Сети Нового Поколения

Подводя итог анализу технологий уровня доступа, сравним все приведенные решения. В случае с технологиями доступа NGN сделать сравнительный анализ корректно невозможно по следующим причинам:

п ринцип демократичности NGN уравнивает в правах на рынке все технические решения. Любая технология, вне зависимости от того, что мы о ней думаем и говорим, имеет право на существование в концепции NGN; многопараметричность технологий делает их сравнение спорным или ангажированным. Чтобы провести технологическое сравнение, нам придется из огромного перечня параметров систем выбрать только некоторые. Такое сравнение будет однозначно односторонним. Единственным корректным способом обобщенной оценки различных технологий доступа является сравнение популярности различных технологий, что выражается в доле абонентов, подключенных через нее. На популярность могут влиять разные факторы: мода, технические особенности, талант маркетологов операторских компаний и пр. Сравнительный анализ по этому критерию не противоречит демократической концепции сетей нового поколения и не предполагает оценку технических сторон различных решений проблемы «последней мили». Выбирая параметры по своему усмотрению, можно доказать, что технология Wi-Fi эффективнее ADSL, а затем утверждать обратное. Этим приемом часто пользуются журналисты в заказных статьях. В качестве примера на рис. 3.46 показана относительная доля подключений широкополосного доступа в Европе на конец 2005 г. [27]. Выборка для статистического анализа представляется внушительной — это 137 млн абонентов. Результаты сравнительного анализа оказываются довольно интересными. Лидирующее положение на рынке имеет технология DSL (в первую очередь ADSL), которая охватывает более 60 % всех пользователей. Технология широкополосного доступа по сетям кабельного телевидения также представляется очень существенной и составляет более 30%. На остальные технологии (FTTx, Wi-Fi, WiMAX и пр.) приходится не более 7%. Приведенная статистика хорошо отражает общие приоритеты в развитии сетей доступа в современном мире. Несмотря на весь пафос сторонников развертывания оптических абонентских сетей, даже в развитых странах Европы подавляющее большинство пользователей подключено через сети доступа, использующие уже развернутую инфраструктуру сетей. Это еще раз показывает, что существует объективная задержка в динамике развития сетей доступа из-за фактора нового строительства. Даже в таких благоприятных для нового строительства странах, как Япония (где еще в 1995 г. были приняты постановления об обязательном развертывании оптических домашних сетей в новых объектах строительства), статистика показывает сравнительно небольшую долю оптических подключений в сравнении с ADSL и CATV. Таким образом, на современном этапе временные миграционные решения представляют собой наиболее существенный сегмент сетей доступа NGN. В будущем приоритеты могут поменяться. Новое строительство будет увеличивать долю абонентов FTTx. Современное развитие технологии WiMAX также сулит новый переворот. На горизонте снова появились революционные разработки PLC. Принятие стандартов сотовых сетей 3G вообще может в самое ближайшее время коренным образом изменить приоритеты и распределение ролей на рынке доступа. Вое пути развития равновероятны, и в этом еще раз проявляется демократичный принцип NGN.

Обобщая все рассмотренные в этой главе технологии доступа, приведем их перечень в табл. 3.5, указывая только основные параметры. Время покажет, какие из перечисленных технологий ждет «инновационная смерть», а какие из них станут лидером будущей революции. Пока же все перечисленные технологии равноправны и равноценны.

Завершая общее обсуждение технологии NGN, рассмотрим ее взаимосвязь с другими процессами, которые протекают в современном мире. Третья революция в области современных систем связи, которая привела к появлению NGN, является не более чем составной частью единого общемирового и общекультурного исторического процесса. Поэтому рассмотрим технологию NGN в обрамлении общего исторического процесса развития современной цивилизации. Ниже будет показано, что такой подход позволит по-иному взглянуть на процессы преобразования технологии и будет иметь даже практические последствия. На рубеже нового XXI века в общемировой и в первую очередь в технической культуре происходит то, что называется сдвигом парадигмы, т.е. повсеместно появляются новые концепции и идеи, которые способствуют развитию локальных научно-технических революций. Лейтмотив этих революционных преобразований можно охарактеризовать как стремление цивилизации выдвинуть па первый план информацию в самом широком смысле этого слова. Если раньше в основу мировоззрения была положена физическая теория, то, начиная с 60-х годов, все большее влияние на человечество оказывает феномен информации. Информация и обратная к ней величина — энтропия — оказались в центре внимания специалистов во всех областях. Можно указать на многочисленные изменения, которые внесло понятие информации в современную науку и культуру. В области социологии и обществоведения появление информации как действующего фактора привело к появлению концепции постиндустриального общества. На основе этой концепции было предложено повое мировое разделение труда, где развитые страны устанавливали доминирующее положение как генераторы новых идей, тогда как весь остальной мир должен воплощать их в жизнь. Два традиционных течения философии — идеализм и материализм — в равной степени продемонстрировали доминирующее значение информации в общей картине мира. Современный атеизм пытается использовать теорию самоорганизации для обоснования своих постулатов. В противовес ему традиционный креационизм также апеллирует к информационным дисциплинам. В области литературы и искусства информационная эра вторглась, породив движение постмодернизма, одной из составных частей которого является использование культурного наследия почти механически, т.е. с точки зрения информации. В области медицины появились новые методы лечения. Это и новый взгляд на вирусологию, и на развитие «информационной гомеопатии», и исследования генома человека все эти явления были во многом связаны с изменением парадигмы в области здравоохранения. В области идеологии от методов слепой пропаганды специалисты перешли к новым принципам, включив в свой арсенал понятия информационной войны, информационной интервенции и пр. В геометрии возникла концепция фрактальных объектов, которая полностью реформировала эту традиционную область математики. Фрактальная геометрия получила широкое применение в различных областях естествознания и технике, в том числе и применительно к NGN (см. ниже). В области физики наметился переход к исследованию неравновесных процессов, что привело к появлению новой отрасли - нелинейной динамики. В настоящее время многие специалисты рассматривают нелинейную динамику как основу для построения нового здания науки. Общая концепция естествознания пополнилась новыми дисциплинами: теорией информации, теорией процессов и теорией сложных систем. Всe перечисленные дисциплины объединяют в себе принципы, разработанные в рамках нелинейных динамических моделей. Достижениями Max дисциплин стала теория самоорганизации (синергетика) и теория динамического хаоса, которые находят применение во многих есстествен-нонаучных дисциплинах (физике, химии, социологии, биологии, экологии. лингвистике, технике и пр.). То, что в настоящее время информационная цивилизация входит в моду лучше всего видно по поведению различных шарлатанов — окультистов, астрологов, колдунов и пр. Во все времена эта социальная группа выступала определенным барометром настроений и моды в обществе, эксплуатируя устойчивые заблуждения широких масс насселения. Приближение информационной эры можно наблюдать даже по тому как еще десять-пятнадцать лет назад колдуны всех мастей вознесли руки к небу в ожидании «космических энергий», а теперь больше ориентируются на «космическую информацию». Тем самым и эта темная сторона современной цивилизации продемонстрировала свою приверженность информа

