Источник: Журнал "Сети и Телекоммуникации" 16.03.2005
Нежуренко А.
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ – ВЗГЛЯД ИЗНУТРИ
Построение современных транспортных сетей невозможно без использования таких технологий, как, например, SDH. В то же время в сети доступа приходят новые стандарты, например, V.5.X.
Как известно, транспортная система современных телекоммуникационных сетей состоит из магистральной сети и сетей доступа.
Магистральная сеть, состоящая из мультиплексированных каналов различной емкости, объединяет между собой узлы коммутации (каналов, пакетов и т.д.), в свою очередь, сети доступа объединяют узлы коммутации либо концентраторы (о них будет сказано дальше) с абонентскими терминальными устройствами (телефонами, факсами, компьютерами, банкоматами и т.д.). Оба типа сетей включают различные сетевые элементы для мультиплексирования и концентрации трафика.
Основными тенденциями развития современных транспортных сетей является переход на полностью цифровые системы связи и широкое использование в качестве среды передачи данных оптического волокна, что уменьшает стоимость передачи единицы данных на километр и значительно повышает само качество передачи данных (вероятность возникновения ошибок на бит данных).
Использование современных цифровых методов передачи позволило значительно расширить число используемых сред передачи (радио, спутниковые, оптические, медные, лазерные и т.д.), а также увеличило информационную емкость традиционных сред передачи (прежде всего, медных кабелей) благодаря применению новых систем передачи - ISDL, HDSL, SHDSL, VDSL, ADSL и т.д.
Надо сказать, что вначале новые технологии использовались только в магистральных транс портных сетях для передачи на большие расстояния. При этом цифровые многоканальные системы передачи иногда даже проигрывали аналоговым (30 временных каналов против 10800-частотных). Но с внедрением более совершенных TDM-систем новые технологии полностью "наводнили" современные транспортные сети.
Магистральные каналы и каналы доступа
Сейчас оптические системы передачи данных используются практически во всех развитых регионах планеты, цифровые радиорелейные системы стали повседневностью, аналоговые коаксиальные системы уступили место цифровым. Вообще сегодня не делаются значительные инвестиции в аналоговые системы передачи.
Как это ни странно, при цифровизации магистральных транспортных сетей и увеличении их емкости проявилось несколько серьезных недостатков:
1. неэффективное использование емкости систем передачи – во многих случаях только 30% доступных каналов были задействованы;
2. продолжительное время, необходимое для предоставления пользователям выделенных линий, а также значительное время их восстановления в случае повреждения;
3. высокая стоимость выделения трафика из оптоволоконных систем большой емкости;
4. трудность планирования и управления сетями из-за их «беспорядочного» роста;
5. значительные эксплуатационные затраты, вызванные большим объемом ручной кроссировки в цифровых и аналоговых распределительных системах.
Все вышерассмотренные факторы обусловили развитие новых подходов и стандартов для построения транспортных сетей. Вот основные из них:
1. разработка новой цифровой системы передачи под названием «синхронная цифровая иерархия» - SDH (synchronous digital hierarchy), которая значительно уменьшила проблемы с выделением трафика и взаимодействием систем с интерфейсами различных стандартов, например, североамериканского и европейского. Это привело к появлению мощных управляемых элементов коммутации, называемых «цифровые кроссы» - DXC (digital cross-connect), и мультиплексоров вставки/выделения каналов (add/drop multiplexer ADM);
2. внедрение компьютерных систем управления транспортными сетями. Данные системы являются частью концепции «сети управления телекоммуникациями» - TMN (telecommunications management network);
3. разделение транспортных систем на географические зоны, что облегчает их контроль и мониторинг.
Многоуровневая транспортная сеть с тремя магистральными уровнями и одним уровнем доступа (скорости передачи данных приведены для справки)
– Концентрация трафика в сетях доступа
Основой построения всех современных телекоммуникационных сетей, в том числе и сетей доступа, является концентрация трафика, которая позволяет значительно снизить удельные расходы на одного абонента.
Концентрация трафика особенно эффективна, когда абонентские линии мало используются – например, один телефонный абонент (в частном секторе) делает в среднем один вызов в час длительностью 5 минут. При этом совершенно естественно использовать одну линию, физически подключенную к АТС, на определенное количество абонентских. Таким образом, концентрация абонентских линий частных пользователей позволяет оператору значительно снизить свои расходы и увеличить прибыль.
На рис. приведено три примера концентрации трафика в сетях доступа. Первый пример иллюстрирует концентрацию трафика в фиксированной сети с коммутацией каналов с помощью абонентского концентратора, подключенного к АТС. Управление концентраторами обычно производится со стороны АТС, предоставляющей услуги телефонной сети общего пользования или ISDN. При использовании аналогового абонентского окончания в функции концентратора входит также аналогово-цифровое преобразование.
Обычно используемая степень концентрации для частных пользователей – 10 к 1. На практике к одному концентратору можно подключить от сотни до тысячи пользователей, задействовав при этом от 10 до 100 физических телефонных каналов для связи с АТС.
– Стандартные интерфейсы для сетей доступа V5.1 и V5.2
Еще большая выгода получается, когда два пользователя, подключенные к одному абонентскому концентратору, устанавливают соединение между собой - в этом случае внешние каналы связи могут не использоваться вовсе, однако это не совсем так, они частично задействуются для установки соединения и тарификации.
