Широкополосный доступ в сетях кабельного телевидения

Технология в сетях доступа.

Термин «сеть доступа» (английский термин Access Network), став-ший популярным в последние годы, является полным аналогом термина «сеть абонентского доступа», широко используемого в отечественной ли-тературе по сетям связи.

Рис.1. Обобщенная структура современной сети связи ВОК – волоконно-оптический кабель, NT – Network Termination, сетевое оконча-ние

Этот термин определяет участок сети связи (рис. 2.1) между абонентской розеткой или в более общем случае между се-тевым окончанием (NT – Network Termination) и интерфейсом к узлу дос-тупа или к местной телефонной станции. Сетевое окончание является гра-ницей, разделяющей сеть доступа и оборудование пользователя. Связь между оборудованием пользователя и местной станцией осу-ществляется через абонентскую линию или абонентский шлейф (Subscriber Loop). В сети доступа широко применяются механизмы мультиплексиро-вания и концентрации. При подключении к местной станции используются либо фирменные интерфейсы (определяемые производителями оборудова-ния), либо открытые интерфейсы, например, V5.x (семейство узкополосных интерфейсов) и VB5.X (семейство широкополосных интерфейсов). Тради-ционные интерфейсы (как фирменные, так и открытые) могут быть допол-нены интерфейсами типа IP, SDH, ATM и др. В настоящее время сети доступа местных телефонных сетей уже не могут существовать как изолированные инфраструктуры. Строительство высокоскоростных магистральных сетей с пропускными способностями, равными десяткам и сотням Гбит/с, развитие новых служб (высокоскорост-ная передача данных, мультимедийные приложения и др.) и появление в местных сетях альтернативных операторов, предлагающих в жесткой кон-куренции с традиционными операторами широкий набор дополнительных услуг, привели к тому, что абонентская сеть, построенная на базе устарев-ших принципов и технологий, стала «узким местом», ограничивающим возможности доступа абонентов к современным услугам связи.

Одним из главных ключевых факторов, которые необходимо прини-мать во внимание при анализе процессов эволюции сетей доступа, является высокая стоимость сетей абонентского доступа, составляющая до 50–70 % стоимости местных телефонных сетей. В классической телефонной сети общего пользования основная часть абонентских линий построена на базе медных кабелей. При продолжающемся применении медного кабеля в се-тях доступа затраты на сетевую инфраструктуру будут расти в связи с уве-личением цен на медь, а также с ростом стоимости проектных, строитель-ных работ и эксплуатационных расходов в таких сетях. Поэтому постоянно, особенно в последние годы, идет активный поиск новых решений, вклю-чающий в себя создание более совершенного оборудования для сущест- вующих медных кабелей, развертывание сетей доступа на базе коаксиаль-ных и волоконно-оптических кабелей, применение систем беспроводного абонентского доступа и др. Второй ключевой фактор, влияющий на эволюцию сетей доступа, оп-ределяется, с одной стороны, новыми требованиями абонентов к увеличе-нию пропускной способности сетей доступа, и с другой стороны – необхо-димостью обеспечения широкого класса новых услуг, включающих в свой состав передачу речи, данных и видеоинформации в интерактивном и ве-щательном режимах. Требования к увеличению полосы пропускания в сетях доступа опре-деляются новыми мультимедийными приложениями, порождаемыми тех-нологией Интернет и цифровыми вещательными системами. Ускоренная передача WWW-страниц, видеоклипов и ряд подобных приложений тре-буют на участке доступа применения скоростей передачи до 10 Мбит/с. Распределение цифровых ТВ программ (Digital Video Broadcasting, DVB), видео по требованию (Video-on-Demand, VoD), интерактивное телевидение создают высокоскоростной мультимедийный трафик, передача которого не может быть реализована без создания широкополосных абонентских сетей. Предоставление широкополосного доступа является сегодня ключе-вым вопросом для большинства телекоммуникационных операторов – как традиционных, так и альтернативных. Решение проблемы широкополосно-го доступа позволит удовлетворить требования пользователей и получить наибольший доход от введения новых услуг. Фактор, связанный с необходимостью увеличения полосы пропуска-ния сетей доступа, начал действовать особенно активно с середины 90-х гг. в связи с потребностями массового доступа к услугам Интернет и желани-ем операторов предоставить пользователю более широкий спектр интерак-тивных услуг. Существующие к этому моменту средства в сетях доступа оказались либо неэффективными (ISDN с интерфейсом 2B+D и результи-рующей скоростью передачи 144 кбит/с), либо недоступными массовому пользователю (системы временного разделения типа Е1/Т1 с доступом по выделенным четырехпроводным линиям). Сегодня эволюция сетей доступа идет по двум основным направле-ниям:

 развитие широкополосного (высокоскоростного) доступа, обеспе-чивающего службы передачи речи, данных и видео;

 уменьшение доли медных кабелей при организации местных сетей.

