Рис. 9. Структурная схема сети доступа с применением VoDSL
Буквально до последнего времени основной областью применения технологий хDSL была организация высокоскоростной передачи данных и в первую очередь высокоскоростного доступа к Интернет. Сказанное в первую очередь относится к одной из самых популярных технологий семейства xDSL - технологии ADSL. Совсем недавно появилось новое весьма перспективное приложение технологий xDSL для пользователей малого и среднего бизнеса, так называемое VoDSL ("Voice over DSL" - т.е., буквально, "речь поверх DSL"), которое позволяет обеспечить пользователей не только высокоскоростной передачей данных, но и большим числом телефонных соединений.
Напомним, что технологии xDSL, несмотря на имеющиеся различия, объединяет одно общее свойство: все они представляют собой оборудование цифрового абонентского доступа, предназначенное для работы по обычной абонентской медной паре телефонной сети общего пользования (ТФОП). Прародителем этого семейства является цифровая абонентская линия цифровой сети с интеграцией служб (ЦСИС или ISDN).
До сих пор технологии хDSL использовались в основном для высокоскоростной передачи данных таких приложений как Интернет и удалённый доступ к ЛВС. Как средство передачи данных оборудование xDSL занимает промежуточное положение между дешёвыми аналоговыми модемами и дорогими выделенными линиями Т1 или Е1. Высокие скорости передачи при сравнительно небольших затратах делают технологии хDSL практически идеальным средством передачи данных для представителей малого и среднего бизнеса.
Появление VoDSL, позволяющей предоставить пользователю 16 телефонных каналов и высокоскоростной доступ к Интернет по медной абонентской паре, означает появление экономически эффективного способа предоставления представителям среднего и малого бизнеса не только услуг передачи данных, но и речевых услуг. До сих пор в арсенале средств абонентского доступа имелось известное комбинированное медно-оптическое решение, в соответствии с которым сеть доступа содержит участок с оптическим кабелем от помещения, где размещается оборудование оператора связи, до некоторой промежуточной точки, например, до здания корпорации. Такую технологию называют FTTB\H (Fiber to The Building\Home). На участке от этой промежуточной точки до помещения пользователя, как правило, используется существующая медная пара. Такое решение из-за малой протяжённости медного участка такой комбинированной медно-оптической линии позволяет реализовать соединения очень высокой пропускной способности, обеспечив высококачественный доступ персонала корпораций как к речевым услугам сети, так и к услугам передачи данных (и в первую очередь - к Интернет). Как показывает анализ, такое решение из-за высоких первоначальных затрат оказывается приемлемым только для больших корпораций, которые даже в США представляют не более 12 % общего рынка линий абонентского доступа. Таким образом, для подавляющей части представителей бизнеса приемлемое решение доступа одновременно к услугам передачи речи и данных до появления технологии VoDSL практически отсутствовало.
Ключевым моментом технологии VоDSL является возможность реализации сети пакетной передачи
(в частном случае это может быть и сеть передачи ячеек АТМ), наложенной на существующую сеть
доступа хDSL. На рис. 9 представлена упрощенная структурная схема сети доступа VoDSL, содержащая
три ключевых элемента. Первым ключевым элементом сети VoDSL является устройство интегрального
доступа (Integrated Access Device - IAD), которое размещается в помещении пользователя и подключается к
медной абонентской линии. Это устройство является "канально-пакетным" шлюзом и предоставляет
пользователю до 16 стандартных портов ТФОП и услуги Интернет через ЛВС (например, типа Ethernet).
Сигналы линии DSL в форме пакетов или ячеек АТМ передаются через шкаф переключения абонентских линий местной АТС в мультиплексор доступа DSLAM и далее через региональную сеть пакетной передачи соответственно на маршрутизатор Интернет и шлюз речевых сигналов, который является вторым ключевым элементом VoDSL. Этот шлюз между сетью пакетной передачи и телефонной сетью общего пользования (ТФОП) размещается в региональном центре коммутации (RCS) CLEC и обеспечивает взаимное преобразование телефонных сигналов сети доступа DSL в пакетном формате и сигналов с временным разделением каналов TDM коммутационной станции ТФОП. Наконец, третьим ключевым элементом рассматриваемой системы абонентского доступа является система управления.
Используя шкафы переключения абонентских линий местной сети (Wire Center), соединённых
оптическими линиями с региональным центром коммутации RCS, можно охватить услугами
VoDSL обширный регион.
Следует особенно подчеркнуть, что технология VoDSL обеспечивает достаточную пропускную способность для подавляющей части пользователей бизнеса. Так, в США примерно 95% представителей малого бизнеса имеют не более 12 телефонов. То же верно и для России.
