Структурная схема сети передачи данных с применением технологии FTTB

Широкополосный доступ в Интернет: история вопроса и проблемы

Введение

Широкополосный или высокоскоростной доступ в Интернет обеспечивается с помощью ряда технологий, которые позволяют пользователям отправлять и принимать информацию в гораздо больших объемах и с гораздо более высокими скоростями, чем в случае получившего широкое распространение в настоящее время доступа в Интернет по обычным телефонным линиям. Широкополосный доступ обеспечивает не только высокую скорость передачи данных, но и непрерывное подключение к Интернету (без необходимости установления коммутируемого соединения) и так называемую «двустороннюю» связь, т. е. возможность как принимать («загружать»), так и передавать («сгружать») информацию на высоких скоростях.

Широкополосный доступ не только обеспечивает богатство информационного наполнения («контента») и услуг, но и способен преобразить весь Интернет как в плане предлагаемого Сетью сервиса, так и в плане ее использования. По всей вероятности, многие из будущих применений широкополосного доступа, которые позволят наиболее полно раскрыть его технологический потенциал, еще только предстоит освоить.

Для предоставления широкополосного доступа в Интернет могут использоваться множество различных носителей и технологий передачи данных. К ним относятся кабельная связь, усовершенствованный телефонный сервис под названием «цифровая абонентская линия» (Digital Subscriber Line, DSL), спутниковая связь, фиксированный беспроводный доступ и другие. Несмотря на то, что многие (хотя и не все) учреждения и коммерческие организации уже имеют широкополосный доступ в Интернет, до сих пор не решена проблема предоставления широкополосного доступа на отрезке линии связи, ведущем непосредственно в дома пользователей (так называемая «последняя миля»). В настоящее время ряд конкурирующих телекоммуникационных компаний разрабатывают, внедряют и рекламируют специфические технологии и услуги, предназначенные для предоставления широкополосного доступа широким слоям населения.

С точки зрения государственной политики, задача заключается в том, чтобы обеспечить своевременное развертывание систем широкополосного доступа, честную конкуренцию в отрасли и охват всех слоев Российского общества и всех населенных пунктов РФ. Федеральное правительство стремится обеспечить честную конкуренцию между участниками рынка с тем, чтобы широкополосный доступ в Интернет был физически и финансово доступен всем жителям страны которые хотят его иметь высокоскоростной (широкополосный) доступ в Интернет

Широкополосный или высокоскоростной доступ в Интернет обеспечивается с помощью ряда технологий, которые позволяют пользователям отправлять и принимать информацию

 

Лекция 1. Основы построения сетей абонентского доступа

Обзор технологий широкополосного доступа

 

Классификация технологий ШПД

В настоящее время технологии широкополосной передачи данных (ШПД) являются самым быстрорастущим сектором телекоммуникаций.  

Современные сети ШПД могут быть реализованы на базе различных технологий. В зависимости от используемой среды передачи различают проводные и беспроводные ШПД. В первом случае на всех участках сети ШПД, включая магистраль и абонентский доступ, применяются направляющие системы: кабель с оптическими волокнами (ОВ), симметричные кабели (СК), коаксиальные кабели (КК), а также проводники низковольтных электросетей (например, технология Power Line Communication - PLC). В беспроводных ШПД используют радио- и микроволновый диапазоны частот для соединения фрагментов сети. При этом выделяют фиксированный (стационарный) наземный беспроводной доступ, мобильный наземный беспроводной доступ и спутниковый доступ.

Основные технологии реализации ШПД приведены на рисунке 1.1

 

 

Рисунок 1.1 – Технологии ШПД

 

Технология xDSL

Понятие хDSL представляет собой семейство технологий, позволяющих значительно расширить пропускную способность абонентской линии местной телефонной сети путём использования технологии частотного уплотнения, эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений. 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 поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов. Существующие типы технологий хDSL, различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных. Применение технологий хDSL для высокоскоростного доступа к услугам сети примечательно тем, что эти технологии используют в качестве среды передачи существующую кабельную инфрастуктуру местных телефонных сетей.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, RADSL, SDSL и VDSL.

