1.5.2. Пропускная способность абонентской сети
1.5.3. Структура абонентской сети
1.5.4. Среда распространения сигналов
1.5.5. Расширение полосы пропускания существующих АЛ
1.5.5.1. Актуальность проблемы
1.5.1. Общее
Процессы эволюции, применительно к АЛ, можно рассматривать с нескольких точек зрения. Мне представляется, что лучше затронуть те аспекты модернизации АЛ, которые важны для излагаемых в следующих разделах монографии вопросов. Для этого на рисунке 1.11 вводится абстрактная модель, позволяющая прокомментировать существенные моменты процесса, связанного с эволюцией абонентской сети.
Эволюция абонентской сети
Рисунок 1.11
Три плоскости в этой модели связаны с основными вопросами, которые будут изложены в разделе 1.5. В параграфе 1.5.2 анализируются аспекты, касающиеся изменения требований к пропускной способности абонентской сети. Двигаясь по часовой стрелке, мы переходим к вопросам, связанным со структурой абонентской сети. Этому направлению посвящен параграф 1.5.3. Параграф под номером 1.5.4 относится к тематике “среда распространения сигналов” и некоторым смежным вопросам.
Итак, три параграфа в разделе 1.5 посвящены комментариям к изображенной на рисунке 1.11 модели, которая призвана обобщить основные процессы эволюции сети абонентского доступа. В разделе 1.5 целесообразно изложить еще два важных (по мнению автора) вопроса.
Во-первых, важная практическая задача состоит в том, чтобы использовать существующие АЛ для передачи широкополосных сигналов. Соответствующие телекоммуникационные технологии кратко анализируются в параграфе 1.5.5. Во-вторых, несомненный интерес представляют прогностические оценки, прямо или косвенно связанные с сетями абонентского доступа. В параграфе 1.5.6 представлены некоторые результаты прогнозирования, интересные с точки зрения вопросов, затронутых в монографии.
1.5.2. Пропускная способность абонентской сети
Вернемся к первой плоскости рисунка 1.11 и рассмотрим кривую, которая иллюстрирует процесс роста пропускной способности сети абонентского доступа. Переход от скоростей порядка 50 Бод, используемых в телеграфии, к полосе пропускания шириной 3,1 кГц совпадает, по времени, с началом создания первых сетей телефонной связи. Следует подчеркнуть, что на этом этапе начался переход от цифровой (телеграфной) системы электросвязи к аналоговой (телефонной).
Следующий характерный этап - введение услуг ЦСИО. Основной (базовый) доступ в ЦСИО имеет конфигурацию 2B+D. Пользователю предоставляются два прозрачных B-канала (64 кбит/с каждый), предназначенных для передачи различной информации, и один служебный D-канал (16 кбит/с). Информационная скорость в сети абонентского доступа составляет, таким образом, 144 кбит/с [59]. Этот этап - применительно к сети абонентского доступа - можно рассматривать как переход от аналоговой системы электросвязи к цифровой.
Повышение скорости передачи до 2,048 Мбит/с позволяет ввести ряд новых телекоммуникационных услуг. В первую очередь, такая пропускная способность необходима для ЦСИО при организации доступа на первичной скорости со структурой 30B+D (скорость передачи по D-каналу в этом случае составляет 64 кбит/с). Некоторые услуги, связанные, в частности, с обменом видеоинформацией, также могут быть предложены потенциальным пользователям, если их средства доступа обеспечивают скорость передачи порядка 2,048 Мбит/с.
Далее на первой кривой указан номинал пропускной способности 140 Мбит/с. Эта величина примерно соответствует информационной скорости передачи в широкополосной ЦСИО. В принципе, между точками 2,048 и 140 Мбит/с также можно выделить несколько этапов, касающихся применения таких новых методов передачи информации как ADSL, HDSL, VDSL и им подобных (в параграфе 1.5.5 эти варианты использования существующих АЛ рассмотрены более подробно).
Упомянутые технологии ориентированы на использование существующих АЛ и обеспечивают - в одном направлении - передачу цифрового потока на скоростях от 1,5 до 51 Мбит/с [60]. Для обеспечения двухсторонней передачи с одинаковой скоростью может использоваться технология типа SDSL, но обеспечиваемая ее пропускная способность составляет величину порядка 384 кбит/с [60].
После номинала 140 Мбит/с стоит знак “?” и показаны три возможных сценария дальнейшей эволюции в части пропускной способности сети абонентского доступа: оптимистический, прагматический и пессимистический. Первый сценарий назван оптимистическим в предположении, что:
- эффективность телекоммуникационной системы, с точки зрения пользователя, повышается при росте пропускной способности сети абонентского доступа;
- доходы Оператора пропорциональны пропускной способности сети абонентского доступа.
Оптимистический прогноз можно рассматривать как модель, в которой учитываются тенденции к передаче информации, связанной практически со всеми органами чувств человека. В ближайшие годы каких-либо существенных достижений в области сжатия такой информации не ожидается.
Третий сценарий заметно отличается от первого. Он базируется на двух основных предположениях:
- в обозримой перспективе не будет формироваться платежеспособный спрос на услуги, требующие существенного (по сравнению со скоростями, нужными для обмена видеоинформацией) расширения пропускной способности сети абонентского доступа;
- прогресс в области сжатия видеоизображений и иные достижения приведут к возможности снижения требуемой пропускной способности сетей абонентского доступа.
Промежуточное положение занимает второй (прагматический) сценарий. То, по какому сценарию будут развиваться события, на мой взгляд, не так уж существенно. Основной вывод состоит в том, что в обозримой перспективе будут отчетливо проявляться требования к увеличению пропускной способности сети абонентского доступа.
