Электронное учебное пособи  на тему: Последняя миля

  "xDSL"   "FTTx "   "Wi-Fi"

1 Разработка блока "Лекционный материал"

1.1 Основные типы xDSL

хDSL — (Digital Subscribe Line, DSL) Технология цифровой абонентской линии

Семейство технологий, позволяющих значительно расширить пропускную способность абонентской линии местной телефонной сети путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.

Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества, как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL, различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

Службы xDSL разрабатывались для решения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуры абонента, такой как телефонный аппарат, факс и т.д., скорость работы должна быть выше теоретического предела в 56 Кбит/сек., и наконец, они должны обеспечивать постоянное подключение.

К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Существующие технологии xDSL разработаны для достижения определенных целей и удовлетворения определенных нужд рынка. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.

Таблица 1.1. Сравнительный анализ технологий xDSL

Принцип формирования сигнала.

Принцип формирования сигнала, рассмотрим на примере наиболее распространенной технологии ADSL. Линия ADSL соединяет два модема ADSL, которые подключены к каждому концу витой пары телефонного кабеля (смотрите рисунок 1). При этом организуются три информационных канала — «нисходящий» поток передачи данных, «восходящий» поток передачи данных и канал обычной телефонной связи (POTS) (смотрите рисунок 2). Канал телефонной связи выделяется с помощью фильтров, что гарантирует работу вашего телефона даже при аварии соединения ADSL.

Рисунок 1.1.1 - Соединение ADSL

Рисунок 1.1.2  - Частотный канал

ADSL является асимметричной технологией — скорость «нисходящего» потока данных (т.е. тех данных, которые передаются в сторону конечного пользователя) выше, чем скорость «восходящего» потока данных (в свою очередь передаваемого от пользователя в сторону сети). Сразу же следует сказать, что не следует искать здесь причину для беспокойства. Скорость передачи данных от пользователя (более «медленное» направление передачи данных) все равно значительно выше, чем при использовании аналогового модема. Фактически же она также значительно выше, чем ISDN (Integrated Services Digital Network — Интегральная цифровая сеть связи).

Для сжатия большого объема информации, передаваемой по витой паре телефонных проводов, в технологии ADSL используется цифровая обработка сигнала и специально созданные алгоритмы, усовершенствованные аналоговые фильтры и аналого-цифровые преобразователи. Телефонные линии большой протяженности могут ослабить передаваемый высокочастотный сигнал (например, на частоте 1 МГц, что является обычной скоростью передачи для ADSL) на величину до 90 дБ. Это заставляет аналоговые системы модема ADSL работать с достаточно большой нагрузкой, позволяющей иметь большой динамический диапазон и низкий уровень шумов.

Технология ADSL использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (также называемых несущими). Это позволяет одновременно передавать несколько сигналов по одной линии. Точно такой же принцип лежит в основе кабельного телевидения, когда каждый пользователь имеет специальный преобразователь, декодирующий сигнал и позволяющий видеть на экране телевизора футбольный матч или увлекательный фильм. При использовании ADSL разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных. Этот процесс известен как частотное уплотнение линии связи (Frequency Division Multiplexing — FDM) (смотрите рисунок 3). При FDM один диапазон выделяется для передачи «восходящего» потока данных, а другой диапазон для «нисходящего» потока данных. Диапазон «нисходящего» потока в свою очередь делится на один или несколько высокоскоростных каналов и один или несколько низкоскоростных каналов передачи данных. Диапазон «восходящего» потока также делится на один или несколько низкоскоростных каналов передачи данных. Кроме этого может применяться технология эхокомпенсации (Echo Cancellation), при использовании которой диапазоны «восходящего» и «нисходящего» потоков перекрываются (рисунок 3) и разделяются средствами местной эхокомпенсации.

Рисунок 1.1.3 - Частотное уплотнение

Именно таким образом ADSL может обеспечить, например, одновременную высокоскоростную передачу данных, передачу видеосигнала и передачу факса. И все это без прерывания обычной телефонной связи, для которой используется та же телефонная линия. Технология предусматривает резервирование определенной полосы частот для обычной телефонной связи (или POTS — Plain Old Telephone Service). При этом телефонный разговор можно вести одновременно с высокоскоростной передачей данных, а не выбирать одно из двух. Более того, даже если у вас отключат электричество, обычная «старая добрая» телефонная связь будет работать по-прежнему и с вызовом электрика у вас никаких проблем не возникнет. Обеспечение такой возможности было одним из разделов оригинального плана разработки ADSL. Все остальные технологии имеют приблизительно такой же принцип построения сигнала.

R-ADSL

Технология R-ADSL обеспечивает такую же скорость передачи данных, что и технология ADSL, но при этом позволяет адаптировать скорость передачи к протяженности и состоянию используемой витой пары проводов. При использовании технологии R-ADSL соединение на разных телефонных линиях будет иметь разную скорость передачи данных. Скорость передачи данных может выбираться при синхронизации линии, во время соединения или по сигналу, поступающему от станции.

В принципе под RADSL понимается любой xDSL-модем, имеющий функцию автоматической подстройки скорости соединения. Такой модем может автоматически настраивать скорость передачи в соответствии с электрическими параметрами линии. Если модем подключается к протяженной линии, он автоматически понижает скорость передачи данных, обеспечивая установку соединения с наивысшей возможной скоростью передачи данных. Благодаря своей адаптивности технология RADSL устраняет большое количество проблем, которые могут возникнуть при использовании DSL. Технология RADSL призвана обеспечить гибкость в предоставлении услуг пользователям. Данная технология производит автоматическую подстройку скорости передачи данных по линии, которая базируется на проведении серии начальных тестов, позволяющих определить максимально возможную скорость передачи данных по конкретной телефонной линии. Скорость передачи данных при использовании технологии ADSL зависит от многих условий, и в первую очередь - от длины абонентской линии и типа применяемых кабелей. Как правило, длина абонентских линий (т.е. расстояние от телефонной станции до абонента) может различаться в достаточно широких пределах, причем на длине абонентской линии часто используются кабели с проводниками различного сечения. Поэтому электрические характеристики абонентских линий (и особенно их затухание) могут иметь значительный разброс. Даже такой фактор, как изменение температуры кабеля, может влиять на допустимую скорость передачи данных, с которой может осуществляться передача по определенной телефонной линии. Так как RADSL позволяет автоматически получить максимально возможную скорость передачи данных по каждой конкретной линии, то нет необходимости в трудоёмкой ручной настройки линии ADSL.