При изучении принципов функционирования NGN все время говорилось о высокой динамике развития этих сетей, но эта динамика не выделялась в качестве отдельного свойства технологии NGN. Однако это свойство важно настолько, что целесообразно рассмотреть его особо. Как будет показано ниже, такое исследование может привести к довольно неожиданным результатам. В этом разделе нас будет интересовать не просто явление динамичности современной технологии NGN, но и механизмы ее развития. Здесь наблюдается не только высокая динамика изменения состояния систем. Подробное исследование явления многопараметричности и проблем, которые непосредственно связаны с этим явлением, было сделано автором в [1]. связи, это еще и высокая динамика эволюции технологии в условиях рыночного пространства. Как будет показано ниже, скорость смены технологических решений и концепций для систем NGN является уникальной в истории систем связи. Под воздействием этой динамики меняются даже многие основы функционирования систем связи. До появления концепций сетей нового поколения развитие систем связи можно было рассматривать как эволюционный процесс, а состояние рынка систем связи считать если не полностью статичным, то квазистационарным. Переход к технологии NGN - - это переход от статики к динамике, поэтому особенно важно понять законы, по которым развивается эта технология. Технологии, концепции, принципы в области NGN меняются ежегодно, а иногда и по несколько раз в год. Как будет показано далее, современные методы и новые бизнес-модели, которые приходят в область разработки средств связи, сократили цикл выхода технологии на рынок до 3-5 лет, что не имеет аналогов на рынке связи. До этого цикл развития технологии составлял 10, а то и 20 лет, что и было закреплено в экономических показателях по уровню амортизации средств связи. В современном мире NGN оборудование может морально устареть уже через 2-3 года, что можно наблюдать на примере ATM. Такая высокая динамика обновления не может не сказаться на всех сторонах развития технологии NGN. Высокой динамикой внутри систем NGN проникнуты все явления: от уровня квалификации персонала, который часто отстает от жизни, до основ построения конвергентных сетей, внутри которых отдельные технологии постоянно изменяются, преобразуются, обновляются и при этом объединяются в единую конвергентную сеть. Исследуя поведение технологий NGN во времени, кроме высокой динамики развития, можно выделить фактор новизны. Мало того, что сети нового поколения представляют собой революционную доктрину, для сетей NGN характерна самая высокая новизна в области технологии. Обычно оборудование NGN — это оборудование только что из лаборатории. Стандарты функционирования систем NGN постоянно «дышат», подстраиваясь к новым инновационным идеям. В результате очень часто оборудование сетей нового поколения модернизируется из-за изменения в стандартах уже на опытной зоне. Оба фактора — динамика и новизна — можно свести к единому принципу — перманентной новизне технологии NGN. С одной стороны, технология NGN в подавляющем большинстве представляет собой совершенно новые разработки. С другой стороны, высокая динамика развития технологии не позволяет завершить эти разработки. Разработка скорее будет вытеснена новой технологией, чем окончательно доработана под все условия эксплуатации. В результате новизна технологии становится постоянным, или перманентным, фактором. Из принципа перманентной новизны технологии можно сделать вывод о том, что современные операторы NGN имеют дело с «хронически новым» оборудованием, для которого характерна незавершенность и несовершенство. В традиционных сетях можно было говорить об ограниченном временном промежутке, в течение которого новое оборудование доводится до ума. В системах NGN новизна и несовершенство оборудования становятся постоянным атрибутом самой технологии. Это особенность сетей NGN столь характерна и необычна, что требует отдельного изучения.