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.

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.

ADSL2 и ADSL2+ являются модификациями технологии ADSL для поддержки большого количества новых приложений и дополнительных услуг. В ADSL2 и ADSL 2+ при практически той же дальности передачи, что и в ADSL, скорости увеличены до 12 и 25 Мбит/с соответственно.

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 (Simple 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.

 

Технология DOCSIS

Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) — стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю. Существует несколько версий спецификации DOCSIS: DOCSIS 1.0; DOCSIS 1.1; DOCSIS 2.0; DOCSIS 3.0; EuroDOCSIS. Зарубежные операторы организуют DOCSIS по гибридным волоконно-коаксиальным сетям (HFC). Данная технология применяется операторами КТВ для расширения спектра услуг предоставлением конечным пользователями высокоскоростного доступа в Интернет. В России практически не распространено.

 

Т ехнологии FTTx

В настоящее наиболее широко используемыми и перспективными являются технологии, использующие оптическое волокно.

Термин FTTx (Fiber-To-The-x) буквально обозначает “волокно до точки х” и служит для обозначения сети доступа, в которой от узла связи до определенного места (точка х) доходит волоконно-оптический кабель. При этом дальнейшая абонентская разводка может производиться как медножильным, а также и оптическим кабелем.

В зависимости от точки размещения оконечного оптического оборудования возможны различные варианты реализации:

 1) FTTN (Fiber-To-The-Node) – “волокно до узла агрегации” ( “волокно до сетевого узла”). Данная технология часто используется в сочетании с технологией xDSL. Здесь узлы агрегации, исходя из географической привязки к существующим объектам связи – например, зданиям АТС, объединяются в физические кольца магистральным оптическим кабелем с одномодовыми ОВ. Основой распределительной сети и последней мили служит существующая кабельная система телефонной сети общего пользования (ТфОП) на базе многопарного симметричного кабеля (СК) и телефонного распределительного провода.

2) FTTC/FTTP (Fiber-To-The-Curb/Fiber-To-The-Premises) – “волокно до микрорайона (квартала или группы домов)” предполагает инсталляцию ОК от узла агрегации до узла доступа, который развертывается в соответствующем выделенном техническом помещении жилого здания либо в уже существующем объекте связи (например, вынос АТС). Также как и в случае FTTN, используется находящаяся в эксплуатации распределительная и абонентская кабельные подсистемы ТфОП. ШПД также может реализовываться на основе xDSL технологии.

3) FTTB (Fiber-To-The-Bulding) – “волокно до здания” является широко распространенной технология реализации сетей ШПД в крупных городах и мегаполисах. В технологии FTTB оптический кабель прокладывается от узла агрегации до узла доступа, размещаемого в здании, а распределительный и абонентский участок реализуются на базе симметричного кабеля – “витой пары”. При этом домовой коммутатор с коммутатором узла доступа подключается по оптическому интерфейсу Gigabit Ethernet 1000BASE-X , а подключение абонентского оборудования производится по технологии Ethernet 10/100Base-T.

4) FTTH (Fiber-To-The-Home) – “волокно до жилого помещения“ – предполагает прокладку ОК непосредственно до абонента. В зависимости от реализации  FTTH можно разделить на две группы: на основе активной оптической сети (Active Optical Network - AON) и на основе пассивной оптической сети (Passive Optical Network - PON).

 

Рисунок 1.2 – Варианты реализации технологии FTTx

 

Cтруктурная схема FTTH AON похожа на  FTTB. Главное отличие заключается в том, что в узле доступа устанавливается многопортовый Ethernet-коммутатор c оптическими портами 100Base-FX, а абонентский участок реализуется на основе  двухволоконного ОК с одномодовыми или многомодовыми ОВ. Для соединением с узлом агрегации коммутатор оснащается оптическими модулями с интерфейсом Gigabit Ethernet 1000BASE-X или 10 Gigabit Etherne 10GBASE-LR/LW.

