Мультисервисные сети абонентского доступа

 

	Кафедра Автоматическая Электросвязь

 

 

Мультисервисные сети абонентского доступа

Часть 2

Конспект лекций

для студентов специальности

5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

Алматы 2013

Составители: Ю.М. Гармашова, А.Д. Мухамеджанова. Мультисервисные сети абонентского доступа. Часть 2. Конспект лекций для студентов специальности…   Изложены конспекты одиннадцати лекций по дисциплине "Мультисервисные сети абонентского доступа". В них…

Введение

 

Целью преподавания дисциплины является изучение основ построения и функционирования мультисервисных сетей абонентского доступа.

Дисциплина рассматривает принципы построения и функционирования проводных и беспроводных мультисервисных сетей абонентского доступа, протоколы, способы передачи, применяемые в сетях. Также в дисциплине отражены все технологии, применяемые в мультисервисных сетей абонентского доступа.

Изучив основные принципы построения и функционирования мультисервисных сетей абонентского доступа, студент сможет анализировать, проектировать и эксплуатировать мультисервисные сети абонентского доступа, а также предложить оптимальные с точки зрения эксплуатации технические решения при проектировании новых сетей.

Целью преподавания дисциплины является подготовка студентов, владеющих основными принципами построения и функционирования мультисервисных сетей абонентского доступа, необходимых для решения задач телекоммуникационных сетей связи и их квалифицированной эксплуатации.

Задачами преподавания дисциплины являются овладение студентами принципами построения и функционирования мультисервисных сетей абонентского доступа, расчета параметров сетей.

Учебным планом для данной дисциплины отводится 3 кредита, всего -135 часов, из них для аудиторных занятий - 52, для самостоятельной работы – 90 час.

 

Кредиты	Курс	Семестр	Аудиторные занятия	Лекции	Практические занятия	Лаборат. работы	КР	Экзамен
			52 час.	1,5 (22 час.)	1 (16 час.)	0,5 (16час.)

 

Лекция Основные понятия сети абонентского доступа (САД)

Цель лекции: изучение студентами основных понятий сетей абонентского доступа.

Содержание:

- основные понятия сети абонентского доступа;

- понятие абонентской линии (АЛ).

Основные понятия сети абонентского доступа

Сеть абонентского доступа (САД) - это совокупность технических средств между оконечными абонентскими устройствами, установленными в помещении пользователя, и тем коммутационным оборудованием, в план нумерации (или адресации) которого входят подключаемые к телекоммуникационной системе терминалы [1].

Модель, иллюстрирующая основные варианты построения абонентской сети, приведена на рисунке 1.1 [1]. Эта модель справедлива как для городских телефонных сетей (ГТС), так и для сельских телефонных сетей (СТС). Более того, для ГТС приведенная на рисунке 1.1 модель инвариантна к структуре межстанционной связи. Она идентична для:

- нерайонированных сетей, состоящих, только из одной телефонной станции;

- районированных сетей, которые состоят из нескольких районных АТС (РАТС), соединенных между собой по принципу "каждая с каждой";

- районированных сетей, построенных с узлами входящего сообщения (УВС) или с узлами исходящего сообщения (УИС) и УВС.

 

 

Рисунок 1.1- Основные варианты построения абонентской сети

Модель, показанная на рисунке 1.1, может считаться универсальной в отношении типа коммутационной станции. В принципе, она одинакова как для ручной телефонной станции, так и для самой современной цифровой системы распределения информации. Более того, данная модель инвариантна к виду интерактивной сети, например телефонной или телеграфной [1].

Магистральный участок АЛ (Direct service area) - участок абонентской линии от линейной стороны кросса или вводно-коммутационного устройства местной станции, концентратора или иного выносного модуля до распределительного шкафа, включая участки межшкафной связи. Магистральному участку АЛ соответствует термин "Main cable". Магистральным участком считается также зона прямого питания, в пределах которой для построения абонентской сети распределительные шкафы не используются. Зона прямого питания занимает территорию, примыкающую к телефонной станции в радиусе примерно до 500 метров.

Распределительный участок АЛ - участок абонентской линии от распределительного кабельного шкафа до абонентского пункта. Этому участку АЛ - в зависимости от структуры сети доступа - соответствуют термины "Primary distribution cable" и "Secondary distribution cable". А часть площади, занимаемой распределительным участком, называется обычно "Cross-connection area".

Абонентская проводка - участок абонентской линии от распределительной коробки до розетки включения оконечного абонентского телефонного устройства. В англоязычной технической литературе используются два термина:

- "Subscriber's lead-in" - участок от распределительной коробки до помещения абонента;

- "Subscriber's service line" - участок от распределительной коробки до телефонного аппарата.

Кросс, ВКУ - оборудование стыка станционных и линейных участков абонентских и соединительных линий городских, сельских и комбинированных телефонных сетей. Этот элемент сети доступа в англоязычной технической литературе называется "Main distribution frame"; часто используется аббревиатура MDF.

Кабельный распределительный шкаф (ШР) - оконечное кабельное устройство, предназначенное для установки кабельных боксов (с плинтами, без элементов электрической защиты), в которых осуществляются соединения магистральных и распределительных кабелей абонентских линий местных телефонных сетей. Кабельному распределительному шкафу соответствует термин "Cross-connection point". Если АЛ проходит через два ШР, то в англоязычной технической литературе - для второго шкафа - добавляют прилагательное "secondary". Кроме того, если ШР находится в специально оборудованном помещении, то он именуется как "Cabinet". В том случае, когда ШР располагается у стены здания или иного подобного места, он называется "Sub-cabinet" или "Pillar". Эти обозначения обычно указываются в скобках после функционального назначения - "Cross-connection point". В технической литературе используется еще несколько терминов, более или менее соответствующих ШР. Чаще всего встречается слово "Curb".

