Телекоммуникационные системы и сети. Абонентский доступ и технологии локальніх сетей. Том 2  /  Содержание

Содержание:
  • Вступ

Вступ

        У сучасних телекомунікаційних системах мережі абонентського доступу є наймасовішою складовою, що забезпечує надання якісних послуг. Від їх характеристик та можливостей в значної мірі залежить перелік та якість послуг, які можуть отримувати користувачі. Тому основну увагу в другому томі підручнику було приділено технологіям та принципам функціонування мереж абонентського доступу.

     Всі чинники, що впливають на еволюцію мультисервісних мереж можливо класифікувати на чотири групи: політичні, економічні, соціальні і технологічні.

     Політичні чинники мають безпосередній вплив на різних операторів зв'язку, особливо на тих, які вважаються стратегічними або монополістами в даному сегменті. Наприклад, на рівень тарифів під час міжнародних з'єднань або заохочення інвестицій в дослідницькі  та перспективні проекти.

     Економічні чинники як національні, так і глобальні впливають на всі види бізнесу. Ситуація в  економіці також впливає на рівень довір'я та поведінку користувачів, тому повинна адаптуватися до змінних умов для виживання. Збільшення доходів операторів звичайно досягається за рахунок збільшення параметра Average Revenue реr User (ARPU) - середньомісячний дохід на абонента та збільшення абонентської бази. Основною проблемою збільшення ARPU є обмежений «комунікаційний» бюджет  користувача, розширення якого може бути досягнуте за рахунок пропозиції нових послуг з доданою вартістю (added value services), таких як VoD. Збільшення абонентської бази досягається маркетинговими пропозиціями. Витрати операторів зв'язку можуть бути зменшені за рахунок скорочення капітальних і операційних витрат. Це має бути зроблено шляхом переходу до концепції економічно-ефективної мережі абонентського доступу (МАД), яка забезпечує створення мультисервісного середовища.

     Соціальні чинники включають демографічні тенденції, зміни стилю життя, культурологічні особливості. Інформаційні та телекомунікаційні технології  істотно впливають на суспільство та суспільну поведінку.  При цьому, мультисервісні мережі повинні відповідати суспільним вимогам нових послуг.

     Технологічні чинники є вирішальними при конкурентній боротьбі. Технологічна революція означає швидший інформаційний обмін і швидшу реакцію на зміни в обстановці конкурентної боротьби.

     Інтеграція бізнес інформаційних систем (оплати, тарифікації, виставляння рахунків, політики облікових записів) дозволяє забезпечити кращий інформаційний контроль з боку користувача і оптимізувати існуючу організаційну структуру.

     Термін «інформаційне суспільство» використовується для опису поточного стану суспільства в якому інформаційні і комунікаційні технології (Information and Communication Technologies, ICT) широко використовуються у всіх сферах життя, на роботі та вдома.  Використання Інтернет аплікацій відповідно до звіту для Європейської комісії збільшується щодня (так, з підключенням до Інтернет абоненти використовують доступ до мережі принаймні один раз в день) і ростиме у міру того, як нові мультимедійні додатки будуть ставати доступними, а також підключення до мережі стане доступним для побутових пристроїв.

Архітектура  МАД в мережі наступного покоління повинна забезпечувати:

  • підтримку широкого набору послуг (включаючи послуги реального масштабу часу);
  • логічне розділення рівнів контролю, адміністрування та даних;
  • підтримка режимів перенесення даних з високою швидкістю  та забезпеченням QoS;
  • необмежений доступ користувачів до різних провайдерів послуг;
  • доступ  до послуг з будь-яких точок мережі із збереженням середовища послуг і наданням уніфікованих характеристик послуг;
  • незалежність архітектури МАД від типу аплікацій, тобто незалежність прикладних функцій від транспортних технологій.

     Архітектура моделі мережі абонентського доступу створюється на базі трьох різних територіальних систем, що можуть управлятися окремими групами обладнання (див. рис. В.1).