Динамику развития любой технологии систем связи или нового технологического решения от идеи до внедрения можно представить схематично в виде кривой развития технологии (рис. 2.19), разделив время разработки на девять этапов.

1. Формирование новых стандартов оборудования или появление новой идеи.
2. Создание лабораторного макета оборудования и анализ его соответствия новым стандартам.
3. Анализ производительности нового оборудования и оценка надежности полученного решения.
4. Переход к штатному производству оборудования, выстраивание производственного процесса и контроль качества в процессе производства.
5. Развертывание пилотной зоны на новом оборудовании.
6. Сертификация полученного решения в полевых условиях.
7. Переход к штатному внедрению оборудования и тиражированию решений.
8. Массовое развертывание систем связи.
9. Перевод полученного решения в эксплуатацию, получение при- были от оборудования или новых услуг.

Особенностью NGN является только то, что сроки разработки и внедрения оборудования постоянно сокращаются.

П опытка получить «свой кусок» общего интернационального «пирога» NGN приводит компании к необходимости максимально быстрой генерации технических решений. По меткому выражению одного из аналитиков, тот сегмент, который в настоящее время является пустым, через год будет полон инновационными решениями и конкуренцией, а через два года это будет общим местом, куда бизнесу нецелесообразно идти. Таким образом, самым важным в развитии современных инновационных решений оказывается фактор времени и максимально оперативная разработка технических решений. В процесс включены все игроки рынка. Производители стремятся как можно быстрее разработать и выпустить новое оборудование на рынок. Операторы стараются внедрить новые принципы работы сетей, услуги и оборудование. Стандартизирующие органы и организации стараются максимально оперативно проработать новые стандартны и технологии. Можно сказать, что все участники рынка целенаправленно ускоряют научно-технический прогресс. В результате действий всех участников рынка «кривая развития» технологии в современных системах связи сжимается как пружина.

Еще одним популярным методом построения сетей широкополосного доступа является использование сетей кабельного телевидения (CATV). Напомним, что предоставление услуг широкополосного доступа NGN по CATV представляет собой один из методов использования существующей инфраструктуры. Подобно технологии DSL, которая формирует каналы широкополосного доступа по телефонных парам, технология доступа по CATV использует коаксиальные кабели, которые приходят в квартиры потенциальных потребителей услуг NGN. Но если технология DSL сталкивается с необходимостью разработки специальных технических решений, чтобы расширить полосу передачи данных, то в технологии традиционного кабельного телевидения, называемой также технологией высокочастотной передачи (HFC), такой проблемы нет. Коаксиальные кабели в CATV, в отличие от витой пары категории 3 и 4 в традиционных телефонных сетях, обеспечивают передачу сигналов в диапазоне до 1 ГГц. Это означает, что CATV технически более приспособлено для широкополосного доступа NGN, чем традиционные абонентские телефонные кабели. Принцип организации передачи информации по CATV аналогичен рассмотренному в разд. 3.3 принципу работы систем ADSL. На абонентской стороне устанавливается разветвитель (сплиттер), который позволяет использовать один или несколько частотных каналов кабельного телевидения для передачи данных. Емкость одного канального интервала позволяет передать данные со скоростью 3 Мбит/с и более. При необходимости можно задействовать большее число канальных интервалов. Появление новых спецификаций стандартов цифрового телевидения DOCSIS v.1.0 и v.2.0 позволило упростить конвергенцию NGN и CATV. В последних версиях стандарта DOCSIS предусмотрены все механизмы для передачи данных по CATV. Системы цифрового телевидения очень близки к современным системам NGN, в которых более 80 % трафика составляют телевизионные программы и другие видеоприложения. Поэтому движение к Triple Play со стороны телевидения имеет много положительных сторон. К недостаткам использования CATV для организации сетей доступа можно отнести отсутствие у операторов кабельного телевидения инфраструктуры, которая позволяет перейти от кабельного вещания к NGN. Если в технологии ADSL вся инфраструктура связи присутствует на узле доступа: здесь есть выход па транспортную сеть, серверы VoIP, подсистема биллинга и пр., то в системах кабельного вещания ничего подобного пет. Центральный узел кабельного телевидения обычно территориально удален от основных узлов операторов связи. Операторы кабельного телевидения не могут, в отличие от операторов традиционных систем связи, опираться па уже существующие компоненты NGN и должны создавать всю структуру управления и предоставления услуг заново.

Таким образом, управляющий компонент NGN, представленный на рис. 3.22 справа (серверы доступа, серверы авторизации, система биллинга, Softswitch, шлюз VoIP, контроллер качества QoS VoIP), на сети кабельного телевидения должен быть создан заново, чтобы превратить его в одну из подсистем доступа NGN. Отсутствие инфраструктуры NGN у операторов кабельного телевидения делает проекты CATV и ADSL диаметрально противоположными. В случае CATV существует большой резерв в уже развернутой кабельной системе, по отсутствует инфраструктура NGN. В ADSL существует инфраструктура NGN, но имеются ограничения по пропускной способности в развернутой телефонной кабельной системе. Учитывая эту специфику, ряд операторов Западной Европы сейчас пытаются (и не без успеха) объединять системы CATV и ADSL в единую сеть доступа. В таком случае оказывается возможным использовать преимущества кабельной сети CATV и инфраструктуры NGN из проекта ADSL. Как правило, у оператора кабельного телевидения часто отсутствуют даже навыки в ведении бизнеса в области систем связи. Часто именно этот негативный фактор тормозит развитие проектов построения систем NGN на основе CATV. Если говорить об отечественной практике, то нужно признать, что проекты развертывания систем доступа NGN на основе CATV не получили пока широкого развития. Отчасти причиной этому является слабое развитие систем кабельного телевидения в нашей стране. Тем не менее ситуация может поменяться в ближайшем будущем.