Абонентская распределительная коробка (РК) - оконечное кабельное устройство, предназначенное для осуществления стыка кабельных пар, включенных в плинт распределительной коробки, с однопарными проводами абонентских проводок. Distribution point (DP) - аналог термина "Абонентская распределительная коробка”.

Кабельная канализация (Duct или Cable duct) - совокупность подземных трубопроводов и колодцев (смотровых устройств), предназначенных для прокладки, монтажа и технического обслуживания кабелей связи.

Колодец (смотровое устройство) кабельной канализации(Jointing chamber или Jointing manhole) - устройство, предназначенное для прокладки кабелей в трубопроводы кабельной канализации, монтажа кабелей, размещения сопутствующего оборудования и технического обслуживания кабелей связи.

Кабельная шахта (Exchange manhole) - сооружение кабельной канализации, размещаемое в подвальном помещении телефонной станции, через которое кабели вводятся в здание станции и в котором, как правило, многопарные линейные кабели распаиваются на станционные кабели емкостью 100 пар.

Понятие абонентской линии

Функции АЛ в существующей телекоммуникационной системе: - обеспечение двухстороннего переноса сообщений на участке между терминалом… - обмен сигнальной информацией, необходимой для установления и разъединения соединений;

Лекция. Основные понятия мультисервисной сети абонентского доступа (МСАД)

Цель лекции: изучение студентами основных понятий мультисервисных сетей абонентского доступа.

Содержание:

- основные определения мультисервисной сети абонентского доступа;

- технологии МСАД;

- проводные технологии.

Основные понятия МСАД

Под мультисервисной сетью абонентского доступа (МСД) - понимают такую сеть, которая поддерживает передачу разнородного трафика между оконечными пользователями (системами) и транспортной сетью, используя единую сетевую архитектуру, что позволяет уменьшить разнообразие типов оборудования и применять единые стандарты [1, 2].

Архитектура и функции МСАД должны поддерживать три вида предоставляемых услуг:

- передача речи (звука, телефонная связь, речевая почта и т.д.), - передача данных (Интернет, факс, передача файлов, электронная почта, электронные платежи и т.д.),

- передача видеоинформации (видео по запросу, телепрограммы, видеоконференции и т.д.).

Концепция развития мультисервисных сетей доступа включает в себя в основном два направления:

- интенсификацию использования существующих абонентских линий;

- строительство сетей доступа с использованием новых технологий.

Технологии МСАД

- проводные; - беспроводные. 1) Проводные - используют (полностью или частично) физические цепи. Это может быть витая медная пара, коаксиальный…

Лекция. Сети абонентского доступа ISDN

 

Цель лекции: изучение студентами сети абонентского доступа ISDN.

Содержание:

- основные понятия ISDN;

- абонентская сигнализация DSS1 в ISDN.

Основные понятия ISDN

Сеть ISDN (Integrated Services Digital Network - ISDN) создается, как правило, на основе телефонной цифровой сети, и обеспечивает передачу информации между оконечными устройствами в цифровом виде. При этом абонентам предоставляется широкий спектр речевых и неречевых услуг (например, высококачественная телефонная связь и высокоскоростная передача данных, передача текстов, передача теле- и видеоизображений, видеоконференцсвязь и т.д.). Доступ к услугам ISDN осуществляется через определенный набор стандартизированных интерфейсов [3, 4].

В настоящее время получили наибольшее распространение, в основном, два вида абонентского доступа к ресурсам сети ISDN:

- базовый (Basic Rate Interface - BRI) со структурой 2B+D, где В-64 кбит/с, D=16 кбит/с, групповая скорость при этом будет 144 кбит/с, при наличии канала синхронизации скорость передачи в линии может быть равной 160 кбит/с или 192 кбит/с;

- первичный (Primary Rate Interface - PRI) со структурой 30B+D, где В=64 кбит/с, D=64кбит/с, при этом скорость передачи с учетом сигналов синхронизации будет – 2048 кбит/с.

Основной доступ ISDN.Передача цифровой информации по двухпроводной медной паре в сети ISDN возможна со скоростью 160 кбит/с при нормальных условиях (длина кабеля не более 8 км при диаметре поперечного сечения 0.6 мм, или не более 4.2 км при диаметре поперечного сечения 0.4 мм). Медная пара, работающая в режиме 2B+D (144 кбит/с полезной информации) с синхронизацией и поддержкой данных (160 кбит/с общей информации), входит в состав Uk0-интерфейса. Со стороны пользователя медная пара заканчивается сетевым окончанием (network termination NT). Сетевое окончание переводит двухпроводный Uk0-интерфейс (160 кбит/с) в четырехпроводный S0-интерфейс (192 кбит/с); для случая 2B+D сетевое окончание прозрачно в обоих направлениях. Оператор сети несет ответственность за соединение от станции только до сетевого окончания, а за участок от NT до абонента отвечает абонент. S0-интерфейс - это соединительная шина, через которую ISDN-совместимое оборудование может соединяться с основной ISDN станцией через стандартный разъём (см. рисунок 3.1). Для учрежденческой станции S0-интерфейс - это точка, в которой учрежденческая станция соединяется с основной ISDN станцией (см. рисунок 3.2). Длина шины S0 не должна превышать одного километра.

