Технологии и сети абонентского доступа 1 Место

Технологии и сети абонентского доступа 1

Место сетей доступа в обобщенной структуре современной сети связи • • И сеть доступа, и магистральная сеть строятся на базе коммутаторов. Каждый коммутатор оснащен некоторым количеством портов, которые соединяются с портами других коммутаторов каналами связи. • сеть доступа (access network) предназначена для концентрации информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети; магистраль (backbone или core network) - объединяет отдельные сети доступа, обеспечивая транзит трафика между ними по высокоскоростным каналам; информационные центры или центры управления сервисами (data centers или services control point) это собственные информационные ресурсы сети, на основе которых осуществляется обслуживание пользователей. 2

Традиционные решения организации абонентского подключения к телефонной сети 3

Способы повышения использования абонентских линий городской телефонной сети (ГТС) • Спаренная схема включения телефонных аппаратов – это способ включения двух абонентских устройств в одну абонентскую линию, при котором соединение возможно только поочередно для каждого из них. 4

Способы повышения использования индивидуальных абонентских линий ГТС Использование абонентских высокочастотных установок (АВУ) 5

Методы повышения эффективности групповых абонентских линий - применение подстанций и выносов • Подстанция обозначает вынесенное оборудование с самостоятельным или дистанционным управлением. Обязательным признаком подстанции является замыкание внутреннего трафика внутри подстанции без занятия межстанционных линий. • Вынос - это часть станционного оборудования, вынесенного в область концентрации абонентов и управляемого опорной станцией без замыкания внутреннего трафика. 6

Методы повышения эффективности групповых абонентских линий – использование временного уплотнения (мультиплексирования) 7

Коммутируемый удалённый доступ (англ. dial-up) — сервис, позволяющий компьютеру, используя модем и телефонную сеть общего пользования, подключаться к другому компьютеру (серверу доступа) для инициализации сеанса (например, для доступа в сеть Интернет) 8

Виды клиентов в обобщенной структуре современной сети связи 9

Эволюция технологий, применяемых на сетях доступа 10

Технология ISDN 11

ISDN - Integrated Services Digital Network • Технология разработана в 1970 х гг. • Коммутация каналов, информация передается в цифровом виде: ИКМ-речь + данные • Привлекательность ISDN заключается в возможности одновременного обмена речью, текстом, данными и подвижным изображением по стандартным аналоговым телефонным линиям с более высокими скоростями передачи, чем у обычным модемов, и по цене значительно меньшей, чем у арендуемых линий. 12

Абонентский доступ ISDN может быть реализован: • по двухпроводной медной паре, такие линии используются а аналоговой телефонии. Этот тип линии называется базовым доступом (basic rate interface, BRI) и используется для соединения ISDN станции общего пользования с обычными абонентами или небольшими учережденческими станциями. • по четырехпроводной медной линии, по которой передается поток E 1. Этот тип линии называется первичным доступом (primary rate interface, PRI) и используется для соединения средних и больших учережденческих станций с ISDN станцией общего пользования. 13

Базовый доступ basic rate interface, BRI Физический канал двухпроводная медная пара Логическое строение коммутируемого соединения ISDN BRI начального уровня, не зависимо от кабельного исполнения, выглядит так: • два канала, каждый по 64 кбит/с, для передачи пользовательской информации (речь, текст, данные и т. д. ). Эти каналы называются В-каналами (basic channels B 1 and B 2); каждый из которых используется индивидуально и коммутируются по вызову. И как результат этого два разных вызова могут осуществляться одновременно и независимо один от другого. • один канал с 16 кбит/с для передачи сигнализации. Этот канал называется D-каналом (delta-channel); он не предназначен для коммутации, а используется как правило для передачи сигнальной информации в виде пакетов сигнальных сообщений (D-channel messages). D-канальные сообщения, независимо от сигнальной информации, могут нести пакетноориентированную пользовательскую информацию, если подключено соответствующие терминальное оборудование. Возможна передача информации со скоростью 9, 6 кбит/с по протоколу Х. 25. 14

ISDN BRI - подключение (2 B + D) два информационных канала и один канал сигнализации 15