Основными преимуществами RADSL являются:

- снижение трудозатрат на проверку абонентской линии;

- минимизация затрат на обслуживание задач.

G. Lite (ADSL.Lite)

ADSL Lite представляет собой низкоскоростной (относительно) вариант технологии ADSL, обеспечивающий скорость "нисходящего" потока данных до 1 Мбит/с и скорость "восходящего" потока данных до 512 Кбит/с. Технология ADSL Lite позволяет передавать данные по более длинным линиям, чем ADSL, более проста в установке и имеет меньшую стоимость, что обеспечивает ее привлекательность для массового пользователя.

ADSL Lite, или G.Lite, является наименее скоростной среди членов семейства. Она была разработана специально из расчета на подключение индивидуальных клиентов к сети Интернет. При этом не требуется разделитель, за счет снижения скорости передачи повышены надежность и дальность связи. Разработка этой технологии направлялась рабочей группой 15 ITU (International Telecommunications Union -- Международный союз по телекоммуникациям) и закончилась принятием стандарта G.992.2 в октябре 1998 года. Дополнительные стандарты, предназначенные для обеспечения совместимости, выпущены или разрабатываются ANSI, форумом ATM и форумом ADSL.

IDSL

Технология IDSL обеспечивает полностью дуплексную передачу данных на скорости до 144 Кбит/с. В отличие от ADSL возможности IDSL ограничиваются только передачей данных. Несмотря на то, что IDSL, также как и ISDN, использует модуляцию 2B1Q, между ними имеется ряд отличий. В отличие от ISDN линия IDSL является некоммутируемой линией, не приводящей к увеличению нагрузки на коммутационное оборудование провайдера. Также линия IDSL является «постоянно включенной» (как и любая линия, организованная с использованием технологии DSL), в то время как ISDN требует установки соединения.

HDSL

Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря скорости передачи (1,544 Мбит/с по двум парам проводов и 2,048 Мбит/с по трем парам проводов) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы линиям T1/E1. (Линии Т1 используются в Северной Америке и обеспечивают скорость передачи данных 1,544 Мбит/с). Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные, меньше, чем при использовании технологии ADSL, для недорогого, но эффективного, увеличения длины линии HDSL телефонные компании могут установить специальные повторители. Использование для организации линии HDSL двух или трех витых пар телефонных проводов делает эту систему идеальным решением для соединения УАТС, серверов Интернет, локальных сетей и т.п. Технология HDSL2 является логическим результатом развития технологии HDSL. Данная технология обеспечивает характеристики, аналогичные технологии HDSL, но при этом использует только одну пару проводов.

SDSL

Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям линии Т1/Е1, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено 3 км. В пределах этого расстояния технология SDSL обеспечивает, например, работу системы организации видеоконференций, когда требуется поддерживать одинаковые потоки передачи данных в оба направления. В определенном смысле технология SDSL является предшественником технологии HDSL2.

SDSL - это технология, использующая широкополосную модуляцию. Технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростью до 2,3 Мбит/с. Для организации доступа по SDSL технологии, в зависимости от марок применяемых модемов, необходимо выделение прямого провода (физической двухпроводной линии), который заказывается и организуется оператором связи. Скорость доступа при подключении по SDSL определяется техническими характеристиками, протяжённостью конкретной линии связи, соединяющей пользователя и провайдера, и конкретной маркой SDSL модема. SDSL даёт возможность объединить разрозненные локальные сети, выстраивая их в единую корпоративную сеть, что позволяет значительно экономить средства и время при обмене информацией между филиалами предприятия. Технология SDSL позволяет организовать видеоконференцию, когда требуется поддерживать одинаковые потоки передачи данных в оба направления. Отработанные решения провайдера обеспечивают достаточный уровень информационной безопасности Вашей корпоративной сети.

Для подключения к сети Интернет по технологии SDSL клиент по желанию может самостоятельно приобрести модем либо взять его в аренду. На сегодняшний день мы предоставляем в аренду модемы Lucent DSL Pipe. А также имеем опыт работы со следующими марками модемов: Zyxel Prestige 782 R, PairGain 300 S, Agate - 200.

SHDSL

SHDSL (Simmetric High Speed Digital Subscriber Line) - симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, наиболее современный тип технологии DSL, нацелен, прежде всего, на обеспечение гарантированного качества обслуживания, то есть при заданной скорости и дальности передачи данных обеспечить уровень ошибок не хуже 10-7 даже в самых неблагоприятных шумовых условиях.

 Этот стандарт является развитием HDSL, поскольку он позволяет передавать цифровой поток по одной паре.

Технология SHDSL имеет несколько важных преимуществ по сравнению с HDSL. Прежде всего, это лучшие характеристики (в отношении предельной длины линии и запаса по шумам) за счет применения более эффективного кода, механизма предварительного кодирования, более совершенных методов коррекции и улучшенных параметров интерфейса. Эта технология спектрально совместима и с другими технологиями DSL. Поскольку новая система использует более эффективный линейный код по сравнению с HDSL, то при любой скорости сигнал SHDSL занимает более узкую полосу частот, чем соответствующий той же скорости сигнал HDSL. Поэтому, создаваемые системой SHDSL, помехи для других систем DSL имеют меньшую мощность по сравнению с помехами от HDSL. Спектральная плотность сигнала SHDSL имеет такую форму, что он оказывается спектрально совместим с сигналами ADSL. В результате этого, по сравнению  с  однопарным  вариантом  HDSL, SHDSL  позволяет  повысить на  35-45% скорость  передачи при  той же дальности или  увеличить дальность на 15-20% при той же скорости.

