1.Модель, определения и архитектуры сетей доступа
- Построение сети доступа (СД) должно удовлетворять трем видам предоставляемых пользователям услуг электросвязи:
- передача речи (звука, телефонная связь, речевая почта и т.д.);
- передача данных (Интернет, факс, электронная почта, компьютерные файлы, электронные платежи и т.д.);
передача видеоинформации (телевидение, видео по запросу, видеоконференции
и т.д.).
Поэтому изначально необходимо определиться с моделью и архитектурой сети доступа.
Общая архитектура и модель сети доступа рассмотрены в рекомендации ITU-T G.902 (11/95) [1]. Общая архитектура указывает место сети доступа во взаимодействии с другими сетями (рисунок 1.1).
Протокольная модель сети доступа представлена на рисунке 1.2. В модель входят уровни и системы. Уровни: физический, трактов, каналов, поддержки доступа и управления. Системы: управления и поддержки возможностей доступа.
Протокольная модель указывает на возможности реализации различных протокольных (алгоритмических, технологических) решений терминалам пользователей в сети связи. При этом физический уровень поддерживает транспортировку и защиту трафика по физической среде (медному или оптическому кабелю, радио или оптическому каналу) в виде сигналов цифровых систем PDH, SDH, АТМ, пакетов Ethernet, модемной передачи. Физический уровень может быть представлен секциями-участками мультиплексирования и регенерации сигналов.
Уровень трактов обеспечивает создание и обслуживание маршрутов передачи данных для пользователей с различными терминалами и запросами на услуги связи.
Уровень каналов определяет виды каналов сети доступа (физические каналы, виртуальные каналы, каналы определенных услуг и т.д.).
Уровень поддержки доступа чаще всего ассоциируется с сигнальными системами, например, для доступа в телефонную сеть, в сеть N-ISDN, в сеть В-ISDN.
На уровень управления возложены задачи поддержки в исправном состоянии всех протокольных уровней за счет реализации постоянного контроля функций через операционные системы управления. Функции управления полномасштабно могут быть реализованы через специализированные системы управления, которые, как показывает опыт, охватывают сети доступа оператора на больших территориях (в пределах городов, областей).
Система поддержки возможностей доступа может включать такие функции как, прогнозирование услуг, расчет показателей качества и экономических показателей, справочно-информационные функции и т.д.
Протокольная модель сети доступа позволяет более точно определить функции сети доступа: пользовательских интерфейсов; транспортные функции; сервисных портов (интерфейсов) коммутации; встроенные функции; функции системы управления.
Примеры функций интерфейсов пользователей (UNI):
- подключение терминалов пользователей;
- аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование;
- преобразование сигналов (интерфейсов);
- активация/деактивация UNI;
- тестирование;
- контроль, управление, обслуживание.
Примеры функций интерфейсов узлов услуг (SNI):
- подключение сети доступа к сервисным узлам;
- концентрация функций контроля, управления, обслуживания в сети доступа;
- помещение протоколов для части SNI;
- тестирование;
- управление, контроль и обслуживание интерфейса.
Примеры встроенных функций сети доступа:
- концентрация каналов пользователей СД;
- мультиплексирование сигнальной и пакетной информации;
- эмуляция каналов для ATM транспортных функций;
- функции контроля и управления.
Примеры транспортных функций СД:
- мультиплексирование;
- функции кроссирования и конфигурации;
- функции управления;
- функции физической среды (кодирование, контроль ошибок, преобразование сигналов, регенерация и усиление, и т.д.).
Примеры функций системы управления СД:
- конфигурирование и контроль;
- координация ресурсов;
- обнаружение и индикация аварий;
- информирование пользователей и фиксация дат;
- контроль безопасности;
- координация управления критичного по времени;
- управление ресурсами (каналами, трактами, секциями, интерфейсами).
Примеры типов сервисных узлов:
а) индивидуальные подключения пользователей:
- телефонные узлы;
- узлы N-ISDN;
- узлы B-ISDN;
- узлы пакетной коммутации;
- узлы услуг видео.
б) индивидуальные подключения по выделенным линиям и каналам:
- узлы каналов и выделенных линий с определенными услугами;
- сервис по выделенным линиям на основе ATM;
- сервис пакетной передачи по выделенным линиям;
в) сервисные узлы видео и радиопрограмм вещания и по запросу;
г) сервисные узлы видео и радиопрограмм в специальных конфигурациях для цифровой и аналоговой информации;
д) узлы INTERNET.
На рисунке 1.3 представлена базовая структура сети доступа, в которой обозначены все ее участки и составляющие элементы, блоки и системы:
AN, Access Network – сеть доступа (СД) – совокупность абонентских линий и оборудования (станций) местной сети, обеспечивающих доступ абонентских терминалов к транспортной сети и местную связь без выхода на транспортную сеть;
CDN, Center Distribution Node – центральный распределительный узел (головная станция) обеспечивает доступ абонентских устройств к узлам услуг;
NU, Network Unit – сетевой блок обеспечивает первичный доступ через мультиплексирование и концентрацию трафика и каналов;
NT, Network Termination – сетевое окончание позволяет подключать один или несколько пользовательских терминалов ТЕ – Termination Element.