Первичный доступ primary rate interface, PRI • Выполняется по 4 -х проводной схеме на коаксиальном или на оптическом кабеле • PRI – первичный доступ, изначально предназначен для связи между станциями. В настоящее время используется для организации канала между корпоративным клиентом и провайдером. • Организует доступ по схеме 30 B+D, где В-канал = 64 кбит/с; D-канал=64 кбит/с, служит для канальной сигнализации. • Может использовать возможности доступа полностью, т. е. на 1920 или вместе с каналом сигнализации на 1984 кбит/с. 16

ISDN PRI - подключение (30 B + D) 30 информационных каналов и один канал сигнализации Ведомственная сеть Тф. ОП УАТС Qsiq PRI УАТС EDSS 1 – European Digital Subscriber Signaling 1 В отличие от BRI, PRI поддерживает только одно оконечное устройство. Но подключив, например, локальную АТС или маршрутизатор c поддержкой ISDN, можно разбить PRI на множество BRI-интерфейсов. 17

Семейство технологий х. DSL 18

x. DSL • • • x. DSL – это 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. • Существует несколько вариантов DSL, различающихся по скоростям, способу использования физической среды и диапазону возможностей. • Варианты подключения: по оптоволокну и меди. В аббревиатуре x. DSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL (англ. Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия; также есть другой вариант названия — Digital Subscriber Loop — цифровой абонентский шлейф). x. DSL - предложена в 1980 -х гг. как параллельная разработка ISDN, появились в середине 1990 -х гг. как альтернатива цифровому абонентскому окончанию ISDN 19

К основным типам x. DSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Некоторые технологии x. DSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Некоторые примеры – в таблице Технология ITU-T Название Год выхода Максимальная скорость передачи ADSL G. 992. 1 G. dmt 1999 7 Мбит/с вниз, 800 кбит/с вверх ADSL 2 G. 992. 3 G. dmt. bis 2002 8 Мбит/с вниз, 1 Мбит/с вверх ADSL 2 + G. 992. 5 ADSL 2 plus 2003 24 Мбит/с вниз, 1 Мбит/с вверх ADSL 2 -RE G. 992. 3 Reach Extended 2003 8 Мбит/с вниз, 1 Мбит/с вверх SHDSL G. 991. 2 G. SHDSL 2001 5, 6 Мбит/с вверх/вниз VDSL G. 993. 1 Very-high-data-rate DSL 2004 55 Мбит/с вниз, 15 Мбит/с вверх VDSL 2 G 993 2 Very-high-data-rate DSL 2 2005 100 Мбит/с вверх/вниз 20

Основным различием технологий x. DSL являются методы модуляции, используемые для кодирования данных • Затухание в кабеле пропорционально частоте сигнала, поэтому допустимая дистанция работы в системах, использующих технологию HDSL существенно больше, чем в традиционных системах ИКМ 30 Технологии x. DSL поддерживают несколько вариантов кодирования информации: • • • 2 B 1 Q: Two-binary, one-quaternary (4 -х уровневое кодирование с симметричным спектром) , используется для IDSL и HDSL CAP: Carrierless Amplitude Phase Modulation - используется для HDSL DMT: Discrete multitone modulation, наиболее распространенный метод, известен также как OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) 21

CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation) — амплитудно-фазовая модуляция без передачи несущей (разновидность QAM). • Модуляция САР сочетает в себе последние достижения модуляционной технологии и микроэлектроники. • Несущая частота модулируется по амплитуде и фазе, создавая кодовое пространство с 64 или 128 состояниями, при этом передачей в линию сама несущая, не передающая информацию, но содержащая наибольшую энергию, "вырезается" из сигнала, а затем восстанавливается микропроцессором приемника. • Соответственно 64 -позиционной модуляционной диаграмме сигнал CAP-64 передает 6 бит информации в каждый момент времени, то есть в 16 раз большепо сравнению с 2 B 1 Q. • Модуляция CAP-128, применяемая в системах SDSL (2 Мбит/с по одной паре), имеет 128 позиционную модуляционную диаграмму и, соответственно, передает 7 бит за один такт. • Итогом повышения информативности линейного сигнала является существенное снижение частоты сигнала и ширины спектра, что, в свою очередь, позволило избежать диапазонов спектра, наиболее подверженных различного рода помехам и 22 искажениям.