 Для организации доступа по SHDSL необходима выделенная линия (физическая двухпроводная линия). Скорость доступа при подключении по SHDSL определяется техническими характеристиками, протяжённостью конкретной линии связи и конкретной маркой модема, в среднем достижение полной скорости возможно на двухпроводных линиях протяженностью 1,5 км. при диаметре медного провода около 0,4 мм.

 Технология SHDSL обеспечивает симметричный трафик по одной витой паре в диапазоне скоростей: от 192 Кбит/c до 2.3 Mбит/c, а по двойной паре «4-wire mode».  - от 384 кбит/c до 5 Mбит/c.

 SHDSL даёт возможность объединить разрозненные локальные сети в единую корпоративную сеть, что позволяет значительно экономить средства и время при обмене информацией между филиалами предприятия, обеспечивая достаточный уровень информационной безопасности корпоративной сети. SHDSL позволяет организовать видеоконференции, когда требуется поддерживать одинаковые потоки передачи данных в обоих направлениях.

 Одним из основных преимуществ технологии SHDSL является возможность использования уже существующих (проложенных и реально работающих) медных пар проводов абонентских телефонных линий, которых имеется по всему миру огромное количество.

SHDSL имеет ряд отличий от SDSL. Также как и технология HDSL, технология SDSL обеспечивает симметричную передачу данных со скоростями, соответствующими скоростям Т1/Е1 линий, но при этом технология SDSL имеет два важных отличия. Во-первых, используется только одна витая пара проводов, а во-вторых, максимальное расстояние передачи ограничено 3 км. Технология обеспечивает необходимые для представителей бизнеса преимущества: высокоскоростной доступ в сеть Интернет, организация многоканальной телефонной связи (технология VoDSL) и т.п

SHDSL - G.shdsl, Singlepair Highspeed Digital Subscriber Line – высокоскоростная симметричная цифровая абонентская линия по 1 паре.

 Эта технология позволяет увеличить длину DSL линии до 20 км (с регенераторами) по сравнению со стандартами, используемыми в настоящее время (по которым предельная длина абонентской линии составляет приблизительно 5- 6 км).

На сегодняшний день существует три основных категории стандартов SHDSL: ANSI (T1E1.4/2001-174) для Северной Америки, ETSI (TS 101524) для Европы и ITU-T (G. 991.2) во всем мире. Все эти стандарты были опубликованы и являются устойчивыми. Все стандартные разновидности ADSL (ITU G.992.1, G.992.2, и ANSI T1.413-I2) построены на одной и той же методике — дискретной многочастотной модуляции (Discrete Multi Tone - DMT).

 В SHDSL линиях можно использовать репитеры. Дополнительные репитеры могут быть использованы как для двойной пары, так и для одинарной пары. Стандарт ITU поддерживает до восьми ретитеров в каждой паре, которая позволяет уменьшать помехи и регенерировать сигналы перед их передачей в следующий сегмент, что в свою очередь увеличивает расстояние передачи.

 SHDSL стандарт поддерживает такую дополнительную функцию, как способность увеличения скорости и расстояния передачи данных при использовании двух пар проводов - «4-wire mode». Нагрузка распределяется в равных соотношениях по двум парам, но при этом осуществляется одновременная передача данных.

SHDSL стандарт совместим с другими DSL стандартами. «Симметричные» варианты DSL (SDSL и HDSL) можно использовать как для подключения компаний к Internet, так и для передачи трафика между сегментами Fast Ethernet сетей. Современные xDSL технологии облегчают решение тех задач, где требуются высокоскоростные соединения: создание сети Intranet в территориально распределенной компании, организация доступа к транспортным сетям передачи данных и т. п.

 SHDSL технология поддерживают такие протоколы как TDM, ATM, Frame Relay, а так же другие сетевые протоколы. Что позволяет осуществлять построение территориально распределённых корпоративных сетей, а также применять в составе решений, связанных с обеспечением гарантированной пропускной способности канала передачи данных (VoIP, видеоконференции и т. п.).

 Используя высокочастотные ресурсы канала и такие пакетные технологии, как АТМ или IP, интегрированные устройства доступа с функциями VoDSL позволяют одновременно с высокоскоростным потоком данных организовать несколько (скажем, 4, 8, 16 или 24) телефонных каналов. Системы VoDSL помогут традиционным операторам решить проблему телефонизации квартирного и сформировать привлекательные предложения для бизнес-пользователей.

 SHSDL технология обеспечивает взаимную совместимость оборудования различных производителей. Для этого в G.shdsl был включен стандарт G.hs.bis (G.844.1), в котором описывается процедура инициализации соединения. Предусмотрено два варианта процедуры. В первом случае - оборудование LTU (установленное на АТС) диктует NTU (оборудованию клиента) параметры соединения, во втором — оба устройства «договариваются» о скорости передачи с учетом состояния линии. Учитывая неизвестные начальные условия, во время инициализации для гарантированного установления соединения обмен данными осуществляется с низкой скоростью, а передача — с использованием одного из классических методов модуляции (DPSK).

 SHDSL технология позволяют осуществлять как высокоскоростной доступ в Интернет, так и быструю и качественную передачу большого количества информации. Также, с помощью SHDSL технологии, возможно не только получать информацию из Интернет, но и пользоваться IP-телефонией (городская, междугородняя, международная связь) и видеоконференцсвязью.

VDSL

Технология VDSL является наиболее «быстрой» технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных «нисходящего» потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных «восходящего» потока в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. В симметричном режиме поддерживаются скорости до 26 Мбит/с. Технология VDSL может рассматриваться как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя. Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 метров до 1300 метров. То есть, либо длина абонентской линии не должна превышать данного значения, либо оптико-волоконный кабель должен быть подведен поближе к пользователю (например, заведен в здание, в котором находится много потенциальных пользователей). Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео по запросу и т.п.