Кроме того, рассматриваемое решение сети доступа позволяет более эффективно использовать пропускную способность линии доступа по сравнению с традиционным способом временного разделения каналов (TDM), когда каждому пользователю предоставляется строго фиксированный временной интервал (или канал). Способ VoDSL, основанный на пакетной передаче, позволяет динамически распределять пропускную способность линии доступа между передачей речи и данных.
Поскольку телефонный трафик более чувствителен к задержке, чем передача данных, то в системе
VoDSL пакеты, транспортирующие телефонный трафик, имеют приоритет перед пакетами,
содержащими данные. Иначе говоря, телефонному трафику всегда отводится та пропускная способность,
которая необходима для его передачи, а трафик данных занимает оставшуюся часть пропускной
способности линии доступа. Такое решение гарантирует высокое качество передачи речи. Это
распределение пропускной способности между двумя типами трафика изменяется в зависимости
от интенсивности телефонного трафика. Как следует из рис. 11, где показан один из возможных вариантов
реализации линии VoDSL, через симметричное соединение хDSL c пропускной способностью 768 Кбит/с
CLEC может предоставить пользователю 8 телефонных линий (обслуживающих клавишную
телефонную учрежденческую систему PBX/KTS на 32 абонента) и ещё передачу данных со средней
скоростью 550 Кбит/с.
Технология VoDSL обеспечивает расширение рынка технологий хDSL, позволяя альтернативным операторам CLEC получать приемлемый доход при обслуживании рынка услуг связи для малого и среднего бизнеса.
До сих пор доходы от предоставления высокоскоростной передачи данных (от $75 до $250 в месяц) служили единственным средством покрытия расходов альтернативных операторов CLEC на покупку и размещение в помещениях (обычно на местных АТС) традиционных операторов (ILEC) мультиплексоров доступа DSLAM. При способе доступа VoDSL альтернативный оператор может обеспечить через ту же сеть доступа услуги местной телефонной связи, дающие дополнительный ежемесячный доход от $500 до $1000 от каждого пользователя. Решая проблему выполнения требований к передаче речи и данных, CLEC может легко сделать широкополосную сеть доступа весьма доходной услугой.
Экономика приложения VoDSL позволяет CLEC предоставлять пользователю наборы услуг, которые могут существенно расширить число пользователей хDSL. Например, CLEC's могут выгодно предлагать наборы услуг, включающие предоставление услуг местной телефонной сети при значительных скидках, а также постоянный высокоскоростной доступ к Интернет по минимальной цене или вообще бесплатно.
Решение абонентского доступа VoDSL, базирующееся на технологиях хDSL, даёт CLEC's возможность быстро и выгодно предоставлять огромному и растущему рынку требуемые услуги по приемлемой цене.
В настоящее время очень популярным способом конвергенции сетей передачи данных и речи является приложение VoIP, которое является способом передачи речи через сеть Интернет и которое обычно называют компьютерной телефонией.
Качество услуги VoIP, в первую очередь на международных телефонных каналах большой протяжённости, уступает качеству ТФОП.
Способ конвергенции сетей передачи речи и данных, основанный на применении технологии VoDSL, в отличие от VoIP не вызывает потерь качества и надёжности по двум основным причинам. Во-первых, вследствие ограниченности участка пакетной передачи расстоянием между помещением пользователя и местной АТС. Во-вторых, благодаря возможности использования способа "АТМ поверх DSL", имеющего встроенный механизм управления качеством передачи QoS, обеспечивающий высокие параметры телефонных соединений, в том числе и соединений большой протяжённости.
До сих пор технологии хDSL предлагали только передачу данных, являясь более дешёвой альтернативой доступа к Интернет по сравнению с T1, Frame Relay и ISDN. Приложение VoDSL, как способ одновременной передачи большого числа телефонных каналов и большого потока данных, обещает значительное снижение ежемесячных телефонных тарифов в результате интеграции речи и данных на линиях доступа DSL.
Как мы уже отмечали, секрет успеха VoDSL заключается в выборе в качестве транспортного
протокола АТМ, который предлагает добротную поддержку качества передачи QoS и широкие
возможности управления трафиком. Способность АТМ обеспечить QoS означает реализацию для
большого числа виртуальных каналов (VC) передачи с малой задержкой, к которой существенно
более чувствительна телефония, чем передача данных.
