Комашинский В.И., заместитель директора ЛО ЦНИИС, д.т.н.,
Соколов Н.А., главный научный сотрудник ЛО ЦНИИС, д.т.н.
Концепция 2Э: новый подход к модернизации системы сельской связи
Четыре года назад в журнале "Connect! Мир связи" была опубликована статья, в которой анализировались процессы конвергенции, интеграции и консолидации [1]. В настоящей статье рассматривается один из примеров реализации этих процессов, который связан с модернизацией системы сельской связи. Соответствующие положения названы авторами "концепцией 2Э", что объясняется совместным использованием технических средств двух систем: электроэнергетики и электросвязи. Концепция только формируется. По этой причине статья скорее порождает вопросы, чем дает ответы. Тем не менее, практическая значимость концепции 2Э представляется очевидной.
Введение. Как известно, новое – это хорошо забытое старое. Типичный пример интеграции и консолидации в прошлом можно найти в [2, 3]. До середины прошлого века линии связи в сельской местности создавались преимущественно за счет подвески неизолированных проводов на специально устанавливаемых опорах. Эксплуатация линейных сооружений составляла весомую долю в издержках Оператора сети. Чтобы обеспечить экономически выгодные условия работы Оператора связи в сельской местности в США был принят закон, который предусматривал выдачу лицензии на снабжение электрической энергией предприятий и населения только той компании, которая бесплатно (!) брала на себя обслуживание воздушных линий сельской телефонной сети (СТС).
Сценарии модернизации системы сельской электросвязи, рассматриваемые ниже, заимствуют некоторые решения, которые были приняты в прошлом. Правда, суть обсуждаемых предложений заметно изменилась. Речь идет об использовании линейных сооружений, содержащих металлические проводники для подачи электроэнергии и оптические волокна, предназначенные для обмена информацией в сетях электросвязи. Часть волокон или трактов, образованных при их уплотнении, может быть использована электроэнергетическими компаниями в своих целях, а по двум (или более) проводникам возможна организация системы электропитания оборудования электросвязи.
Практическое воплощение такого сценария консолидации порождает новую задачу технической эксплуатации комбинированной среды передачи. Необходимо объединить или координировать работу нескольких центров управления сетями разного рода. Об этой актуальной задаче следует помнить, но в данной статье основное внимание уделяется сценариям развития системы сельской связи на основании концепции 2Э.
Основные положения. Словосочетание "система сельской связи" в руководящих отраслевых документах относится к территории сельского муниципального (ранее он назывался административным) района. Большинство субъектов Федерации включают в свой состав несколько сельских муниципальных районов – от единиц до нескольких десятков. Каждый сельский муниципальный район имеет районный центр, которому, как правило, присвоен статус города. На территории сельских районов располагаются поселки городского типа. Они имеют статус города, но принципы организации связи определяются руководящими документами, разработанными для сельской местности.
Сельские районы существенно различаются по экономическим, географическим, демографическим, климатическим и другим показателям. Количество типовых решений, которые рассматриваются для развития системы связи в сельской местности, заметно превышает набор схем организации связи в городе.
К решению задач по развитию СТС в развитых странах активно подключается государство. Например, в США Федеральная комиссия по связи обязала всех Операторов междугородной и международной связи направлять 6,8% своих доходов в специальный фонд [4]. Этот фонд предназначен для субсидирования услуг связи в сельских районах страны и для социально неблагополучных слоев населения.
Определенные усилия по развитию системы сельской связи предпринимаются и в России (в рамках национального проекта "Образование" и по программе поддержки универсальной услуги в соответствии с Федеральным законом "О связи"). По всей видимости, ряд предложений, которые сформулированы в данной статье, внесет полезный вклад в дальнейшее развитие сетей электросвязи в сельской местности.
Организация связи на участке районный центр – населенный пункт. Между районным центром и всеми крупными населенными пунктами создаются тракты обмена информацией. Ранее эти тракты представляли собой соединительные линии между двумя узлами коммутации – центральной станцией (ЦС) районного центра и оконечной станцией (ОС) крупного населенного пункта. К небольшим населенным пунктам подводились абонентские линии из ОС. Часто несколько ОС включаются в узловую станцию (УС). Она обеспечивает концентрацию трафика, позволяя тем самым снизить потребность в каналах связи. Модель СТС показана на рис. 1.
