Рис.1. Доступ в сеть Интернет с использованием технологий xDSL
Причины создания DSL (или анализ "последней мили")
Традиционная телефонная сеть общего пользования (ТФОП) позволяет передавать голос в и данные в пределах узкой полосы частот (300 -3400) Гц. Быстрый рост сети Интернет и самый распространённый доступ к ней с помощью стандартных аналоговых модемов вызывают перегрузку ТФОП, поскольку последняя не рассчитана на нагрузку Интернет, которая характеризуется большим средним временем сеанса связи и большей неравномерностью по сравнению с телефонной нагрузкой. Вторая проблема состоит в том, что для комфортного доступа пользователей к услугам существующей сети ( и в первую очередь сети Интернет) скорости передачи, которые могут обеспечить аналоговые модемы, уже недостаточны. Это относится не только к частным (резидентным) пользователям, но и ко всё более увеличивающейся категории пользователей из сферы бизнеса, которые работают в своих домашних офисах и которым необходимо соединяться с корпоративными сетями со значительно более высокой скоростью передачи данных, чем могут обеспечить традиционные аналоговые модемы.
Сложность достижения необходимой скорости соединения с сетью Интернет заключается в основополагающих принципах построения телефонных сетей, которые по природе своей не предназначены для высокоскоростной передачи данных. Когда Александр Белл изобрел телефон, его фантазия не шла дальше предоставления людям, физически находящимися в разных местах, возможности разговора друг с другом. Кроме того, что традиционная телефонная (то есть голосовая) связь осуществляется в очень узкой полосе частот, она еще и допускает значительно большее затухание сигнала, чем это возможно при передаче данных. При этом самая большая проблема лежит (в прямом смысле этого слова) между телефонной станцией и домом абонента. За время развития телефонной связи пройден огромный путь от ручных коммутаторов до современных цифровых телефонных станций, предоставляющих абонентам большое количество разнообразных услуг, но между станцией и абонентом проложена все та же витая пара, что и на заре телефонии. И таких витых пар по всему миру уже почти миллиард.
По мере того, как стоимость пользовательского оборудования, позволяющего получать доступ в сеть Интернет, постепенно уменьшается, на первый план выходит пропускная способность соединения и его стоимость. Каждый, кто пользуется сетью Интернет, вынужден ждать (ждать и еще раз ждать), пока будет найден нужный сайт и загружена требуемая страница. Ситуация ухудшается еще больше, если необходимо загружать большие файлы (например, фотографии или видео). Более того, чем большее количество пользователей одновременно работает в сети Интернет, тем меньше становится скорость работы каждого из них в отдельности, потому что резкий рост трафика приводит к значительному возрастанию нагрузки на телефонные сети. При полной реализации всех потенциальных возможностей Интернет в областях дистанционного обучения, коммерции и развлечения обязательно необходимо преодолеть препятствие в виде недостаточной скорости соединения (и его слишком высокой стоимости).
Пользователь хочет одного - высокоскоростного и постоянно работающего доступа. Однако, несмотря на то, что сеть высокоскоростной передачи данных в той или иной степени охватывает всю страну, доступ к ней конечных пользователей (та самая "последняя миля") может быть сопряжен с техническими и экономическими сложностями. Магистральные линии передачи данных позволяют передавать гигабиты информации, но очень маленькое количество конечных пользователей имеет возможность передавать данные хотя бы со скоростью нескольких сотен килобит. Тянуть к каждому пользователю оптико-волоконную линию очень дорого. Коаксиальные кабели (кабельное телевидение) позволяют осуществлять высокоскоростную передачу, но в основном в одном направлении. Телефонные линии в том виде, в котором они используются в настоящий момент для телефонной связи, имеют низкую скорость передачи данных. Доступ с необходимой высокой скоростью могут обеспечить только широкополосные технологии, которые являются будущим телекоммуникационной индустрии.
Телекоммуникации будущего базируются на предоставлении каждому пользователю возможности высокоскоростной передачи данных. Существует несколько технологических направлений, позволяющих преодолеть это препятствие.
В середине 90-х операторы КТВ провели исследования возможности использования инфраструктуры сети КТВ для широкополосного доступа к услугам сети пользователей домашнего (residental) сектора. В результате появилось устройства, которые не совсем удачно были названы кабельными модемами. Кабельные модемы представляют собой устройства, обеспечивающие высокоскоростной доступ к сетям передачи данных через гибридную оптико-коаксиальную сеть HFC .
В отличие от традиционных модемов коммутируемой ТФОП кабельные модемы являются частью системы с топологией "точка - много точек" ("point - to - multipoint), в которой множество кабельных модемов разных пользователей подключены через гибридную оптико-коаксиальную среду к контроллеру головного узла оператора КТВ. Подобно модемам xDSL, кабельные модемы работают в режиме "always on", т.е., постоянно подключены к головному узлу.