1.5.3. Структура абонентской сети
Нижняя плоскость рисунка 1.11 позволяет проанализировать тенденции, касающиеся эволюции тех структур, которые используются для построения сетей абонентского доступа. Если обратиться к терминологии, принятой в теории графов [40], то первые абонентские сети можно рассматривать как звездообразные структуры [5]. По мере роста емкости местных телефонных сетей увеличивались удельные затраты на АЛ. Разработка принципов экономичного построения абонентских кабельных сетей [61] привела к появлению древовидных структур, которые, как известно, отличаются низкой надежностью.
В современных сетях абонентского доступа появляются отдельные фрагменты, построенные на базе кольцевых структур. Такие структуры на рисунке 1.11 названы комбинированными. Они постепенно трансформируются в полностью кольцевые структуры, обеспечивающие как экономию кабельной продукции, так и достаточно высокую надежность сети абонентского доступа [62].
После кольцевой структуры на рисунке 1.11 поставлен знак “?”. Возможны разные варианты. Предварительный вывод, который напрашивается при анализе тенденций “персонализации” в электросвязи, состоит в том, что привлекательной структурой будущих сетей абонентского доступа может стать топология типа “решетка” [40].
Аспекты выбора оптимальной структуры сети абонентского доступа подробно рассматриваются во второй главе. Это позволяет закончить - в разделе 1.5 - изложение вопросов, относящихся к структуре абонентской сети
1.5.4. Среда распространения сигналов
Левая плоскость рисунка 1.11 посвящена тем аспектам эволюции АЛ, которые связаны со средой распространения сигналов. Три кривые иллюстрируют рассматриваемые тенденции применительно к кабельным линиям (что характерно для большинства абонентских сетей), системам спутниковой связи и радиотехническим средствам.
История практического применения кабельных линий в абонентских сетях началась с воздушных цепей. Вскоре стало очевидно, что дальнейшее развитие абонентских сетей необходимо осуществлять на базе многопарных симметричных кабелей. Использование ОК стало возможным - по техническим и экономическим соображениям - только в последние годы.
На соответствующем фрагменте рисунка 1.11 показаны два этапа, характерные для использования ОК. Последняя точка - “Оптический кабель” - знаменует полный переход к этой среде распространения сигналов. Иными словами, ОК занимает все пространство между кроссом телефонной станции и помещением пользователя. Предшествующий этап назван “Оптический кабель плюс коаксиал”. Такой подход может рассматриваться только как один из примеров доведения ОК до какой-либо точки, находящейся вне помещения абонента. Более того, необходимо уточнить два вопроса: расположение той точки, где заканчивается ОК, и тип среды распространения сигналов, которая “продолжает” АЛ до помещения пользователя.
Для ответа на первый вопрос целесообразно сослаться на ряд публикаций, например [63 и 64]. В этих работах определяются основные стратегии использования оптического кабеля в сетях доступа: до здания - FTTB (B - Building), до места установки ШР - FTTC (C - Curb), до жилого дома - FTTH (H - Home), до офиса - FTTO (O - Office), до удаленного модуля коммутационной станции - FTTR (R - Remote), до границ некой территории, названной зоной, - FTTZ (Z - Zone) и т.п. Все подобные стратегии можно обозначить общей аббревиатурой FTTOpt (Opt - Optimum) - доведение оптического кабеля до оптимальной, с точки зрения Оператора и/или пользователя, точки.
Применение оптического кабеля создает хорошую основу для введения телекоммуникационных услуг, ориентированных на широкополосные каналы связи. По этой причине ту часть АЛ, которая доходит до помещения пользователя, лучше всего строить на базе сред распространения сигналов, способных обеспечить широкую полосу пропускания сигналов. Один из примеров такого решения - коаксиальный кабель, что, собственно, и обусловило появление соответствующего названия на рассматриваемом рисунке. Сети абонентского доступа, построенные на оптическом и коаксиальном кабелях, получили широкое распространение [65]. Они известны по аббревиатуре HFC (Hybrid Fiber/Coax). Подобные решения особенно популярны у Операторов кабельного телевидения.
Кривая, иллюстрирующая эволюцию кабельных линий, по традиции заканчивается знаком “?”. Основная причина заключается в том, что в обозримой перспективе можно ожидать как появление новых типов оптических волокон, так и практическое применение кабелей с металлическими жилами, использующими сверхпроводящие компоненты.
Системы спутниковой связи используются в сетях абонентского доступа в исключительных случаях. Однако появление достаточно экономичных систем типа VSAT и USAT [66] позволяет надеяться на более широкое применение спутниковой связи. Для ряда регионов России системы спутниковой связи могут рассматриваться как единственное средство, позволяющее построить сеть абонентского доступа. Но подобное применение систем спутниковой связи требует детальной проработки множества других проблем, только косвенно затрагивающих проблемы абонентского доступа. Этим и объясняется знак “?”, завершающий соответствующую кривую рисунка 1.11.
Применение радиотехнических средств в сетях абонентского доступа началось давно. Первенцем, по всей видимости, можно считать радиоканал, предназначенный для создания одной АЛ. На профессиональном жаргоне связистов комплекс оборудования для организации АЛ получил название “радиоудлинитель”.
Затем появились многоканальные системы, аналоговые и, несколько позже, цифровые. Первые многоканальные системы использовались для организации связи типа «point-to-point»; это словосочетание можно перевести как конфигурация «точка - точка». Чаще всего, такое решение подразумевает установку оборудования радиорелейной линии (РРЛ) для подключения к МС выносного модуля.