Технология FTTH PON отличается отсутствием активного сетевого оборудования на всем протяжении сегмента сети от узла агрегации до абонента. Можно выделить два варианта конфигурации архитектуры PON:

 – “точка-точка” (Point-to-Point P2P);

 – “точка-многоточка” (Point-to-Multipoint P2MP).

При реализации PON P2P каждому абоненту индивидуально отводится  одно или два ОВ. При этом на магистральном участке прокладываются многоволоконные магистральные ОК с дальнейшим переходом на ОК средней и малой емкости на распределительном участке, и использованием маловолоконных ОК на абонентском участке. Для распределения ОВ используются оптические разветвительные муфты и распределительные кросс/боксы. Преимуществом внедрения такого подхода является прозрачность сети к используемой сетевой технологии и большой запас по полосе пропускания. Основной недостаток PON P2P заключается в большими затратами на строительно-монтажные работы линейно-кабельных сооружений.

В основе технологии PON P2MP лежит использование многопортовых оптических разветвителей (сплиттеров), позволяющих подключать к одному порту станционного оборудования несколько десятков абонентов. Организация связи с абонентом происходит по одному волокну, при этом передача нисходящего и восходящего потоков производится с разделением по длине волны, а также  с использованием концепции множественного доступа с временным разделением TDMA (Time Division Multiple Access).

 

 

а)

 

б)

 

Рисунок 1.3 – Реализации пассивной оптической сети: а) P2P, 2) P2MP

 

1.2. Актуальность построения коммерческой сети передачи данных по технологии FTTB в Самарском филиале "Ростелеком"

Необходимость построения новой сети в Самарском филиале "Ростелеком" возникла в 2008 году в связи с масштабной модернизацией маршрутизаторов ядра сети, вводом новых услуг - таких как цифровое телевидения (IP-TV - Internet Protocol Television), передача голоса по сети передачи данных в реальном времени (SIP-телефония - Session Initiation Protocol — протокол установления сеанса). Традиционная, в этом случае услуга – доступ к сети Интернет (HSI – high speed internet), получила новый потенциал – подъем верхней скоростной планки до 80 Мбит/сек. Остальные 20 Мбит/сек отводятся по услугу IP-TV.

До запуска сети FTTB (Fiber to the Building), последние мили (последняя миля – линия связи, соединяющая конечное (клиентское) оборудование с узлом доступа оператора связи) были организованы на базе уже существующей сети – медных кабелей, по которым предоставлялась традиционная телефонная связь. Используя технологию xDSL (основной долей которого является ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), затем SHDSL (Single-pair High-speed Digital Subscriber Line) и VDSL (Very-high data rate Digital Subscriber Line)) абонентам Самарского филиала ОАО «Ростелеком» предоставлялись одновременно 2 услуги – традиционная телефония и доступ к сети Интернет. Удобства этого вида доступа были очевидны:

1) затраты на строительство новых линий связи не требовались;

2) работы по прокладке новых линий у абонента внутри помещения были минимальны, либо не требовались вовсе;

3) возможность самостоятельного подключения к услуге доступа в сеть Интернет со стороны абонента (при наличии у него навыков работы с ADSL-оборудованием и настройкой программного обеспечения (ПО) персонального компьютера). Это объясняется тем, что при подключении к сети Интернет по технологии ADSL, доступ к оборудованию узла доступа оператора связи не требуется - после выполнения кроссировочных работ на узле доступа оператора, услуга на физическом уровне становилась для абонента доступной;

4) одновременное пользование телефонной связью и доступом к сети Интернет было возможным без ухудшения качества этих услуг

Но одновременно с очевидными преимуществами были и явный недостаток xDSL-доступа, который с появлением «тяжелого контента», такого как видео-online на серверах rutube и им аналогичных, не говоря уже о просмотре on-line фильмов и телевидения, стал возобладать перед преимуществами, а именно:

ограничение по скорости ADSL(Стандарт ANSI T1.413) – до 8,1 Мбит/сек к абоненту и до 1,2 Мбит/сек от абонента в сторону узла доступа и для ADSL2+ (стандарт ITU G.992.5) скоростные параметры увеличивались до 24 Мбит/сек к абоненту и до 1,2 Мбит/сек от абонента в сторону узла доступа. Однако следует обратить внимание, что скоростной потенциал везде указан как «до». Иными словами, скорость на последней миле зависит от длины абонентской линии, состояния этой самой абонентской линии, состояния и качества монтажа линии абонента на плинте распределительного шкафа (РШ), распределительной коробки (РК). Все существующие недостатки на линии приводят к минусам в скоростных и качественных параметрах связи;

На некоторый временной период, предоставлять абонентам Самаского филиала ОАО «Ростелеком» 3 услуги одновременно – телефонию, IP-TV и HSI посредством xDSL-технологии массово не предоставляется возможным. Этот функционал реализуем на технологии построения сети FTTB – в конкретном случае по Самарскому филиалу, прокладка оптоволоконной линии происходит до здания. Схема представлена на рисунке 1.

Абонентский доступ по технологии FTTB является лишь частным случаем – при необходимости технологии можно менять, что безусловно, с финансовой части построения сети, является преимуществом. Выстроенное ядро сети в данной архитектуре способно поддерживать разные архитектуры абонентского доступа – от предоставления услуги доступа к сети через выделенную линию с линейной скоростью 33.6 Кбит/сек до гигабитных скоростей к оборудованию абонента. Подобный функционал обеспечивается благодаря физическому разделению маршрутизаторов и коммутаторов на оборудование ядра сети и оборудование агрегации абонентского доступа. Этот же принцип заложен в основу обеспечения безопасности сети.

Учитывая тот факт, что сайты «тяжелым контентом» набирают популярность среди населения, становится очевидным построения сети по технологии FTTB. Основываясь на ранее представленных положительных факторах технологии ADSL, проведем параллели на технологию FTTB и сведем это в таблицу:

 

Таблица 1.1

Технология ADSL	Технология FTTB
Затраты на строительство новых линий связи не требовались	Требуются значительные затраты на строительство новых линий связи
Работы по прокладке новых линий у абонента внутри помещения были минимальны, либо не требуются вовсе	Требуются работы по прокладке новых линий у абонента внутри помещения
Возможность самостоятельного подключения к услуге доступа в сеть Интернет со стороны абонента (при наличии у него навыков работы с ADSL-оборудованием и настройкой программного обеспечения (ПО) персонального компьютера)	Возможность самостоятельного подключения к услуге доступа в сеть Интернет со стороны абонента отсутствует – требуется доступ к оборудованию оператора.
Одновременное пользование телефонной связью и доступом к сети Интернет возможно без ухудшения качества этих услуг	Одновременное пользование телефонной связью и доступом к сети Интернет независимо
Ограничение по скорости ADSL(Стандарт ANSI T1.413) – до 8,1 Мбит/сек к абоненту и до 1,2 Мбит/сек от абонента в сторону узла доступа и для ADSL2+ (стандарт ITU G.992.5) скоростные параметры увеличивались до 24 Мбит/сек к абоненту и до 1,2 Мбит/сек от абонента в сторону узла доступа.	Ограничение по скорости на технологии FTTB на скорости доступа к сети передачи данных в 100 Мбит/сек отсутствует

 

Исходя из вышеприведенной таблицы явно видны факторы актуальности построения сети абонентского доступа на технологии FTTB на определенный период времени.

 

Структурная схема сети передачи данных с применением технологии FTTB

На рис. 1.4 приведена структурная схема сети доступа по технологии FTTB.

Рисунок 1.2 - Структурная схема сети передачи данных с применением технологии FTTB