Как следует из «пожарной ситуации», когда все средства хороши, классификация технологий доступа, определяется средами передачи сигналов, которые имеются в активе у оператора. Начнем с технических систем, с помощью которых можно организовать доступ в квартиры потенциальных пользователей:

• телефонные пары — до большей части потенциальных абонентов;
• сети кабельного телевидения;
• электрическая силовая сеть — до всех абонентов;
• ресурсы традиционных цифровых систем передачи, хотя здесь доступ в квартиру придется организовывать заново;
• сотовые сети, поскольку зона охвата сотовой связи включает весь квартирный и даже сельский сектор.

Помимо имеющихся сред передачи, всегда существует возможность развернуть новые сегменты абонентских кабельных сетей. Новое строительство не может быть универсальным решением проблемы обеспечения широкополосного доступа, но закрыть проблемы в некоторых сегментах сети вполне возможно. Из новых технологий доступа, которые требуют капитального строительства, можно указать па следующие:

• прокладка оптических абонентских кабельных сетей;
• развертывание радиочастотных систем широкополосного доступа во всех диапазонах спектра и с использованием разных технологий;
• развертывание систем доступа на базе технологии Ethernet.
• Все три рассмотренных выше варианта имеют свои плюсы и минусы.

Несомненным преимуществом радиочастотных систем доступа NGN является оперативность развертывания. Поскольку радиочастотные системы не связаны с необходимостью прокладки кабельных сетей до абонента, то начальные затраты на развертывание таких систем невелики. В то же время их развертывание связано с необходимостью получения разрешения па использование определенного диапазона частот. В большинстве случаев у систем радиочастотного доступа имеются ограничения по количеству абонентов в сети и по скорости передачи данных от каждого абонента. Чаще всего технология радиочастотного широкополосного доступа выступает как один из методов захвата рынка. Она позволяет быстро развернуть сегменты сетей доступа с широким покрытием территории городов или сельской местности и собрать с этих территорий трафик NGN. Современные кабельные сети доступа ориентированы на прокладку оптоволоконного кабеля до абонента (концепция FTTx). Преимуществом оптического кабеля является то, что он фактически не имеет ограничений по скорости передачи данных от абонента. Недостатки решения — необходимость использовать на уровне клиентов сети дорогие оптоэлектронные преобразователи и высокая общая стоимость реконструкции абонентской кабельной сети. Разработанная первоначально как технология локальных вычислительных сетей (ЛВС), технология Ethernet быстро захватила рынок клиентских и корпоративных решений, так что в настоящее время более 90% всего трафика NGN — это трафик Ethernet. По этой причине появилась стратегия расширения сетей Ethernet до уровня местных, городских и даже междугородных сетей. Технология Ethernet и ее развитие — Gigabit Ethernet сейчас стали не только технологией доступа, по и охватывают технологию транспорта. Преимуществом такого решения является его масштабируемость. Недостаток решения связан с затратами на новое строительство и необходимостью построить заново абонентскую кабельную сеть на основе витых пар или оптического кабеля. Итак, у оператора, решающего в пожарном порядке проблему «последней мили», имеются две альтернативы:

• использовать тс ресурсы, которые имеются на сети, т.е. технические системы, которые уже проложены до квартир потенциальных пользователей;
• строить абонентскую кабельную сеть заново, используя один или несколько из трех перечисленных выше решений.

Первое решение является временным, поскольку рано или поздно оно перестанет удовлетворять требованиям пользователей по скорости передачи данных. Но это решение позволяет уже через несколько месяцев предоставлять услуги NGN. Второе решение может рассматриваться как перспективное, но требующее серьезных затрат времени и средств. Как следствие, в большинстве случаев на сетях используется несколько решений.

В ыше было показано, Что каждое техническое решение имеет свои преимущества и недостатки. Это позволяет технологиям сосуществовать в соответствии с принципом демократичности NGN. Более того, технологии доступа конкурируют между собой за трафик

Семейство технологий доступа, использующее телефонные абонентские кабели, называют DSL (Digital Subscriber Loop) или ЦСПАЛ (цифровая система передачи по абонентским линиям). Схему организации канала широкополосного доступа в оборудовании DSL можно представить так, как изображено на рис. 3.4. Как следует из рисунка, технологически все решения DSL представляют собой замкнутые системы. На концах телефонной линии устанавливаются модемы DSL, которые преобразуют цифровой поток данных в модулированный сигнал. На выходе системы пользователям предоставляются стандартные интерфейсы передачи данных: El, V.35/V.24, USB или Ethernet. Но внутри области решения DSL разработчик может использовать разные принципы и методы модуляции цифрового сигнала. Таким образом, за исключением некоторых технологий (ADSL, ADSL2+, VDSL), в технологии DSL совместимость модемов не требуется. В [18] технологии DSL были классифицированы по различным принципам, заложенным в основу технических решений. Для нашего исследования нет необходимости погружаться в проблематику столь глубоко. Достаточно заменить, что все решения DSL делятся на симметричные и асимметричные. Технологии IDSL, HDSL, SDSL, MDSL, G.SHDSL. Данные технологии симметричного доступа широко используют для цифровизации старых аналоговых систем передачи. Для работы оборудования необходимы одна или несколько телефонных пар, а на выходе формируется симметричный канал (обычно Е1 — 2048 кбит/с) (рис. 3.5).