Рисунок В.1 – Модель мережі абонентського доступу

     Перша територіальна система це «мережа останньої милі», де можуть бути застосовані проводові (на базі обладнання хDSL) або безпровідні технології (наприклад, Wi-Fi, WiMAX та ін.).

     Друга територіальна система включає мережу доступу, де весь трафік зі сторони користувачів складається (агрегатується) в одне ціле. Функції цієї системи в цей час виконуються за допомогою технології Ethernet.  

     Третій – це регіональна транспортна (магістральна) телекомунікаційна мережа, перша мережа 3-го (мережного) рівня в системі. В майбутньому і цей рівень може бути реалізований за допомогою технології Ethernet.

     Основні переваги архітектури – це підтримка еквівалентних доступів, які уособлюють собою те, що користувачі мають можливість вибирати провайдера послуг у мережі та провайдера послуг аплікацій незалежно від типу доступу або домену доступу, до якого вони приєднані. Це дозволяє провайдеру мережі та послуг аплікацій поширювати свої пропозиції до нових територіальних районів і досягати користувачів, незалежно від домену доступу до якого вони приєднані.

     Сервіси, що передаються через платформу можуть мати в разі потреби гарантовану якість обслуговування (QoS). Це забезпечується за допомогою погодження параметрів з’єднання з менеджером ресурсів і здійснюється в процесі передплати послуги або її підключенні. У випадку, якщо ресурс не доступний для даного користувача і класу трафіку, то йому можуть бути надані інші опції, починаючи від доступу з обмеженою якістю і до відмови у доступі до послуги, в залежності від політики у домені та завантаження мережі трафіком. Розподіл трафіку здійснюється за допомогою використання різних віртуальних мереж VLAN. Для спрощення аутентифікації з користувачем на дальньому кінці використовується провайдер ідентифікації.

     До складу моделі входять наступні основні елементи, які будуть розглянути ніжче.

     Граничний вузол доступу (AEN Access Edge Node) є центральним компонентом архітектури, що здійснює відображення між мережею доступу 2-го  рівня і регіональною телекомунікаційною мережею 3-го рівня. Політика безпеки, яку забезпечує менеджер ресурсів (RMResource Manager), може бути зміщена до граничного вузла доступу, що виступає як точка підсилення політики (PEPPolicy Enforcement Point). В цій точці мережі можуть здійснюватись такі функції, як формування трафіку та моніторинг. Основна ж роль AEN полягає в управлінні та контролі наборів послуг за допомогою передачі кадрів канального рівня (L2) зі сторони обладнання користувача до відповідного провайдера послуг з використанням мережного рівня (L3) (див. рис.В.1) .

     Менеджер ресурсів це елемент архітектури, призначений для контролю ресурсів на відрізку «останньої милі» та в мережі доступу. Він містить механізми контролю при вхідній реєстрації, резервуванні ресурсів, моніторингу, конфігуруванні та контролі політики. По суті, менеджер ресурсів отримує запити на ресурси від менеджера послуг (SMService Manager), що знаходиться в домені провайдера послуг. При оцінці поточного стану використання ресурсів та аплікацій, менеджер ресурсів повинен послідовно обслуговувати кожен запит. Для прийняття рішень він звертається до внутрішньої бази даних, що відповідає повній топології мережі доступу, включаючи вузли доступу, мережу рівня L2 та граничні вузли доступу. Крім того, він зберігає використані ресурси в своїй топологічній карті, яка є механізмом статичного управління ресурсами.

     Вузол доступу це елемент до якого підключаються і обслуговуються індивідуальні фізичні з’єднання зі сторони домену користувача. Вузол доступу функціонує як шлюз між фізичною технологією, що використовується пристроєм користувача для підключення до цього вузла на відрізку «останньої милі» та Ethernet технологією, яка використовується в агрегатній мережі.