VDSL открывает новые возможности в двух ключевых областях:

корпоративные сети передачи данных –  симметричная версия;   

сверхвысокоскоростная передача данных в сторону пользователя –  например, пользователей, находящихся в многоквартирных жилых домах.

В обоих случаях VDSL в качестве конечного участка линии передачи использует существующие телефонные линии. При этом данные в существующие телефонные линии будут передаваться от коммутационной сетевой станции по оптико-волоконному кабелю до сетевой стороны узла доступа. К абонентской стороне узла доступа будут подключены существующие медные абонентские линии (АЛ). При длине медного участка абонентской линии порядка 300 метров VDSL обеспечивает скорость передачи данных, более чем в шесть раз превышающую максимально возможную скорость передачи данных ADSL. VDSL (Very-High Digital Subscriber Line – сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) является более высокой ступенью "лестницы скорости" по сравнению с ADSL. Однако за повышение скорости передачи при использовании технологии VDSL приходится платить сокращением металлического участка смешанной меднооптической линии абонентского доступа. Кроме того, VDSL, как упоминалось выше, имеет два режима работы: асимметричный и несимметричный. Именно в этом заключается ключевое различие между VDSL и ADSL, представляющей собой асимметричную систему.

При передаче на короткое расстояние VDSL может обеспечить скорость передачи данных в сторону пользователя до 52 Мбит/с. Это несравнимо с той скоростью передачи данных в сторону пользователя, которую может обеспечить ADSL, а именно 8 Мбит/с, и так же больше по сравнению  с ADSL2+ (до 24 Мбит/с).

Что же касается скорости передачи данных от пользователя, то асимметричная версия VDSL обеспечивает скорость передачи данных, значительно более низкую, чем при передаче в сторону пользователя, но и эта скорость будет выше, чем та, что обеспечивает система ADSL.

Идеальными областями использования VDSL являются следующие:

- подача большого количества телевизионных каналов в многоквартирные дома;

- передача данных со сверхвысокой скоростью;

- система распределения данных с передачей на короткое расстояние;

- видеоконференции;

- комбинированная передача данных и видео по одной и той же линии.

Оборудование DSL

Современные концентраторы DSL представляют собой оборудование нового поколения, позволяющее подключать абонентов к сети передачи данных, используя последние технологии, и имеющее сетевые интерфейсы, такие как Ethernet, ATM, SDH. Концентраторы устанавливаются в местах концентрации пользователей на стороне оператора связи и позволяют абонентам получать высокоскоростной доступ к сетям передачи данных, сохраняя при этом существующую инфраструктуру и доступ к ТфОП.

На сегодняшний день число производителей и поставщиков устройств подобного рода составляет несколько сотен, и выбрать нужное оборудование не так просто. Требования, которые предъявляет потребитель к разным классам DSL-оборудования, существенно различаются. Имеют значение: надежность, размеры, плотность портов, потребляемая мощность. Например, надежность концентраторов операторского класса должна быть значительно выше, чем у концентраторов для кампусных приложений, где непродолжительные сбои в передаче трафика не столь критичны. Использование медной проводки и простая процедура установки концентратора делают первоначальные вложения для создания сети доступа минимальными. Таким образом, использование концентраторов позволяет абонентам получать дополнительные виды услуг, а операторам - дополнительные виды дохода.

Типы и область применения концентраторов

Исходя из поставленных задач и требований абонентов, а также учитывая особенности инфраструктуры, оператор выбирает оптимальную технологию доступа. Тип концентратора определяется в зависимости от используемой технологии, например, ADSL, SHDSL, VDSL и др. Основными критериями при выборе являются: количество и плотность расположения абонентов, качество существующей проводки, длина абонентской линии и требуемая полоса пропускания.

Параметры линии связи

Абонентская телефонная линия, при использовании её для технологии ADSL, должна обладать следующими параметрами:

Первичные параметры

Сопротивление шлейфа – не более 900 Ом

Сопротивление изоляции номинальное – более 40 МОм

Ёмкость шлейфа – не более 300 нФ

Ёмкостная асимметрия – не более 10 нФ, или не более 5 %.

Работа при увеличении шлейфа и заниженной изоляции возможна при условии качественного станционного оборудования, при пониженной скорости передачи данных

Вторичные параметры

Затухание сигнала (Line Attenuation):

до 20 dB — отличная линия

от 20 dB до 40 dB — рабочая линия

от 40 dB до 50 dB — возможны сбои

от 50 dB до 60 dB — периодически пропадает синхронизация

от 60 dB и выше — оборудование работать не будет

Уровень шума (дБ относительно 1 мВт при сопротивлении нагрузки 600 Ом):

от −65 dBm до −51 dBm — линия отличная

от −50 dBm до −36 dBm — хорошая линия

от −35 dBm до −20 dBm — работа с периодическими сбоями

от −19 dBm и ниже — работа оборудования невозможна

SN Margin (AKA Signal или Noise Margin или Signal-to-Noise Ratio (SNR)):

до 7 dB — плохая линия, присутствуют проблемы синхронизации

от 7 dB до 10 dB — возможны сбои

от 10 dB до 20 dB — хорошая линия, без проблем с синхронизацией

от 20 dB до 29 dB — очень хорошая линия

от 29 dB — отличная линия

Для ADSL линии рекомендуется к использованию витая пара (а не «ТРП»), в противном случае снижается пропускная способность канала передачи данных.

Технология  FTTX

FTTX

В мире все больше растет интерес к развертыванию сетей доступа с возможностью предоставлением абоненту широкополосного канала связи. Причиной данного интереса служит быстрый рост требований к полосе пропускания сетей связи, обусловленный появлением новых широкополосных услуг. К таким услугам можно отнести услуги для бизнеса (видеоконференц-связь, удаленное обучение, телемедицина) и развлекательные услуги (видео по запросу, цифровое вещание, HDTV, on-line игры и т.д.). Используемые в настоящее время технологии не могут предоставить экономически выгодного решения для удовлетворения растущих потребностей, поэтому в ход идут не совсем привычные технологии.