Рис. 1. Структуры коммутируемой и транспортной сетей
В левой части изображена логическая структура СТС, а в правой – типовое решение по прокладке кабельных или воздушных линий связи. СТС относится к коммутируемым сетям (ранее они назывались вторичными), по которым передается полезная информация. Совокупность линейно-кабельных сооружений, систем передачи и оборудования кроссового переключения каналов образует транспортную сеть. Ранее ее называли первичной [5].
СТС в сельской местности зачастую является единственной коммутируемой сетью. Ее ресурсы используются для поддержки услуг всех других коммутируемых сетей – телеграфии, передачи данных и звукового вещания. СТС строится по радиально-узловой схеме. ОС01 и ОС02 включаются непосредственно в ЦС, о чем говорит цифра "0" перед номером ОС. Такая схема связи называется радиальной. Шесть остальных ОС включаются через УС. Первая цифра в номере этих ОС идентифицирует УС, которая обеспечивает выход к ЦС. Подобная схема организации связи именуется узловой.
Транспортная сеть обычно строится с учетом проложенных автомобильных дорог, железнодорожных и иных коммуникаций. Обычно используется древовидная структура, которая показана в правой части рис. 1 для большинства сетевых узлов (СУ). Термин "сетевой узел" был предложен для выделения функциональных и топологических особенностей транспортных сетей [5]. Оборудование коммутации (ЦС, УС и ОС) располагается в одном здании с СУ, а часто – в одних и тех же стативах. Основная задача СУ – обеспечение коммутируемых сетей транспортными ресурсами, включая функции управления каналами и трактами.
Для связи между УС2, ОС21, ОС22 и ОС23 используется кольцевая топология. На практике такие проекты реализуются редко, хотя именно российские специалисты были пионерами в идее использования кольцевых топологий в сельских транспортных сетях.
Полупостоянные кроссовые соединения, осуществляемые в СУ, позволяют создать требуемую топологию коммутируемой сети. Например, за счет установления в кроссе СУ01 полупостоянных соединений образуется прямой пучок каналов между ЦС и ОС02. Далее тракты, выходящие из СУ02, направляются в СУ2 для обеспечения транспортными ресурсами УС2, ОС21, ОС22 и ОС23.
Принципы построения транспортной сети без широкого применения кольцевых топологий не обеспечивают требуемой надежности системы электросвязи в целом. При проектировании транспортных сетей в сельской местности преследовалась, в основном, одна цель – поддержка услуг телефонной связи. Организация широкополосного доступа – сложная задача, учитывая реализованные системно-сетевые решения и характеристики используемых технических средств. Кроме того, часть коммутационных станций, систем передачи и линейно-кабельных сооружений устарела и морально, и физически. По этой причине радикальную модернизацию того фрагмента сетей сельской связи, который располагается на участке районный центр – населенный пункт, следует считать очень актуальной задачей.
Организация связи в населенных пунктах. Для подключения абонентов в зоне обслуживания каждой ОС создается сеть доступа. При использовании кабельных линий связи устанавливаются распределительные шкафы. Участок между распределительным шкафом и кроссом называется магистральным. От каждого распределительного шкафа к местам расположения терминалов пользователей прокладываются кабели связи. Эти участки сети доступа называют распределительными. Они располагаются между шкафом и кабельными коробками. Участок между распределительной коробкой и телефонной розеткой именуется абонентской проводкой.
Используемые принципы построения сетей доступа в сельской местности были разработаны для предоставления услуг телефонной связи. Проблемы поддержки услуг широкополосного доступа объясняются несколькими факторами, среди которых следует выделить три следующие:
эксплуатационные характеристики линейно-кабельных сооружений;
более существенные по сравнению с городскими сетями длины линий, что усложняет применение технологий семейства xDSL;
высокая стоимость реализации проектов для сравнительно малочисленных групп потенциальных пользователей.
По этим причинам модернизация сетей доступа в сельской связи представляет собой очень сложную задачу. Для ее решения могут оказаться эффективными сценарии развития, основанные на интеграции и консолидации с системой электроэнергетики.
Сценарии модернизации. Можно выделить несколько сценариев модернизации системы сельской связи на базе концепции 2Э. Их целесообразно объединить в типовые решения, изображенные на рис. 2. Предлагаемая модель не включает ряд компонентов обеих систем, которые не столь существенны для дальнейшего анализа.