Для организации связи с группой терминалов, распределенных по некоторой территории, были разработаны системы типа point-to-multipoint [67]. В отечественной технической литературе такая конфигурация называется либо многоточечной, либо «точка - множество точек». В названии таких систем в английском языке используются слова Multiple Access. Специалисты по радиосвязи обычно переводят их как многостанционный доступ. Такая трактовка подчеркивает физику процесса. Под станцией, в данном случае, понимается оконечное устройство. Это значит, что система многостанционного доступа обеспечивает возможность обслуживания нескольких терминалов. Специалисты по проводной связи обычно переводят слова Multiple Access как множественный или коллективный доступ. Оба перевода, с точки зрения современной терминологии, можно считать правильными [68].
Существенные изменения в принципах использования радиосредств в сетях доступа произошли только в последние годы. Они связаны с использованием сотовых (Cellular) технологий [69], которые позволяют очень эффективно использовать выделенный Оператору спектр частот. Сотовые сети используются как в мобильных, так и в стационарных системах связи.
Развитие электросвязи привело к появлению концепции “Персональная связь”. Этот термин трактуется в технической литературе не всегда однозначно. Ряд определений приведен, например, в монографии [69]. Среди изложенных в этой книге трактовок наиболее удачный, на мой взгляд, вариант предложен Комиссией Европейского Сообщества: “Персональная связь (Personal Communications) - это предложение, в будущем, набора телекоммуникационных услуг, который:
- может быть разработан на индивидуальной основе, чтобы отвечать требованиям всех абонентов;
- позволяет абонентам связываться вне зависимости от места расположения и используемых средств доступа;
- обладает привлекательными свойствами для пользователей и низкой стоимостью, что подразумевает широкое использование данного вида связи”.
Таким образом, персональная связь, в общем случае, обеспечивается не только радиосредствами. Можно сказать, что процесс “персонализации” в телекоммуникационной системе требует интеграции сетей электросвязи, обслуживающих стационарных и мобильных абонентов. Некоторые Операторы уже сообщили о создании сетей персональной связи. Предлагаемые в этих сетях услуги еще не полностью раскрывают функциональные возможности системы персональной связи. Тем не менее, первые попытки реализации этого нового направления в развитии телекоммуникаций позволят получить интересные результаты, имеющие большую практическую ценность.
Требования к перспективной сети персональной связи изучаются в работах МСЭ и ETSI. Знак “?” в конце третьей кривой объясняется именно тем, что эти требования еще не обрели форму полноценных рекомендаций и стандартов.
Конечно, рисунок 1.11 и комментарии к нему не могут раскрыть все аспекты эволюции сетей абонентского доступа. Тем не менее, некоторые общие представления, содержащиеся в этом параграфе, позволяют перейти к изложению следующих вопросов, относящихся к модернизации существующих абонентских сетей. Во-первых, целесообразно рассмотреть возможность использования существующих АЛ для передачи широкополосных сигналов. Этому направлению совершенствования абонентских сетей посвящен параграф 1.5.5. Во-вторых, практический интерес представляют прогностические оценки, относящиеся, прямо или косвенно, к сети абонентского доступа. В параграфе 1.5.6 приведен ряд подобных оценок.
1.5.5. Расширение полосы пропускания существующих АЛ
1.5.5.1. Актуальность проблемы
Большую головную боль у Оператора вызывают телекоммуникационные технологии, спрос на которые формируется очень быстро, а соответствующие изменения в системе электросвязи требуют значительных затрат времени и денег. К подобным телекоммуникационным технологиям многие специалисты, в первую очередь, относят сеть Internet [70] и услуги, называемые в англоязычной технической литературе Video-on-Demand [71]. В тексте монографии эти слова будут переводиться как “Видео по заказу”.
Я согласен с теми авторами, кто сравнил неожиданное успешное появление Internet на рынке услуг электросвязи и информатики с “чертом, выскочившим из табакерки”. В следующем параграфе будут приведены некоторые статистические данные по трафику в Internet и составленные на их основе прогнозы. Возможно, что большинство читателей (из числа тех, кто не отложит книгу до этого параграфа) согласится с такой оценкой феномена, касающегося появления Internet.
Услуга “Видео по заказу” играет важную роль в общем перечне функциональных возможностей Ш-ЦСИО. Но она может быть введена и до создания Ш-ЦСИО, тем более, что маркетинговые исследования свидетельствуют о значительном спросе на эту услугу. Кстати, интересные рассуждения по поводу данной услуги содержатся в книге Б. Гейтса [72], перевод которой на русский язык вышел в 1995 году под названием “Дорога в будущее”.
Суть услуги “Видео по заказу” заключается в том, что абонент может обратиться к любому видеосерверу и выбрать, с помощью меню, интересующую его программу (например, фильм или рекламный материал). Процессом пользования услугой можно управлять с помощью процедур, схожих с теми, что используются при работе с видеомагнитофоном: абонент может возвращаться назад для повторного просмотра какого-либо эпизода, “перемотать” ленту вперед, остановить картинку для ее подробного изучения и выполнить ряд других операций.
Итак, существуют, по крайней мере, две телекоммуникационные технологии, оказывающие существенное влияние на систему электросвязи и, что особенно важно для рассматриваемых в монографии вопросов, - на сеть абонентского доступа. Теперь, когда ясен ответ на вопрос “Кто виноват?”, можно переходить к проблеме “Что делать?”.