Одна из них - FTTx (Fiber To The ... — «волокно до …») - технология организации сетей доступа с доведением оптического волокна до определенной точки. Волоконно-оптические коммуникации имеют ряд преимуществ по сравнению с электронными системами, использующими передающие среды на металлической основе. В волоконно-оптических системах передаваемые сигналы не искажаются ни одной из форм внешних электронных, магнитных или радиочастотных помех. Таким образом, оптические кабели полностью невосприимчивы к помехам, вызываемым молниями или источниками высокого напряжения. Более того, оптическое волокно не испускает излучения, что делает его идеальным для соответствия требованиям современных стандартов к компьютерным приложениям. Вследствие того, что оптические сигналы не требуют наличия системы заземления, передатчик и приемник электрически изолированы друг от друга и свободны от проблем, связанных с возникновением паразитных токовых петель. Несмотря на то, что FTTx - технология не новая, однако широкое распространение она получает именно сейчас.

Есть несколько вариантов реализации FTTx, из них можно выделить:

FTTN (Fiber to the Node) — волокно до сетевого узла;

FTTC (Fiber to the Curb) — волокно до микрорайона, квартала или группы домов;

FTTB (Fiber to the Building) — волокно до здания;

FTTH (Fiber to the Home) — волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

Рассмотрим более подробно два варианта FTTx.

Рисунок 1.2.1 - FTTB

FTTB

При использовании варианта FTTB оптическое волокно заводится в дом, как правило, на цокольный этаж или на чердак (что более экономически эффективно) и подключается к устройству ONU (Optical Network Unit). На стороне оператора связи устанавливается терминал оптической линии OLT (Optical Line Terminal). OLT является primary устройством и определяет параметры обмена трафика (например, интервалы времени приема/передачи сигнала) с абонентскими устройствами ONU (или ONT, в случае FTTH).

Дальнейшее распределение сети по дому происходит по «витой паре».

Этот подход целесообразно применять в случае развертывания сети в многоквартирных домах и бизнес-центрах среднего класса. В FTTB нет необходимости прокладывать дорогостоящий оптический кабель с большим количеством волокон, как при использовании FTTH.

FTTH

FTTH подразумевает доведение оптического волокна до квартиры или частного дома пользователя. Существует два типа организации FTTH сетей: на базе Ethernet и на базе PON.

Архитектура FTTH

FTTH (Fiber To The Home) - оптика в дом, квартиру. Применительно к российским условиям эксплуатации такое решение является очень дорогостоящим, т.к. требует большого числа оптических передатчиков (цена на которые много выше цены на оптические приемники).

В связи с этим под FTTH понимаются чисто волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), выходы оптических узлов (ОУ) которых непосредственно (т.е. без дополнительных усилителей) связаны с абонентскими терминалами, например, STB (Set-Top-Box) или телевизором. Очевидно, что использование технологии FTTH подразумевает под собой большее число ОУ и более протяженные ВОЛС в сравнении с любой другой технологией (FTTH или FTTB).

Рисунок  1.2.2 – Технология FTTH

Технология FTTH обладает следующими отличительными особенностями:

Более высокая надежность. Все мультисервисные сети передачи данных и телевидения, построенные только с использованием оптических активных компонентов, как правило, обладают очень высокой надежностью. Важен и тот факт, что отпадает необходимость в использовании дистанционного (т.е. по коаксиальному кабелю) питания, которое часто доставляет много хлопот кабельным операторам. Более того, если предусмотреть резервные оптические волокна (ОВ) в волоконно-оптическом кабеле (ВОК), появляется возможность реализации ручного и/или автоматического резервирования как по направлениям (кольцевое резервирование), так и по жилам с минимальными затратами.

Простота переконфигурации сети за счет установки в основных узлах распределения оптических кроссовых шкафов. Перекоммутация осуществляется за счет простейшей переустановки патчкордов по соответствующим направлениям (с помощью пигтейлов).

Простота построения параллельных сетей является одним из важнейших достоинств. Ведь ВОЛС представляет собой идеальную многоканальную (на физическом уровне) транспортную сеть с великолепными особенностями: сверхширокополосность, помехозащищенность от всех видов электромагнитных наводок, малые погонные потери, низкая чувствительность к температурным воздействиям, высокая защита от несанкционированного подключения и др. Наиболее часто в таких сетях услуги передачи данных (включая доступ в Internet) реализуются с использованием Ethernet технологии, как наиболее универсальной и скоростной.

Не вдаваясь в математический анализ, можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

Сети с FTTH технологией несколько дороже аналогичных сетей с FTTC технологией. Разница в ценовой политике обычно составляет порядка 10-30%.

Без учета стоимости дополнительного оборудования для предоставления услуг по передаче данных и правильного выбора оборудования по ценовой политике с учетом специфики структуры FTTH сети, разница в суммарной стоимости может быть сведена к нулю.

Сети построенные по технологии FTTB близки по своим особенностям к FTTH сетям, однако несколько дешевле FTTH сетей и дороже FTTC сетей.

Сети построенные по технологии FTTH за счет прокладываемой многожильной оптики допускают одновременное наложение перспективных высокоскоростных универсальных Ethernet сетей.

Вновь строящиеся сети целесообразно сразу строить по технологии FTTH с последующим их наращиванием до параллельных сетей.

