Современное оборудование доступа к телекоммуникационным сетям

Аркадий Постников, 1997-06

Развитие телекоммуникационных сетей в нашей стране обострило проблему подключения к ним пользователя. Какие же способы решения проблемы «последней мили» существуют сегодня? Для начала попробуем классифицировать услуги, предоставляемые телекоммуникационными сетями, разделив их на две категории — передача речи и передача данных. При этом оговоримся, что под передачей речи мы будем понимать предоставление пользователю канала с АНАЛОГОВЫМ ОКОНЧАНИЕМ, к которому могут быть подключены обычный (аналоговый) телефонный аппарат или телефонная станция, модем или факсимильный аппарат. Суть от этого не меняется: передача между абонентским и оконечным устройствами сети осуществляется в аналоговом виде. Под передачей данных мы будем понимать любое подключение, при котором оборудование пользователя подсоединяется к сети по цифровому стыку (даже если затем цифровой код преобразуется в речь в абонентском устройстве). В настоящее время применяются несколько способов прохождения «последней мили». Рассмотрим их главные преимущества и недостатки, принимая во внимание российскую специфику.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ АБОНЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ ОПТОВОЛОКНА

Аппаратура для подключения абонентов с использованием оптического кабеля получила широкое распространение в странах Европы и США. Преимущества такого решения очевидны: высокие надежность, качество передачи, а также пропускная способность, следовательно, практически нелимитированная скорость по интерфейсу пользователя. Кроме того, следует иметь в виду, что стоимость как самого оптического кабеля, так и оборудования системы передачи постоянно снижается. К сожалению, данное решение имеет и недостатки. Во-первых, время, необходимое для прокладки кабеля и получения всех необходимых разрешений может быть довольно значительным, что снижает темпы окупаемости капиталовложений. Во-вторых, применение оптоволокна может быть экономически оправданно лишь при подключении большого числа сконцентрированных в одном месте, например в районах массовой застройки или в офисных зданиях, абонентов. В районах, где плотность абонентов невысока, ресурсы оптического кабеля используются лишь на 5 —10%, поэтому экономически выгоднее уплотнить существующую кабельную сеть или использовать радиодоступ.

Сейчас оптоволокно широко применяется вместо многожильных телефонных кабелей на участке между телефонным коммутатором (АТС) и удаленным концентратором, к которому подключаются, например, телефоны, установленные в квартирах многоэтажного дома или нескольких домов. Аппаратура, реализующая мультиплексирование/демультиплексирование линий индивидуального подключения абонентов, получила название Digital Loop Carrier (DLC), что можно перевести как «цифровая система концентрации телефонных линий». Производят такие системы в США, Западной Европе, Азии (AFC, SAT, Siemens и др). Несколько предприятий готовятся к выпуску DLC и в России. Например, НТЦ «НАТЕКС» готовит опытный образец системы к выставке «Связь-97».

По своей архитектуре оборудование DLC представляет собой мультиплексор на базе временного разделения каналов с различными пользовательскими интерфейсами и линейным интерфейсом для непосредственного подключения к оптоволокну. Таким образом, обеспечивается объединение множества абонентских линий в один высокоскоростной цифровой поток, поступающий на АТС (узел сети) по оптическому кабелю (рис. 1).

Рис.1 Схема функционирования DLC

Набор пользовательских интерфейсов как правило включает в себя аналоговый абонентский двухпроводной интерфейс (обычный телефонный), аналоговый интерфейс с сигнализацией Е&М, цифровой интерфейс (V.24 или V.35), интерфейс ISDN.

Станционные интерфейсы предусматривают подключение к аналоговым АТС (по абонентскому двухпроводному стыку или интерфейсу Е&М), цифровым АТС (по стыку Е1 с сигнализацией V.51 или стыку ЕЗ с сигнализацией V.52). Естественно, предусматривается и подключение по интерфейсу ISDN и цифровому интерфейсу V.24/V.35 (для подключения к сети передачи данных).

Линейные интерфейсы современной аппаратуры DLC можно разбить на несколько групп.

Оптический интерфейс необходим для непосредственного подключения к оптическим волокном (линейная скорость обычно в пределах от 34 до 155 Мбит/с). Например, в системе NATEKS 1100Е скорость составляет 49,152 Мбит/с, прием и передача ведутся раздельно по двум волокнам, длина волны лазерного излучателя 1310 нм.

Электрический интерфейс — от Е1 (2 Мбит/с) до ЕЗ (34 Мбит/с) -позволяет подключаться к высокоскоростным сетям, обеспечивающим прозрачную передачу цифровых потоков (например, к сети SDH). Электрический интерфейс также позволяет подключать аппаратуру через тракты HDSL или радиорелейные линии, а на небольших расстояниях (до 1 км по Е1) соединять элементы системы непосредственно.