Но, кроме определенных достоинств, рассматриваемая технология обладает и существенными недостатками. Как уже указывалось выше, одним из недостатков кабельных модемов (в отличие от технологий хDSL), является то, что такие линии передачи данных являются линиями коллективного использования. Полоса частот, доступная каждому отдельному пользователю, подключенному к определенному узлу, может снижаться по мере увеличения количества пользователей, которые подключены к тому же узлу. Еще одним недостатком является то, что данная система является "открытой" (т.е. каждому отдельному пользователю не предоставляется свое жестко закрепленное соединение). Это обстоятельство снижает привлекательность кабельных модемов для использования в сфере бизнеса. Кабельная система может рассматриваться как одна большая сеть ЛВС, поэтому (теоретически) существует определенная возможность соединения каждого с каждым и доступа к данным другого пользователя. Очевидно, что никто не захочет использовать одну коллективную систему передачи данных со своим конкурентом. Кроме того, кабельные модемы обеспечивают высокоскоростной доступ по линиям кабельного телевидения в основном для частных пользователей, потому что офисные здания и предприятия в большинстве случаев не подключены к сети кабельного телевидения.
Некоторые отличительные особенности спутниковых систем делают их привлекательной технологией доступа в Интернет. Прежде всего - это экономическая эффективность для провайдера. Спутниковые системы позволяют обойти "заторы" в наземных системах передачи данных. Зона охвата спутника такова, что он может обслуживать очень большое количество абонентов. Причем стоимость организации обслуживания совершенно не зависит от географического положения пользователя в пределах зоны охвата спутника. Спутниковый канал может приниматься в любой точке зоны охвата, независимо от условий местности.
Хотя спутниковые системы имеют много плюсов, позволяющих рассматривать их в качестве одной из технологий организации высокоскоростной передачи данных на "последней миле", имеются также и негативные аспекты.
Спутниковые системы доступа имеют не самую высокую скорость передачи данных (порядка 400 Кбит/с по направлению к пользователю) и при этом не очень быстро работают. Представьте себе, что вы хотите загрузить какой-либо материал на экран вашего компьютера. Щелкнув мышью, вы подаете сигнал запроса, который проходит по вашей телефонной линии, через провайдера и по обычному тракту в сети Интернет, а после ответа сигнал передается через спутник, проходя в общей сложности около 70 тысяч километров. Даже обладая скоростью света, такое средство доступа в Интернет остается достаточно медленным. Особенно это заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени.
Вложения в системы спутниковой связи составляют многие миллиарды долларов, причем успех и получение прибыли совершенно не гарантированы. Следует упомянуть также и о безопасности трафика, слишком длительных циклах планирования для такой быстро изменяющейся индустрии, как телекоммуникации, а также нехватку частот, которые можно было бы легко использовать. Кроме этого к недостаткам спутниковых систем можно отнести и необходимость приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования.
Аппаратура для подключения абонентов с использованием оптического кабеля получила широкое распространение в странах Европы и США. Преимущества такого решения очевидны: высокие надежность, качество передачи, а также пропускная способность, следовательно, практически нелимитированная скорость по интерфейсу пользователя. Кроме того, следует иметь в виду, что стоимость как самого оптического кабеля, так и оборудования системы передачи постоянно снижается. К сожалению, данное решение имеет и недостатки. Во-первых, время, необходимое для прокладки кабеля и получения всех необходимых разрешений может быть довольно значительным, что снижает темпы окупаемости капиталовложений. Во-вторых, применение оптоволокна может быть экономически оправданно лишь при подключении большого числа сконцентрированных в одном месте, например в районах массовой застройки или в офисных зданиях, абонентов. В районах, где плотность абонентов невысока, ресурсы оптического кабеля используются лишь на 5 —10%, поэтому экономически выгоднее уплотнить существующую кабельную сеть или использовать радио доступ.
Таким образом, в настоящее время оптоволокно широко применяется вместо многожильных телефонных кабелей на участке между телефонным коммутатором (АТС) и удаленным концентратором, к которому подключаются, например, телефоны, установленные в квартирах многоэтажного дома или нескольких домов. Аппаратура, реализующая мультиплексирование/демультиплексирование линий индивидуального подключения абонентов, получила название Digital Loop Carrier (DLC), что можно перевести как “цифровая система концентрации телефонных линий”. Производят такие системы в США, Западной Европе, Азии (AFC, SAT, Siemens и др.).
