Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 6. Методи доступу   /  Тема 6.3. Моделі й архітектура мережі доступу

Зміст:

6.3.1. Моделі й архітектура мережі доступу

Мережа доступу (МД) є складовою більш загальної телекомунікаційної мережі (ТКМ), тому є необхідність визначити її місце і функцію у взаємодії з іншими складовими ТКМ, необхідність розглянути її архітектуру. Загальні відомості щодо загальної архітектури і моделі МД розглянуті в Рекомендації ITU-T G.902 (11/95). На рис. 6.3.1 подано загальну архітектуру МД.

Рис. 6.3.1. Загальна архітектура мережі доступу

TMN (Telecommunications Management Network) — мережа управління електрозв’язком; AN (Access Network) — мережа доступу; SN (Service Node) — вузол послуг; UNI (User-Network Interface) — інтерфейс «користувач — мережа» (точка присутності мережі доступу); SNI (Service Node Interface) — інтерфейс вузла послуг; TN (Transport Network) — транспортна мережа.

Протокольну модель мережі доступу подано на рис. 6.3.2. До моделі входять рівні: фізичний, трактів, каналів, підтримки доступу й управління і системи: управління і підтримки можливостей доступу.

Рис. 6.3.2. Протокольна модель мережі доступу

Протокольна модель указує на можливості реалізації різних протокольних (алгоритмічних, технологічних) рішень терміналам користувачів у мережі зв’язку. При цьому фізичний рівень підтримує транспортування і захист трафіка по фізичному середовищу (мідному або оптичному кабелю, радіо- або оптичному каналу) у вигляді сигналів цифрових систем PDH, SDH, ATM, пакетів Ethernet, модемної передачі. Фізичний рівень може бути представлений секціями-ділянками мультиплексування і регенерації сигналів.

Рівень трактів забезпечує створення й обслуговування маршрутів передачі даних для користувачів з різними терміналами і запитами на послуги зв’язку.

Рівень каналів визначає види каналів мережі доступу (фізичні канали, віртуальні канали, канали певних послуг тощо).

Рівень підтримки доступу найчастіше асоціюється з сигнальними системами, наприклад, для доступу до телефонної мережі, до мережі N-ISDN, до мережі B-ISDN.

На рівень управління покладені задачі підтримки у функціональному стані всіх протокольних рівнів за рахунок реалізації постійного контролю функцій через операційні системи управління. Функції управління повномасштабно можуть бути реалізовані через спеціалізовані системи управління, які, як свідчить досвід, охоплюють мережі доступу оператора на великих територіях (у межах міст, областей).

Система підтримки можливостей доступу може включати такі функції, як: прогнозування послуг, розрахунок показників якості й економічних показників, довідково-інформаційні функції тощо.

Протокольна модель мережі доступу дозволяє точніше визначити функції мережі доступу: призначених для користувача інтерфейсів; транспортні функції; сервісних портів (інтерфейсів) комутації; вбудовані функції; функції системи управління.

Приклади функцій інтерфейсів користувачів (UNI):

  • підключення терміналів користувачів;
  • аналого-цифрове і цифро-аналогове перетворення;
  • перетворення сигналів (інтерфейсів);
  • активація/деактивація UNI;
  • тестування;
  • контроль, управління, обслуговування.

Приклади функцій інтерфейсів вузлів послуг (SNI):

  • підключення мережі доступу до сервісних вузлів;
  • концентрація функцій контролю, управління, обслуговування в мережі доступу;
  • приміщення протоколів для частини SNI;
  • тестування;
  • управління, контроль і обслуговування інтерфейсу.

Приклади вбудованих функцій мережі доступу:

  • концентрація каналів користувачів МД;
  • мультиплексування сигнальної і пакетної інформації;
  • емуляція каналів для ATM транспортних функцій;
  • функції контролю й управління.

Приклади транспортних функцій МД:

  • мультиплексування;
  • функції кросування і конфігурації;
  • функції управління;
  • функції фізичного середовища (кодування, контроль помилок, перетворення сигналів, регенерація і підсилення тощо).

Приклади функцій системи управління МД:

  • конфігурація і контроль;
  • координація ресурсів;
  • виявлення й індикація аварій;
  • інформування користувачів і фіксація дат;
  • контроль безпеки;
  • координація управління критичного за часом;
  • управління ресурсами (каналами, трактами, секціями, інтерфейсами).

Приклади типів сервісних вузлів:

а) індивідуальні підключення користувачів:

  • телефонні вузли;
  • вузли N-ISDN;
  • вузли B-ISDN;
  • вузли пакетної комутації;
  • вузли послуг відео;

б) індивідуальні підключення по виділених лініях і каналах:

  • вузли каналів і виділених ліній з певними послугами;
  • сервіс по виділених лініях на основі ATM;
  • сервіс пакетної передачі по виділених лініях;

в) сервісні вузли відео- і радіопрограм мовлення і за запитом;

г) сервісні вузли відео- і радіопрограм у спеціальних конфігураціях для цифрової та аналогової інформації;

д) вузли Інтернет.

На рис. 6.3.3 подано базову структуру мережі доступу і позначено всі її ділянки та складові елементи, блоки і системи:

  • мережа доступу МД (Access Network, AN) — сукупність абонентських ліній і обладнання (станцій) місцевої мережі, що забезпечує доступ абонентських терміналів до транспортної мережі і місцевий зв’язок без виходу на транспортну мережу;
  • центральний розподільний вузол (головна станція) (Center Distribution Node, CDN) забезпечує доступ абонентських пристроїв до вузлів послуг;
  • мережний блок (Network Unit, NU) забезпечує первинний доступ через мультиплексування і концентрацію трафіка і каналів;
  • мережне закінчення (Network Termination, NT) дозволяє підключати один або декілька призначених для користувача терміналів (Termination Element, TE);
  • система управління і контролю мережею доступу (Telecommunication Management Network, TMN), пов’язана з іншими компонентами (пристроями) МД через інтерфейси управління, стандартизованими ITU-T.