Частотный спектр сигналов ADSL с различными видами кодирования • ADSL (англ. Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия) — модемная технология, в которой доступная полоса пропускания канала распределена между исходящим и входящим трафиком асимметрично. Так как у большинства пользователей объём входящего трафика значительно превышает объём исходящего, то скорость исходящего трафика значительно ниже. • Многоканальное кодирование DMT— Discrete Multi-Tone. Частотный диапазон разбивается на 256 каналов шириной по 4312, 5 Гц, нижние семь из которых не используются, и ещё два являются служебными. • В каждом канале постоянно анализируется качество сигнала, на основании чего выбирается информационная ёмкость этого канала (число бит, передаваемых за один такт), либо канал игнорируется, если он сильно зашумлён или ослаблен. в любой ситуации обеспечивается максимально возможная скорость. Обратите внимание: ADSL -модем старается достичь высокой скорости, но никаких конкретных значений не гарантируется. Этим технология ADSL отличается от менее скоростных, но более предсказуемых видов DSL, например, HDSL. 23

Распределение полосы частот ADSL Идея: так как абонент посылает запросы, то полоса пропускания от абонента довольно узкая. В то же время к абоненту необходима более широкая полоса пропускания, т. к. загрузка страниц подразумевает достаточно большой объем информации. Асимметрия канала позволяет субъективно «выровнять» соотношение скоростей. 24

Принцип работы сплиттера Сплиттер или частотный разделитель — пассивный элемент, представляющий собой два фильтра: ФНЧ и ФВЧ и служащий для разделения трафика телефонии и ADSL. 25

Организация абонентского доступа посредством DSL • CPE - Customer Premise Equipment - оборудование оконечного пользователя • DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer – концентратор DSL, его задача - восстановление данных из кадров ADSL и формирование потока ячеек ATM, который будет передаваться дальше по сети. • BRAS - Broadband Remote Access Server - сервер широкополосного удаленного доступа, позволяет управлять параметрами трафика от пользователей ADSL на уровне канала передачи данных пакетного трафика. • ISP - Internet Service Provider - оператор услуг Интернет, или Интернет-провайдер 26

Технология HDSL • HDSL (англ: High Data Rate Digital Subscriber Line) — высокоскоростная цифровая абонентская линия. • Это первая технология высокоскоростной передачи данных (ПД) по скрученным медным парам телефонных кабелей, использующая высокие частоты. Была разработана в США в конце 1980 -х гг. как более высокоскоростная, синхронная технология для организации каналов передачи не только данных, но и голосовых каналов, используя T 1/E 1. • HDSL может оперировать как скоростью T 1 (1, 544 Мбит/с) или E 1 (2 Мбит/с). Более низкие скорости обслуживаются использованием 64 Кбит/с каналов, внутри T 1/E 1 пакета. • Из-за необходимости обеспечения симметричной ПД максимальная скорость ПД поддерживается только на расстоянии не более 4, 5 км при использовании одной или двух скрученных пар кабеля. Возможна ПД на большие расстояния, при условии использования регенераторов. • Данные кодируются методом 2 B 1 Q(два бита (2 В) в один из четырех уровней напряжения (1 Q), используется дуплекс, а, следовательно, методы эхокомпенсации 27

Технология SHDSL • SHDSL (англ. Single-pair High-speed + DSL)— одна из x. DSL технологий, обеспечивает симметричную дуплексную передачу данных сигнала по одной паре медных проводников (следовательно, выигрыш по аппаратным затратам и, соответственно, надежности изделия, по сравнению с двухпарными вариантами). • Основные идеи взяты из технологии HDSL 2 • SHDSL использует более эффективное линейное кодирование (TCPAM) по сравнению с 2 B 1 Q. Поэтому при любой скорости сигнал SHDSL занимает более узкую частотную полосу. Следовательно, и помехи от новой системы на другие x. DSL имеют меньшую мощность, нежели помехи от HDSL 2 B 1 Q. • Также SHDSL имеет форму спектральной плотности сигнала, обеспечивающую практически идеальную совместимость с сигналами ADSL. 28