1 - коммутируемые виртуальные каналы данных к филиалам корпорации и интернет
2 - коммутируемые речевые виртуальные каналы к ТфОП
3 - виртуальные каналы речи и данных с классами услуг ATM: CBR, VBRrt, VBR, и UBR
Интегральный концентратор доступа DSL и коммутатор АТМ (DSLAS) на узле доступа поддерживает требуемое качество передачи QoS и схему распределения пропускной способности, называемую взвешенной справедливой очередью WFQ (Weighted Fair Queuing), которые необходимы для передачи речи через DSL.
DSLAS обеспечивает коммутацию и сигнализацию АТМ в точке ввода трафика VoDSL в сеть доступа DSL. Благодаря этой функциональной особенности трафик данных не может использовать пропускную способность, необходимую для передачи телефонии.
Указанная функция WFQ обеспечивает приоритетное для речи распределение пропускной способности между двумя параллельными трафиками, гарантируя, что узкополосный трафик, подобный речи, всегда получит необходимую полосу, независимо от других типов трафика.
В помещении пользователя CPE интегральное устройство доступа IAD выполняет задачу мультиплексирования потоков речи и данных в виртуальные каналы VC для передачи по линии DSL; IAD могут выполнять функции моста или маршрутизатора трафика ЛВС Ethernet и одновременно поддерживать большое число речевых соединений..
Для поддержания QoS большого числа VC и мультиплексор DLAS и IAD должны поддерживать классы услуг АТМ постоянной скорости CBR и переменной скорости в реальном времени VBRrt. Эти классы услуг гарантируют необходимую пропускную способность для VC, используемых для передачи телефонии. Речевые VC конфигурируются как соединения CBR или VBRrt с ограниченной потерей ячеек АТМ и ограниченным транзитным временем задержки, что гарантирует высокое качество речи.
Поскольку VC, используемые для телефонии, имеют более высокий приоритет, передача данных по той же линии не мешает передаче телефонии. В зависимости от конкретных требований виртуальные каналы для передачи данных могут быть конфигурированы как соединения с постоянной (CBR), переменной (VBR) или неопределенной (UBR) скоростью передачи. Соединения типа UBR не имеют никаких гарантий пропускной способности, а также выполнения заданных требований к таким параметрам качества передачи QoS, как потеря ячеек и задержка. При отсутствии ресурсов пропускной способности для транспортирования ячеек типа UBR эти ячейки отбрасываются. Переход к технологии VoDSL может выполняться последовательной заменой линий для передачи телефонии и данных. К примеру, предприятие, имеющее 10 телефонных линий для обслуживания его 50-номерной УАТС и одну линию Frame Relay, ISDN или Е1 для доступа к Интернет, может модернизировать свою сеть, заменив все 11 указанных линий одной симметричной цифровой абонентской линией типа SDSL c пропускной способностью до 2048 Кбит/с. Виртуальные каналы (VC) этой линии заменят имеющиеся 10 телефонных линий и линию Frame Relay, ISDN или Е1 для доступа к Интернет.
Одновременная передача речи и данных методом VoDSL увеличивает эффективность использования пропускной способности линии по сравнению с традиционными линиями типа Т1 или Е1, требующими выделения необходимой пропускной способности для каждого телефонного канала, даже если он не является активным. В линии VoDSL пропускная способность неактивных телефонных каналов может быть полностью использована для передачи данных - и в частности, для доступа к Интернет. Таким образом, распределение пропускной способности линии VoDSL , основанной на передаче ячеек АТМ, между трафиком речи и данных происходит по определённому алгоритму динамически только при наличии подлежащего передаче трафика. Это динамическое распределение пропускной способности позволяет пользователю максимизировать потенциал пропускной способности каждой линии VoDSL, обеспечивая требуемое число телефонных соединений и максимально возможную скорость передачи данных. Благодаря этому можно говорить о появлении новой экономичной модели доступа пользователя из сферы малого или среднего бизнеса к сетевым услугам с использованием всего одной медной пары.
Основным назначением речевого шлюза на местной АТС является преобразование речевых сигналов виртуальных каналов VoDSL, поступивших от DSLAS, в типовые 64 - Кбит/с каналы ИКМ и подключение их к речевому коммутатору. В обратном направлении вызовы в формате ИКМ преобразуются в речевые виртуальные каналы VC ATM, которые далее поступают в DSLAS, что обеспечивает требуемое качество телефонного разговора.