К пользовательским интерфейсам концентратора также могут подключаться цифровые мультиплексированные каналы от мультиплексоров доступа (см. далее) или УАТС. На сегодня разработан стандарт V5.1, описывающий интерфейс между мультиплексором и концентратором доступа. В свою очередь протокол V5.2 является стандартным интерфейсом между абонентским концентратором и «родительским» телефонным коммутатором. Таким образом, протоколы серии V5 предоставляют стандартный интерфейс (исполнение которого не зависит от конкретного производителя) между телефонными сетями доступа и узлами коммутации.
Следует отметить, что интерфейс V5.1 поддерживает предоставление стандартных услуг ТфОП и основного доступа (BRA) ISDN с постоянно закрепленными для каждого пользователя временными слотами. Интерфейс V5.2 дополнительно поддерживает первичный доступ к ISDN - PRA (primary rate access), концентрацию трафика (с динамически выделяемыми тайм-слотами) и схему защищенного подключения к транспортной сети (см. подробнее дальше). В данном интерфейсе также поддерживается раздельное управление оборудованием доступа и коммутации.
Второй пример, приведенный на рис., иллюстрирует вариант концентрации трафика в радиосетях доступа, которые, как правило, основаны на многостанционных методах доступа. Это означает, что пользователь не имеет определенного канала, закрепленного за ним на базовой станции. Поскольку радиочастоты и соответственно частотные каналы на сегодня являются остродефицитным и дорогостоящим ресурсом, телекоммуникационные операторы не могут позволить себе предоставлять пользователям радиоканалы в монопольную собственность. Вместо этого имеется определенный набор радиоканалов, из которых при необходимости соединения пользователю "выдаются" свободные в данный момент каналы.
Очевидно, что в этом случае радиоканалов может быть значительно меньше, чем пользователей. Так и достигается эффект концентрации трафика, во многом аналогичный вышерассмотренному. В современных радиосетях доступа наибольшую популярность получили технологии TDMA (многостанционный доступ с временным разделением каналов) и CDMA (многостанционный доступ с кодовым разделением каналов), причем последняя технология обретает все большую популярность, в том числе и в Украине.
Третий пример, также показанный на рис., относится к пакетной технологии передачи данных ATM. Корпоративные пользователи, которые применяют в своих сетях технологии передачи ячеек, пакетов или кадров, могут использовать для концентрации трафика статистическое мультиплексирование (термин, который рекомендует использовать ITU-T - «динамическое мультиплексирование»).
Метод динамического мультиплексирования обусловлен тем, что поток трафика от нескольких источников имеет намного меньшую импульсную структуру, чем от каждого индивидуального пользователя. Основным источником импульсного трафика являются приложения ЛВС и сжатый медиатрафик, например, видео с кодированием MPEG-2.
Импульсный трафик требует непропорционально высокой полосы пропускания - относительно небольшой объем данных должен быть передан за короткое время. Очевидно, операторам наиболее выгодно концентрировать трафик ATM в сетях доступа, например, когда критическое число пользователей генерирует достаточный объем трафика для эффективной загрузки каналов сети доступа.
При концентрации потока ячеек от большого числа малонагруженных пользовательских систем передачи оператор может достичь значительно лучшего коэффициента использования систем передачи, подключенных к выходу концентратора. Коэффициент концентрации трафика повышается с увеличением его импульсности и может иметь значение от 2 до 4. Значение 4, например, соответствует случаю, когда 16 компаний, подключенных к концентратору по каналам STM-1, совместно используют один внешний канал STM-4.
– Мультиплексирование в сетях доступа
Основная идея использования мультиплексирования в сетях доступа заключается в значительном сокращении числа используемых медных пар, которые на практике всегда очень дефицитны. Сегодня это достигается путем преобразования аналоговых абонентских окончаний (которые используют полосу частот 300-3,400 Гц) в цифровые потоки со скоростью 64 Кбит/с с последующим их мультиплексированием в стандартный 2 Мбит/с-поток, который благодаря использованию современных SDSL-модемов может быть передан по одной абонентской паре.
Таким образом, достигается практически тридцатикратное сокращение числа необходимых медных пар в сети доступа. Как уже говорилось, в настоящее время интерфейс подключения мультиплексоров доступа к коммутационному оборудованию стандартизирован и носит название V5.1. Для подключения мультиплексоров к коммутационному оборудованию все чаще используются оптоволоконные решения, рост числа которых будет наблюдаться при устойчивой экспансии оптоволокна в сети доступа. Еще одно популярное решение - применение разнообразного радиорелейного оборудования.
В целом же использование мультиплексоров доступа гораздо менее выгодно, чем применение абонентских концентраторов, однако мультиплексирование может быть достаточно неплохим решением при относительно небольшом числе абонентов (до 100). В рассмотренном случае требования пользователей по поводу предоставления услуг ISDN весьма редки: обычно пользователи ограничиваются аналоговой телефонией.
Потребности корпоративных пользователей гораздо шире - мелкому бизнесу могут понадобиться услуги доступа в ТфОП, ISDN BRA-доступ и/или centrex, более крупным предприятиям может потребоваться подключение УПАТС, PRA-доступ к ISDN, а также услуги передачи данных, например, доступ к сетям TCP/IP и frame relay, и, возможно, организация каналов связи внутри компании на основе выделенных линий. Большим компаниям может понадобиться доступ к сетям ATM и соединения с городскими/ глобальными сетями (MAN/WAN).
Разнообразие типов трафика подразумевает то, что много различных видов вторичных сетей будет использовано для его передачи: телефонные сети, сети передачи данных и т.д. Оператор транспортной сети при этом должен отсортировать (groom) трафик в сети доступа и установить необходимые каналы передачи между мультиплексором доступа и соответствующим коммутационным оборудованием.