Технология Metro Ethernet

Новые технологии развиваются невероятно стремительно, потребности людей возрастают с каждым днем. Высокоскоростной доступ в Интернет, IP-телефония, IP-TV предъявляют более высокие требования к пропускной способности сети и её надёжности. Действующая до сих пор ещё в некоторых сетях технология DSL имеет ряд недостатков, главный из них — ограничение по скорости, которое имеет место из-за применения медного кабеля. В случае использования самой высокоскоростной из ассиметричных технологий - АDSL2+, скорость нисходящего трафика к абоненту не может быть более 24 Мбит/с, причём, данная скорость будет быстро уменьшаться с ростом длины абонентской линии. На длинных линиях скорость передачи не будет превышать 4 Мбит/с. А это не позволит оператору обеспечить передачу высококачественного видео или работу у абонента более, чем одного телевизора с услугой IPTV. Операторы сетей доступа вынуждены кардинально менять инфраструктуру абонентского доступа, отказавшись от медного сегмента сети.

Проблема обеспечения высокого качества и надежности передачи данных может быть решена с помощью ввода оптических сетей, построенных на базе технологии MetroEthernet («МетроЭзернет»). В этом случае пользователям станет доступна скорость не менее 100 Мб/с.

MetroEthernet происходит от слова Metro — «городской». Такая сеть охватывает компактно расположенные жилые кварталы городской застройки (состоящие, как правило, из многоквартирных домов) и предоставляющая своим абонентам высокоскоростной доступ к различным услугам связи (Интернет, Игровые сервера, Голос поверх IP, Видео по требованию, IP телевидение и т.д.).

На рисунке 9.1 представлена иерархическая схема сети MetroEthernet.

Рисунок 9.1 –Иерархическая схема построения сети MetroEthernet

В основе подхода построения сети – повсеместное использование оптической среды передачи, кроме ближайшего к абоненту участка сети, располагающегося внутри здания. Для обеспечения надежности, масштабируемости и управляемости сеть MetroEthernet должна состоять из следующих иерархических уровней:

1) Уровень ядра (или опорной сети)включает Центральный узел и, возможно, другие узлы, соединенные между собой надежным высокоскоростным Ethernet транспортом (10 Гбит/с). Основу узлов опорной сети составляют маршрутизирующие коммутаторы Ethernet уровня 3 и выше с поддержкой MPLS. К ядру сети подключается BRAS-Router, взаимодействующий с системой биллинга, серверами сети и внешним миром. BRAS-Router обладает уникальным сочетанием высокопроизводительного широкополосного сервера доступа, поддерживающего до 32 тысяч единовременных сессий с полной функциональностью магистрального маршрутизатора, позволяющего коммутировать все виды и типы трафика. Устройство BRAS — это, по сути, маршрутизатор, позволяющий выполнить следующее:

— Аутентификацию абонента во внешней системе;

— Авторизацию абонента, то есть получение списка сетевых сервисов и их параметров, на которые подписан абонент, во внешней системе;

— Создание абонентской сессии — виртуального интерфейса в сторону абонента, применение к этому интерфейсу необходимых параметров для реализации выбранных сервисов (например, ограничение скорости доступа в Интернет), назначение IP-адреса абоненту.

— Передачу во внешнюю систему биллинга данных об использовании абонентами ресурсов (например, общий трафик в байтах, переданный абоненту, или проведенное в сети время)

— Классификацию входящих пакетов, маркировку пакетов и распределение трафика в различные очереди по приоритетам для обеспечения требуемого качества передачи трафика.

2) Уровень квартала состоит из квартальных маршрутизирующих коммутаторов уровня 3, которые подключаются к ближайшему узлу опорной сети. Подключение осуществляется на скорости 10 Гбит/с на основе Ethernet. Квартальные коммутаторы могут подключаться к коммутатору опорной сети либо по топологии «звезда», либо «кольцо».

3) На уровне подъезда/дома располагаются коммутаторы, к которым непосредственно по внутридомовой медной проводке категории 5 подключаются абоненты сети. К квартальным коммутаторам подключение производится по оптическому волокну на скорости 1 Гбит/с. Топология подключения – «кольцо». Коммутаторы уровня подъезда/дома (как, впрочем, и квартальные коммутаторы), как правило, располагаются в запираемых помещениях в подвалах или на чердаках домов.

4) Уровень абонентаявляется последним. Для подключения к сети в помещении абонента устанавливается розетка RJ-45, на которую кроссирован кабель внутридомовой проводки категории 5. Другой конец кабеля подключается к ближайшему от абонента коммутатору. Возможна установка в помещении абонента дополнительного активного оборудования, например, домашнего шлюза VoIP и/или телевизионной приставки STB (Set-Top-Box). На рисунке 9.3 представлена схема подключения коммутатора подъезда к оборудованию в квартире абонента.