1.5.5.2. Общая идея технологий xDSL
Одна из существенных особенностей работы в среде Internet состоит в том, что объем информации, передаваемой от пользователя к сети, и поток данных в обратном направлении различаются, в общем случае, на несколько порядков. Следовательно, пропускная способность каналов прямого и обратного направления, создаваемых для обмена информацией между терминалом пользователя и соответствующим сервером Internet, может быть разной. От пользователя к сети организуется канал передачи данных с относительно низкой скоростью, а от сервера Internet к терминалу пользователя создается высокоскоростной канал передачи данных.
Еще более ярко возможность использования таких несимметричных каналов передачи информации проявляется в системах, предоставляющих услуги “Видео по заказу”. Абонент, фактически, осуществляет только выбор программ и выполняет несложные процедуры управления процессом получения интересующей его информации. От видеосервера к терминалу передаются, в основном, движущиеся изображения (чаще всего - фильмы), что подразумевает использование каналов с достаточно широкой полосой пропускания.
В этом случае, в сети абонентского доступа могут применяться каналы обмена информацией с разной пропускной способностью в направлениях приема и передачи. Таким образом, появляется возможность использования существующих АЛ для введения определенного класса услуг. Данное решение - при всех “подводных камнях” - обладает двумя неоспоримыми преимуществами: быстрое введение новых услуг и минимальные затраты на модернизацию сети абонентского доступа.
Спрос, как известно, рождает предложение. Разработчики оборудования передачи достаточно быстро нашли оригинальные решения, что привело к появлению нескольких новых технологий, обычно обозначаемых аббревиатурой xDSL [73]. Последние три буквы (DSL) - сокращение от “Digital Subscriber Line” - цифровая абонентская линия. Латинская буква “x” используется подобно “переменной” в алгебре. Чаще всего используются пять ее значений (A, RA, H, S и V), определяющих следующие технологии передачи информации по существующим АЛ [60, 73, 74]:
1) ADSL - Asymmetrical Digital Subscriber Line (асимметричная цифровая абонентская линия);
2) RADSL - Rate Adaptive Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия с адаптивной скоростью);
3) HDSL - High Bit Rate Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия с высокой скоростью передачи битов);
4) SDSL - Symmetrical Digital Subscriber Line (симметричная цифровая абонентская линия);
5) VDSL - Very High Bit Rate Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия с очень высокой скоростью передачи битов).
Считается, что основными технологиями будут ADSL и VDSL [75]. Но идея VDSL ориентирована на короткие АЛ, что определяет достаточно узкую сферу применения соответствующего оборудования.
Подтверждением актуальности ADSL служит создание специальной международной организации по разработке соответствующих стандартов - ADSL Forum [76]. Подобные организации формируются только по тем направлениям, которые требуют ускоренной разработки стандартов, то есть по самым актуальным проблемам развития телекоммуникационной системы. В качестве подтверждения можно привести такие названия как ATM Forum [77] и UMTS Forum [78]. ATM (Asynchronous Transfer Mode) - асинхронный режим переноса информации, который, как считают многие специалисты, будет широко применяться в широкополосных сетях электросвязи. UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) - перспективная концепция универсальной телекоммуникационной системы для поддержки услуг “Мобильность терминала” и “Персональная мобильность”.
Рассмотрим общую идеологию xDSL с точки зрения частотного диапазона. Учитывая характеристики эксплуатируемых АЛ [26], необходимо использовать весьма ограниченные ресурсы частотного диапазона и сложные методы модуляции сигнала. Возможные варианты решения этих проблем хорошо изложены в ряде статей по технологии xDSL. Можно, например, найти интересные сведения в [73, 79]. Подобные аспекты технологии xDSL мы рассматривать не будем. Я бы хотел ограничиться только рисунком 1.12 [80], который дает наглядное представление о диапазоне частот, используемом для технологии ADSL при введении услуги “Видео по заказу” [71].
Пример использования частотного диапазона для технологии xDSL
Рисунок 1.12
Судя по рисунку 1.12, АЛ должна обеспечить полосу пропускания сигнала до величины порядка 400 кГц. Но в [81] приведен рисунок, на котором полоса пропускания цифровой АЛ составляет порядка 1,1 МГц. Можно назвать ряд факторов, существенно ограничивающих полосу пропускания АЛ. Это, в первую очередь, - длина АЛ (затухание и сопротивление) и число жил в кабеле (взаимные влияния). В статьях [45, 60, 73, 75, 76, 81, 82, 83], а также в ряде других работ, приведены любопытные данные, касающиеся области возможного применения технологии xDSL с точки зрения длины АЛ. Соответствующие ограничения представлены в приведенной ниже таблице:
Таблица 1.5
|
Скорость передачи, Мбит/с |
Максимальная длина АЛ, км |
Технология передачи |
Комментарии |
|
0,75 |
3,6 |
SDSL |
См. Примечание 1 |
|
1,5 |
4,1 - 5,4 |
ADSL |
См. Примечание 2 |
|
2,0 |
4,8 |
ADSL/HDSL |
См. Примечание 3 |
|
6,0 |
3,6 |
ADSL |
|
|
9,0 |
2,7 |
ADSL |
|
|
13,0 |
1,4 |
VDSL |
|
|
26,0 |
0,9 |
VDSL |
|
|
52,0 |
0,3 |
VDSL |
Примечания к таблице 1.5:
1) численные оценки, указанные в первой строчке таблицы 1.5, отражают усредненные данные;
2) диапазон 4,1 - 5,4 км определяет возможную длину АЛ при различных диаметрах жил и числа АЛ в кабеле;
3) выбор технологии влияет - наравне с параметрами кабеля - на максимальную длину АЛ.