Кроме использования оптоволокна можно использовать уже имеющиеся медные кабеля.. Нельзя ли повысить эффективность использования миллионов и миллионов километров кабельных линий, уложенных в землю за время безраздельного господства аналоговой телефонии? В последние годы разработано несколько новых методов для организации цифровых трактов на обычном медном кабеле, которые позволяют добиться высокой пропускной способности, низкой себестоимости включения и высокого качества связи. Общее название технологии — цифровая абонентская линия (Digital Subscriber Line, DSL). Технология DSL нашла широкое применение в обычной (аналоговой) телефонии, в сетях с интеграцией услуг и передачи данных.
Термин “цифровая абонентская линия” впервые появился в документации по ISDN. Идеология построения сети ISDN сходна с принципами создания обычной коммутируемой телефонной сети, однако к абоненту подводится не аналоговый канал, как в обычной сети, а цифровой со скоростью от 64 до 144 Кбит/с. Далее абонент может использовать его для телефонной связи и/или подключения к сети компьютера. В ходе разработки технологии ISDN были созданы комплекты микросхем и методы кодирования, позволяющие транслировать потоки 64, 128 и 2048 Кбит/с по обычным медным парам, которые ранее использовались для аналоговой передачи телефонного трафика.
хDSL представляет собой семейство технологий высокоскоростного доступа к сетевым услугам по существующей медной абонентской телефонной линии. В аббревиатуре хDSL символ "х" используется для обозначения конкретного типа технологии цифровой абонентской линии DSL (Digital Subscriber Line). Любой абонент, пользующийся в настоящий момент телефонной связью, имеет возможность с помощью технологий хDSL значительно увеличить скорость своего соединения, в первую очередь с сетью Интернет. Благодаря многообразию технологий DSL пользователь может выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных - от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. При этом скорость передачи данных зависит только от параметров и протяженности этой линии.
Почему-то считается, что абонентская телефонная линия имеет полосу пропускания в 4 кГц. Это совершенно неправильно. Абонентская линия имеет ограниченную полосу пропускания, потому что это предусмотрено ее конструкцией, а не из-за того, что витая пара не способно пропускать высокочастотные сигналы. С помощью соответствующих схем кодирования технологии хDSL позволяют достигать мегабитовой скорости передачи данных.
Технологии DSL имеют явные преимущества. Любой абонент, подключенный к телефонной сети общего пользования, имеет медную телефонную линию, которая может быть использована для развертывания линии передачи данных. То есть не требуется создавать новую инфраструктуру. По сравнению с другими технологиями доступа DSL требует значительно меньших инвестиций при учете достигаемой скорости передачи данных.
В течение длительного времени представители малого и среднего бизнеса испытывали определенные трудности с организацией сетей передачи данных бизнесс-класса, которые оправдывали бы затраченные на них средства. Основным препятствием была высокая стоимость линий высокоскоростного доступа отдельных пользователей. До создания технологий DSL такие пользователи могли выбирать только между передачей данных с помощью низкоскоростных аналоговых модемов (с необходимостью набирать телефонный номер перед каждой установкой соединения) и высокоскоростной, но очень дорогой, выделенной линией Т1 или Е1. Технологии DSL дают таким пользователям возможность иметь надежное соединение бизнесс-класса (и, значит, соответствующего качества) по очень привлекательной цене.
Схема доступа в сеть Интернет с использованием технологий xDSL может быть модернизирована, как показано на рис.1.
Рис.1. Доступ в сеть Интернет с использованием технологий xDSL
Одним из важнейших применений DSL-оборудования стало уплотнение абонентских аналоговых линий. Например, аппаратура TOPGAIN-4-NATEK.S обеспечивает независимую работу четырех телефонных аппаратов по единственной абонентской линии (рис.2.), а оборудование РСМ-8ВА (НТЦ “НАТЕКС”) - восьмикратное уплотнение абонентских линий.
Рис.2. Принцип действия цифровой аппаратуры уплотнения
В восьмиканальной системе РСМ-8ВА (Bandwidth Adaptive), впервые для оборудования такого типа, применено динамическое распределение полосы пропускания. Скорость группового тракта в новой системе та же, что и в четырехканальной, — 160 Кбит/с (128 Кбит/с информационных плюс сигнализация и управление). Однако степень сжатия сигнала в каждом из каналов автоматически изменяется в зависимости от общего числа задействованных в данный момент каналов. Например, если заняты четыре канала (разговаривают четыре абонента), трафик в каждом канале сжимается в 2 раза (требуемая полоса пропускания — 32 Кбит/с), а если все восемь — в 4 раза (требуемая полоса —16 Кбит/с).
Таким образом технологии DSL позволяют создать постоянно установленное соединение, обеспечивают высокую скорость передачи данных и оставляют возможность одновременного с работой в сети Интернет использования обычной телефонной связи. То есть предоставляют телекоммуникационным компаниям возможности, от которых они просто не могут отказаться.