Для операторов, уже эксплуатирующих HFC классическую сеть, не имеет смысла бросаться до тотальной перестройки своей сети до технологии FTTH. Логичнее действовать поэтапно, подтягиваю оптику ближе к абоненту, но при этом сразу резервировать ОВ под будущие перспективные цифровые технологии. Построение комбинированных FTTH сетей имеет свои особенности, особенно в рамках жесткой ценовой политики. При разработке сети нужно также учитывать востребованость абонентами услуг предоставляемых оператором кабельного телевидения. Технология FTTH превосходит остальные технологии по всем параметрам, кроме цены стоимости оборудования и последующего монтажа элементов сети. Дороговизна оборудования отразится, прежде всего, на стоимости подключения и тарификации. FTTC и FTTB технологии похожи ценовая разница при их построении несущественна и составляет не более 10%, но FTTB имеет ряд преимуществ: более глубокое проникновение оптической составляющей и как следствие легкая модернизация до FTTH. Также к достоинствам можно отнести низкую подверженность внешним факторам за счет уменьшения коаксиальной части.

Решение на базе Ethernet

В решении Ethernet FTTH для коммутации линий подразумевается использование коммутаторов с оптическими портами или оптическими трансиверами. Коммутаторы объединяются либо в «кольцо» Ethernet (GE или 10GE), либо по топологии «звезда» и располагаются на цокольном или чердачном этаже (в зависимости от способа заведения магистрального волокна в дом). К портам коммутатора подключаются устройства конечных пользователей. Такой подход обеспечивает высокий уровень надежности за счет возможности резервирования оптических каналов, и обеспечивает преемственность с существующей «медной» инфраструктурой. К недостаткам Ethernet FTTH можно отнести узкую полосу пропускания и недостаточные возможности масштабирования.

На территории абонента (в квартире или коттедже) используются устройства CPE (Customer Premise Equipment).

Рисунок 1.2.3 - FTTH

Решение на базе PON

При использовании решения на базе PON - пассивной оптической сети - для развертывания сети FTTH оптоволоконная линия распределяется по абонентам с помощью пассивных оптических разветвителей (сплиттеров) с коэффициентом деления от 1:2 до 1:128.

В стандартной оптической сети PON на стороне провайдера связи используются OLT (Optical Line Terminal), а в качестве абонентских устройств применяются ONT (Optical Network Terminal).

ONT представляет из себя более сложное устройство, чем CPE, используемого в Ethernet решении. Кроме функций предоставления широкополосного доступа и поддержки сервисов, ONT должен дополнительно поддерживать:

-  протокол управления доступом к PON;

- лазеры пакетного режима (burst-mode lasers), обеспечивающие передачу данных ONT только в определенные терминалом OLT отрезки времени;

- повышенная мощность сигнала (требуется учитывать потери на делителях и пр.);

- шифрование;

- высокая производительность.

Эти дополнительные функции обусловливают значительно более высокую стоимость устройства ONT для архитектуры PON, чем устройства Ethernet FTTH CPE.

Сети кабельного телевидения и телекоммуникационные сети, существовавшие ранее отдельно друг от друга, стремятся к слиянию. Сравним ранее существовавшую схему доставки абоненту услуг телефонии, доступа в Интернет и кабельного ТВ по трем отдельным сетям с единой мультисервисной сетью.

Мультисервисные Ethernet-сети с унифицированным набором оборудования и единым управлением сетью снижают издержки оператора и увеличивают его прибыль. Удешевление элементов инфраструктуры оптоволоконных сетей и их практически неограниченные возможности по передаче больших объемов информации позволяют дать конечному потребителю качественный клиентский сервис и решить в комплексе потребности абонента по пользованию телефонной связью, доступу в Интернет и просмотру видеопрограмм.

Широкое распространение сетей широкополосного доступа в крупных городах, снижение цен на хранители информации, появление недорогих видеокамер с IP-интерфейсом, совершенствование технологий передачи видеопротоколов ведет к внедрению операторами систем IPTV, предназначенным для передачи кодированного видеосигнала (MPEG-2 или MPEG-4) по Ethernet-сети.

Перспективной технологией и основой для построения такой мультисервисной сети является технология РОN.

PON (пассивные оптические сети) — это семейство быстро развивающихся, наиболее перспективных технологий широкополосного мультисервисного доступа по оптическому волокну. Суть технологии PON вытекает из ее названия и состоит в том, что ее распределительная сеть строится без использования активных компонентов: разветвление оптического сигнала в одноволоконной оптической линии связи осуществляется с помощью пассивных разветвителей оптической мощности — сплиттеров.

Структурно любая пассивная оптическая сеть состоит из трех главных элементов — станционного терминала OLT (Центральный узел OLT (Optical Line Terminal) – шасси, устанавливаемое в центральном офисе, способное принимать потоки данных со стороны магистральных сетей и формировать нисходящий поток к абонентским терминалам по дереву EPON, пассивных оптических сплиттеров и абонентского терминала ONT (Терминал ONU (Optical Network Unit) или ONT (Optical Network Terminal) – сетевой Ethernet-маршрутизатор, имеющий интерфейс для подключения к дереву PON. Число терминалов, подключенных к шасси, ограничивается лишь бюджетом мощности и максимальной скоростью приемопередающей аппаратуры.). Терминал OLT обеспечивает взаимодействие сети PON с внешними сетями, сплиттеры осуществляют разветвление (оптический разветвитель – распределяет поток оптического излучения в одном направлении и объединяющий несколько потоков в обратном направлении. В сетях PON наиболее часто используют разветвители 1xN с одним входным портом; разветвители 2xN могут использоваться в системе с резервированием по волокну.) оптического сигнала на участке тракта PON, а ONT имеет необходимые интерфейсы взаимодействия с абонентской стороны.

На основе архитектуры PON возможны решения с использованием логической топологии «точка-многоточка» (point-to-multipoint). К одному порту центрального узла можно подключить целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов. При этом пассивные оптические разветвители (сплиттеры) устанавливаются в промежуточных узлах дерева и не требуют питания и обслуживания.

Основная идея архитектуры PON — использование всего одного приемопередающего модуля в OLT для передачи информации множеству абонентских устройств ONT и приема информации от них.

Требования потребителей к скорости доставки информации из Интернет растут по экспоненте. Сегодня в крупных городах 10 Мбит/с являются совершенно обычным делом. Причины этого процесса остаются неизменными уже давно — передача голоса и видео, мультимедиа, телевидение (в последнее время также и в версии высокого разрешения). Соответственно битрейты постоянно возрастают.