Вероятно, все разновидности технологии xDSL будут, в той или иной степени, использоваться в сетях абонентского доступа. Тем не менее, следует упомянуть о заметном преобладании публикаций, касающихся ADSL. Именно по этой причине ниже приводятся некоторые дополнительные сведения, относящиеся к технологии ADSL.
1.5.5.3. Технология ADSL
Большой интерес к технологии ADSL объясняется рядом причин, из которых существенны две:
- на телекоммуникационном рынке сформировался платежеспособный спрос на услуги, допускающие использование каналов обмена информацией с существенно различной полосой пропускания в направлениях приема и передачи сигналов;
- максимальная длина физической цепи, на которой может работать оборудование ADSL, будет, как правило, больше, чем длина подавляющего большинства существующих АЛ.
Пример применения технологии ADSL показан на рисунке 1.13, заимствованном из [84]. Для функциональных блоков сохранены (внутри соответствующих прямоугольников) оригинальные названия.
Функциональная архитектура для технологии ADSL
Рисунок 1.13
АЛ, используемая для телефонной связи, присоединяется к удаленному модулю ADSL через телефонную розетку. Удаленный модуль ADSL обеспечивает передачу в направлении соответствующего терминала цифрового потока 2,048 Мбит/с и двухсторонний обмен сигналами управления со скоростью 16 кбит/с. Приведенные на рисунке численные характеристики цифровых потоков взяты из [84].
Таким образом, из помещения абонента к кроссу идет линия, по которой передается сигнал, объединяющий цифровой поток от терминала, использующего технологию ADSL, и информацию, передаваемую по АЛ (например, речь или факсимильные сообщения). По этой причине на рисунке 1.13 использовано обозначение “АЛ”. Возможно, что более точным было бы обозначение типа “канал ТЧ”.
Через кросс осуществляется подключение цифрового тракта к устройству, названному на рисунке 1.13 “Станционный модуль ADSL”. В этом устройстве происходит обработка сигнала, передаваемого между двумя модулями ADSL. В результате, выделяются два цифровых потока - ADSL (2,048 Мбит/с и 16 кбит/с) и аналоговая АЛ, которая через кросс подключается к коммутационной станции ТФОП.
Технология ADSL позволяет, в определенном смысле, осуществить интеграцию средств абонентского доступа. На рисунке 1.14, в качестве примера, приведен вариант использования технологии ADSL для организации абонентского доступа к трем телекоммуникационным сетям. Этот рисунок составлен на основе материалов, приведенных в [76].
Интеграция средств абонентского доступа
Рисунок 1.14
В качестве примеров терминального оборудования, которое может использовать абонент, на рисунке 1.14 показаны три устройства:
- телевизор с приставкой, позволяющей управлять процессом получения видеоинформации;
- терминал ЦСИО, используемый для выхода на сеть интегрального обслуживания;
- персональный компьютер, подключаемый (в данном варианте) к сети передачи данных.
С левой стороны рисунка 1.14 показаны соответствующие сети. Для терминала, названного “телевизор с приставкой”, приведен наиболее простой пример сети - кабельное телевидение (КТВ). Сеть передачи данных с коммутацией пакетов (ПД-КП) показана как типичный вариант подключения персонального компьютера.
Функциональный блок, названный на рисунке 1.14 “Сеть в помещении абонента” (в оригинале - Premises Distribution Network), представляет широкий спектр оборудования различной сложности. В качестве примеров, которые иллюстрируют разницу между выполняемыми функциями, в [76] перечислены локальная сеть Ethernet и простой кросс.
Узел доступа (Access Node) может выполнять такие функции, как концентрация нагрузки, преобразование протоколов и маршрутизация вызовов. Он может располагаться в МС или в какой-либо точке сети абонентского доступа. Для концепции использования ОК, названной выше FTTOpt, узел доступа может, в частности, располагаться в точке сопряжения различных сред распространения сигнала - оптических волокон и медных проводников.
Два блока (ATU-C и ATU-R) в тексте работы [76] не расшифрованы. Но такие же аббревиатуры использованы в докладе [81]. Сокращение ATU-C образовано из сочетания слов “ADSL Transceiver Unit, Central Office” - приемопередатчик ADSL, расположенный на коммутационной станции. Аналогично, аббревиатура ATU-R составлена из выражения “ADSL Transceiver Unit, Remote Terminal”, то есть приемопередатчик ADSL, расположенный в удаленном модуле.
Интересным дополнением рисунка 1.14 может считаться эталонная модель системы, разработанная ADSL Forum. На рисунке 1.15 эта модель показана в том виде, в котором она воспроизведена в [76]. Модель, введенная ADSL Forum, содержит ряд эталонных точек - интерфейсов. Описание этих интерфейсов не входит в круг вопросов, рассматриваемых в монографии. Рисунок 1.15 включен в состав данного параграфа по двум причинам. Во-первых, он может оказаться полезным для специалистов, прямо или косвенно связанных с технологией xDSL. Во-вторых, он очень интересен с методологической точки зрения - четкой стандартизации всех возможных интерфейсов.
Эталонная модель системы ADSL
Рисунок 1.15
На этом заканчивается краткое изложение системных аспектов технологии ADSL. И в заключение параграфа 1.5.5 приведем некоторые соображения по области использования технологии VDSL.
1.5.5.4. Технология VDSL
Принципы передачи сигналов для технологий ADSL и VDSL очень похожи друг на друга [84, 85]. Интересны - с точки зрения затронутых в монографии вопросов - их основные различия в области применения соответствующего оборудования. Их проще всего рассматривать в категориях ”длина - скорость передачи”.