     Менеджер послуг – це компонент платформи, що розміщений в домені провайдера послуг і призначений для взаємодії із системою. По суті, в своїй основі менеджер послуг виконує роль одержувача запитів доступу до послуги від серверу аплікацій і їх перетворення в параметри мережі, що охарактеризовані в специфікації рівня послуги. Після цього, як визначена послуга та виконана авторизація для даного користувача, запит відсилається до менеджера ресурсів, який перевіряє чи є вільні ресурси для забезпечення послуги в зазначений період. Якщо ресурси доступні та користувач відомий, то менеджер ресурсів дозволяє послугу, посилаючи запит граничному вузлу доступу. В іншому випадку менеджер ресурсів відхиляє запит і посилає негативний відгук менеджеру послуг.

     Вимоги до оператора мережі можна описати як вимоги, які виходять від комерційних структур, що виконують різні ділові ролі. Вимоги з боку клієнта не охоплюють всіх вимог, таких як вимоги до оператора мережі.

     Для визначення вимог до оператора необхідно розглянути загальну модель бізнес-ролей. На рис. В.2 показані ролі та функції, які можуть бути представлені як схема надання послуг і ієрархічні відносини між цими ролями. Даний рисунок описує моделі бізнес-ролей, що існують на сьогоднішній день.

Рисунок В.2 – Модель бізнес-ролей

     Надання послуг – це процес, у якому елементи мережі конфігуруються з метою запропонування клієнтові бажаний набір служб із відповідними параметрами QoS, оплатою послуг та ін.  Надання послуг повинне бути готове та настроєно до того, як користувач зробить запит на підключення певної послуги.

     Важливими моментами, пов'язаними з наданням послуг у мережах доступу, є:

  • процес надання однієї послуги не повинен бути залежним або впливати на надання іншої послуги;
  • процес надання послуг повинен підтримувати послуги двох сторін і перебудовуватися при зміні послуги;
  • надання послуг повинне базуватися на відкритих стандартах на скільки це можливо;
  • у різних моделях бізнес-ролей процес надання послуг повинен бути різний.

     Вимоги до високого рівня надання послуг, базуючись на моделі бізнес-ролей, можна описати для кожного елемента системи окремо.

     При цьому задача надання послуг не повинна вирішуватись на стороні клієнта (користувача).

     Бажання та потреби телекомунікаційного користувача можуть бути задоволені за допомогою телекомунікаційних послуг. Користувачі пред'являють до надаваних послуг якісні вимоги, такі як доступність, можливість отримання послуги в певних умовах і протягом необхідного часу, коректність (вірогідність), але вони не цікавляться кількісними характеристиками, такими як пропускна спроможність або ймовірність помилки.

     Всі послуги мережі забезпечуються за допомогою відповідних прикладних програм (аплікацій) мережі. Якісні вимоги користувача повинні бути перетворені в кількісні для реалізації аплікацій, які при цьому накладають ряд вимог до мережі. Крім вимог аплікацій зі сторони клієнта, важливу роль відіграють вимоги до оператора. Ієрархія вимог показана на рисунку В.3.

     Послуги й вимоги з боку користувача (на стороні користувача).  


     Основні аплікації/послуги з боку клієнта можна розділити на 3 групи:

     Клас додатків і послуг, що характеризується своєю інтерактивністю: телефонія, VoIP, відеоконференція. Відеоконференція, в свою чергу, ділиться ще на два підрівні з урахуванням існуючих послуг телефонії:

  • замість двох учасників використовується багатокористувальницький режим;
  • обмін відео замість голосу й аудіо.

     Широкомовне телебачення/радіо. Цей клас додатків і послуг характеризується прийомом відео/аудіо матеріалів малими та великими групами користувачів:

  • широкомовне телебачення й радіо;
  • відео/аудіо прикладні програми на вимогу;
  • персональний (особистий) відео прийом.

     Відео/аудіо прикладні програми на вимогу можуть бути керованими та-індивідуальними (або для вузького кола користувачів).

Рисунок В.3 - Послідовність вимог, що висуваються

     Прикладна програма персонального (особистого) відео прийому практично не відрізняється від прикладних програм відео/аудіо на вимогу, тільки до нього додається особиста (домашня або суспільна) мережа для зберігання даних.