Конвергенция речи и данных в рамках DSL увеличивает эффективность использования пропускной способности. Поскольку сеть доступа DSL использует передачу пакетов (или ячеек в случае АТМ), то трафик VoDSL "потребляет" полосу только динамически, т.е., только тогда, когда это необходимо. Вызовы VoDSL занимают полосу только тогда, когда они являются активными. Когда соединение VoDSL не активно, то его полоса может быть занята любыми другими приложениями - например, доступом к Интернет. Такое динамическое распределение пропускной способности позволяет каждому предприятию максимально использовать потенциал каждого соединения DSL, позволяя предоставить пользователям максимально возможное число телефонных соединений и максимально возможные скорости передачи данных. Таким образом, VoDSL благодаря интеграции большого числа телефонных линий и высокоскоростных соединений передачи данных в режиме постоянного включения ("always on") позволяет создать новую экономичную модель сетей связи предприятия. Конвергенция речи и данных в рамках VoDSL повышает эффективность сети путём оптимизации использования пропускной способности и исключения необходимости управления отдельными сетями.
По сути дела, VoDSL является продуктом не только использования технических решений DSL, но и результатом конкурентной борьбы традиционных и альтернативных операторов связи.
Приложение VoDSL выгодно как для конкурентных (CLEC), таки для традиционных операторов (ILEC). Первые способны предложить дополнительные услуги пользователям, а вторые имеют возможность сократить инвестиции в инфраструктуру местной сети. Максимальный же выигрыш получают пользователи малого и среднего бизнеса, которые дополнительно к высокоскоростной передаче данных получают ещё большое количество телефонных соединений.
Однако, необходима определённая работа, прежде чем эта новая технология станет привлекательной для пользователей. При традиционной аналоговой телефонной линии, когда телефонный аппарат получает питание от батареи местной АТС, возможность установления соединения сохраняется в любом критическом случае (например, при пропадании электроэнергии в доме), т.е., всегда возможен доступ к службе спасения 911. В случае приложения VoDSL такая возможность теряется, поскольку устройство интегрального доступа IAD получает питание от местного источника. Другие проблемы включают совместимость оборудования различных производителей и необходимость опытного подтверждения высокого качества речевых соединений.
В заключение остановимся на особенностях устройств интегрального доступа IAD. Эти устройства, несмотря на их широкое применение, ещё не имеют строгого определения. В настоящее время к этому классу устройств относят достаточно многие устройства, обычно располагающиеся в помещении пользователя. Вероятно, самым общим определением IAD может служить следующее: IAD это устройства, позволяющие гибко и в кратчайшее время адаптировать всё многообразие телекоммуникационных приложений пользователя (уже существующих или тех, которые могут появиться в будущем). В более конкретном плане IAD представляют собой, как правило, мультисервисные устройства с возможностью передачи речи и данных, иногда также видео и факса, которые могут поддерживать протоколы АТМ, IP, Frame Relay и хDSL. Существуют два типа IAD:
IAD второго типа являются более эффективными, поскольку работают через среду передачи, используемую совместно несколькими пользователями, и постепенно вытесняют IAD первого типа.
В настоящее время создаются многофункциональные платформы доступа для магистральных сетей на основе SDH/SONET, обладающие функциями мультиплексоров ввода/выделения, цифровых плезиохронных систем, цифровых абонентских систем передачи (ЦСПАЛ или DLC), маршрутизаторов доступа и мультиплексоров доступа АТМ. Такие платформы интегрируют речь, данные и видео в одном тракте. Интегрированный доступ это часть общей тенденции конвергенции сетей с коммутацией каналов и сетей с пакетной коммутацией.
Наиболее привлекательными чертами новых IAD являются низкая цена и модульность построения. Наиболее дальновидные производители создают базовые IAD с набором основных функций и возможностью добавления новых технологий (услуг) с помощью дополнительных линейных карт. Такие многофункциональные и многосервисные платформы доступа особенно подходят для комплексов больших зданий с большим количеством арендаторов.
Главной особенностью перспективных сетей доступа является способность динамического распределения пропускной способности - для предоставления целого набора услуг используется одна совместно используемая инфраструктура доступа, что даёт альтернативному оператору больше источников дохода при фиксированных затратах.
Наиболее важное свойство современных IAD заключается в том, что они изменяют модель работы провайдеров услуг: более активные нетрадиционные операторы связи CLEC стараются принять трафик пользователя в его "натуральной форме" - т.е., в виде пакетов IP и Ethernet или аналоговой речи, а не принуждают пользователя преобразовать трафик в форму, удобную провайдеру услуг. Это расширяет периметр "облака сети" провайдера услуг практически до помещения пользователя. Убедительным подтверждением сказанного является рассмотренное интегральное устройство доступа IAD технологии VoDSL.