Первичный ISDN доступ. Подобно основному доступу, В-каналы первичного доступа используются и переключаются индивидуально, а

 

 

Рисунок 3.1 - Основной доступ для отдельного пользователя

 

Рисунок 3.2 - Основной доступ для УАТС малой емкости

 

сигнальная информация (D-канальные сообщения) передаются в D-канале. Но в отличие от основного доступа, D-канал здесь используется только для передачи сигнальной информации, пакетно-ориентированные пользовательские данные должны быть отделены от сигнальной информации в учрежденческой станции и передаваться по В-каналам. Звено ИКМ, работающее как первичный доступ с 30В+D, называется Uk2pm интерфейсом или Uk2m интерфейсом. Окончание линии со стороны абонента оформлено как сетевое окончание (NT), где интерфейс Uk2m трансформируется в S2m интерфейс. От NT до учрежденческой станции расстояние не должно превышать одного километра.

Учрежденческая станция соединяется с ISDN станцией общего пользования посредством S2рm интерфейса. При использовании учрежденческой станции S0-интерфейс выступает как шина для подключения терминального оборудования (см. рисунок 3.3).

Абонентская сигнализация DSS1 в ISDN.

   

Лекция. Технологии xDSL

 

Цель лекции: изучение студентами технологий xDSL.

Содержание:

- основные понятия xDSL;

- технология АDSL.

Основные понятия xDSL

хDSL (digital subscriber line, цифровая абонентская линия) - семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала [3, 5].

Технологии хDSL появились в середине 90-х годов как альтернатива цифровому абонентскому окончанию ISDN.

В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия; также есть другой вариант названия - Digital Subscriber Loop - цифровой абонентский шлейф). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре. Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.

Технологии хDSL можно разде­лить на:

- симметричные;

- асимметричные.

Технология ADSL

Передача данных по технологии ADSL реализуется через обычную аналоговую телефонную линию при помощи абонентского устройства - модема ADSL и… Рисунок 4.1 – Структурная схема ADSL подключения  

Лекция. Беспроводная технология WIMAX

 

Цель лекции: изучение студентами технологии WiMAX.

Содержание:

- основные понятия WiMAX, архитектура сетей WiMAX IEEE 802.16;

- режимы WiMAX.

Основные понятия WiMAX. Архитектура сетей WiMAX IEEE 802.16

WiMAX - семейство стандартов IЕЕЕ 802.16 - это радиотехнология, которая обеспечивает двусторонний доступ к Интернету на дальнем расстоянии со скоростями до75 Мбит/с, а также QoS [6].

WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access, стандартизированная институтом IEEE технология широкополосной беспроводной связи, дополняющая линии DSL и кабельные технологии в качестве альтернативного решения проблемы "последней мили" на больших расстояниях. Технологию WiMAX можно использовать для реализации широкополосных соединений "последней мили", развертывания точек беспроводного доступа, организации высокоскоростной связи между филиалами компаний и решения других подобных задач.

Базовая станция (БС, BS — Base Station) размещается в здании или на вышке и осуществляет связь с абонентскими станциями (АС, SS —Subscriber Station) по схеме ―точка – мультиточка (Point to Multipoint —PMP). Возможен сеточный режим связи (Mesh — сетка связей ―точка – точка — PTP), когда любые клиенты (АС) могут осуществлять связь между собой непосредственно, а антенные системы, как правило, являются ненаправленными. БС предоставляет соединение с основной сетью и радиоканалы к другим станциям. Радиус действия БС может достигать 30 км (в случае прямой видимости) при типовом радиусе сети 6–8 км. АС может быть радиотерминалом или повторителем, который используется для организации локального трафика. Трафик может проходить через несколько повторителей, прежде чем достигнет клиента. Антенны в этом случае являются направленными.

Канал связи предполагает наличие двух направлений передачи: восходящий канал (АС – БС, uplink) и нисходящий (БС – АС, downlink). Эти два канала используют разные неперекрывающиеся частотные диапазоны при частотном дуплексе и различные интервалы времени при временном дуплексе.

Простейший способ представления архитектуры сетей WiMAX заключается в их описании как совокупности БС, которые располагаются на крышах высотных зданий или вышках, и клиентских приемо-передатчиков (см. рисунок 5.1).

Радиосеть обмена данными между БС и АС работает в СВЧ-диапазоне от 2 до 11 ГГц. Такая сеть в идеальных условиях может обеспечить техническую скорость передачи информации до 75 Мбит/с и не требует того, чтобы БС находилась на расстоянии прямой видимости от пользователя.

Рисунок 5.1 – Схематичное изображение сети WiMAX

 

Диапазон частот от 10 до 66 ГГц используется для установления соединения между соседними базовыми станциями при условии, что они располагаются в зоне прямой видимости друг от друга. Так как в городской среде это условие может оказаться невыполнимым, связь между базовыми станциями иногда организуют посредством прокладки кабелей.

При более детальном рассмотрении сеть WiMAX можно описать как совокупность беспроводного и базового (опорного) сегментов. Первый описывается в стандарте IEEE 802.16, второй определяется спецификациями WiMAX Forum. Базовый сегмент объединяет все аспекты, не относящиеся к абонентской радиосети, т. е. связь базовых станций друг с другом, связь с локальными сетями (в том числе, интернетом) и т. п. Базовый сегмент основывается на IP-протоколе и стандарте IEEE 802.3-2005 (Ethernet). Однако само описание архитектуры в части, не относящейся к беспроводной клиентской сети, содержится в документах WiMAX Forum, объединенных под общим названием – "Network Architecture".