Системы радиодоступа получили общее название Wireless Local Loop (WLL, беспроводная абонентская линия). Концепция WLL появилась в конце 80-год-новременно с бурным ростом сотовых систем связи. Большой интерес к оборудованию WLL проявляют операторы России, так как новая технология позволяет отказаться от трудоемких работ по прокладке кабеля, особенно в пригородных зонах и сельской местности. Другим положительным качеством WLL является быстрота подключения новых абонентов, что дает возможность быстро окупить средства, вложенные в строительство коммутационной станции. Опыт показывает, что решения на базе WLL наиболее эффективны в регионах с малоразвитой инфраструктурой кабельных линий связи, хотя в некоторых странах Европы WLL широко применяется и в районах массовой городской застройки.

Рис.2 Организация связи в системе TANGARA RD

Большинство систем WLL, предлагавшихся ранее, были построены на базе технологий подвижной связи (AMPS, NMT, GSM, CDMA). Однако в последнее время появились системы, основанные на стандартах беспроводной телефонии Digital Europien Cordless Telecommunications (DECT) и Cordless Telephone System (CT-2). Преимуществом последних является упрощенная схема согласования с Госсвязьнадзором, обеспеченная приказами Минсвязи N 18 от 24.02.96 и N 128 от 13.11.96. Типовыми представителями WLL являются системы Ericsson DRA1900 (DECT) и SAT Tangara RD (CT-2). Диапазон частот, применяемый в DECT, — 1900 МГц, а в СЕ-2 — 800 МГц. С точки зрения прохождения радиоволн предпочтительнее диапазон 800 МГц, однако у стандарта DECT есть свои преимущества, в частности он поддерживает более высокий трафик.

TANGARA RD является цифровой системой радиотелефонной связи многостанционного доступа с частотным разделением каналов (FDМА), работающей в полосе частот 864-868 МГц.

Система распределяет по радиоканалу до 480 абонентских линий телефонной связи в радиусе до 5 км. Отдельные группы абонентов (до 60) могут быть вынесены по ISDN-каналам связи (витая пора) на расстояние до 11 км или по ISDN радиорелейной линии РНА 1010 на расстояние до 60 км.

TANGARA RD может быть применена для организации:

• абонентского выноса;

• радиосети передачи данных

• телефонной сети для сельских районов;

• радиосети диспетчерского управления.

Данная система может; иметь разветвленную или сотовую конфигурацию в зависимости от плотности распределения абонентов и топографии обслуживаемого района. Она является «прозрачной» для двухпроводных линий телефонной связи, факсимильной и модемной связи со скоростью передачи до 19,2 кбит/с. В ней предусмотрена возможность централизованного управления телефонной сетью и тарификации абонентов с возможностью мониторинга сети и сохранением информации в архиве. B состав системы TANGARA RD входят:

• центральный контроллер BSC;

• до 70 базовых станций BS;

• до 480 одноканальных абонентских терминалов RNT;

• сервисное ПО.

Центральный компьютер BSC обеспечивает

Центральный контроллер BSC обеспечивает вызов абонентов и их выход во во внешнюю телефонную сеть. Он может обрабатывать до 2500 вызовов в час. BSC позволяет осуществлять мониторинг сети, управление статусом абонентов, тарификацию и хранение на жестком диске протоколов работы сети.

Базовая станция BS обеспечивает связь по радиоканалу связь абонентских терминалов RNT с центральным контроллером, к которому она подключается через одно, двух или трех канальный U интерфейс (2В+D) по обычным телефонным парам. Расстояние до контроллера может составлять до 11км (при этом не требуется дополнительного каналообразующего оборудования). Вынос BS можно осуществить и на расстояние до 60 км – с помощью специализированной радиорелейной линии FHA1010. Для связи с RNT терминалами BS предоставляет от 2 до 6 каналов, при этом число абонентов на одну станцию может достигать 40-60 в зависимости от допустимой загруженности радиолиний. Дальность связи по радиоканалу до 5 км.

Абонентская станция RNT предназначена для подключения одного абонента через радиоканал к BSC. Подключение абонента к RNT производится по двухпроводной линии с сопротивлением 600 Ом (24 В). Для связи с BS используется цифровой (64 кбитс) радиоканал. RNT автоматически сканирует 40 частотных каналов в диаппазоне 864-868 МГц.

УПЛОТНЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕДНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Наконец мы добрались и до доброй старой меди. Нельзя ли повысить эффективность использования миллионов и миллионов километров кабельных линий, уложенных в землю за время безраздельного господства аналоговой телефонии? В последние годы разработано несколько новых методов для организации цифровых трактов на обычном медном кабеле, которые позволяют добиться высокой пропускной способности, низкой себестоимости включения и высокого качества связи. Общее название технологии — цифровая абонентская линия (Digital Subscriber Loop, DSL). Технология DSL нашла широкое применение в обычной (аналоговой) телефонии, в сетях с интеграцией услуг и передачи данных.

Термин «цифровая абонентская линия» впервые появился в документации по ISDN. Идеология построения сети ISDN сходна с принципами создания обычной коммутируемой телефонной сети, однако к абоненту подводится не аналоговый канал, как в обычной сети, а цифровой со скоростью от 64 до 144 Кбит/с. Далее абонент может использовать его для телефонной связи и/или подключения к сети компьютера. В ходе разработки технологии ISDN были созданы комплекты микросхем и методы кодирования, позволяющие транслировать потоки 64, 128 и 2048 Кбит/с по обычным медным парам, которые ранее использовались для аналоговой передачи телефонного трафика.

