Сколько сервисов помещается в одном кабеле
Новые потребности, новые возможности
Полностью оптоволоконные линии
Смешанные оптоволоконные и кабельные
Линии на основе имеющейся телефонной инфраструктуры
В последнее время все чаще и чаще возникают дискуссии по поводу широкополосных линий передачи данных. Эта проблема обсуждается с различных точек зрения — с технической, экономической, описываются разные решения, призванные реализовать данную технологию. В нашей статье мы намерены для начала рассказать о том, что такие линии могут дать конечному пользователю. Конечно, мы расскажем и о технологиях, и о некоторых конкретных решениях, но в первую очередь поговорим об услугах и сервисах, которые становятся доступными благодаря всего лишь одному проводу, входящему в ваш дом, квартиру или офис.
Новые потребности, новые возможности
Посмотрим на более-менее типичную современную квартиру. Не ту, что называют элитным жильем, а ту, в которой живет семья со средним достатком, хотя это понятие сегодня очень расплывчато. В такой квартире, как правило, есть телефон, телевизор и компьютер. Есть, конечно, и много чего другого, но мы говорим о передаче информации, так что нас интересуют именно эти устройства. Очень часто в подобных квартирах люди сталкиваются практически с одними и теми же проблемами.
- К ним невозможно дозвониться, потому что дети или взрослые часами сидят в Интернете.
- Кто-то в семье захотел посмотреть фильм, но дома на кассетах его нет. Нужно идти в прокат и брать (если есть, конечно).
- Кто-то на крыше сломал антенну или просто гроза — и ваш телевизор не показывает любимый футбол или сериал.
- И так далее, и тому подобное.
Чтобы как-то решить эти проблемы, вы начинаете покупать дорогие и хорошие, но узкоспециализированные вещи. Для начала заводите сотовый телефон, потому что дети в Интернете сидят вечно. Это может показаться смешным, но мой знакомый именно по этой причине его и купил. Потом вы раскошеливаетесь на спутниковую антенну, которая ловит много каналов. Наконец, вы объединяетесь с жильцами нескольких соседних квартир и создаете домашнюю сеть, а потом соединяете ее с ближайшим провайдером, чтобы Интернет не занимал телефон. Опять же при условии, что такой провайдер есть.
Попробуем оценить результат: много нового и не всегда легкого в управлении оборудования, кучи проводов, которые уже некуда убирать и о которые все спотыкаются, весьма внушительная сумма расходов на сам товар и установку. Неужели это то, что вы хотели? И да и нет. То есть вы, конечно, получили, что хотели, но ведь существуют более удобные способы получить то же самое. Удобство — в широкополосных линиях передачи данных.
Правда, будем откровенны: купить такую линию нельзя. Однако если у вас в доме или районе есть соответствующая инфраструктура и инициативный провайдер, желающий создать такие линии, то вы на пути к лучшему на сегодняшний день решению проблемы получения информации.
Вопрос, как эта линия устроена, мы рассмотрим немного позже. Давайте пока разберемся, что же мы получим как пользователи, имея, однако, в виду, что конкретные возможности зависят от провайдера и от того, какую реализацию широкополосной линии он выберет. Широкополосность для пользователя и провайдера означает, что по одному каналу мы передаем несколько сигналов, которые могут имеют абсолютно разное назначение, — к примеру телефония и телевидение. Поскольку каждому пользователю покупать радиомодем дорого, для него такой линией будет служить входящий в квартиру кабель. Прелесть такого решения состоит в том, что современные технологии позволяют даже по обычной медной паре МГТС передавать несколько десятков мегабит в секунду. А это не только данные и телефония, но и телевидение, причем не один канал. Сравните: даже если у вас очень хорошая АТС, то модем обеспечивает связь порядка 50 Кбит/с. Здесь же вам предлагают мегабиты. Конечно, не все для данных, но даже если у вас будут те же 56 Кбит/с, но при этом освободится телефон, я думаю, вы уже сильно обрадуетесь. Более того, теперь у вас связь будет всегда и вам не будет нужды дозваниваться, соединяться, постоянно набирать пароли. Теперь ваш компьютер — полноправный Интернет-узел. Если провайдер позволит, вы сможете даже создать Web-сервер и он будет лично у вас, а не где-то, где его могут отключить, переименовать или даже удалить, если сочтут, что вы положили туда что-то не то. А телефон теперь опять стал телефоном. По нему говорят, а не играют с его помощью в Сети и не скачивают рефераты ваши дети. Плюс к тому вполне реально, что у вас будет работать IP-телефония. Это красивая современная технология, позволяющая общаться со всем миром и при этом тратить гораздо меньше денег, поскольку оплачивается Интернет-трафик, а не телефонные услуги. Но как мы отмечали выше — это опять не все. По тому же самому кабелю к вам в дом приходит телевидение или даже такая модная вещь, как видео по запросу (Video on Demand, VoD). Теперь вам не нужна ни антенна, ни декодеры. Если вы хотите посмотреть что-то конкретное, вы просто это заказываете. Причем качество не уступает стандартному телевещанию.
