, телефонные аппараты, факсы [2].
В настоящее время внутри больших городов, в том числе и в Ташкенте, проложено оптическое кольцо между телефонными станциями, которое в состоянии пропустить возрастающий поток информации от телефонных станций к провайдерам Интернета и далее во внешнюю сеть, где должна быть реализована высокая пропускная способность.
Этим и объясняется интерес пользователей Интернета к «последней миле».

Наличие у пользователей преимущественно аналоговой кабельной и сотовой телефонной связи, разнообразных поставок телевидения (эфирное, спутниковое, кабельное) не позволяет заменить те новые возможности, которые открывает Интернет. С помощью модема потребители Интернета имеют возможность принимать по телефонной линии (но не одновременно!) сигналы традиционной телефонной связи и Интернета (со скоростями до 30 Кбит/с по аналоговой телефонной сети и до 56 Кбит/с при наличии цифровой телефонной сети). Однако таких скоростей оказалось недостаточно, чтобы удовлетворить растущий спрос на высокоскоростной доступ, цель получения которого жители самой развитой державы мира — США мотивируют следующими обстоятельствами:

1. Желание выполнять работу по службе на дому.
2. Иметь виртуальный доступ к мировым событиям.
3. Просмотр и обмен видео в интерактивном режиме в реальном времени.
4. Остальные виды услуг (игры, музыка, электронная почта и др.).

Все указанные виды услуг отличаются по скорости (рис.1).

pic

При этом различают восходящий поток информации и нисходящий. Восходящий поток связан с передачей от потребителя в направлении службы интернет-провайдера в виде данных, голоса, графики, видеотелефона, дистанционного управления (приемом видео, играми). Здесь максимальные скорости передачи оцениваются в несколько сот Кбит/с. Нисходящий поток может быть связан с качественным видеообменом (скорость — 4 Мбит/с и выше), с участием в видеоконференциях (до 1,5 Мбит/с), видеоприемом в реальном времени (в зависимости от качества от 1,5 до 6 Мбит/с), высококачественной музыкой (до 400 Кбит/с), высококачественным игровым видео (до 6 Мбит/с).
Появление таких услуг помимо огромного расширения информационной емкости на международных магистральных сетях [1] (что можно решить, используя спектральное уплотнение) приводит к новому подходу к сети абонентского доступа.
В настоящее время известны следующие возможности для доставки сигналов последней мили по среде:

а) телефонные медные провода;
б) коаксиальный кабель;
в) волоконно-оптический кабель;
г) телевизионные кабельные сети;
д) радиоэфир;
е) каналы спутникового телевидения.

Любые возможности реализации доступа требуют затрат средств. И весь вопрос в том, согласится ли потребитель платить за более качественные услуги соответствующую цену. В США сегодня за доступ к цифровой абонентской линии пользователь платит от 40 до $50 (то же при доставке сигнала Интернета по телевизионной кабельной линии), $20 — за услуги телефона, 30-$40 — за кабельное телевидение. При этом речь идет о доставке сигналов по среде а), б), г). Общие расходы на все указанные услуги составляют около $100.
Значительный выбор решений (из которых самым радикальным по представляемому объему и скорости передачи является использование оптических кабелей) требует разных затрат. Поэтому даже в пределах одной страны, в зависимости от платежеспособного спроса и качества передач, будут одновременно существовать различные системы абонентского доступа. В Узбекистане рынок таких услуг находится в первоначальной стадии развития. Причем основным сдерживающим фактором является несоответствие между себестоимостью услуг и платежеспособностью потребителей. Переход на волоконно-оптические линии связан с огромной стоимостью их прокладки. Поэтому, несмотря на всю архаичность медной абонентской телефонной линии (витая пара), для создания сети широкополосных каналов доступа этот вариант в силу своей относительной дешевизны, связанной в первую очередь с тем, что уже используются проложенные телефонные линии, получил в настоящее время наибольшее применение. xDSL — это набор технологий, дающий провайдерам и потребителям выбор вариантов использования этих телефонных линий для получения услуг Интернета. В табл. 1 приведены разновидности услуг xDSL, зависящих в первую очередь от расстояния между потребителем и узлом коммутации (в условиях Узбекистана это скорей всего ближайшая АТС, к которой подключен потребитель) и от количества задействованных линий с витыми парами для реализации выбранного варианта xDSL.