Существенную часть затрат любого провайдерского проекта несет кабельная инфраструктура. Здесь учитывается не только стоимость кабеля, но и его прокладки, которая в случае работы в уже существующей инфраструктуре может быть очень велика. Так же необходимо чтобы вложения работали долго, не требовали частых обновлений и имели хороший запас по нужным параметрам. С этой точки зрения оптические каналы связи сегодня это наиболее производительный способ обеспечения сетевого соединения устройств. При этом классическая архитектура предполагает топологию «точка-точка», когда каждая линия имеет свои выделенные порты с каждой стороны, а при необходимости создания «ответвлений» требуется установка активного оборудования в узле. Так что наиболее удачно она может использоваться для одиночных линий большой протяженности.

В некоторых ситуациях более удобной может оказаться древовидная топология, которая интересна с точки зрения масштабируемости и сниженной общей длины прокладываемых кабелей. Как раз для подобных проектов и подходит PON.

1.3 Беспроводные технологии  Wi Fi

Краткое описание технологии Wi-Fi

История развития Wi-Fi начинается с середины 1990 гг. Данная технология передачи информации по радиоканалу была разработана и применена в основном в локальных сетях крупных корпораций и компаний Силиконовой долины США.

Оборудование Wi-Fi позволяет подключить компьютер, КПК, ноутбук или другое устройство, снабженное беспроводной сетевой картой, к локальной сети Ethernet. Функционально беспроводная сеть состоят из тех же компонентов, что и традиционные локальные проводные Ethernet-сети. Протоколы передачи данных в этих сетях совместимы с традиционными протоколами Ethernet.

В беспроводной сети компьютеры могут соединяться друг с другом непосредственно, также как и в проводной сети, а могут и использовать для соединения коммутирующее устройство.

В зависимости от реализованного в оборудовании протокола оборудование может функционировать либо на частоте 2,4 ГГц либо на частоте 5 ГГц. Несмотря на ограниченную пропускную способность по сравнению с современными локальными сетями беспроводные сети, в частотности Wi-Fi, соответствуют требованиям рынка предоставления услуг передачи данных, требующих, широкополосного доступа.

Процедуры регламентируемые стандартом IEEE 802.11

Стандарт беспроводных сетей, на котором базируется оборудование Wi-Fi IEEE 802.11, описывает общий протокол управления доступом к передающей среде и несколько физических уровней беспроводных локальных сетей. Стандарт регламентирует следующие процедуры обеспечения работоспособности беспроводных локальных сетей:

Доступ к среде. Стандарт 802.11 регламентирует две формы доступа к среде: распределенная функция координации (distributed coordination Junction, DCF) и точечная функция координации (point coordination function, PSF). Поддержка режима DCF обязательна и основана на протоколе, обеспечивающем множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA).

Режим PCF предлагается опционально и реализует механизм, гарантирующий точке доступа возможность доступа к среде передачи в свободный от конкуренции отрезок времени. Периоды конкуренции, при которых станции используют механизм DCF, и работа в режиме PCF чередуются. Такое оборудование пока присутствует лишь в стандарте и реально производителями не поддерживается. Этот механизм дает широкие возможности по поддержке QoS, поэтому появление такого оборудования весьма вероятно.

Сканирование, в ходе которого радиоплата интерфейса сети отыскивает точку доступа. Стандарт 802.11 регламентирует пассивное, которое является обязательным, и активное сканирование. При пассивном сканировании процесс инициируется точкой доступа, при активном - радиоплатой. В процессе сканирования оборудование посылает широковещательные сигналы, содержащие информацию об идентификаторе зоны обслуживания, поддерживаемой скорости передачи информации и некоторые другие необходимые для осуществления связи данные.

Аутентификация, в ходе которой проверяется идентичность. Стандарт 802.11 регламентирует открытую аутентификацию, являющуюся обязательной.

В открытой системе аутентификации процесс инициируется со стороны клиента, который посылает запрос на аутентификацию. Точка доступа отвечает на запрос об аутентификации разрешением или отказом в аутентификации, что указывается в поле кода состояния (status code) тела ответа.

Процесс аутентификации с совместно используемым ключом основан на определении того, имеет ли аутентифицируемое устройство правильный WEP-ключ. WEP (Wireless Encryption Protocol или другое название - Wired Equivalent Privacy) - протокол шифрования в беспроводной связи, который базируется на схеме шифрования RC4 и обеспечивает 40-разрядное шифрование передаваемых по радиоканалу данных, в настоящее время используются ключи длиной 64 или 128 бит. Возможно, он будет вытеснен более безопасным протоколом WPA (Wi-Fi Protected Access), предложенным ассоциацией Wi-Fi Alliance.

Более защищенную систему связи дает версия 802.11i этого стандарта 802.11x.

Привязка (association), которая необходима для обмена информацией между радиоплатой интерфейса сети и точкой доступа, например, о поддерживаемых скоростях передачи данных.

Опциональные параметры протокола

В опциональные параметры протокола входят параметры, обеспечивающие функционирование нескольких режимов:

RTS/CTS -опциональные механизмы определения готовности к передаче (request to send) и готовности к приему (clear to send). Этот режим позволяет точке доступа контролировать процесс использования среды передачи станциями, у которых активизирована функция RTS/CTS.

Режим энергосбережения также является необязательным. Для экономии расхода заряда батарей пользователь может отключать радиоплату интерфейса сети, если ему не нужно передавать данные.

Фрагментация, которая позволяет станциям стандарта 802.11 делить пакеты данных на более мелкие фреймы. Эта функция повышает качество передачи при наличии радиопомех, т.е. повторные запросы приходят на более мелкие фреймы.