Опять посмотрим на результат. В вашу квартиру входит всего один кабель, отвечающий за информационный поток. Аккуратные ребята из фирмы-провайдера каким-то образом развели некоторые его части по квартире — все это заняло несколько часов. В результате у вас подключен телефон, телевизор, компьютер, факс, может быть, еще один телефон, может, и второй телевизор. Вы забыли о толстых антенных проводах, о модеме, который не всегда дозванивался. Самое удивительное, что свободен телефон. Все в доме занимаются своим делом, и никто никому не мешает. Все могут смотреть по телевизору то, что хотят. Интернет всегда под рукой, и не нужно долго ждать новостей или судорожно вспоминать расписание электричек.
Однако, скажете вы, ведь это тоже стоит денег. Давайте посмотрим и сравним. Раньше у вас были телефонный и антенный провода, теперь только один. Раньше вам нужно было купить несколько устройств, а теперь только один кабельный модем, который отвечает за разделение сервисов в квартире. Раньше вам приходилось ради детей, которые без конца требуют новые мультики, бегать в прокат и брать новые кассеты. Опять же телефон: он был постоянно занят, и альтернативы этому не было. Если вы и сделали домашнюю сеть для выхода в Интернет, то лишь добавили кабель в квартире и потратили деньги на его проводку. Итак, даже если в случае широкополосной линии изначальные затраты и окажутся высокими, их все равно нельзя сравнивать с теми суммами денег, а также нервами и силами, которые вы бы потратили на различные узконаправленные решения.
Подведем итог. Для конечного пользователя широкополосная линия — это возможность иметь телефон, телевидение, видео по запросу и линию данных в одном кабеле. Вот так, и никак иначе. Иначе уже есть, и все минусы хорошо известны. А то, что широкополосные линии — это хорошо, утверждаем не только мы в нашей статье. Многие ведущие страны вкладывают в развитие этих технологий большие деньги и поощряют провайдеров, применяющих широкополосные технологии. Это подтверждает и зарубежная статистика, согласно которой 80% прибылей провайдеры получают за услуги и только 20% — за канал доступа. Другими словами, широкополосный канал связи, приходящий в ваш дом, приносит множество новых возможностей и сервисов, о наличии и удобстве которых вы раньше и не догадывались. К хорошему привыкаешь быстро — как говорится в известной телерекламе: «Попробовав раз, ем и сейчас».
 |
|
Как это работает
От описательной части перейдем к технической и расскажем о некоторых конкретных технологиях, применяемых при создании широкополосных линий передачи данных (рис. 1). На сегодняшний день мы умеем передавать данные тремя способами: по проводам, с помощью радиоустройств и по оптоволоконной линии. Отметим, что в свое время мы уже писали о таких технологиях, как LMDS (радиопередача данных) и DWDM (передача данных по оптоволокну).
При проводной передаче данных используют либо коаксиальный провод, либо так называемую витую пару. В принципе, такие линии имеют много недостатков, но они самые дешевые на коротких расстояниях и для них уже создано огромное количество оборудования, поскольку технически они наиболее простые и разработанные.