TMN, Telecommunication Management Network – система управления и контроля сетью доступа, связанная с другими компонентами (устройствами) СД через интерфейсы управления, стандартизированными ITU-T.
Линия передачи абонентов STL (Subscriber Transmission Line) соединяет узел предоставления услуг с терминалом сети и проходит сеть доступа. Она может быть образована физической цепью, каналом (аналоговым или цифровым), составным каналом, виртуальным каналом, или группой каналов для одинаковых или различных услуг. Линия передачи проходит через абонентскую линию SL (Subscriber Line), интерфейс UNI, сетевой блок NU, распределительную сеть DN (Distribution Network), узел распределения CDN, соединительную магистраль BN (Backbone Network). Наиболее проблемными участками линии передачи абонента являются SL, называемая в литературе “последней милей”, и распределительная сеть DN.
Рисунок 1.3 Базовый прототип сети доступа.
Рисунок 1.4 Схема построения абонентской линии ГТС
Базовая структура сети доступа существенно отличается от структуры абонентской
линии телефонной сети, в частности на городской телефонной сети (ГТС)
(рисунок 1.4).
В сравнительной оценке с сетью ГТС, СД – это универсальная сеть, в которой могут быть гарантированны любые телекоммуникационные услуги с полосой частот передаваемых сигналов от тональных (0,3-3,4 кГц) до десятков и сотен МГц (для телевизионных сигналов аналогового и цифрового форматов). Для реализации универсальных возможностей СД могут быть использованы оптические системы передачи, системы передачи по медным линиям и радиосистемы. Сети телефонных линий непригодны для широкополосных услуг, однако они могут быть частично в сети доступа на различных участках, например, на участке распределения (рисунок 1.4), соответствующем участку SL сети доступа (рисунок 1.3). Для реализации услуг нетелефонного типа, например, N-ISDN потребуется замена абонентской проводки (рисунок 1.4), выполненной чаще всего кабелем ТРП или ПРППМ, на кабель с высокочастотными витыми парами (категории 5) [8].
Для решения задач создания универсального доступа в телекоммуникационные сети ITU-T предложил в ряде своих рекомендаций типовые структуры сетей доступа с применением электрических и оптических линий, радиолиний, открытых оптических линий, примеры которых приведены на рисунке 1.5.
Среди различных архитектурных решений для СД необходимо выделить пассивную оптическую сеть ПОС или PON (Passive Optical Network), которая отличается относительно низкими расходами на реализацию и обеспечивает интерактивный трафик с широкополосными сигналами на одной или нескольких оптических частотах в одном стекловолокне. В качестве ключевых элементов разветвления в PON могут быть использованы оптические устройства разделения мощности сигнала, которые способны разделять и объединять системы различных направлений передачи оптических частот. Пример PON приведен на рисунке 1.6.
Рисунок 1.5 Типовые архитектуры сети доступа
а) архитектура “каскад
(дерево)
б) архитектура “звезда”;
в) архитектура “кольцо”
Рисунок 1.6 Пример пассивной оптической сети PON
Рисунок 1.7 Примеры технологий проводного доступа
Надежность такой сети обеспечивается дублированием кабельной линии.
Рассмотренные архитектуры могут быть реализованы в СД с различными физическими средами, в том числе и в PON. Условно все реализации систем доступа можно разбить на проводные и беспроводные. Кроме того, сети доступа можно классифицировать по технологическим решениям. Например, технологии проводного доступа представлены на рисунке 1.7. Основой для реализации этих технологий служат медные провода и волоконные световоды.
Обозначения и сокращения на рисунке 1.7:
ТфОП, телефонная сеть общего пользования;
КТВ, кабельное телевидение;
ISDN, Integrated Service Digital Network – цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС);
LAN, Local Area Network – локальная вычислительная сеть(ЛВС);
xDSL, Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия;
OAN, Optical Access Network – оптическая сеть доступа;
Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet – компьютерные технологии передачи данных на скоростях 10 Мбит/c, 100 Мбит/с, 1000 Мбит/с;
FDDI, волоконно-оптический распределительный интерфейс, сеть кольцевого типа с защитой от повреждений;
IDSL, HDSL, SDSL – технология симметричных абонентских линий (I-ISDN, H-высокоскоростная линия (2,048 Мбит/с), S-симметричная однопарная линия со скоростными режимами от 128 кбит/с до 2320 кбит/с);
ADSL, RADSL, G.Lite – несимметричные абонентские линии со скоростями передачи к абоненту не ниже 1 Мбит/с, от абонента 512 кбит/с, с адаптацией к линии и приспособлением скорости в зависимости от помех;
FTTx, FTTH, FTTB, FTTC, FTTCab – активные технологии оптического доступа в дом, в рабочую зону, в шкаф и т.д.
PON, APON, EPON, BPON, GPON – Технологии пассивных оптических сетей (ATM PON, Ethernet PON, Broadband PON, Gigabit rate PON).
В завершении раздела необходимо отметить, что использование волоконной оптики для построения СД стало возможным из-за снижения цены на волоконно-оптический кабель, однако это понижение ещё не стало решающим (2 тыс. долларов 8 волокон 1км), поэтому использование других менее эффективных по полосе частот сред передачи (медных и биметаллических кабелей) остаётся актуальным в проводных сетях.