Очевидно, что областью потенциального применения технологии ADSL может стать практически вся абонентская сеть. Это связано с тем, что для российской ТФОП характерны достаточно короткие АЛ. Важно отметить, что на практике могут возникать сложности с оборудованием ADSL даже на очень коротких АЛ. Проблема заключается в эксплуатационных характеристиках абонентской сети, которые могут существенно отличаться от ожидаемых [86]. Но в любом случае скорость передачи, обеспечиваемая оборудованием ADSL, не превысит значений, приведенных в таблице 1.5.
Таким образом, для скоростей передачи свыше 10 Мбит/с необходимо ориентироваться на технологию VDSL. Но такое решение ограничивает число потенциальных абонентов из-за того, что допустимо использовать только весьма короткие АЛ. В частности, скорость передачи 52 Мбит/с достигается для АЛ, длина которой примерно равна 300 м. По этой причине технологию VDSL обычно рассматривают в комбинации с другими методами построения АЛ. Как правило, практический интерес вызывают решения типа FTTOpt+VDSL [84, 85]. Один из возможных сценариев, основанных на подобном компромиссе, показан на рисунке 1.16.
Пример использования технологии VDSL
Рисунок 1.16
Для этого сценария выделено пять вариантов использования технологии VDSL. В четырех случаях предполагается совместное использование ОК и абонентского кабеля с медными жилами. Для всех пяти вариантов линии максимальной протяженности обозначены как Li. Эти значения могут различаться, но всегда должно соблюдаться условие Li £ Lmax - предельной длины физической цепи, которая может быть использована для установки оборудования VDSL.
Первый вариант иллюстрирует возможность применения оборудования VDSL в АЛ, расположенных в зоне прямого питания. В этом случае среда распространения сигналов остается однородной. Очевидно, что подобное решение будет весьма экономичным.
Второй вариант предусматривает совместное использование абонентского кабеля с медными жилами и ОК. В данном случае ОК располагается между кроссом коммутационной станции и мультиплексором. К мультиплексору подключаются АЛ разной длины, максимальная из которых обозначена как L2. По этим линиям может передаваться цифровая информация с использованием технологии VDSL.
Аналогичное решение, но основанное на установке концентратора, представлено третьим вариантом. Существенной особенностью этого решения может считаться возможность более эффективного использования ОК на участке между концентратором и кроссом коммутационной станции.
Четвертый вариант подразумевает использование УПАТС. Это решение, с точки зрения технологии VDSL, эквивалентно третьему варианту. УПАТС, как правило, поддерживает более широкий спектр услуг по сравнению с тем коммутационным оборудованием ТФОП, которое обслуживает абонентов квартирного сектора. Это обстоятельство позволяет прогнозировать широкое применение технологии VDSL владельцами УПАТС.
Пятый вариант иллюстрирует применение технологии VDSL для выхода на устройство, названное в [85] мультиплексором доступа к услугам (Service Access Multiplexer - SAM). Подобные устройства могут подключаться не только к коммутационным станциям, но и к каким-либо серверам. Характерным примером такого мультиплексора служит оборудование, обеспечивающее подключение клиентов к серверу, поддерживающему услугу “Видео по заказу”.
Таким образом, существует несколько вариантов применения технологии VDSL. Соответствующие сценарии, как правило, ориентированы на совместное использование эксплуатируемых абонентских кабелей с медными жилами и ОК, обеспечивающих передачу широкополосных сигналов на большое расстояние.
Когда работа над окончательной редакцией монографии была почти завершена, мне довелось принять участие в работе семинара «Лаборатории Белла - Прошлое. Настоящее. Будущее», организованного известной компанией Lucent Technologies. В докладах были изложены результаты новых работ, проведенных авторитетным исследовательским центром, известным практически всем российским ученым - Bell Labs. В докладе, который прочитал Джон Амос (John Amoss), сотрудник Подразделения передачи данных Bell Labs, я услышал о новой технологии, называемой U-ADSL. Под буквой «U» скрывается слово Universal, то есть универсальная или всеобщая.
Основные цели, ради которых разрабатывается технология U-ADSL, заключаются в решении следующих задач:
- упростить монтаж оборудования, максимально используя концепцию «Plug and Play», что можно перевести как девиз «Подключай и работай»;
- предложить вариант реализации, предусматривающий размещение аппаратных средств в персональном компьютере, о чем практически договорились такие известные поставщики вычислительной техники как Compaq, Intel и ряд других крупных компаний;
- ввести в следующую версию Microsoft Windows программное обеспечение для поддержки оборудования U-ADSL;
- обеспечить возможность работы оборудования U-ADSL практически при любых (в пределах допустимых для ТФОП норм) параметрах АЛ.
Естественно, что такие требования определяют относительно низкие скорости обмена информацией: в направлении к терминалу эта величина оценивается уровнем 1,5 Мбит/с, а в направлении к сети - 512 кбит/с. Если такие скорости будут приемлемы для большой группы потенциальных пользователей, то эта новая технология сможет найти достойную нишу на рынке оборудования xDSL.
1.5.6. Прогнозы развития сетей абонентского доступа
В этом параграфе приводятся некоторые прогностические оценки, прямо или косвенно связанные с развитием сетей абонентского доступа. Подобные результаты интересны сами по себе. Но они могут оказаться очень полезны при решении ряда практических вопросов создания современных сетей абонентского доступа. Конечно, речь не идет о простом копировании тенденций, свойственных, например, сетям электросвязи в развитых странах. Дело в том, что процессу модернизации российской телекоммуникационной системы присущи весьма специфические особенности.