Рисунок 9.2 –Схема построения сети MetroEthernet с «плоскими кольцами»

На рисунке 9.2 приведена схема сети MetroEthernet, где для увеличения живучести сети на уровне доступа применяются так называемые «плоские кольца», кроме того на уровне ядра применяется технология «Dual Homing» – двойное подключение. Данная схема резервирования предполагает, что к участку сети, где размещаются подъездные коммутаторы, оптический кабель подключается по разнесённым трассам от двух АТС. Это значит, что каждое из оптических колец начинается на одной АТС, включает в себя коммутаторы доступа, размещаемые в проектируемых домах, и заканчивается на второй АТС. Так образуются плоские кольца. Учитывая это, легко понять, что в каждом оптическом кабеле, идущем до своей АТС каждое оптическое кольцо представлено одним волокном.

Резервируемая схема включения к двум разнесенным опорным узлам (Dual Homing) обеспечивает, что в случае сбоя электропитания все или часть коммутаторов доступа перенаправляются через второй опорный узел. Этим обеспечивается живучесть сети.

Операторы, которые заботятся о том, чтобы услуги телефонии были обеспечены абонентам даже при отключении электроэнергии в жилом здании, вместо домашнего шлюза VoIP в квартире устанавливают групповой шлюза VoIP в настенном антивандальном телекоммуникационном шкафу. В этом же шкафу размещается источник бесперебойного питания, который в случае отсутствия напряжения в электрической сети может в течение нескольких часов обеспечивать электропитанием групповой шлюз VoIP.

Назначение шлюза VoIP – преобразовать аналоговый речевой сигнал, поступающий от абонента в кадры Ethernet и обеспечить обратное преобразование на приёме.

Оптический кабель заводится в подъезды жилых домов и подключается к оптическим портам коммутатора Ethernet, установленного в настенном телекоммуникационном шкафу (узле доступа) на чердаке жилого дома. Электрические порты Fast Ethernet коммутатора подключаются к электрическому кроссу. Кабелем витая пара категории 5 выход кросса подключается к распределительной коробке, размещённой на лестничной клетке.

От распределительной коробки кабель UTP cat. 5 прокладывается до места установки розетки в квартире абонента

Рисунок 9.3 –Схема подключения коммутатора подъезда к оборудованию в квартире

В квартире у абонента может быть установлен IAD - устройство интегрированного доступа, используемое для передачи голоса поверх IP или факсимильных сообщений поверх IP. Являясь шлюзом к среде передачи данных, IAD функционирует на уровне пользовательского доступа сети NGN и инкапсулирует аналоговые речевые сигналы в IP-пакеты, которые передаются через сеть коммутации пакетов. IAD (IP-шлюз) взаимодействует с программным коммутатором SоftSwitch и осуществляет соединение вызовов между вызывающей и вызываемой стороной при управлении со стороны SoftSwitch.

Рисунок 9.4 –Узел доступа Аналоговый телефонный или факсимильный аппарат подключаются к FXS-интерфейсу IAD. Кроме того, IAD имеет 3 порта LAN RJ-45, к одному из которых подключается компьютер, а к другому подключается приставка-декодер STB (set-top-box). Эта приставка к обычному телевизору. Она служит для декодирования цифрового ТВ-сигнала формата MPEG-2, поступившего от IAD и формирования ТВ-сигнала, подаваемого на телевизионный приёмник пользователя.

Недостатками Metro Ethernet являются: необходимость установки в подъездах антивандальных шкафов с дорогостоящими коммутаторами, источниками бесперебойного питания, счётчиками и кроссами. От шкафов прокладывается витая пара, которая имеет ограничение по дальности - 100 метров, из-за чего возникают трудности при подключении квартир, расположенных далеко от домового узла. Например, если такой коммутатор стоит в центре 6-подъездного дома, то он может охватить только половину квартир. Второй недостаток заключается в том, что стояки быстро заполняются множеством кабелей 5-й категории, особенно при охвате дома несколькими операторами. В этом случае оператору вполне возможно придется строить свой стояк, что сопряжено с необходимостью получения согласований и ведением дорогостоящих строительных работ. Третий недостаток связан с наведением электромагнитных помех на медный контур во время гроз, что часто приводит к "выгоранию" портов на домовых коммутаторах.

10 Пассивные оптические сети (PON) – переворот в широкополосном доступе