П ервой технологией симметричного доступа DSL, получившей распространение в России, стала технология HDSL [5, 18, 19]. В этой технологии предусматривалось использование от одной до трех телефонных

Рис. 3.5. Формирование канала симметричного доступа пар для формирования симметричного цифрового капала разной пропускной способности (рис. 3.6).

Н аибольшее распространение получили различные модификации HDSL с использованием одной телефонной пары. Здесь разработка шла в двух направлениях. Одна группа разработчиков использовала разные методы модуляции (2B1Q. САР и пр.) для формирования потока с постоянной скоростью [5, 19]. Так появились технологии 1DSL и HDSL разного типа. Альтернативным подходом стала разработка технологий симметричного доступа, обеспечивающих переменную скорость цифровой передачи в зависимости от состояния кабельной пары. Оборудование этого типа диагностирует состояние пары и устанавливает максимально возможную скорость передачи. Так появились технологии MDSL, MSDSL и SDSL. В настоящее время оба подхода были объединены под единой технологией симметричного доступа G.SHDSL, которая в настоящее время является одной из лидирующих технологий мирового рынка NGN. Технологии ADSL, ADSL2, ADSL2+, RE-ADSL. Технологии симметричного доступа были изначально ориентированы на решение задачи цифровизации сетей и редко использовались для предоставления широкополосного доступа отдельным пользователям. Для этого более удобен асимметричный доступ, который в современных сетях NGN применяется для организации связи «клиент-сервер». В традиционных услугах, таких как доступ в Интернет, электронная почта, IPTV, интерактивные игры и пр., всегда возникает асимметричность обмена данными: данные от пользователя представляют собой по большей части запрос па предоставление информации, данные от сервера - запрошенную информацию. Как следствие, объем данных от пользователя в среднем значительно меньше, чем от сервера. Развитие технологии асимметричного доступа привело к созданию семейства технологий ADSL, которые доминируют в мировой практике в качестве технологии широкополосного доступа NGN. Технология ADSL отличается от других DSL-техпологий тем, что ее структура, используемый принцип модуляции (DMT), а также архитектура протоколов стандартизированы, так что оборудование разных производителей оказывается совместимым. ADSL изначально ориентировалась на использование телефонных абонентских пар. Успех этой технологии во многом связан с эффективной методикой совмещения обычной телефонной сети и сети ADSL (рис. 3.7). В АТС устанавливается станционное окончание ADSL — DSLAM. Рядом с ним, а также па стороне абонента устанавливаются разветвители (сплиттеры), которые разделяют сигнал традиционной телефонии и высокочастотный сигнал ADSL. В результате связь АТС - телефон остается рабочей, но появляется новая связь модем - DSLAM. которая обеспечивает широкополосный доступ.

В основе типовой схемы абонентского подключения лежит частотное разделение сигналов на три диапазона (рис. 3.8): традиционная телефония, линии ADSL вверх (от абонента) и вниз. Поскольку объем данных от абонента к сети заведомо меньше, чем объем данных от сети к абоненту, для передачи данных по линии вверх отводится меньший частотный

диапазон. В первой версии технологии ADSL предполагалось использовать общий диапазон до 1,1 МГц, но в новых версиях стандарта ADSL2+ диапазон был расширен до 2,2 МГц. Еще одним преимуществом технологии ADSL является стандартизированный стек околов, который обеспечивает совместимость сегментов ADSL с другими системами NGN. Технология ADSL не ограничивается только физическим и канальным уровнем, но и выполняет преобразование данных от оборудования оконечного пользователя (СРЕ), те. компьютера, до сервера Интернет-провайдера (ISP). На рис. 3.9 показана цепочка различных устройств, участвующих в процессе передачи данных от абонента к сети, в частности сети Интернет, и наиболее частая схема взаимодействия протоколов. Данные пользователя передаются в виде запросов по протоколу верхнего уровня HТТР, который используется в Интернете. Для передачи данных кадры