В качестве примера интегрального устройства доступа приведём некоторые данные IAD типа "Toll Bridge TB50" компании "TollBridge Technologies, Inc" (). IAD указанного типа обеспечивает для малого и среднего бизнеса многоканальный телефон с качеством междугородных соединений плюс передачу данных через одно широкополосное модемное соединение и имеет 8-24 портов телефонных линий и 1 порт данных.
Речь превращается в цифровую форму, а затем пакетизируется для передачи через любую широкополосную сеть доступа, включая хDSL, беспроводную сеть или Е1/Т1; особенностью пакетной передачи речи и данных является приоритезация речи. Пакетизированная речь поступает через линию xDSL к речевому шлюзу местной АТС TB200, который преобразует пакетизированную речь в стандартные каналы ИКМ 64 Кбит/с местной цифровой АТС через стандартный интерфейс сигнализации GR-303 (V.5.2 ).
Toll Bridge TB50 содержит следующую аппаратную часть и интерфейсы:
IAD Toll Bridge TB50 совместим с существующими телекоммуникационными стандартами (может подключаться непосредственно практически ко всем известным соединителям), а также со стандартными модемами, имеющими интерфейс Ethernet. Качество телефонных услуг QoS в IAD Toll Bridge TB50 реализуется путём приоритезации пакетов речи над пакетами данных с использованием выделенных постоянных виртуальных каналов PVC для речи и данных в сети АТМ и DLCI (Data link connection identifier) в сети Frame Relay.
Во всех IAD пакетного типа (в том числе и в Toll Bridge TB50) предусмотрена компенсация эхо и флуктуаций времени задержки. Само эхо короткое (всего несколько мс), но становится ощутимым при наличии дополнительных цепей задержки. Поэтому предусмотрены встроенные (как в IAD, так и в шлюз местной АТС) устройства адаптивной эхокомпенсации согласно рекомендации ITU-T G.168. Чистое время задержки, при котором имеет место эффект наложения эхо на речь говорящего, составляет 200 мс. Этот эффект особенно заметен неприятен при соединениях большой протяжённости, содержащих участки спутниковых линий. Поскольку IAD работают только на коротких участках местной абонентской сети, то дополнительное время задержки, вносимое сетью передачи пакетов, мало по сравнению с задержками, вносимыми соединениями большой протяжённости в случае компьютерной телефонии VoIP. Для компенсации флуктуаций времени задержки предусмотрен специальный буфер в приёмной части оборудования.
Флуктуации времени задержки вызывают переполнение или полное освобождение буфера. Следствием такого режима является звуковые пробелы (audio gaps) и проскальзывания (timing slips). Буфер джиттера устраняет влияние флуктуаций времени задержки путём запоминания дискретов речи, не попавших в буфер приёмной части оборудования из-за его переполнения, и передачи их с некоторой задержкой. Специальная адаптивная схема регулирует глубину буфера джиттера, исключая возможность необоснованной задержки. Если пакет приходит слишком поздно и буфер оказывается пустым, то последние отсчёты речи используются в качестве замены речевого сигнала.
Требования к IAD со стороны факс-машин и модемов несколько отличаются от требований со стороны речи. Компрессия мало влияет или почти не влияет на качество речевых сигналов, чего никак нельзя сказать о влиянии той же компрессии на качество модулированных сигналов данных. Телефонные модемы предназначены для работы через компрессированные каналы 64 Кбит/с, удовлетворяющие требованиям рекомендации G.711 ITU-T. Кодеки других типов (например, G.726 АДИКМ) могут также пропускать данные, но с более низкими скоростями. Характеристики других популярных речевых кодеков (таких, как G.723.1) являются приемлемыми только для речи и не годятся для передачи музыки и тем более немодулированных данных.
Toll Bridge TB50 IAD поддерживает функцию типового моста передачи данных, позволяющую большому числу пользователей
разделять широкополосное соединение через ЛВС Ethernet. Настройка может выполняться локально через последовательный порт
или дистанционно через SNMP.
В наши дни технологии, обеспечивающие высокоскоростной доступ в сеть Интернет и соединение сетей
между собой, доступны как никогда. Технологии DSL позволяют расширить использование таких услуг на те
сегменты рынка, которые ранее не были охвачены. Однако широкомасштабное внедрение новых технологий
приводит к постепенному переходу от аналоговой абонентской сети к цифровой абонентской сети. Переход на
новую ступень развития приводит не только к созданию оборудования нового поколения, но и требует
использования соответствующих приборов, обучения обслуживающего персонала новым методам работы и совершенно
другого подхода к вопросам управления сетью абонентских телефонных линий.