Радиосигнал имеет несравненный плюс — его можно передать далеко, хоть на спутник, но существуют и трудности. Радиоволны движутся сами по себе, без проводов или волокна. Значит, если вы хотите передавать сигнал между домами в городе, вам нужно уметь принимать сигнал в случае, когда нет прямой видимости, уметь распознавать отраженный сигнал, в особенности — многократно отраженный сигнал с наложениями. Подробно эта проблема была описана в статье про LMDS (КомпьютерПресс № 1’2001). Оптоволокно — это, наверное, самая совершенная на сегодняшний день в смысле пропускной способности и доступных расстояний технология. В настоящее время разработаны материалы, которые позволяют почти без потерь передавать сигнал и иметь минимум дополнительного оборудования. Помимо всего прочего оптоволокно не страдает от внешних помех. Но поскольку это и самая дорогая технология, то многим приходится задумываться о ее эффективности. В КомпьютерПресс № 1’2001 была опубликована статья про DWDM, в которой дано более подробное описание работы оптоволоконных сетей.
Принцип широкополосности означает возможность передачи (тем или иным способом) сигнала в широкой полосе частот. Если можно обеспечить передачу данных на нескольких (некратных) частотах, то можно и одновременно передавать по одному каналу несколько сигналов. Принципиально важно, что сигналы не перемешиваются. Собственно, это и есть широкополосность. Большинство людей понимают под словосочетанием «широкополосные линии связи» возможность иметь в одном кабеле и телефон, и телевидение, и Интернет.
Весь наш дальнейший разговор пойдет о «последней миле». Тут очень много зависит и от локального провайдера, и от абонентов. Попытаемся разобраться, чем хороши широкополосные линии. Для провайдеров это возможность предоставления нескольких услуг, меньшие затраты средств и сил на инфраструктуру сети, в случае хорошей инфраструктуры — возможности расширения. Для абонентов очевидно удобство — один провод на данные, телефон, телевидение. Однако широкополосность требует больших начальных расходов, так как обычно большинство уже имеет телефон, а телевидение ловит антенна. Тем не менее, если провайдер эффективно решит проблему «последней мили», появятся новые возможности предоставления телекоммуникационных услуг, таких как корпоративные телефонные сети, скоростной доступ в Интернет, высокопроизводительные локальные сети, а также передача видео- и мультимедийной информации.
Сейчас очевидно то, что услуг, которые могут быть предоставлены по кабелю, становится все больше и в скором времени предоставление каждой из них в отдельности станет неэффективным и ненужным. Узкополосные технологии останутся для предоставления услуг тем абонентам, которые не имеют средств для установки необходимого оборудования и прокладки широкополосных линий. Но мир меняется. Причем эти изменения касаются не только увеличения мощностей и пропускных способностей линий, но и снижения цен. Таким образом, кажется очевидным, что наступит момент, когда широкополосные сети займут ведущее место. Нужно, правда, учитывать и то, что нет необходимости наращивать линии беспредельно. Уже сейчас есть линии связи, которые способны передать такой объем информации, такое количество телепрограмм и могут содержать такое число телефонных каналов, что это оказывается просто излишним. Попросту нереально обработать столько информации. Здесь нужно найти ту золотую середину, которая позволила бы иметь необходимое количество информации, но не заставляла бы тратить лишние деньги ради неиспользуемых ресурсов. Идеальной была бы сеть, способная видоизменяться с изменением запросов абонентов, но, к сожалению, пока это невозможно.
Рассмотрим возможные варианты реализации широкополосных линий связи (имея в виду в основном «последнюю милю»). На сегодняшний день принципиально различают четыре типа решений:
- полностью оптоволоконные линии, где волокно идет до абонента;
- смешанные оптоволоконные и кабельные линии;
- линии беспроводного доступа (в том числе и сети подвижной связи);
- технологии на основе имеющихся телефонных линий общего пользования.