Рис. 6.3.3. Базовий прототип мережі доступу

Лінія передачі абонентів (Subscriber Transmission Line, STL) з’єднує вузол надання послуг з терміналом мережі і проходить мережу доступу. Вона може бути утворена фізичним з’єднанням, каналом (аналоговим або цифровим), складовим каналом, віртуальним каналом або групою каналів для однакових або різних послуг. Лінія передачі проходить крізь абонентну лінію (Subscriber Line, SL), інтерфейс UNI, мережний блок NU, розподільну мережу (Distribution Network, DN), вузол розподілу CDN, сполучну магістраль (Backbone Network, BN). Найпроблемнішими ділянками лінії передачі абонента є SL, що в літературі має назву «останньої милі», і розподільна мережа DN.

Базова структура мережі доступу істотно відрізняється від структури абонентської лінії телефонної мережі, зокрема, на міській телефонній мережі (ГТС) (рис. 6.3.4).

Рис. 6.3.4. Схема побудови абонентської лінії ГТС

У порівнянні з мережею ГТС (рис. 6.3.4), МД — це універсальна мережа, в якій можуть бути гарантовані будь-які телекомунікаційні послуги із смугою частот передаваних сигналів від тональних (0,3...3,4 кГц) до десятків і сотень мегагерц (для телевізійних сигналів аналогового і цифрового форматів). Для реалізації універсальних можливостей MД можуть бути використані оптичні лінії передачі, проводові та радіолінії.

Мережі ж телефонних ліній непридатні для надання широкосмугових послуг, проте вони можуть частково входити до мереж доступу на різних ділянках, наприклад, на ділянці розподілу (див. рис. 6.3.4), відповідній ділянці SL мережі доступу (див. рис. 6.3.3). Для реалізації послуг нетелефонного типу, наприклад N-ISDN, знадобиться заміна абонентської проводки (див. рис. 6.3.4), виконаної зазвичай кабелем ТРП або ПРППМ, на кабель з високочастотними крученими парами (категорії 5).

Для розв’язання завдань створення універсального доступу до телекомунікаційної мережі ITU-T запропонував у низці своїх рекомендацій типові структури мереж доступу із застосуванням проводових і оптичних ліній, радіоліній, відкритих оптичних ліній, приклади яких наведено на рис. 6.3.5.

Рис. 6.3.5. Типова архітектура мережі доступу:
а — архітектура «каскад» (дерево); б — архітектура «зірка»; в — архітектура «кільце»

Серед різних архітектурних рішень для MД необхідно виділити пасивну оптичну мережу ПОМ (Passive Optical Network, PON), яка відзначається відносно низькими витратами на реалізацію і забезпечує інтерактивний трафік з широкосмуговими сигналами на одній або декількох оптичних частотах в одному скловолокні. Як ключові елементи розгалуження в PON можуть бути використані оптичні пристрої розділення потужності сигналу, які здатні розділяти й об’єднувати системи різних напрямів передачі оптичних частот. Приклад PON подано на рис. 6.3.6.

Рис. 6.3.6. Приклад пасивної оптичної мережі PON

В особливо відповідальних випадках надійність такої мережі забезпечується дублюванням кабельної лінії. Розглянута архітектура може бути реалізована в MД з різними фізичними середовищами, у тому числі й у PON.

Мережі доступу можна класифікувати за технологічними рішеннями і розбити на проводові і безпроводові. Приклад технологій проводового доступу подано на рис. 6.3.7. Основою для реалізації цих технологій служать мідні дроти і волоконні світловоди.

Рис. 6.3.7. Приклади технологій проводового доступу:
ТфЗК — телефонна мережа загального користування; КТБ — кабельне телебачення; ISDN (Integrated Service Digital Network) — цифрова мережа з інтеграцією служб (ЦМІС); LAN (Local Area Network) — локальна обчислювальна мережа (ЛОМ); xDSL (Digital Subscriber Line) — цифрова абонентна лінія; OAN (Optical Access Network) — оптична мережа доступу; Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet — технології передачі даних на швидкостях 10 Мбіт/с, 100 Мбіт/с, 1000 Мбіт/с; FDDI — волоконно-оптичний розподільний інтерфейс, мережа кільцевого типу із захистом від пошкоджень; IDSL, HDSL, SDSL — технологія симетричних абонентських ліній (I-ISDN, Н — високошвидкісна лінія (2,048 Мбіт/с), S — симетрична однопарна лінія з швидкісними режимами від 128 кбіт/с до 2320 кбіт/с); ADSL, RADSL, G.Lite — несиметричні абонентські лінії з швидкостями передачі до абонента не нижче 1 Мбіт/с, від абонента 512 кбіт/с, з адаптацією до лінії і пристосуванням швидкості залежно від завад; FTTx, FTTH, hi IB, FTTC, FTTCab — активні технології оптичного доступу до будинку, робочої зони, шафи тощо; PON, APON, EPON, BPON, GPON — технології пасивних оптичних мереж (ATM PON, Ethernet PON, Broadband PON, Gigabit rate PON)

Необхідно відзначити, що використання волоконної оптики для побудови MД стало можливим через зниження ціни на волоконно-оптичний кабель. Проте цей кабель все ще коштовний (2 тис. дол. 8 волокон — 1 км), тому використання інших менш ефективних по смузі частот середовищ передачі (мідних і біметалевих кабелів) залишається актуальним в проводових мережах.