H TTP упаковываются в транспортные кадры TCP/IP и передаются па модем ADSL. Для этого могут использоваться различные интерфейсы обмена, наиболее часто — Ethernet или USB. Роль модема ADSL состоит в том, чтобы преобразовать данные пользователя в формат, удобный для передачи через ADSL. Модем не работает с данными верхних уровней, для него существуют только кадры TCP/IP. Для передачи кадров но цепи абонентского доступа модем формирует четырехуровневую структуру ADSL, включающую физический уровень протокола ADSL, канальный уровень на основе ATM, уровень РРР для контроля связности канала в режиме «точка-точка» и собственно TCP/IP. Сформированные в модеме кадры ADSL в виде модулированного сигнала поступают в используемую для передачи телефонную линию и передаются на DSLAM. Обычно на один DSLAM приходится несколько (иногда несколько сотен) подключений модемов. В современной концепции NGN технология ATM сохранена только как служебная, а ячейки ATM преобразуются в данные на основе TCP/IP. Для этой цели в состав цепи абонентского доступа был включен сервер широкополосного удаленного доступа BRAS (Broadband Remote Access Server). Это устройство представляет собой оконечный маршрутизатор IP для интеллектуального управления широкополосным доступом. BRAS позволяет управлять параметрами трафика от пользователей ADSL на уровне капала передачи данных пакетного трафика. Например, регулирование скорости передачи данных от пользователя в сеть осуществляется именно BRAS. В настоящее время операторы сетей доступа DSL для ограничения прямого и обратного трафика используют на узлах доступа ATM фиксированные профили скоростей, что можно реализовать без помощи BRAS. Но на перспективу для предоставления адаптируемой пропускной способности будут необходимы более тонко настраиваемые механизмы, и реализовать такие функции без оконечного мультиплексора затруднительно. Развитие технологии ADSL привело к появлению семейства из четырех технологий, выполняющих разные функции: ADSL, ADSL2, ADSL2+ и RE-ADSL2 [3]. В технологии ADSL максимальная полоса передачи по линии вниз составляет 8 Мбит/с, тогда как минимальными требованиями систем Triple Play являлась скорость 24 Мбит/с. По этой причине стандарты были модифицированы. Несколько новых алгоритмов позволили оптимизировать структуру ADSL и улучшить технические показатели технологии. Так появилась технология ADSL2. Затем эта технология использовалась как каркас для решения двух совершенно разных задач. С одной стороны, на небольших расстояниях требовалось уве личить скорость передачи, что привело к появлению ADSL2+, с другой стороны, нужно было при той же самой скорости передачи повысить помехоустойчивость широкополосного доступа на длинных линиях, что привело к появлению технологии RE-ADSL2.

Р ис. 3.10. Сравнение скоростей передачи данных для семейства технологий ADSL На рис. 3.10. представлены зависимости скорости широкополосного доступа (по линии вниз) от длины абонентской линии для четырех рассмотренных технологий ADSL. Как следует из рисунка, для этих технологий есть несколько критических точек. Первая точка соответствует длине абонентской пары 2,5 км. На более длинных линиях различие между технологиями ADSL2

+ и ADSL2 уже не существенно. На расстояниях до 5 км все технологии равноценны и лишь далее имеется некоторое превосходство технологии RE-ADSL2. В настоящее время на сетях NGN присутствуют все четыре технологии семейства, что также служит иллюстрацией принципа демократичности NGN. Технологии HPNA, VDSL. Технологии DSL часто используют не только для симметричного и асимметричного доступа на кабельных парах оператора, по и для организации сети внутри зданий. Большая часть потенциальных пользователей NGN живет в многоквартирных домах. В таком случае задача организации широкополосного доступа может решиться двумя способами. Во-первых, можно подключать пользователей индивидуально, так как было рассмотрено выше. Во-вторых, возможно создание новой абонентской сети доступа, при этом канал широкополосного доступа доводится до дома или подъезда, а затем распределяется между абонентами по квартирам. Поскольку наиболее активные пользователи находятся в деловом сектоpe города, где много офисов, часто дом/подъезд называют обобщенно офисом. Следовательно, для организации широкополосного доступа с привлечением нового строительства необходимы две системы: внеофисная и внутриофисная.

Т ехнологии HPNA и VDSL были разработаны для внутриофисной системы широкополосного доступа (рис. 3.11), для организации каналов передачи данных они используют абонентскую телефонную проводку внутри здания. Обе технологии ориентированы на короткие длины кабелей: от нескольких метров до нескольких сот метров. В обоих случаях для обеспечения внутриофисной системы доступа в техническом помещении дома/подъезда размещается концентратор HPNA/VDSL. Концентратор соединяется с транспортной сетью NGN через систему внеофисного доступа. Основная роль концентратора состоит в объединении трафика от пользователей NGN и разделении традиционного телефонного трафика и трафика данных. Поскольку в качестве среды для распределения данных используется телефонная проводка здания, система доступа должна сохранить возможность абонентам пользоваться телефонами. Здесь есть две стратегии: 1) телефонный трафик здания переводится концентратором в трафик VoIP и затем по единому каналу доступа передается в транспортную сеть NGN; 2) концентратор должен иметь отдельный канал доступа в традиционную городскую телефонную сеть. В последнее время в мировой и отечественной практике операторы ориентируются на первую стратегию как наиболее перспективную с точки зрения перехода к концепции услуг Triple Play. На этажах и в квартирах дома устанавливаются абонентские устройства внутриофисной системы доступа. Обычно технология HPNA предлагает целый спектр устройств: платы в компьютер, внешние персональные адаптеры HPNA, конвертеры HPNA/Ethernet и пр. Во всех случаях телефонный сигнал и данные от компьютера (через порт USB, Ethernet или специальную плату) преобразуются в формат HPNA. Аналогичные преобразования выполняются в технологии VDSL, хотя здесь решения в части абонентских устройств более структурированы. На сети могут присутствовать несколько типов внешних модемов.