Стандарты технологии Wi-Fi

Существует несколько различных стандартов беспроводных соединений. На сегодняшний день основные из них такие: 802.11a, 802.11b, 802.11g и 802.11n. Отличаются эти стандарты как максимально возможной скоростью передачи данных, так и радиусом действия. В соответствии с этими стандартами выбирается и тип оборудования. В России на данный момент в подавляющем большинстве используются только два из них – это 802.11b и 802.11g. Помимо этого разрабатывается новый стандарт 802.11n, который, возможно, в скором времени станет основным.

802.11a

Оборудование, основанное на этом стандарте, и используемые им частоты не имеют сертификации на территории России. Вы, конечно, можете использовать его для организации домашней сети, но купить данное оборудование будет достаточно проблематично.

-  Максимальная скорость 54 Mbps

802.11b
          Хотя этот стандарт на сегодняшний день является уже довольно устаревшим, он был первым появившимся на территории России, и повсеместно используется до сих пор. Основными недостатками этого типа являются относительно невысокая скорость передачи данных и низкая степень защищенности. При желании и соответствующей квалификации, злоумышленнику не составит особых проблем расшифровать ключ, защищающий беспроводную сеть и получить к ней доступ. При работе с клиентами мы не рекомендуем использовать данный стандарт даже в домашних сетях, за исключением тех редких случаев, когда другие стандарты не поддерживаются оборудованием

-  Максимальная скорость 11 Mbps

-  Радиус действия сети 50 м

-  Протокол обеспечения безопасности WEP

-  Низкий уровень безопасности

802.11g
          Это один  из наиболее  распространенных форматов. Он пришел на смену 802.11b и поддерживает в пять раз более высокую скорость передачи данных и гораздо более развитую систему защиты. «Обычный» 802.11g поддерживает до 54Mbps, а при использовании технологии 802.11g+ (SuperG) - 100, 108 или даже 125 Mbps. Так же значительно возрос уровень безопасности беспроводных сетей на этом стандарте. При грамотной настройке, его можно оценить как высокий. Данный стандарт поддерживает использование протоколов шифрования WPA и WPA2, которые предоставляют гораздо более высокий уровень защиты, нежели протокол WEP, использующийся в стандарте 802.11b.

-  Максимальная скорость 54 Mbps

-  Радиус действия сети 50 м

-  Протокол обеспечения безопасности WEP, WPA, WPA2

-  Высокий уровень безопасности

802.11n

Cамый передовой коммерческий Wi-Fi стандарт, на данный момент. Используются частотные каналы в спектрах 2.4GHz и 5GHz. Совместим с 11b/11a/11g.
Рекомендуется строить сети с ориентацией только на 11n, т.к. требуется конфигурирование специальных защитных режимов при необходимости обратной совместимости с устаревшими стандартами. Это ведет к большому  приросту сигнальной информации и существенному снижению доступной полезной производительности радиоинтерфейса. Собственно даже один клиент 11g или 11b потребует специальной настройки всей сети и мгновенной ее существенной деградации в части аггрегированной производительности.

- Максимальная скорость до 150 Mbps

- Протокол обеспечения безопасности WEP, WPA, WPA2

- Повышение пропускной способности беспроводных сетей Wi-Fi до     десяти раз, особенно в диапазоне 5 ГГц

- Повышение нагрузочной способности - большее число беспроводных пользователей может одновременно работать с одной точкой доступа 802.11n

- Расширение зоны уверенного приема за счет более эффективной антенной системы

- Возможность поэтапной модернизации существующих беспроводных сетей до уровня 802.11n c одновременной работой устройств 802.11a/b/g/n на переходном этапе

- Высокий уровень безопасности

Таблица 1.3.1 Стандарты

Дальность действия WiFi.

В реальных условиях, при соблюдении прямой оптической видимости и отсутствии помех, максимальное расстояние, на котором способны работать устройства данного стандарта, составляет «всего» 60 метров. При этом, пропускная способность (рассчитанная теоретически) будет составлять примерно 5,5 Мбит/с, а реальная скорость будет составлять примерно 30% от «теоретической», т.е. около 2-3 Мбит/с. Радиус зоны покрытия с пропускной способностью 54 Мбит/с (не путать с реальной скоростью — она в данном случае 18-24 Мбит/с) достигает 20 метров максимум при тех же «идеальных» условиях.

Рисунок 1.3.1 - Частотные характеристики WiFi.

Как видно из таблицы (таблица 1.3.1), большинство актуальных стандартов технологии WiFi используют частотный диапазон 2,4 ГГц, а если точнее — полосу частот 2400 МГц-2483,5 МГц. 

Кроме частотного диапазона 2,4 ГГц современные актуальные стандарты WiFi  используют  диапазон  5 ГГц  в  полосах  частот  5,180-5,240 ГГц  и      5,745-5,825 ГГц. 

Оба частотных диапазона (2,4 и 5 ГГц) разбиты на частотные каналы. Ширина каждого частотного канала составляет 20 МГц (в некоторых источниках — 22 МГц для стандарта IEEE 802.11 b). 

Каналы частотного диапазона 2,4 ГГц: 

Центральная частота первого канала – 2412 МГц, второго – 2417 МГц, третьего – 2422 МГц. Все каналы смещены относительного центра предыдущего на  5 МГц.  Каждый  последующий  канал  не  перекрывается  с  предыдущим  на 5 МГц.

Однако есть так называемые «чистые» или «неперекрывающиеся» частотные каналы с номерами 1, 6, 11 и 14 (для Японии). По рекомендации одной очень крупной компании, при настройке WiFi сетей рекомендовано использовать именно эти частотные каналы. Эти каналы не перекрываются и не накладываются с соседними, и, следовательно, устройства, создающие WiFi сети, не могут влиять на соседние сети, созданные другими устройствами. Многие производители выставляют данные частотные каналы в настройках по умолчанию.

Частотная схема ширины каналов:

В связи с тем, что большинство оборудования, поддерживающих WiFi, по умолчанию настроены на "чистые каналы", рекомендуем в процессе настройки данного оборудования изменять значения на иные, дабы избежать помех  от соседних сетей.