     Доступ до Інтернет. Цей клас послуг характеризується наявністю негарантованої доставки пакетів при IP – з'єднанні. При цьому мають місце наступні послуги:

  • перегляд веб-сторінок та їх реєстрація(завантаження);
  • електронна пошта;
  • обмін повідомленнями й чат;
  • багатокористувальницькі ігри;
  • обмін даними/відео/аудіо (peer-2-peer);
  • сервери (відео -, файлів, Web-) прикладних програм.

     Різні послуги засновані на зміні:

  • напрямків основного потоку даних (завантаження замість peer-2-peer або аудіо/відео обмін замість використання серверної прикладної програми);
  • вимог до затримки.

     На рисунку В.4 наведені вимоги до трафіку з урахуванням вимог додатків та прикладних програм. На даному рисунку прикладні програми з більшими вимогами розташовані знизу, і їхні вимоги зменшуються при переміщенні по дереву нагору.

Рисунок В.4 – Класифікація аплікацій по типу трафіку

     Діюча телефонія (POTS). Ця послуга містить у собі телефонні дзвінки людини до людини, використовуючи класичну мережу з вузькою смугою частот. Залежно від типу сигналу, що передається, використовуються або аналогові POTS (аналоговий сигнал) або цифрові ISDN (цифровий сигнал) лінії, відповідно використовуються аналогові або цифрові телефони. Безліч додаткових служб (так звані служби підтримки) доступні в обох випадках. Головними є наступні служби: переадресація виклику (CF) , утримання виклику, ідентифікація виклику (лінії), очікування виклику, автодозвон, конференц-зв'язок . У випадку передачі цифрового сигналу безперервним потоком (клієнт-клієнт)  обмін даними можливий з низькою швидкістю (користувач - сигнальна служба).

         VoIP. Використовуються аплікації, які містить у собі телефонні дзвінки від людини до людини, використовуючи виділені IP телефони, які сумісні з  IP протоколом. Також існуюча телефонія та VoIP може бути розглянута як реалізація однакових прикладних програм у двох різних технологіях.

     Відео зв'язок. Цей додаток відноситься до двонаправленого відео-зв'язку між двома або більше користувачами, які можуть бачити та чути один одного в різних місцях.

     Трансляція телебачення/радіо. Трансляція телебачення/радіо заснована на традиційних службах віщання до кінцевих комплектів (телевізор або комп'ютер). Залежно від якості служби телебачення служба може бути SD TV (Standard Definition TV) або HD TV (High Definition TV). Служба HD TV вимагає більш широку смугу пропускання та вимагає спеціальні умови для декодування змісту та доставки служби користувачеві.

     Відео/аудіо аплікації на вимогу. Така аплікація дає користувачам можливість робити запит й переглядати посланий відео/аудіо зміст у стиснутому форматі. Можливі два варіанти одержання: завантаження або потоковий зміст. При потоковому змісті кінцевий користувач не повинен чекати завантаження великого файлу перед переглядом відео або прослуховуванням аудіо.

     Персональний відео-програвач. Служба «Персональний відео-прийом» може бути описана як аплікація VoD (відео на замовлення), але з можливістю збереження даних на термінал користувача або в мережі.

     Перегляд і завантаження Web. Служба надає можливість завантаження об'єктів за допомогою веб-браузера з веб-серверів.

     Електронна пошта. Призначена для обміну інформаційними повідомленнями між користувачами.

     Миттєві повідомлення й чат. Призначені для миттєвого обміну повідомленнями між користувачами. Деякі аплікації дозволяють так само передавати файли.

     Мережні ігри. Інтерактивні ігри між користувачами завантажуються та граються на ігрових серверах.

     Peer-to-peer (передача відео/аудіо файлів між рівноправними вузлами): дозволяють обмінюватися файлами через медіа-сервер. Можливе одночасне завантаження більш ніж з одного джерела.