Итак, мы переходим к результатам прогнозирования. В качестве первого примера целесообразно привести оценки использования различных сред распространения сигналов в перспективных сетях абонентского доступа. Один из интересных прогнозов, касающихся применения традиционных и новых сред распространения сигналов для создания новых АЛ, приведен в [87]. На рисунке 1.17 эти результаты показаны для проектов, выполненных в 1994 году, и для гипотетических сетей доступа 2003 года.
Использование различных сред распространения сигналов
Рисунок 1.17
Интересны, по крайней мере, две тенденции: существенное снижение доли АЛ, построенных на кабелях с медными жилами, и доминирующее положение тех сценариев применения ОК, которые подразумевают использование оптического волокна совместно с другой средой распространения сигналов. Именно такая идея заложена в концепцию FTTC/R, когда ОК прокладывается от коммутационной станции до ШР или аналогичного устройства в составе выносного модуля. А далее (до терминала) используется либо двухпроводная АЛ, либо канал, организуемый с помощью радиотехнического оборудования.
Любопытно и то, что рынок новых АЛ, реализуемых на базе технологии ADSL, оценивается величиной 1%, что, на первый взгляд, представляется странным на фоне многочисленных публикаций по xDSL. Конечно, в ряде других работ приводятся иные, более оптимистические, оценки. Тем не менее, необходимо подчеркнуть, что технологии xDSL рассматриваются большинством специалистов как промежуточное решение. Это отражается и в названиях ряда статей. Приведем название одной из таких публикаций [88] - “ADSL будет жить до победы волоконно-оптических технологий”.
Кстати, автор этой статьи считает, что к концу 2001 года 25% пользователей Internet выберут либо технологию ADSL, либо кабельные модемы. Из работы [41] следует, что в 2001 году объем продаж кабельных модемов и оборудования ADSL будут одинаковым. Таким образом, в начале следующего века примерно 12,5 процентов пользователей Internet будут - в качестве средств доступа - ориентироваться на оборудование ADSL.
Теперь необходимо оценить темпы роста ТФОП и Internet. Обратимся к рисунку 1.18, который заимствован из [89], чтобы сравнить темпы развития двух интересующих нас телекоммуникационных систем.
Тенденции развития четырех телекоммуникационных систем
Рисунок 1.18
Сравнивая крайние диаграммы, можно вычислить соотношение между темпами роста ТФОП и Internet как 1:6,3 к 1994 году. Вероятно, это различие к концу нашего века будет еще больше. Такой вывод вытекает из впечатляющих темпов развития Internet [90, 91]. Несложные логические выкладки позволяют убедиться в том, что прогноз в отношении ADSL выглядит достаточно достоверным. Косвенным подтверждением этих оценок может служить приведенный в [74] прогноз использования технологий, входящих в семейство xDSL. Соответствующие кривые показаны на рисунке 1.19.
Перспективы использования технологий xDSL
Рисунок 1.19
В докладах [92, 93], представленных на форуме Международной Академии Связи в 1997 году, содержатся статистические данные и прогностические оценки емкости всемирной телефонной сети. Если использовать результаты, изложенные в этих докладах, и прогноз, приведенный на рисунке 1.19, то можно сделать приближенные расчеты на 2003 год. Этот год интересен тем, что именно к такой дате относится прогноз применения технологии типа ADSL, который показан на рисунке 1.17.
Емкость всемирной телефонной сети на 2003 год возрастет до 1000 млн номеров [93]. Суммарный рынок технологий xDSL к этому времени - на основе рисунка 1.17 - составит примерно 9,5 млн линий, то есть, доля линий xDSL на рынке средств абонентского доступа составит 0,95%. Эта величина хорошо согласуется с оценкой рынка xDSL, представленной на рисунке 1.17.
Три приведенных выше рисунка более или менее проясняют перспективы использования эксплуатируемых абонентских кабелей с медными жилами. Но не менее важны оценки, касающиеся перспектив внедрения новых сред распространения сигналов, ориентированных, прежде всего, на создание широкополосных каналов связи. Отчасти, ответ на этот вопрос содержит рисунок 1.17. Величина 16% для технологий FTTH/O определяет, в какой-то мере, прогнозируемый спрос на услуги, поддерживаемые широкополосными каналами связи.
Безусловно, эта величина должна уточняться. Один из прогнозов, полезный с точки зрения повышения достоверности соответствующих оценок, приведен в [94]. Рисунок 1.20 иллюстрирует часть приведенных в [94] кривых.
Эволюция широкополосных услуг в США
Рисунок 1.20
Прежде всего, хотелось бы обратить внимание читателей на ось ординат. Соотнесение многих показателей, используемых в электросвязи, с числом жилищ становится традиционным. Ранее широко применялись характеристики, определяющие какую-либо величину в расчете на одного человека, сто человек, одну семью. Классический пример - телефонная плотность.
Телефонный аппарат обычно устанавливается - вне зависимости от числа семей и общего количества живущих людей - в квартире, отдельном доме, на даче, то есть в том месте, которое можно назвать жилище. По этой причине, использование показателей, связанных с понятием “жилище”, представляется весьма разумным. Конечно, любой способ вычисления подобных показателей имеет свои преимущества и недостатки. Но понятие, аналогичное “жилищу”, отсутствует и в официальной государственной статистике. В сборнике “Россия в цифрах” [95] вводится понятие “домохозяйство”. Кстати, “средний размер домохозяйства” - так называется таблица 2.1.8 в [95] - составляет по России 2,84 человека. Если для России и США эти величины примерно равны, то умножением величин по оси ординат (рисунок 1.20) на коэффициент 2,84 можно оценить численность потенциальных пользователей широкополосных услуг.