Стоит отметить, что последние два типа линий являются на сегодняшний день наиболее интересными для абонентов, поскольку требуют минимума затрат и обеспечивают большинство потребностей. Многие специалисты считают, что это как раз та самая золотая середина, и тому есть вполне серьезные основания. В случае реализации беспроводных решений выгодно то, что на какой-то территории выделяемый диапазон частот вполне достаточен для широкополосной линии. То есть широкополосность напрашивается сама. В случае использования сетей общего пользования огромный выигрыш заключается в том, что линии уже фактически есть и нужно только оконечное оборудование. В связи с этим реализации именно таких проектов во многих странах уделяется значительное внимание. Главная техническая проблема состоит в том, чтобы обеспечить доставку услуг связи оптимальным, наиболее дешевым способом. В этом плане может быть интересна следующая оценка, встречающаяся в различных публикациях о широкополосных сетях: в случае использования двух телевизионных входов, четырех телефонных номеров и двух и более точек подключения к Интернету в режиме онлайн потребляемая мощность линии будет порядка 15 Мбит/с в сторону абонента и порядка 2 Мбит/с в обратном направлении. Конечно, эти оценки весьма ориентировочны, но они дают возможность почувствовать порядок величин пропускной способности необходимых абонентам линий. Давайте теперь рассмотрим подробно различные типы широкополосных линий.
|
|
Полностью оптоволоконные линии
Это возможный, но на сегодняшний день абсолютно неоправданный по денежным затратам вариант. Дело в том, что использование волокна для конечной разводки по абонентам чрезвычайно дорого и имеет потенциальные возможности, которые абсолютно не будут востребованы. Поэтому мы сразу переходим к следующему варианту.
|
|
Смешанные оптоволоконные и кабельные
Смешанные оптико-кабельные сети (чаще оптико-коаксиальные сети) (hybrid fiber-coax, HFC) — наиболее совершенные в смысле пропускной способности в настоящее время широкополосные сети передачи данных. Оператор получает возможность с помощью сетей HFС предоставлять абонентам и стандартные базовые услуги (стандартные аналоговые ТВ-каналы), и такие кажущиеся очевидными и необходимыми сервисы, как платное аналоговое и цифровое телевидение, телефонная связь, доступ в Интернет. Идея проста: оптоволокно прокладывается до группы домов, а далее идет разводка коаксиальным кабелем (рис. 3, 4). Сопрягаются эти части при помощи оптического распределительного узла.
Начнем с доставки телесигнала. Аналоговые ТВ-программы, полученные со спутниковой антенны, поступают в сеть HFC непосредственно или через так называемую транспортную цифровую магистраль SDH/ATM/Gigabit Ethernet (рис. 2). Изначально передача ТВ-сигнала по транспортной цифровой магистрали идет в стандарте DVB ASI (asynchronous serial interface), а при переходе в сеть HFC ТВ-сигнал декодируется и поступает к абоненту в аналоговом или цифровом (MPEG-2) виде. В случае предоставления услуг платного ТВ эти каналы могут быть закодированы.
Следующая возможность — IP-телефония (соответственно и данные), которая является наиболее современной и экономичной технологией для предоставления услуг телефонной связи. Для работы этого сервиса необходим шлюз IP-телефонии, преобразующий голосовой поток, приходящий из обычной телефонной сети, в IP-пакеты. Эти пакеты наравне с данными поступают на порты Ethernet кабельных модемов. Далее этот цифровой поток передается по сети абоненту. Сжатие голоса позволяет добиться использования полосы всего лишь 8 Кбит/с для IP-телефонии. На стороне абонента происходит декодирование пакетов обратно в голос при помощи еще одного кабельного модема. Следует учитывать, что при такой передаче голоса необходимо назначать для нее наивысший приоритет, чтобы избежать задержек и сбоев.