В этих спецификациях к сетям WiMAX предъявляются такие требования, как независимость архитектуры от функций и структуры транспортной IP-сети. В то же время, должны обеспечиваться услуги, основанные на применении IP-протокола (SMS over IP, MMS, WAP и др.), а также мобильная телефония на основе VoIP и мультимедийные услуги. Обязательным является условие поддержки архитектурой протоколов IPv4 и IPv6. Сети WiMAX должны быть легко масштабируемыми и гибко изменяемыми и основываться на принципе декомпозиции (строиться на основе стандартных логических модулей, объединяемых через стандартные интерфейсы). Свойства масштабируемости и гибкости необходимо обеспечивать по таким эксплуатационным характеристикам, как плотность абонентов, географическая протяженность зоны покрытия, частотные диапазоны, топология сети, мобильность абонентов. Сети WiMAX должны поддерживать взаимодействие с другими беспроводными (3GPP, 3GPP2) или проводными (DSL) сетями. Большое значение имеет способность обеспечивать различные уровни качества обслуживания QoS.

Режимы WiMAX

–FixedWiMAX–фиксированный доступ. –NomadicWiMAX– сеансовый доступ. –PortableWiMAX– доступ в режиме перемещения.

Лекция. Протокол V.5

 

Цель лекции: изучение студентами протокола V 5.

 

Содержание:

- основные понятия;;

- модель V5: Услуги и порты пользователя;

- Протоколы и пропускная способность.

Основные понятия

Разработка универсального протокола V5 между сетью доступа и АТС была начата ETSI в 1991 г., первые спецификации V5 были изданы в 1993 г., а в 1995 г. ITU-T утвердил рекомендации для V5.1 и V5.2. Местоположение универсального интерфейса V5, поддерживающего различные виды абонентского доступа, согласно рекомендации I.411, определено в опорной точке V, которая находится на границе между станционным окончанием ЕТ и линией цифрового доступа [7, 8].

Интерфейс V5.1 позволяет подключить к АТС по цифровому тракту 2048 Кбит/с до 30 аналоговых абонентских линий или В-каналов без концентрации. Сигнализация осуществляется по общему каналу.

Интерфейс V5.2 ориентирован на группу до 16 трактов 2048 Кбит/с и поддерживает концентрацию, например, с коэффициентом 8. В каждом тракте может быть предусмотрено несколько каналов сигнализации.

Модель V5: Услуги и порты пользователя

Интерфейс V5 расположен между сетью доступа (AN — access network). и оконечной АТС, см. рисунок 6.1[7, 8].

 

 

Рисунок 6.1 - Функциональная модель доступа через интерфейс V5

Для переноса через интерфейс пользовательской, сигнальной и служебной информации в нем имеются информационные системы передачи 2048 Кбит/с, которые впоследствии будут именоваться трактами 2048 Кбит/с.

Тракты обеспечивают связь между оконечной АТС и пользовательскими портами, как входящими в сеть доступа, так и находящимися вне этой сети. Пользовательские порты, связанные с интерфейсом V5, поддерживают услуги разных типов, причем одни и те же физические порты могут поддерживать разные услуги. Имеется четыре общих типа услуг, которые может поддерживать пользовательский порт, связанный с интерфейсом V5, причем одновременно могут поддерживаться не более трех типов услуг.

Первые два типа услуг относятся к обслуживанию по запросу (on-demand services), когда соединение устанавливается АТС при поступлении очередного телефонного вызова или вызова ISDN.

Телефонный вызов может инициироваться абонентом ТфОП, имеющим аппарат с декадным набором номера или с DTMF, пользующимся или не пользующимся дополнительными услугами. Телефонный вызов может также инициироваться включенной в ТфОП малой АТС, тоже оборудованной средствами декадного набора номера или DTMF и пользующейся или не пользующейся дополнительными услугами.

Вызов ISDN может поступить от сетевого окончания NT, являющегося элементом сети доступа, или от других элементов, соответствующих рекомендациям G.960 и G.961. При этом не накладываются никакие ограничения на использование В-каналов и каких-либо дополнительных услуг, а также на передачу пакетных данных в В- и D-каналах.

Другие два типа услуг — это услуги арендованной линии, когда соединение не устанавливается для каждого вызова отдельно, а задается средствами управления конфигурацией сети.

Первый из этих двух типов услуг — услуги постоянной (закрепленной) арендованной линии (permanent leased line). Эти услуги реализуются сетью арендованных линий, фактически независимых от АТС и, следовательно, от интерфейса V5.

Второй тип услуги арендованной линии — услуги полупостоянной арендованной линии (semi-permanent leased line), когда нагрузка маршрутизируется через АТС. Интерфейс V5 позволяет использовать для организации полупостоянной арендованной линии либо один или два В-канала базового доступа ISDN, либо аналоговую или цифровую линию без выделенного канала сигнализации.

Пользовательские порты, которые связаны с интерфейсом V5 и поддерживают обслуживание по запросу, делятся на пользовательские порты ТфОП и пользовательские порты ISDN. Последние могут поддерживать также и услуги арендованной линии.

Пользовательские порты, которые связаны с интерфейсом V5 и не поддерживают услуги по запросу, классифицируются как арендованные порты. Они должны поддерживать либо услугу полупостоянной арендованной линии, либо комбинацию услуг полупостоянной и постоянной арендованной линии, поскольку арендованный порт, который поддерживает только услугу закрепленной арендованной линии, вообще не подключается к станции через интерфейс V5. Арендованные порты, которые требуют только одного несущего канала в интерфейсе V5, обслуживаются так же, как порты ТфОП. Арендованные порты, которые требуют более одного несущего канала, обслуживаются как порты ISDN.