ТЕХНОЛОГИЯ DSL (160 КБИТ/С)

Использование этой технологии позволяет организовать дуплексную передачу со скоростью до 160 Кбит/с по одной медной паре. Максимальная длина линии, на которой может работать соответствующая аппаратура — 7,5 км при диаметре жилы кабеля 0,5 мм. Увеличить дистанцию можно с помощью регенераторов (repeater), каждый из которых добавляет еще по 7,5 км. В настоящее время регенераторы производят только в России (НТЦ «НАТЕКС»), так как в развитых странах длина абонентских линий обычно не превышает предельной дистанции DS L.

Одним из важнейших применений DSL- оборудования стало уплотнение абонентских аналоговых линий. Например, аппаратура TOPGAIN-4-NATEKS обеспечивает независимую работу четырех телефонных аппаратов по единственной абонентской линии (рис.3), а оборудование РСМ-8ВА (НТЦ «НАТЕКС») -восьмикратное уплотнение абонентских линий.

Рис.3 Принцип действия цифровой аппаратуры уплотнения

В восьмиканальной системе РСМ-8 ВА (Bandwidth Adaptive), впервые для оборудования такого типа, применено динамическое распределение полосы пропускания. Скорость группового тракта в новой системе та же, что ив четырехканальной, — 160 Кбит/с (128 Кбит/с информационных плюс сигнализация и управление). Однако степень сжатия сигнала в каждом из каналов автоматически изменяется в зависимости от общего числа задействованных в данный момент каналов. Например, если заняты четыре канала (разговаривают четыре абонента), трафик в каждом канале сжимается в 2 раза (требуемая полоса пропускания — 32 Кбит/с), а если все восемь — в 4 раза (требуемая полоса -16 Кбит/с).

Другой реализацией DSL, не связанной с ISDN, являются модемы для физических линий, или, как их еще называют, модемы ближнего действия (Short Range Modem, SRM). Типичным примером может служить аппаратура NTU-128, производимая для компании «НАТЕКС» заводами TAICOM Data Systems. Модем NTU-128 поддерживает синхронный дуплексный обмен на скоростях от 48 до 128 Кбит/с и располагает пользовательскими интерфейсами V.24 (RS232), V.35 или G.703.

ТЕХНОЛОГИЯ HDSL (2 МБИТ/С)

Следующим видом DSL является высокоскоростная цифровая абонентская линия (HDSL). Оборудование этого типа обеспечивает дуплексный обмен на скорости 2,048 Мбит/с (Е1). Для передачи используются две или три пары обычного кабеля (например КПП, КСПП) без подбора параметров и симметрирования. Высокая скорость связи позволяет использовать системы HDSL не только как средство доступа в сеть, но и для решения корпоративных задач, например соединения двух ЛС (рис. 4).

Следующим поколением технологи DSL стала асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL).

Она обеспечивает передачу по электрическому кабелю потоков в одном направлении до 8 Мбит/с, а в другом .—до 640 Кбит/с. Данная технология рассматривается как очень перспективная для доступа в Internet и корпоративные сети. В данных приложениях принимаемый пользователем (сотрудником, работающим» дома или в филиале) информационный поток всегда намного больше встречного, состоящего в основном из запросов к Web-страницам или базам данных. С конца прошлого года некоторые операторы в США начали предоставлять услуги ADSL. Существуют и другие разновидности xDSL, но в России пока нашли применение только HDSL-устройства.

Что же дает технология HDSL? Чем обусловлен высокий спрос на эти системы во всем мире?

Рис. 4. Объединение ЛС на базе HDSL

Во-первых, HDSL применяется далеко не только для решения задач «последней мили». Соединение цифровых и подключение учрежденческих АТС, замена линейных трактов в системах для межстанционной связи (ИКМ-ЗО), связь базовых станций в сотовых сетях связи, уплотнение абонентских линий — вот далеко не полный перечень приложений HDSL.

Во-вторых, длина линии, доступная для технологии HDSL, позволяет решить 90% задач, связанных с обеспечением доступа в сеть. Например, для HDSL-системы WATSON типовая дистанция составляет от 5 км (диаметр провода 0,5 мм) до 18 км (диаметр провода 1,2 мм). И это без применения регенераторов!

В-третьих, благодаря использованию существующей инфраструктуры (кабель и сооружения) и высокой степени «интеллекта» самой аппаратуры, ее установка занимает НЕСКОЛЬКО ЧАСОВ. Попробуйте сравнить с финансовыми и временными затратами на прокладку ВОЛС!

В HDSL-системах используются две технологии кодирования — 2В IQ или CAP. 2BIQ—это тот же алгоритм, который используется в DSL-системах, в том числе ISDN, т.е. четырехуровневое кодирование с симметричным спектром. Затухание в кабеле пропорционально частоте сигнала, поэтому дистанция передачи в HDSL существенно больше, чем в традиционных системах ИКМ 30 (см. табл.).