Альтернативой IP-телефонии является кабельная телефония. В этом случае голос преобразуется не в пакеты данных, а модулируется/демодулируется при помощи алгоритма QAM-32 и ортогонального частотного мультиплексирования (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM). В полосе спектра 6 МГц передаются 240 каналов.
|
|
Беспроводные линии
Радиотехнологии в настоящее время не имеют общепринятых стандартов, поэтому в большинстве случаев проще говорить не о технологиях как таковых, а о производителях и их решениях. Важно здесь и то, что радиотехнологии пересекаются с уже существующими системами радио, телевидения и других видов связи. За счет этого они являются наиболее контролируемыми и просто так использовать радиооборудование нельзя. В этой статье мы лишь кратко отметим некоторые особенности использования радиосвязи. В каждой стране есть свои таблицы частот, которые приняты для использования. В большинстве случаев даже эти полосы частот могут использоваться при получении разрешения. В нашей стране это означает, как минимум, получение разрешения Госсвязьнадзора на использование данной частоты в данной местности. В дополнение к этому обычно требуется разрешение от военных и родственных им организаций. Понятно, что это весьма муторное дело. Но оставим пессимизм и посмотрим на системы как таковые.
В каких же частотных диапазонах работают имеющиеся устройства радиопередачи данных? Прежде всего — это область частот вокруг 2,4 ГГц. Обусловлено это тем, что во многих странах этот диапазон свободен от лицензирования и существует довольно много оборудования, использующего именно этот диапазон. Далее следует полоса радиочастот 2,5-2,7 ГГц, используемая системами Multichannel Multipoint Distribution Service (MMDS), диапазоны 3,5 и 5,8 ГГц, однако эти полосы уже не свободны для использования (как и все упоминаемые ниже) и требуют лицензирования. Затем следуют частоты в диапазонах от 10 до 38 ГГц. Полоса радиочастот 27,5-29,5 ГГц используется системами Local Multipoint Distribution Service (LMDS). Системы широкополосного беспроводного доступа типа «точка — много точек», работающие в микроволновом диапазоне до 38 ГГц, обладают уникальной емкостью и могут иметь пропускную способность до 4800 Мбит/с (пример такой системы — система PMP компании P-COM).
Следует упомянуть об одном из последних проектов в области беспроводного доступа: попытке создать единый для всей Европы диапазон частот 40,5-43,5 ГГц и поместить в него технологию многофункциональных беспроводных сервисов (MWS). У этого диапазона есть несколько преимуществ:
- возможность выделения относительно большого частотного диапазона;
- низкий уровень электромагнитных эфирных помех;
- физическая возможность качественного приема отраженного сигнала узконаправленной антенной (рис. 5);
- самая низкая для систем беспроводного фиксированного широкополосного доступа излучаемая мощность в зоне покрытия;
- малые размеры абонентских приемопередающих антенн (около 15 см при передаче на расстояния порядка 3 км).
В настоящее время этот проект находится в стадии подготовки.
|
|
Линии на основе имеющейся телефонной инфраструктуры
Такие линии основываются на том, что обычный телефон использует лишь низкочастотный диапазон линии. Тем самым появляется реальная возможность использовать более высокие частоты без ущерба для ведения разговора. Наиболее совершенной технологией передачи данных по таким линиям является технология xDSL (Digital Subscriber Line). Здесь «x» — это приставка, которая выделяет некоторую конкретную спецификацию из всего семейства DSL. Проведенное тестирование подтвердило, что высокоскоростная передача данных по технологии DSL совершенно не влияет на обычную телефонную связь, осуществляемую по той же самой абонентской линии. Перспективность такого решения очевидна особенно для наших неприхотливых и не очень богатых пользователей (рис. 6).
В заключение отметим, что сегодня проблема обеспечения широкополосного доступа не имеет общепризнанного эффективного решения. Выбор конкретного решения в тех или иных условиях зависит от провайдера, который решил создать в данном районе широкополосную линию данных. Более того, есть еще много спорных вопросов в создании таких сетей. Например, до какой степени необходимо объединение сервисов, какой пропускной способностью должны обладать различные части линий передачи данных? Ответы на некоторые вопросы появятся уже в ближайшем будущем, поскольку область телекоммуникаций переживает стремительное развитие.
При подготовке статьи были использованы материалы http://www.tt.ru/, http://www.xdsl.ru/ и журнала «Телеспутник».
КомпьютерПресс 10'2001