     Серверні (веб-, відео -, файл -) аплікації. Дозволяють зберігати цифрову інформацію (фото, особисті дані й т.д.). Може здійснюватися на персональному терміналі користувача або на віддаленому сервері. Дані аплікації дають доступ до даних незалежно від місця розташування користувача.

     Поняття якості обслуговування відбиває досвід користувача при використанні окремої служби або аплікації, і піддається впливу співвідношення очікувань користувача, які засновані на попередньому досвіді використання схожих служб, і продуктивності служби яка використовується на даний момент, що у свою чергу є результатом продуктивності мережі.

     Таким чином, якість служби зі схожими властивостями може бути сприйнята по-різному різними користувачами. Перехід від користувацьких вимог до мережних вимог якості обслуговування QoS наведений на рис. В.5.

     Вимоги до мережі доступу можуть бути описані найбільш важливими параметрами, які характеризують мультисервісні мережі доступу (див. табл.. В.1)

Рисунок В.5 – Перехід від користувальницьких вимог до вимог QoS

Можливість підключення, з погляду рівня аплікацій, визначається як можливість взаємодії (локальної або віддаленої) між двома об'єктами в мережі для обміну інформацією.  Обмін інформацією припускає наявність прийому/передачі різного типу інформації, включаючи відео, голос, дані.

                          

Таблиця В.1 Вимоги якості обслуговування мережі для мультисервісних мереж доступу

Назва аплікації

Імовірність блокування

Доступність мережі зв'язку

Час установлення з'єднання додатком

Час установки з'єднання

Затримка

Jitter

Швидкість втрати пакетів

Традиційна телефонія

<1%

>99,99%

<2c

<100 мс

<100 мс

<20 мс

<5 E-2

VoIP

<1%

>99%

<2c

<300 мс

<200 мс

<20 мс

<1 E-3

Відеоконференція

<1%

>99%

<2c

<300 мс

<200 мс

<10 мс

<1 E-5

Широкомовне телебачення/радіо

<1%

>99,99%

<500мс

<3c

<400 мс

N/A

<1 E-5(для MPEG2)

Відео-, аудіо- додатка на вимогу

<0,01%

>99,99%

<500мс

<3c

<400 мс

N/A

<1 E-5(для MPEG2)

Індивідуальний відеоприйом

<0,01%

>99%

N/A

<3c

N/A

N/A

<1 E-3

Перегляд Web-Сторінок і завантаження

<0,1%

>99%

<1c

<3c

N/A

N/A

N/A

e-mail

<0,1%

>99%

<1c

<3c

N/A

N/A

N/A

Обмін повідомленнями й чат

<0,1%

>99%

<1c

<3c

N/A

 

N/A

Багатокористувальницькі ігри

<0,1%

>99%

<1c

<3c

<50 мс

<1 мс

<1 E-3

peer-2-peer

<0,1%

>99%

<1c

<3c

<200 мc

N/A

N/A

Сервери (відео-, файлів, Web-) додатків

<0,1%

>99%

<1c

<3c

<200 мc

N/A

Залежить від аплікації

Здатність до переміщення

<0,1%

>99%

<1c

<3c

<200 мc

Залежить від додатка

Залежить від аплікації

Безпечне з'єднання

<0,1%

>99%

<1c

<3c

<200 мc

Залежить від додатка

Залежить від аплікації

 

 Залежно від призначення, всі прикладні програми можна розділити на групи (див. рис. В.6):

 

 

Рисунок В.6 – Процес обміну інформацією
  • 1:1 – процес обміну інформацією здійснюється тільки між двома кінцевими користувачами. Додаток одно адресної передачі (розсилання);
  • 1 : N -  у процесі обміну інформацією беруть участь тільки один передавач і один приймач. Такі додатки використовуються для групової передачі або широкомовного розсилання;
  • N : 1 - у процесі обміну інформацією беруть участь кілька передавачів і тільки один приймач. Додаток вузькосмугового розсилання.
  • N : M - обмін інформації, у якому беруть участь кілька передавачів і кілька приймачів. До цієї групи відносять VPN, відео -/ аудіо-конференції й мережні ігри.