В технологии VDSL и ее новом варианте VDSL2 продолжено развитие принципов ADSL, но на телефонные кабели очень малой протяженности. Концентратор VDSL по своим функциям очень напоминает DSLAM. Технологии HPNA и VDSL отличаются по принципам модуляции, преобразования и линейного кодирования цифрового сигнала, а также по протоколам. Технология HPNA обеспечивает скорость передачи данных до 1 Мбит/с. Появившаяся позже технология VDSL позволяет адаптировать скорость передачи к параметрам затухания и длине абонентской линии. Эта технология может рассматриваться как продолжение разработок ADSL в направлении высоких скоростей передачи и сверхмалых абонентских кабелей. Для передачи данных по абонентской паре иснользуется частотный диапазон до 30 МГц. Так же, как и ADSL, технология VDSL использует сплиттеры и асимметричный режим передачи (скорость передачи к абоненту выше скорости от абонента). Как и в случае ADSL, здесь предусмотрена совместимость оборудования разных прородителей, так что позже появились стандарты Euro-VDSL и Euro-VDSL2. Первый вариант спецификации технологии, получивший наподобие VDSL или VDSL1, позволял передавать данные со скоростью до 24 Мбит/с, что соответствует предельным значениям передачи для технологии ADSL2+. Новая спецификация VDSL2 ра

Еще одним принципом, отличающим NGN от традиционных сетей, является принцип многоуровневой архитектуры. Традиционные сети с их дуализмом «первичная сеть - вторичные сети» охватывают только три нижних уровня модели взаимодействия открытых систем (OSI): физический, канальный и сетевой.

Четырехуровневая структурная концепция NGN (модель SCTA) предусматривает изменение всех уровней модели OSI. Причем в процессе бурного развития технических решений для каждого уровня и даже для каждой отдельной задачи появляется сразу несколько альтернативных решений в соответствии с принципом демократичности. Соответственно, любая проблема имеет поливариантное решение. Устаревшие и слабые решения и технологии уходят с рынка вследствие конкурентной борьбы, но интенсивность «смертности» технических решений значительно уступает интенсивности генерации новых. В результате на место одной устаревшей технологии приходят десятки новых, а общее количество решений постоянно увеличивается. В настоящее время операторам доступен довольно большой пласт новых технологий, расположенных на всех уровнях модели OSI (рис. 2.17). Отсюда вытекает главное следствие из принципа многоуровневости технологии NGN — современный оператор имеет дело с очень сложными архитектурными моделями построения сети. Если раньше можно было говорить о топологической сложности сети, о сложном графе маршрутизации и пр., то теперь к этому добавляется еще и архитектурная сложность. Принцип многоуровневости требует новых подходов к изучению технологии NGN — нужно всегда представлять, на каком уровне и в какой части архитектурной модели мы находимся. От этого может зависеть направление исследования. Пример 2.15. Концепция сетей SDH следующего поколения. Приведенная ранее па рис. 2.4 концепция NGSDH допускает реализацию различных вариантов решений, тем более что принцип демократичности NGN делает их равнодопустимыми. Но конкретная реализация транспортной сети может использовать один или два варианта технического решения. Однако в зависимости от выбранного варианта реализации, например, для диагностики сетей NGSDH будут критичны разные группы параметров.

Для системы NGSDH, построенной по схеме рис. 2.18, а, критичными параметрами окажутся параметры контроля эффективности использования ресурса образованных в системе NGSDH «виртуальных труб», поскольку использование подуровня HDLC для загрузки в систему SDH трафика Ethernet приводит к высокой неравномерности использования ресурса системы передачи. Во втором варианте реализации NGSDH, где используется протокол GPF, включается специальный механизм по контролю неравномерности трафика Ethernet (рис. 2.18,б). В результате контроль параметров эффективности использования ресурса системы SDH будет не столь важен. Наиболее критичными в таком случае будут параметры, связанные с контролем эксплуатационных процессов, связанных со структурой протокола GFP, например контроль сигналов о неисправностях на уровне GFP, диагностика переменных полей GFP и пр. Такие эксплуатационные параметры отсутствуют в первой, более простой схеме. Таким образом, от выбранной архитектуры транспортной сети зависят принципы диагностики и вся методология анализа систем NGSDH. Две подсистемы NGN с разными архитектурными особенностями часто контролируются на основе разных методик. В этом проявляется методический релятивизм современных сетей NGN, который мы будем рассматривать далее (см. также разд. 2.3.2).

Еще одним игроком па рынке технологий широкополосного доступа является семейство технологий, происходящее из сотовых сетей связи. Эти технологии занимают промежуточное положение. С одной стороны, формально они относятся к технологиям радиодоступа, которые рассматривались в разд. 3.6, поскольку в качестве среды передачи они используют радиоэфир. С другой стороны, в качестве основы для развертывания таких сетей используется существующая инфраструктура сотовых сетей, что роднит данный класс технических решений с рассмотренными проводными технологиями DSL, CATV и PLC. Кроме того, переход от технологии традиционных сотовых сетей, ориентированных на услуги телефонии, к технологии NGN придает этим технологиям свою специфику, так что они должны рассматриваться как отдельное явление и отдельный технически законченный компонент NGN. Развертывание сетей широкополосного доступа на базе сотовых сетей сохраняет все преимущества сетей радиодоступа (широкое проникновение, отсутствие капитальных затрат на абонентскую систему и пр.), более того, используются уже установленные базовые станции и существующая инфраструктура (системы авторизации, биллинга, AAA, сопряжение с сетями общего пользования и пр.), так что капитальные затраты при переходе к NGN составляют только расходы на модернизацию оборудования. Вместе с тем передача высокоскоростного трафика NGN через сотовые сети пока очень сложна. Долгое время сотовые сети развивались