Технология VDSL • VDSL (англ. Very-high data rate Digital Subscriber Line, сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) — самое современное x. DSL решение, продукт эволюции и конвергенции технологий ADSL и SHDSL. • По сравнению с ADSL, VDSL имеет значительно более высокую скорость передачи данных: от 13 до 56 Мбит/с в направлении от сети к пользователю (Downstream) и до 11 Мбит/с от пользователя к сети (Upstream) при работе в асимметричном режиме; максимальная пропускная способность линии VDSL при работе в симметричном режиме составляет примерно 26 Мбит/с в каждом направлении передачи. • В зависимости от требуемой пропускной способности и типа кабеля длина линии VDSL лежит в пределах от 300 метров до 1, 3 км. • Предоставление пользователю столь высоких пропускных способностей возможно только в смешанной медно-оптической сети доступа. 29

Технология UDSL • Uni-DSL (UDSL)- одна DSL для универсальной (мультисервисной услуги). Технология была анонсирована в 2004 г. , но в настоящее время ее судьба неизвестна. • Скорость передачи по оптоволоконному кабелю по меньшей мере 200 Mbit/s (симметричная технология) • Технология UDSL совместима со стандартами (ADSL, ADSL 2+, VDSL и VDSL 2), работающими по методу частотного уплотнения DMT. 30

Технология Home. PNA (англ. Home Phoneline Networking Alliance, HPNA) — это объединённая ассоциация некоммерческих промышленых компаний, которые продвигают и стандартизируют технологии домашних сетей с помощью существующих в домах коаксиальных кабелей и телефонных линий 31

Технология Home. PNA использует высокочастотную область спектра, не мешая работе телефонной сети и устройств х. DSL 32

Использование HPNA для коллективного широкополосного доступа по телефонным линиям. • . 33

Использование HPNA для коллективного широкополосного доступа по выделенным линиям 34

Использование HPNA для коллективного широкополосного доступа по линиям сети проводного вещания . 35

Домашняя сеть по коаксильным ТВ кабелям с выходом в Интернет на конверторе HCNA 3. 1 - Ethernet ( HCNA - Home. PNA 3. 1 over Coax - передача данных по коаксиальному кабелю) 36

Технология Wi-Fi Термин Wi. Fi был введен Wi-Fi Альянсом (Wi. Fi Alliance также известен как «Wireless Ethernet Compatibility Alliance» - WECA). Изначально, термин звучал «IEEE 802. 11 b-совместимые» , но в Wi. Fi Альянс, решили, что такое название слишком длинное и сложное для запоминания. Термин Wi. Fi никак не расшифровывался и имел лишь созвучное с Hi-Fi для потребителей название. Позднее Wi. Fi стал расшифровываться как Wireless Fidelity – беспроводная точность. 37

Технология беспроводного доступа WI-FI: Семейство рекомендаций 802. 11 (самые распространенные) • 802. 11 – Специальный беспроводной интерфейс между беспроводным клиентом и базовой станцией или точкой доступа, а также к другими беспроводными клиентами • IEEE 802. 11 a (1997, 1999, 2001 г. ) – Скорости до 54 Mбит/с, диапазон частот 5 г. Гц – Использует ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM - orthogonal frequency division multiplexing) 38

• IEEE 802. 11 b (Wi-Fi) (1999 г. ) – Скорость до 11 Mбит/с (каналы на 5. 5 Мбит/с, 2 Мбит/с и 1 Мбит/с), диапазон частот 2. 4 г. Гц. – В качестве доступа использует DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum ) • IEEE 802. 11 g (2003 г. ) – От 20 Mбит/с, диапазон частот 2. 4 г. Гц. Аутентификация по МАС-адресам. – Шифрование WPA 128 -битное. • IEEE 802. 11 n (2009 г. ) – От 100 Mбит/с, диапазон частот 2. 4 г. Гц. – Использует дополнительные методы защиты канала 39

Базовые архитектуры Wi. Fi, определяемые на уровне доступа к каналу • • Ad Hoc (Independent Basic Service Set (IBSS) или Peer to Peer): станции непосредственно взаимодействуют друг с другом. Для этого режима требуется минимум оборудования: каждая станция должна быть оснащена беспроводным адаптером. Не требуется создания сетевой инфраструктуры. Основным недостатком режима Ad Hoc является ограниченный диапазон действия возможной сети и невозможность подключения к внешней сети. Hot spot - станции взаимодействуют друг с другом не напрямую, а через точку доступа (Access Point). Рассматривают два режима взаимодействия с точками доступа : BSS (Basic Service Set) - все станции связываются между собой только через точку доступа, которая может выполнять также роль моста к внешней сети. ESS (Extended Service Set) -существует инфраструктура нескольких сетей BSS, причём сами точки доступа взаимодействуют друг с другом, что позволяет передавать трафик от одной BSS к другой. Сами точки доступа соединяются между собой с помощью либо сегментов кабельной сети, либо радиомостов. 40