    Для всіх наведених груп прикладних програм потрібна певна кількість інтерфейсів, необхідних для здійснення з'єднання.

     При цьому якість процесу надання послуг користувачу нерозривно пов'язана з розвитком технологій,  всіх елементів телекомунікаційної системи, включаючи мережі доступу. При цьому мережі доступу є одним з сегментів системи телекомунікацій, що найдинамічніше розвиваються, що пояснюється постійним зростанням вимог до передачі призначеного для користувача трафіку.

     В першому розділі розглянути технології, принципи побудови та функціонування локальних мереж, які складають основу другого рівня мереж абонентського доступу  та на якому здійснюється агрегація трафіку. В цей час приблизно 95% обладнання на цьому рівні функціонує за технологією Ethernet. Тому основна увага в розділі якраз приділяється технології Ethernet та перспективам її розвитку.

     Другій розділ присвячений розгляду технологій бездротового доступу. Сучасні мережі абонентського  доступу можуть використовувати різноманітні лінії та канали зв’язку, в тім забезпечення  мобільності абонентів може бути реалізовано лише на базі безпровідних технологій в радіодіапазонах: Bluetooth, Wi-Fi, WiMAX, DECT або на відкритих оптичних каналах з використанням лазерних випромінювачів.

     В третьому розділі викладені основні принципи побудови технології xDSL, яка на сьогоднішній день займає перший рівень в мережах абонентського доступу. Вказані технології розроблялися для продовження терміну використання телефонних проводів, однак в подальшому вияснилось, що ця технологія має і подальше ефективне існування . Одночасно булі розроблені ряд принципів передачі даних  та методів обробки інформації, які знайшли широке  використання в сучасному телекомунікаційному обладнанні.

     В четвертому розділі розглядаються принципи побудови мереж абонентського доступу з використанням оптичного кабелю. Це стає вигідно як при відновленні старих, так і при побудові нових мереж. Значно збільшити  їх пропускну здатність дозволяє  впровадження пасивних оптичних мереж, яким і присвячений даний розділ.

     У п’ятому розділі розглядаються принципи побудови, архітектура та функціонування системи сигналізації, що використовується в мережах доступу та у абонентському обладнанні. Особлива увага приділена точкам стику та  сигнальним повідомленням протоколу абонентського цифрової сигналізації.

    Шостий розділ присвячений розгляду методів застосування та можливостей найбільш поширеного абонентського обладнання, за допомогою якого кінцевий користувач отримує телекомунікаційні послуги.

     Відповідальність за написання розділів 2-го тома підручника наступна. Вступ та 3 розділ були за доцентом Ощепковим М.Ю.; 1 розділ – за професором Пастушенко М.С. та старшим науковим співробітником Куляницею О.Й.; 2 розділ – за аспірантами Коваленко О.О., Горяєвою С.М. та Марчуком А.В., доцентом Марчуком В.С. та професором Коляденко Ю.Ю.; 4 розділ – за доцентом Ковальчук В.К.; 5 розділ – за доцентом Агеєвим Д.В.; 6 розділ – за доцентом Шостко І.С.

     Загальне редагування матеріалів другого тому виконав завідувач кафедри професор Поповський В.В..

     Автори підручника вдячні своїм аспірантам та пошукачам за допомогу в пошуку та обробці матеріалів. Особлива подяка інженеру І категорії Рязанцевій Л.М., яка допомогла в представлені розроблених матеріалів.

     Ми розуміємо, що цей підручник не є досконалим, ми маємо намір продовжувати його удосконалення. В тім, ми приймемо з вдячністю зауваження як по формі, так по змісту підручника і бажаємо колегам успіхів в методиці викладання, теорії та техніці телекомунікацій.

Содержание | Перелік скорочень | [→] Раздел 1. Принципы устройства и функционирования... | Вверх