pic

К сожалению, говорить о высоких скоростях при применении указанных технологий даже для умеренного числа потребителей вряд ли возможно, пока вся емкость внешней сети республики исчисляется десятками мегабит в секунду. Даже если число пользователей Интернета составит около 100 потребителей при скорости около 2 Мбит/с, то требуемая внешняя информационная емкость при нагрузке 0,3 Эрл в ЧНН составит 60 Мбит/с.
Так что, внедрение технологий xDSL сопряжено с большим ростом информационной емкости, а раз ее нет, то цена за услуги xDSL должна быть такой, при которой число потребителей с высокими скоростями уменьшалось.
В журнале InfoCOM.UZ (№№ 3, 4, 5) уже затрагивались проблемы внедрения ADSL и DSL Lite для индивидуальных пользователей в сети Узбекистана. Имеются два вида технологии DSL — симметричные и асимметричные, отличающиеся по скорости передачи в направлениях пользователь — сеть и сеть — пользователь. Для симметричной технологии скорости совпадают (HDSL, SDSL,IDSL). Эти технологии применяются в сфере бизнеса. Частные потребители пользуются асимметричными технологиями. К ним относятся ADSL, VDSL, DSL Lite. Преимущество этих технологий в том, что полосы частот передачи здесь распределяются таким образом, чтобы обеспечить максимальную возможную скорость в сторону потребителя от сети. Наиболее привлекательная здесь в применении технология ADSL.
Эта технология использует двухпроводную абонентскую линию и обеспечивает постоянное вхождение в Интернет с большим набором услуг при одновременной независимой работе в телефонной сети (рис.2)

pic

Эта технология эффективно работает при расстояниях от пользователя до узла коммутации в 2,5 — 5,5 км. При меньших расстояниях пользователь — узел коммутации двухпроводная абонентская линия может быть задействована более эффективно за счет технологии VDSL, обеспечивающей скорость передачи несколько десятков Мбит/c. Эта технология позволяет помимо ранее перечисленных услуг также осуществить прием телевидения высокого разрешения по стандарту MPEG-3 (скорость передачи со сжатием 20-40 Мбит/c).
Использование технологий xDSL не исчерпывает потребностей жителей мегаполисов, где также задействована инфраструктура кабельного телевидения, основанного на использовании широкополосных коаксиальных кабелей или на сочетании оптических и коаксиальных кабельных систем (рис.3).

pic

В условиях Ташкента широкой популярностью также пользуется коммерческая многоканальная телевизионная эфирная сеть “Камалак”. Указанные сети телевидения являются односторонними в отличие от ТФОП и сети Интернета. Естественно, что более целесообразной была бы поставка всех этих услуг (Интернет, кабельное и эфирное телевидение, высококачественное вещание, доступ к счетам в банке и магазинам, охрана жилья и многое другое) по единой сети с единым оператором поставок услуг (рис. 4).

pic

Возможно, что со временем через Интернет можно будет получить выход на любую телевизионную программу в любой стране мира, но такой доступ скажется в первую очередь негативно на загрузке сетей связи и на расходах потребителей. Поэтому гораздо выгоднее строить единую сеть услуг таким образом, чтобы в ней потребитель мог получить десятки (а может, и сотни) популярных телевизионных программ и прочие услуги, включая Интернет. Такое решение предлагает волоконно-коаксиальная сеть абонентского доступа (рис. 5).