н езависимо от традиционных проводных сетей, так что архитектура, принципы построения и т.п. у сотовых сетей существенно отличаются от принятых в технологии NGN. Как следствие, технология доступа на основе сотовых сетей представляет собой отдельный технологический мир, живущий и развивающийся по своим законам. В кратком общем обзоре технологических решений NGN невозможно рассмотреть все нюансы этой технологии, можно лишь порекомендовать читателям ознакомится с монографиями [21-23], Здесь дадим самые общие сведения о развитии, сотовых сетей с точки зрения проблемы доступа. Изоляция технологии сотовых сетей привела к тому, что все обзоры, связывающие технологию сотовых сетей с пакетными сетями, всегда рассматривают проблему со стороны сотовых сетей, и никогда — со стороны NGN. Чаще всего идет речь об историческом развитии сотовых сетей, которое можно разделить условно на четыре поколения (рис. 3.24). Поколение 1G — это первые опыты предоставления беспроводной сотовой связи. Сюда относятся стандарты AMPS, NTT, NMT и пр. Часто это поколение называют технологией аналоговых сотовых сетей. Поколение 2G связывают с массовым внедрением сотовой связи, при этом требовалось решать вопросы конфиденциальности, эффективной загрузки спектра и пр. Это ознаменовалось переходом к цифровой технологии. В результате появились стандарты GSM, DAMPS, IS-95, PDC, PHS, CDMA. В процессе развития сетей этого поколения появились дополнительные услуги, связанные с передачей данных — GPRS, WAP, i-mode, EDGE, GERAN. Переход к сетям третьего поколения 3G знаменует переход к концепции NGN, так как здесь впервые было признано, что данные для пользователя важнее телефонного трафика. Как было показано в гл. 1, именно эта идея и лежит в основе идеологии NGN. В результате были разрабо-

Рис. 3.25. Скорость обмена данными в сетях сотовой связи на рынке Японии таны стандарты cdma2000, W-CDMA, UMTS, 1МТ-2000, EV-DO, HSPDA и пр. Наконец, четвертое поколение 4G связано с появлением широкополосных каналов и с использованием технологии IP в сотовых сетях. Таким образом, изучая технологии доступа NGN на основе сотовых сетей, следует уделить особое внимание технологиям 3G и 4G, впрочем и поколение 2,5G также можно рассматривать как временные решения доступа. Следует подчеркнуть, что при всей сложности архитектуры сетей 3-го и 4-го поколений они представляют собой один из эффективных способов организации широкополосных сетей доступа. В качестве примера, доказывающего состоятельность сотовой технологии для NGN, на рис. 3.25 представлены данные о скоростях передачи на одного абонента на наиболее развитом в области информатизации рынке Японии. Как следует из рисунка, уже к началу 2003 г. сотовые технологии обеспечивали абонентам скорость более 2 Мбит/с, а к 2005 г. скорость увеличилась до 14 Мбит/с, составляя конкуренцию даже проводным технологиям доступа. Рассмотрим кратко упомянутые выше технологии, опуская проблематику сотовых сетей как не имеющую существенно

Еще одним примером сдвига парадигмы связи является глубокая виртуализация системы связи и ее ресурсов. Так, в традиционной системе связи абонент получает реальный ресурс сети. Это может быть телефонная пара или капал Е1 с фиксироваными характеристиками (уровнем напряжения, скоростью или структурой кадра). В NGN все иначе. Абонент, подключенный к сети через Ethernet, получает (нужно прочувствовать эти слова!) «доступ к виртуальному ресурсу». Какой же ресурс в действительности доступен абоненту? Это зависит от поведения всех остальных пользователей сети Ethernet. Такой метод подключения напоминает водопроводную сеть высотного здания. Напор воды в кране в одной квартире будет зависеть от интенсивности пользования водопроводом остальными жильцами (рис. 1.12). Это хорошая иллюстрация понятия виртуального ресурса. В результате пользователь NGN сегодня получает один ресурс, а завтра — совершенно другой, более того, пропускная способность ресурса может меняться даже в течение нескольких секунд.

Возможным выходом могла бы стать приоритетность в обслуживании тех или иных абонентов. Например, оператор может установить для привилегированных абонентов высокий уровень приоритетности, так что их трафик будет обслуживаться в первую очередь. Но такого рода решение может рассматриваться только как временное. Механизм виртуализации ресурса остается неизменным. Вначале приоритеты могут ослабить конфликт доступа пользователей к виртуальному ресурсу, но по мере увеличения числа высокоприоритетных пользователей совместное использование «элитного водопровода» вновь приведет к тем же конфликтам, только на этот раз не для пользователей сети, а внутри группы. Приведенный пример тем более важен, что виртуализация ресурсов проявляется в системах NGN не только па уровне доступа, но и на уровне транспорта, и па уровне коммутации. Можно утверждать, что парадигма NGN основана на полной виртуализации процессов сети, что не будет излишне радикальным. Ниже будет показано, что виртуализация ресурсов сетей является одной из особенностей сетей нового поколения. В то же время виртуализация ресурса и его разделение между несколькими пользователями делает поведение сети непредсказуемым. Из-за большого числа пользователей характеристики ресурса (пропускная способность или качество связи) может меняться на 1-3 порядка в течение нескольких минут и даже секунд. Измерив, например, параметры качества в заданный момент времени, оператор не может гарантировать, что эти параметры сохранятся хотя бы в течение часа.