Основные характеристики Wi. Fi Радиус действия До 100 м. Разработан для использования в качестве локальной сети, в зданиях. Рабочий диапазон 2, 4 ГГц и 5 ГГц Масштабируемость Десятки абонентов Ширина полосы пропускания 20 МГц Безопасность WPA, WEP Защита на МАС-уровне (криптографическая) Поддержка качества обслуживания Best effort (т. е. никакой) Технология передачи СSMA/CA 41

Технология Wi. MAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802. 16, который также называют Wireless MAN 42

Wi. MAX Сети городского масштаба Wi. MAX – Wi-Fi 43

44

Цель Wi. MAX – поддержка широкополосного беспроводного доступа в сетях городского масштаба (на расстояниях несколько десятком км) Wi-Fi обеспечивает связь в сотах диаметром до несколько сот метров 45

Семейство технологий PON 46

Технология PON: Passive Optical Network (пассивные оптические сети) – Решение для организации «последней мили» . – Волоконно-оптический кабель как среда передачи. – Древовидная архитектура без резервирования (оптимальное дерево). – Пассивные разветвители в узлах. – Дуплекс по одному кабелю с использованием частотного разделения. – Использование известных протоколов для организации канального уровня. 47

Архитектура сети PON ТМ Источник: Связь. Комплект48

Элементы PON • OLT- Optical Line Terminal: центральный узел, обеспечивает подключение к магистральным сетям через соответствующие интерфейсы. Содержит мультиплексор WDM. • ONT - Optical Network Terminal: абонентский узел, обеспечивает подключение пользователей. Содержит мультиплексор WDM. • Сплиттер (или разветвлитель): пассивное устройство, не требующее питания и обслуживания. Обеспечивает возможность организации ответвления сети. 49

Принцип действия PON • TX - Transmit • RX - Receive 50

Организация канала вниз и вверх • Прямой поток (вниз) – направление трафика к абоненту. • Обратный поток (вверх) – от абонента. • Все узлы ведут передачу на одной длине волны • Для каждого направления передачи (к абоненту и от абонента) используется технология временного разделения каналов для каждой длины волны 51

Семейство технологий PON Технология EPON GEPON IEEE / EFMA ITU-T SG 15 / FSAN IEEE / EFMA Дата принятия APON /BPON ITU-T SG 15 / FSAN 1998 2004 2003 -2008 2004 Стандарт ITU-T G. 981. x IEEE 802. 3 ah ITU-T G. 984. x Скорость передачи (вниз/вверх), Мбит/с Базовый протокол 155/155 (A) 622/155 (B) 622/622 (B) ATM 1000/1000 1244/155, 622, 1244 1250 / 1250 2488/622, 1244, 2488 Ethernet GFP Ethernet Макс. радиус сети, км 20 20 (>30) 20 20 Макс. число аб. узлов 32 на одно волокно Коррекция ошибок FEC 16 64 (128) 64 Стандарт + - + IEEE 802. 1 ah + 52

• APON - ATM PON. Транспортный протокол – ATM. Окна прозрачности: вниз: 1550 нм , вверх: 1310 нм. В 2005 году оборудование APON компании Terawave (единственной представленной в РФ) снято с производства. Использование полосы пропускания 71% • BPON - Broadband PON: развитие стандарта APON. Транспортный протокол – ATM. Активно используется для подключения корпоративных клиентов и построения сетей доступа операторского класса. • EPON - Ethernet PON. Транспортный протокол – Ethernet. Низкая стоимость. Однако плохо использует полосу пропускания. • GEPON - Gigabit Ethernet PON, развитие стандарта EPON. • GPON - Gigabit PON. Совместим c АТМ, SDH, TDM, Ethernet. Использует 93% полосы пропускания. Использует кадры SDH, но с возможностью динамического распределения ресурсов (GFP - Generic Framing Protocol). 53

54