На рисунке 1.20 показаны четыре кривые. Авторы этого прогноза считают, что наименьшим спросом на рынке широкополосных услуг будет пользоваться видеотелефония. Этот вид связи подразумевает, что корреспондирующие абоненты устанавливают соединение с помощью видеотелефонов, то есть специализированных терминалов. Вряд ли такой вид связи будет популярен среди относительно молодой части населения, ориентирующейся на общение (в том числе, и визуальное) посредством персональных компьютеров. Поэтому “скромный” прогноз потенциального рынка видеотелефонии представляется оправданным.
Следующая кривая иллюстрирует тенденцию спроса на услуги “Видео по заказу”. Поведение этой кривой отражает тот заметный спрос, который характерен для услуги “Видео по заказу”. Можно отметить, что очень похожие прогнозы относительно этой услуги приводятся в ряде статей, которые опубликованы в технической литературе последних лет.
Интересен вид третьей кривой, названной “Плата за просмотр”. В оригинале использована аббревиатура APPV (Advanced Pay Per View). Название услуги подчеркивает тот факт, что клиент платит за время, в течение которого он получает информацию. Оплачиваемое время может начисляться различными способами: только за период просмотра какого-либо фрагмента программы, за всю программу целиком после заранее оговоренной задержки или иным образом. Другая форма расчетов клиента с Оператором заключается в том, что устанавливается плата за канал вне зависимости от времени его использования. Этот вариант так и называется - “Плата за канал”; он известен по аббревиатуре PPC (Pay Per Channel).
Третья кривая относится к улучшенному (Advanced) варианту услуги “Плата за просмотр”; это прилагательное на рисунке 1.20 опущено. В точке, лежащей где-то на рубеже XX и XXI веков, ожидается падение спроса на данную услугу. Эта тенденция имеет достаточно простое объяснение. Услуги типа “Видео по заказу” гораздо привлекательнее для абонентов; ради нее часть клиентов будет отказываться от услуги “Плата за просмотр”.
Наконец, четвертая кривая показывает бурный рост рынка видеоигр. Движущие силы этого вида услуг не нуждаются в комментариях. Они особенно хорошо понятны родителям, чьи дети уже освоили данную сферу развлечений, не всегда благотворно влияющую на здоровье и успехи в учебе.
Интересны приведенные в [96] данные, касающиеся ожидаемого рынка для различных скоростей передачи информации. Соответствующие кривые для ФРГ приведены на рисунке 1.21 в относительных единицах. За «единицу» принят 1997 год, но для 2004 года на каждой кривой приведены и абсолютные значения суммарного числа портов.
Прогноз спроса на различные скорости передачи
Рисунок 1.21
Работа [96] содержит также данные, связанные со скоростью 155 Мбит/с, используемой в качестве стандарта для стыка пользователь-сеть Ш-ЦСИО [97]. Но приведенные (в относительных единицах) данные полностью совпадают с прогностической кривой для 34 Мбит/с.
Если прогнозы, представленные кривыми на рисунке 1.21, достоверны, то вызывает интерес следующая тенденция: менее активный рост числа каналов, реализующих доступ на скорости 2,048 Мбит/с. Возможно, что рисунок 1.22, в какой-то мере, содержит одно из вероятных объяснений. Две кривые, приведенные в [71], пересекаются в точке 2,048 Мбит/с в 1995 году. Это может означать, что в дальнейшем:
- обмен видеоинформацией для услуг, которые не относятся к передаче изображений с высоким качеством, будет, в основном, осуществляться на скоростях, меньших 2,048 Мбит/с;
- распределение телевизионных программ высокого качества и организация стыков пользователь-сеть в Ш-ЦСИО будут ориентированы на цифровые каналы с пропускной способностью выше 2,048 Мбит/с.
Тенденции в области сжатия видеоизображений и повышения пропускной способности кабелей связи
Рисунок 1.22
Вернемся к рисункам 1.20 и 1.21, чтобы рассмотреть важный аспект планирования сети доступа - деление абонентов на две группы: деловые (business) и квартирные (residential). Такой подход можно считать традиционным при проектировании местных телефонных сетей. Иногда в отдельную группу выделяют таксофоны [98], имеющие специфические параметры телефонной нагрузки. В отечественной телефонии эти группы чаще называются “секторами”.
Мне, при выполнении различных работ, попадались статистические данные, относящиеся к различным региональным телекоммуникационным системам. Примечательно то, что структурный состав абонентов и статистика телефонной нагрузки подчиняются закону Парето и правилу ”20:80” [99]. Соотношение между квартирными и деловыми абонентами составляет, примерно, 80:20. Но 20% деловых абонентов создают около 80% междугородной и международной нагрузки. На рисунке 1.23 [100] показан прогноз роста абонентов “квартирного сектора”, которые будут использовать новые телекоммуникационные услуги.
Спрос абонентов квартирного сектора на новые телекоммуникационные услуги
Рисунок 1.23
К 2010 году, судя по характеру кривых, процесс введения новых услуг еще не войдет в фазу “насыщения”. Но уже к этому времени доля квартирных абонентов, усредненная по всем трем кривым, составит 15%. Можно только догадываться о дальнейшем характере изменения трех приведенных на рисунке 1.23 графиков. Одна из наиболее вероятных гипотез заключается в том, что и для новых телекоммуникационных технологий закон Парето и правило “20:80” будут справедливы.