Предполагается, что линия электропередачи (ЛЭП) между районным центром и населенным пунктом содержит грозозащитный трос, в котором располагаются оптические волокна. Такие решения уже используются на практике.
В границах населенного пункта используется новый тип кабеля, который должен быть разработан по техническим требованиям, сформулированным в процессе создания концепции 2Э. Этот кабель содержит под одной оболочкой линии 220/380 В и оптические волокна. Между центром населенного пункта и домами или офисами показаны три направления прокладки кабеля. Эти направления иллюстрируют сценарии (а), (б) и (в), которые могут быть реализованы на основе концепции 2Э. Для каждого из этих сценариев используется свой интерфейс пользователь-сеть (ИПС).
Сценарий (а) может служить примером консолидированного решения. Для данного сценария используется интерфейс, который обозначен как ИПСа. Этот интерфейс весьма прост. Он предусматривает блок, в котором осуществляется разделение металлических проводников и оптического волокна. Металлические проводники используются для подачи в дом или офис напряжения 220/380 В. Никакой пересмотр действующих норм и правил, по всей видимости, не потребуется. Оптическое волокно формирует интерфейс в соответствии с принятым стандартом. В качестве примера далее показан интерфейс на основе стандарта Ethernet [6].
Рис. 2. Сценарии модернизации системы сельской связи на базе концепции 2Э
Сценарий (б) предусматривает разработку более сложного интерфейса. На рис. 2 он обозначен как ИПСб. Данный интерфейс иллюстрирует пример интегрального решения. Он может быть реализован разными способами, но суть остается неизменной: в доме или в офисе также прокладывается кабель класса 2Э. При этом можно выделить, по крайней мере, два радикально различающихся варианта:
вся абонентская проводка строится за счет использования только медных проводников с использованием технологии PLC (power line communication), которая обеспечивает передачу всех видов информации по сравнительно коротких цепям с напряжением 220/380 В;
до части розеток нового типа доводятся как линии 220/380 В, так и шина Ethernet, что потребует разработки комбинированных вилок, которые могут оказаться весьма эффективным средством реализации концепции "Умный дом".
Сценарий (в) – типичный примером конвергентного решения. Интерфейс класса ИПСв направляет оптическое волокно в оборудование широкополосного беспроводного доступа. При помощи этого оборудования формируется фемтосота, обеспечивающая функции по подключению всех терминалов, которые расположены в доме или в офисе. Процессы конвергенции проявляются в данном сценарии двояко. Во-первых, напряжение 220/380 В используется для электропитания оборудования беспроводного доступа, а также терминалов. В свою очередь, ресурсы беспроводного доступа могут быть задействованы в системе контроля сети 220/380 В.
Можно предложить еще ряд сценариев, представляющих собой разновидности тех решений, которые показаны на рис. 2. Кроме того, можно предложить несколько вариантов по реализации каждого сценария. Требуют исследования аспекты надежности и живучести решений, предусматриваемых предлагаемой концепцией. Подобные вопросы – предмет отдельной работы.
Заключение. Совместное развитие систем связи и электроэнергетики в сельской местности, по мнению авторов, представляется эффективным решением, которое можно отнести к разряду синергетических [7]. Соображения, изложенные в данной статье, следует рассматривать как предмет для дальнейшей научно-исследовательской работы и обсуждения путей дальнейшего развития инфраструктуры в сельской местности.
Литература
1. Соколов Н.А. Процессы конвергенции, интеграции и консолидации в современной телекоммуникационной системе. – Connect! Мир связи, 2007, №10.
2. Mosher R.E. Bell and Rural Telecom in U.S. – Telephony, March 12, 1979.
3. Engineering an Operations in the Bell System / Prepared by Member of the Technical Staff and the Technical Publication Department AT&T Bell Laboratories; R.F. Rey, Technical Editor. – AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, N.J., 1983.
4. "Оператор. Новости связи", № 1–2, 25 декабря 2001 года – 14 января 2002 года.
5. Давыдов Г.Б., Рогинский В.Н., Толчан А.Я. Сети электросвязи. – М.: Связь, 1977.
6. Филимонов А. Построение мультисервисных сетей Ethernet. – СПб.: БХВ, 2007.
7. Баранцев Р.Г. Синергетика в современном естествознании. М.: Едиториал УРСС, 2003.