Интерфейс V5.1 содержит один тракт 2048 кбит/с. Интерфейс V5.2 содержит несколько таких трактов (до шестнадцати). В дополнение к функциям интерфейса V5.1, интерфейс V5.2 предусматривает концентрацию нагрузки и динамическое назначение канальных интервалов. Тракты 2048 кбит/с обоих интерфейсов разделены (как обычно) на 32 канальных интервала, при этом КИО используется для цикловой синхронизации. Один интерфейс V5.1 может поддерживать до 30 портов ТфОП (или до 15 портов базового доступа ISDN), в то время как один интерфейс V5.2 может поддерживать до двух тысяч портов ТфОП (или до 1000 портов базового доступа ISDN). В обоих случаях порты ТфОП и порты ISDN могут использовать один и тот же тракт интерфейса V5.

 

Таблица 6.1 - Характеристики интерфейсов V5.1 и V5.2

V 5.1	V 5.2
Позволяет подключать к АТС один тракт Е1 (30 В-каналов)	Позволяет подключать к АТС группу до 16 трактов 2048 Кбит/с
Без функции концентрации нагрузки абонентских линий. Прямое соответствие между канальными интервалами тракта Е1 и терминалами пользователя	Поддержка функции концентрации нагрузки абонентских линий. Динамическое назначение канальных интервалов
Не поддерживает первичный доступ ISDN	Поддерживает первичный доступ ISDN
Не обеспечивает функции резервирования при отказе тракта интерфейса	Обеспечивает резервирование при отказе тракта путем переключения на другой тракт интерфейса (Protection protocol)
-	Управление трактами интерфейса (Link Control protocol)
Сигнализация осуществляется по общему каналу в тракте интерфейса	Для каждого доступа (2048 Кбит/с) предусмотрено несколько каналов сигнализации

 

Протоколы и пропускная способность

В рекомендации Q.921 для ISDN были определены три типа данных, передаваемых по D-каналу, которые соответствуют различным адресам уровня 2 интерфейса… Выполнение каждого из перечисленных протоколов сопровождается передачей через… - р-типа — данные D-канала ISDN с SAPI==16;

Лекция. Технологии оптического доступа

 

Цель лекции: изучение студентами технологий оптического доступа.

Содержание:

- основные понятия технологий оптического доступа;

- топологии сетей оптического доступа.

Основные понятия технологий оптического доступа

Наибольший объем услуг может быть предоставлен пользователю с помощью сетей оптического доступа OAN (Optical Access Networks) – активных (FTTH, FTTB. FTTC, FTTCab и т.д.) или пассивных PON (Passive Optical Networks). Созданием и продвижением новейших технологий доступа, и в частности оптических технологий, занимается международный консорциум FSAN (Full Service Access Network) [2, 9].

Технология FTTx - оптика до х (Fiber-То-The-х, FTTx) – это доступ к широкому спектру мультисервисных услуг, по оптическому волокну.

Типы FTTx:

- FTTA (Fiber to the Apartment) - оптоволокно до квартиры;

- FTTB (Fiber to the Building) - оптоволокно до здания;

- FTTC (Fiber to the Curb) - оптоволокно до распределительной шкафа;

- FTTCab (Fiber to the Cabinet) - оптоволокно до телефонного шкафа/будки;

- FTTE (Fiber to the Exchange) - оптоволокно до ближайшего к пользователю коммутатора;

- FTTH (Fiber to the Home) - оптоволокно до дома;

- FTTMdu (Fiber to the MultiDwelling Unit) - оптоволокно до блока/квартала жилых домов;

- FTTN (Fiber to the Node) - оптоволокно до узла;

- FTTO (Fiber To The Office) - доведение кабеля с ОВ до офиса;

- FTTOpt (Fiber To The Optimum) - доведение кабеля с ОВ до некой оптимальной, с точки зрения Оператора и/или пользователя, точки;

- FTTP (Fiber to the Premises) - доведение кабеля с ОВ до помещения клиента;

- FTTR (Fiber to the Remote Office) - оптоволокно до удаленного узла- доведение кабеля с ОВ до удаленного модуля, концентратора, мультиплексора или УАТС;

- FTTS (Fiber to the Subscriber) - оптоволокно до абонента;

- FTTU (Fiber to the User) - оптоволокно до пользователя.

Примеры организации МСАД на технологии FTTx, приведены на рисунке 7.1.

Технология PON (passive optical networks) – пассивные оптические сети это наиболее перспективная технология широкополосного мультисервисного множественного доступа по оптическому волокну [2, 9].

Суть технологии пассивных оптических сетей, состоит в том, что ее распределительная сеть строится без каких-либо активных компонентов

 

Рисунок 7.1 - Примеры организации МСАД на технологии FTTx

 

разветвление оптического сигнала осуществляется с помощью пассивных делителей оптической мощности - сплиттеров.

Типы PON:

- APON (ATM Passive Optical Network) - использует АТМ-инкапсуляцию транспортируемых данных для бизнес-приложений, обеспечивает скорость передачи 155 Мбит/с при дальности связи до 20 км. Базовый стандарт APON: ITU-T G.983;

- BPON (Broadband Passive Optical Network) - превосходит APON за счет ряда преимуществ, в частности, поддержки метода спектрального уплотнения каналов (Wavelength Division Multiplexing - WDM), видео-приложений, более высокой скорости передачи (622 Мбит/с и 1,2 Гбит/c). Базовый стандарт BPON: ITU-T G.983x;

- GPON (Gigabit Passive Optical Network) - наиболее распространенный на сегодня вариант PON, обеспечивающий симметричную передачу со скоростью до 2,5 Мбит/с, поддерживает транспортные протоколы Ethernet и

ATM, а также IP-транспорт. Базовый стандарт GPON: ITU-T G.984;