Построение сетей доступа нового типа является ключевой проблемой для большей части операторов, желающих удержать своих абонентов и увеличить доход от внедрения новых услуг. Подобные тенденции харак-терны как для стран, развитых в области телекоммуникаций, так и для раз-вивающихся регионов. Различные технологии доступа требуются и выбираются операторами в зависимости от инфраструктуры их сетей доступа (стандартный телефон-ный кабель или витая пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель, гибридные структуры «волокно-коаксиал», беспроводный доступ) и конкурентных условий. Можно ожидать, что с появлением новых техноло-гий и новых операторов, обеспечивающих широкополосный доступ для оп-ределенных групп пользователей, ситуация в местных сетях будет сущест-венно меняться. Новые операторы будут конкурировать с традиционными оператора-ми в предоставлении пользователю, по возможности, максимального набо-ра услуг с использованием различных технологий доступа. Поэтому выбор наиболее подходящей технологии и способа построения сетей доступа ста-новится определяющим с позиций эффективных затрат на строительство и эксплуатацию сетей, а также возможностей расширения списка услуг в бу-дущем. Целью новых разработок является построение экономически эф-фективного абонентского сегмента, обеспечивающего в то же время дос-тавку пользователю требуемого набора услуг. Перечислим основные системы доступа, применяемые в абонентских сетях в настоящее время и планируемые операторами к применению в ближайшем будущем:

 системы, основанные на технологиях семейства xDSL (Digital Sub-scriber Line – цифровая абонентская линия);

 системы на базе пассивных оптических сетей (Passive Optical Net-work, PON);

 сети Ethernet;

 системы доступа с использованием специальных модемов в сетях КАТВ (Cable modems);

 комбинированные системы «волокно/коаксиал» (Hybrid Fixed/Coax, HFC);

 оптоволоконные системы доступа типа FTTH (Fiber-to-the-Home), FTTB (Fiber-to-the-Building), FTTC (Fiber-to-the-Curb);

 системы Wi-Fi, WiMAX, сотовые сети подвижной связи 2-го и 3-го поколений;

 спутниковые системы.

Отметим, в первую очередь, создание технологий доступа под общим названием xDSL, обеспечивающих на участке доступа скорости передачи до нескольких Мбит/с по витой паре без применения регенераторов. Это направление развивается традиционными Операторами – владельцами ме-стных телефонных сетей, построенных на базе стандартных медных теле-фонных кабелей.

Применение услуг на базе технологий xDSL считается наиболее оп-тимальным вариантом для высокоскоростного подключения домашних

пользователей к сетям Интернет. В корпоративном секторе, среди бизнес-пользователей основными абонентами, использующими системы xDSL, станут небольшие компании, относящиеся к категории SOHO (Small Of-fice/Home Office). Второе мощное направление в сетях доступа связано с использовани-ем сетей кабельного телевидения (КАТВ) для обеспечения интерактивных широкополосных услуг. Особенно высокую активность проявляют здесь альтернативные операторы, использующие собственные сети КАТВ. Ши-рокополосный доступ к интернет-ресурсам обеспечивается путем примене-ния кабельных модемов. В последние годы в сетях КАТВ на участке досту-па начали применяться гибридные кабельные системы, в которых исполь-зуются как коаксиальные, так и волоконно-оптические кабели. Операторы КАТВ рассматривают сети, построенные на базе комби-нации коаксиальных и волоконно-оптических кабелей (HFC), как эффек-тивное решение проблемы доступа. Эти сети планируются для предостав-ления широкого спектра услуг, включая ТВ вещание, высокоскоростной доступ в Интернет, телефонию. В многих странах на абонентском участке стали применяться только волоконно-оптические кабели (системы FTTH). Однако это решение, в ос-нове которого лежит прокладка волокна к частному дому или к квартире, является все еще достаточно дорогим. Сегодня более популярными явля-ются решения на базе FTTB и FTTC. В тех случаях, когда строительство кабельных сетей доступа стано-вится экономически неэффективным, все более широкое применение нахо-дят системы беспроводного абонентского доступа, базирующиеся на тех-нологиях сотовых сетей, системах Wi-Fi (Wireless Fidelity) и WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). В труднодоступных регионах для обеспечения доступа применяются спутниковые системы связи. Эволюция систем доступа иллюстрируется рис. 2.2. Далее рассматри-ваются основные особенности наиболее распространенных систем широ-кополосного абонентского доступа

Рис. 2. Эволюция сетей доступа (В списке аббревиатур в конце книги читатель может найти используемые здесьсокращения)

Широкополосный доступ в сетях кабельного телевидения

В последние годы наблюдается интенсивное развитие сетей КАТВ и рост числа услуг, предоставляемых в этих сетях. Рост масштабов сетей КАТВ в ряде стран, в первую очередь в США, связан с новыми принципа-ми регулирования в электросвязи, в соответствии с которыми операторы КАТВ, помимо распределения ТВ программ, могут предоставлять широкий спектр услуг, включая телефонию, доступ в Интернет, услуги интерактив-ного ТВ и др. Доступ в Интернет, предоставляемый операторами в сетях КАТВ, яв-ляется ключевым фактором внедрения кабельных модемов. Используемые для этих целей кабельные модемы по своим характеристикам превосходят системы ADSL, обеспечивая на абонентском участке скорости передачи до 3 Мбит/с в симметричных конфигурациях и до 40 Мбит/с в прямом и до 10 Мбит/с в обратном направлениях в асимметричных конфигурациях. Кроме того, кабельные модемы могут быть также применены для передачи речи через Интернет (Voice over IP). Новые возможности широкополосного доступа открываются перед операторами сетей КАТВ при эволюции сети на базе коаксиального кабеля к гибридной инфраструктуре абонентского доступа типа HFC с применени-ем коаксиального и волоконно-оптического кабелей. Учитывая масштабы сетей КАТВ, можно ожидать, что в крупных го-родах будет иметь место конкуренция между оборудованием xDSL и ка-бельными модемами, и выбор пользователей будет определяться стоимо-стью услуги. Несмотря на то, что технология xDSL продвигается на рынок традиционными операторами, владеющими мощными местными сетями, темпы развертывания оборудования ADSL остаются невысокими по срав-нению с кабельными модемами. В последние годы рассматривается также возможность построения абонентского участка полностью на волоконно-оптическом кабеле (инфра-структура FTTH). В то же время для квартирных пользователей операторы (как правило, альтернативные) начинают развертывание беспроводных ши-рокополосных абонентских сетей, обеспечивающих интерактивный режим обмена широкополосной информацией