pic

Сеть такого типа с февраля 2000 года внедряется в Москве и обойдется в $350 млн. Анализ работы такой сети рассмотрен в [3]. Ее особенностью является то, что сигнал от головного узла с помощью лазерных передатчиков может передаваться на расстояние до 80 км без каких-либо усилителей. Сигнал передачи объединяет в себе телефонные сообщения, все виды телевидения, сигналы Интернета и сигналы других служб. Сигналы принимаются на оптических распределительных узлах, где они преобразуются в электрические сигналы, которые затем с помощью коаксиальных ветвей в десятки — сотни метров доставляются потребителям. Сеть является двунаправленной благодаря разносу по частоте восходящих и нисходящих сигналов. В отличие от xDSL, где максимальная скорость не превышает несколько Мбит/с, в волоконно-коаксиальной сети абонентского доступа используется частотное распределение потоков (рис. 6) в полосе частот от 5 мГц до 1 гГц (соответственно, скорость передачи до 1 Гбит/с).
Это дает возможность обеспечить до 50-60 аналоговых телевизионных программ обычного качества (в полосе 50-550 мГц), телевизионные каналы высокого качества по стандартам MPEG-2 и MPEG-3 со скоростями передачи 4-40 Мбит/с в цифровом варианте полосе частот 550-862 мГц. Под службы будущего зарезервирована полоса от 862 мГц до 1гГц. Восходящий цифровой поток имеет полосу 5-50 мГц, где в виде отдельных полос предусмотрены все необходимые услуги.
В районах новой застройки в крупных городах предусмотрено строительство полностью оптических сетей абонентского доступа [5]. Уже сейчас на Западе реализована и используется мощная оптическая кольцевая система Multi Wave Metro на базе технологии плотного спектрального уплотнения, предназначенная для городских сетей. Благодаря наличию 24 оптических несущих в диапазоне 1530-1567 нм эта сеть имеет при использовании двух ниток оптического волокна и при модуляции каждой световой несущей 10 Гбит/с информационную емкость:
2*24*10Гбит/с=480Гбит/с
При передаче на расстояние до 70 км система не требует использования квантовых оптических усилителей. Каждая оптическая несущая может быть модулирована сигналами SDH,ATM,IP и т.д. В свою очередь, для сети абонентского доступа система Multi Wave Metro является только опорной, и ее сигналы могут распределяться на кольцевые оптические структуры более низкого уровня со спектральным уплотнением и без него.
И хотя приведенные факты по оптическим сетям представляются нам фантастикой, но слишком быстрое развитие техники и потребностей говорит о возможности использования таких систем доступа в недалеком будущем и в нашем регионе.

Термины, сокращения, краткие объяснения

ТФОП — телефонная сеть общего пользования
ISDN — цифровая сеть интегрированного обслуживания
DSL — цифровая абонентская линия
Е1 — первичный цифровой поток 2048 Кбит/c, соответствующий первому уровню в европейской иерархии по скорости
T1 — первичный цифровой поток со скоростью передачи 1544 Кбит/c, соответствующий первому уровню по скорости в американской иерархии
ЧНН — час наибольшей нагрузки, непрерывный интервал времени длительностью в 1 час, в течение которого интенсивность нагрузки, поступающей на станцию, достигает максимального значения
Эрланг — это такая интенсивность нагрузки, при которой в течение одного часа будет обслужена нагрузка в одно часозанятие
Удельная нагрузка в Эрлангах характеризует поступающую нагрузку, отнесенную к продолжительности периода, для которого она была рассчитана и наблюдалась. Например, удельная нагрузка в 0,3 Эрл соответствует занятию линии (тракта) в течение 60 мин. * 0,3 = 18 мин.
HFC — гибридная волоконно-коаксиальная сеть
SDH — синхронная цифровая иерархия, соответствует оборудованию от STM-1 до STM-256 (со скоростями передачи от 155 Мбит/c до 10 Гбит/c).
ATM — режим асинхронной передачи, разновидность передачи пакетов (с постоянной длиной в 53 байта).

• Нагрузка (в единицах скорости передачи) определяется формулой
P= VЭN, (1)
где V — скорость передачи, Э — удельная нагрузка в ЧНН,
N — количество пользователей.

• Предельные возможности канала по скорости передачи можно оценить с помощью формулы Шеннона:
pic, (2) где F — используемая полоса канала,

PS — средняя мощность сигнала
PN — средняя мощность шума в полосе частот f
Log2M=lgM/lg2, (3)
где M=1+PS/PN.

Если используемая полоса телефонного канала 0,3 3,4 КГц, то F=3,1 КГц и тогда максимальная скорость передачи составит 20,64 Кбит/с при соотношении PS/ PN =100.
Если абонентская линия обладает полосой пропускания в 150 КГц, то при PS/ PN =100 она обеспечит скорость передачи согласно (2) около 1 Мбит/с.

Литература

1. Берганов И.Р., Вишневецкий А.Г. О перспективе внедрения систем спектрального уплотнения на сети Узбекистана InfoCOM.UZ 2003 г. № 6.
2. Денисьева О.М., Мирошников Д.Б. Средства связи для «последней мили». М.: Эко-трендз, 1998. 146 c.
3. Р.Р Убайдуллаев. Волоконно-оптические сети.- М.: Эко-трендз 1998. — 267с.
4. Н. Н. Слепов. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи.- М.: Радио и связь, 2000 486 с.
5. Кирби Роб. Новый отсчет времени для пассивных оптических сетей. LAN, сентябрь 2001, с.50-55.

Orphus system