- EPON (Ethernet Passive Optical Network) - другое название: "Ethernet на первой миле" (Ethernet in the First Mile) - обеспечивает симметричную передачу со скоростью до 1,25 Гбит/с и использует инкапсуляцию Ethernet. Базовый стандарт EPON: IEEE 802.3ah;

- GEPON (Gigabit Ethernet Passive Optical Network) является одной из разновидностей технологии пассивных оптических сетей PON и одним из самых современных вариантов строительства сетей связи, обеспечивающим высокую скорость передачи информации (до 1,2 Гбит/с). Основное преимущество технологии GEPON заключается в том, что она позволяет оптимально использовать волоконно-оптический ресурс кабеля. Например, для подключения 64 абонентов в радиусе 20 км достаточно задействовать всего один волоконно-оптический сегмент;

- 10GEPON (10 Gigabit Ethernet Passive Optical Network) - гибрид технологий GPON и EPON со скоростями передачи до 10 Гбит/с. Базовый стандарт 10GEPON: IEEE 802.3av;

- TurboGEPON обеспечивает скорость передачи информации до 2.5 Гбит/с по направлению к абоненту (downstream) и до 1,25 Гбит/с в направлении от абонента (upstream).

Топологии сетей оптического доступа:

1) "Кольцо" - кольцевая топология на основе SDH применяется в сетях доступа, но в сетях доступа нельзя заранее знать где, когда и сколько абонентских узлов будет установлено (см. рисунок 7.2) [2, 9]. При случайном территориальном и временном подключении пользователей кольцевая топология может превратится в сильно изломанное кольцо со множеством ответвлений, подключение новых абонентов осуществляется путем разрыва кольца и вставки дополнительных сегментов. На практике часто такие петли совмещаются в одном кабеле, что приводит к появлению колец, похожих больше на ломаную – “сжатых” колец (collapsedrings), что значительно снижает надежность сети.

 

 

Рисунок 7.2 – Топология "Кольцо" Рисунок 7.3 – Топология "Точка-точка"

 

2)"Точка-точка" (P2P) - топология P2P не накладывает ограничения на используемую сетевую технологию (см. рисунок 7.3). P2P может быть реализована как для любого сетевого стандарта, так и для нестандартных (proprietary ) решений, например, использующих оптические модемы. С точки зрения безопасности и защиты передаваемой информации, при соединении P2P обеспечивается максимальная защищенность абонентских узлов. Поскольку оптический кабель нужно прокладывать индивидуально до абонента, этот подход является наиболее дорогим и привлекателен в основном для крупных абонентов.

3) "Дерево с активными узлами" – это экономичное с точки зрения

использования волокна решение (см. рисунок 7.4). Это решение хорошо вписывается в рамки стандарта Ethernet с иерархией по скоростям от центрального узла к абонентам 1000/100/10 Мбит/с (1000Base-LX, 100Base-FX, 10Base-FL). Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (применительно к IP-сетям, коммутатор или маршрутизатор). Оптические сети доступа Ethernet, преимущественно использующие данную топологию, относительно недороги. К основному недостатку следует отнести наличие на промежуточных узлах активных устройств, требующих индивидуального питания.

 

Рисунок 7.4 – Топология "Дерево с Рисунок 7.5 – Топология "Дерево с

активными узлами" пассивными узлами"

 

4) "Дерево с пассивным оптическим разветвлением PON (P2MP)" - решения на основе архитектуры PON используют логическую топологии "точка-многоточка" P2MP (point-to-multipoint) , которая положена в основу технологии PON, к одному порту центрального узла можно подключать целый волоконно-оптический сегмент древовидной архитектуры, охватывающий десятки абонентов (см. рисунок 7.5). При этом в промежуточных узлах дерева устанавливаются компактные, полностью пассивные оптические разветвители (сплиттеры), не требующие питания и обслуживания.

PON позволяет экономить на кабельной инфраструктуре, за счет сокращения суммарной протяженности оптических волокон, т.к. на участке от центрального узла до разветвителя используется всего одно волокно. В меньшей степени обращают внимание на другой источник экономии – сокращение числа оптических передатчиков и приемников в центральном узле. Между тем экономия о второго фактора в некоторых случаях оказывается даже более существенной.

 

 

Лекция. Технологии PON

 

Цель лекции: изучение студентами технологии PON.

Содержание:

- архитектура PON;

- принцип передачи информации между устройствами PON;

- предоставляемые технологией PON услуги.

Архитектура PON

- OLT (Optical Line Terminal) – центральное устройство, агрегирует потоки от терминальных устройств в зданиях; - ONU (Optical Network Unit) или ONT (Optical Network Terminal)– терминальное…  

Принцип передачи информации между устройствами PON

Прямой поток - на уровне оптических сигналов, является широковещательным. Каждый абонентский узел ONT, читая адресные поля, выделяет из этого общего… Рисунок 8.2 -Принцип передачи информации между устройствами PON

Предоставляемые технологией PON услуги

Возможность предоставления комплексных услуг реализуется с использованием абонентского оборудования. Для организации доступа к услугам сети NGN посредством PON используется…  

Лекция. Технологии сетей кабельного телевидения

 

Цель лекции: изучение студентами технологии сетей кабельного телевидения.

Содержание:

- основные понятия сетей кабельного телевидения;

- гибридные оптико-коаксиальные сети;

- реализация сетей кабельного телевидения на FTTB.

Основные понятия сетей кабельного телевидения

Кабельное телевидение (Cable television - сокращённое название от Community Antenna Television, CATV - телевидение с общей антенной) - модель телевизионного вещания (а также иногда и FM-радиовещания), в которой телесигнал распространяется посредством высокочастотных сигналов, передаваемых через проложенный к потребителю кабель [2, 9, 10]. Кабельное телевидение противопоставляется эфирному и спутниковому телевидению.

Долгое время основой кабельных телесетей являлся коаксиальный кабель. Успешное развитие технологий оптической передачи данных привело к внедрению оптического волокна в сети кабельного телевидения в виде так называемых гибридных, или волоконно-коаксиальных сетей (Hybrid Fiber Coaxial - HFC), в которых сочетаются коаксиальные и волоконно-оптические кабели.

Современная сеть кабельного телевидения включает головную станцию, магистральные каналы связи, субмагистральные линии и домовые распределительные сети.

Преимущества кабельного телевидения перед эфирным:

- более высокое качество сигнала;

- высокая помехозащищённость;

- отсутствие проблем с передачей сигнала в городах с плотной многоэтажной застройкой;

- возможность расширения предоставляемых абоненту услуг и количества каналов.

Традиционно аналоговая технология кабельного телевидения успешно осваивает цифровые способы передачи данных, как в прямом направлении к клиентам (DVB-С), так и двусторонние интерактивные (DVB+IP, DOCSIS).

Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) - стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю. Этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с (при ширине полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной модуляции 256 QAM), и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с.

Существует несколько версий спецификации DOCSIS:

- DOCSIS 1.0;

- DOCSIS 1.1;

- DOCSIS 2.0;

- DOCSIS 3.0;

- EuroDOCSIS.

EuroDOCSIS регламентирует принятое для Европы распределение частот прямого и обратного канала, оговаривает работу c полосой 8 МГц.

Стандарт DOCSIS 1.1 дополнительно предусматривает наличие специальных механизмов, улучшающих поддержку IP-телефонии, уменьшающих задержки при передаче речи (например, механизмы фрагментации и сборки больших пакетов, организации виртуальных каналов и задания приоритетов).

DOCSIS имеет прямую поддержку IP протокола с нефиксированной длиной пакетов, в отличие от DVR-RC, который использует ATM Cell transport для передачи IP пакетов (то есть, IP пакет сначала переводится в формат ATM, который затем передаётся по кабелю; на другой стороне производится обратный процесс), таблица 9.1.

 

Таблица 9.1 - Максимальная скорость синхронизации (Максимальная используемая скорость)

Version	DOCSIS	EuroDOCSIS
Прямой канал (Down)	Обратный канал (Up)	Прямой канал (Down)	Обратный канал (Up)
1.x	42,88 (38) Мбит/с	10,24 (9) Мбит/с	55,62 (50) Мбит/с	10,24 (9) Мбит/с
2.0	42,88 (38) Мбит/с	30,72 (27) Мбит/с	55,62 (50) Мбит/с	30,72 (27) Мбит/с
3.0 4channel	+171,52 (+152) Мбит/с	+122,88 (+108) Мбит/с	+222,48 (+200) Мбит/с	+122,88 (+108) Мбит/с
3.0 8channel	+343,04 (+304) Мбит/с	+122,88 (+108) Мбит/с	+444,96 (+400) Мбит/с	+122,88 (+108) Мбит/с

 

Передача данных «сверху вниз» - к пользователю, или в Downstream-канале - выполняется передающим устройством головного оборудования, называемым CMTS - Cable Modem Termination System. Иначе говоря, вся полоса делится между всеми пользователями, которые в данный момент принимают данные, поэтому доступная в каждый момент времени полоса для конкретного пользователя может «плавать» в очень широких пределах. Передача информации «снизу вверх» (в Upstream-канале) может выполняться кабельным модемом, который отвечает техническим требованиям, предъявляемым предприятием, или сертифицирован на соответствие стандарту DOCSIS, а в качестве протокола доступа реализована процедура МДВР (многостанционный доступ с временным разделением каналов) или МДКР (многостанционный доступ с кодовым разделением каналов). До появления стандарта DOCSIS 3.0 полоса на одного пользователя в Downstream-канале составляла примерно не более 25 Мбит/с, в Upstream-канале - не более 10 Мбит/с. Это обусловлено невозможностью выделения всех тайм-слотов на одно абонентское устройство.

Главное отличие DOCSIS 3.0 от 2.0 в том, что в DOCSIS 3.0 каналы на кабельном модеме можно объединять, тем самым увеличивая скорость доступа. Объединяются до 16 прямых и 8 обратных. Также в DOCSIS 3.0 появилась поддержка multicast, шифрования AES и др.

Гибридные оптико-коаксиальные сети

   

Реализация сетей кабельного телевидения на FTTB

Рисунок 9.2 – Сеть кабельного телевидения на FTTB  

Лекция. Сети коллективного доступа

 

Цель лекции: изучение студентами сетей коллективного доступа.

Содержание:

- основные понятия сетей коллективного доступа;

- связь через линии электропередач (ЛЭП).

Основные понятия сетей коллективного доступа

Сети коллективного доступа (СКД) предназначены для организации относительно недорогого доступа в Интернет индивидуальных пользователей, проживающих в многоквартирных домах [2, 11]. Идея коллективного доступа состоит в использовании существующей в домах кабельной инфраструктуры (витая медная пара, радиотрансляционные сети, электрическая проводка). В подключаемом к Интернету доме устанавливается концентратор трафика. Для подключения концентратора к узлу служб транспортной сети могут использоваться разные технологии (PON, FWA, спутниковые и др). Таким образом, сети коллективного доступа являются гибридными, объединяющими в себе как собственно сети коллективного доступа, так и сети, обеспечивающие транспортировку трафика.

К основным технологиям коллективного доступа относятся HPNA, PLC, EFM.

Серия стандартов HPNA

HPNA 1.x. Стандарт HPNA 1.0 создан в 1998 г. Для передачи сигналов используется полоса частот 4…10 МГц, поэтому системы HPNA не оказывают влияния па… Системы доступа HPNA 1.0 обеспечивают коллективный доступ к каналу с… Ядро сети - коммутатор HPNA, порты которого подключаются к соответствующей абонентской линии. Максимальное количество…

Технология PLC

Разработкой стандартов технологии PLC (Power Line Communications), реализуемой на базе инфраструктуры сетей электропитания, занимаются различные международные организации, такие как PLC Forum. Powerline World и Home Plug Powerline Alliance. Последняя из них приняла в 2001 г. Единый стандарт HomePlug 1.0 specification, в котором определены скорости передачи данных до 14 Мбит/с, методы доступа к среде передачи CSMA/CD или CSMA/CA и модуляции OFDM. Стандартизация PLC-технологии ведется также и в ETSI (TS 101 867, TS 101 896, TR 102 049).

Технология EFM

Технология EFM (Ethernet in the First Mile – Ethernet на первой миле) требует создания в доме инфраструктуры на базе оптоволоконного кабеля или витой медной пары категории 3 и выше. EFM разрабатывался рабочей группой IEEE802.3ah, в которой для определения сети доступа предпочитают использовать выражение "первая миля" вместо общепринятого термина "последняя миля". Были выработаны требования к функциям сети коллективного абонентского доступа на базе Ethernet. В стандарте представлены различные сетевые архитектуры, предусмотрено использование различных сред передачи информации.

Связь через ЛЭП

При развитии энергосетей встал вопрос о передаче диспетчерской информации от одного энергоузла к другому. Использование для этих целей телефонных и… Передача диспетчерской информации по проводам линий электропередач широко… Технология PLC базируется на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена.…

Лекция. Пример мультисервисного узла абонентского доступа

 

Цель лекции: изучение студентами мультисервисного узла абонентского доступа.

Содержание:

- основные характеристики мультисервисного узла абонентского доступа;

- типы доступов мультисервисного узла абонентского доступа.

Основные характеристики мультисервисного узла абонентского доступа

Узел SI3000 MSAN обеспечивает реализацию мультимедийных услуг, услуг передачи речи и данных с использованием различных интерфейсов пользователя. Он… SI3000 MSAN совместим с различными сетевыми конфигурациями. Он может работать… - узла TDM-доступа с возможностью подключения к сетям TDM;

Список литературы

 

1. Соколов Н.А. Сети абонентского доступа. Принципы построения.

2. Системы доступа к информационным сетям. Учеб. пособие по дисциплине «Системы доступа к компьютерным и телекоммуникационным сетям» для студентов специальностей “Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения”, “Многоканальные системы телекоммуникаций” дневной, вечерней и заочной форм обучения / Н.В. Тарченко, П.В. Тишков. – Мн.: БГУИР, 2005. – 80 с.

3. О.М. Денисьева, Д.Г. Мирошников. Средства связи для последней мили.- М.: Эко-Тренз-НТЦ НАТЕКС, 1999. – 140 с.

4. Битнер В.И. Доступ к ресурсам цифровой сети интегрального обслуживания: Учеб. пособие для вузов/ МВО РФ по связи и информатиз. Сиб.гос.ун-т телеком. и информатики. Межрегиональный учеб. центр перепод. Специалистов. – Новосибирск, 2000.-84 с.

5. Бакланов И.Г. Технологии ADSL/ADSL2+ теория и практика применения. – М.: Метротек, 2007.

6. Рашич А. В. Сети беспроводного доступа WiMAX: учеб. пособие / Рашич А.В.— СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. — 179 с..

7. Апостолова Н.А., Гольдштейн Б.С., Кадыков В.Б.Универсальный интерфейс V5 сети абонентского доступа. Учебное пособие по курсу САД. – Санкт-Петербург, СГУТ, 2005.

8. Гольдштейн Б.С. Протоколы сети доступа – М.: Радио и связь, 1998.

9. Урядов В.Н., Тарченко Н.В, Тишков П.В. Современные технологии средств и систем телекоммуникаций. Конспект лекций для студентов специальностей I-45 01 01 Многоканальные системы телекоммуникаций. Минск: БГУИР, 2008. - 198 с.

10. Волков С.В. Сети кабельного телевидения. – М.: Горячая линия-Телеком, 2004. – 616 с.

11. А.В.Никифоров. Технология PLC - телекоммуникации по сетям электропитания // «Сети и системы связи». - 2002. - № 5..

12. http://www.iskrauraltel.ru.

13. http://www.si3000.ru

Содержание

Введение
1 Лекция Основные понятия сети абонентского доступа (САД)
2 Лекция. Основные понятия мультисервисной сети абонентского доступа (МСАД)
3 Лекция. Сети абонентского доступа ISDN
4 Лекция. Технологии xDSL
5 Лекция. Беспроводная технология WIMAX
6 Лекция. Протокол V.5
7 Лекция. Технологии оптического доступа
8 Лекция. Технологии PON
9 Лекция. Технологии сетей кабельного телевидения
10 Лекция. Сети коллективного доступа
11 Лекция. Пример мультисервисного узла абонентского доступа
Список литературы

Сводный план 2013 г., поз 270 320

 

Юлия Михайловна Гармашова

Альмира Далелхановна Мухамеджанова

 

Мультисервисные сети абонентского доступа

  Конспект лекций для студентов специальности 5В071900 –