Основные стандарты сотовой связи

Первое поколение (аналоговые системы):  NMT (Nordic Mobile Telephone) - стандарт сотовой связи, работающей в диапазоне 450 МГц. Первоначально предлагался для использования в скандинавских странах и затем распространился в Европе. Основные достоинства - относительно невысокая стоимость абонентского и сетевого оборудования, быстрота развертывания и взаимодействия с аналоговыми проводными сетям. Недостатки - возможность прослушивания разговоров и несанкционированного проникновения в сеть. Высокие, по сравнению с цифровыми технологиями, энергозатраты.  AMPS (Advanced Mobile phone System)  - стандарт США для аналоговых сотовых систем на базе TDMA, работающих в диапазоне 800 МГц. Достоинства и недостатки те же, что и у NMT.

GSM (до 1995 г. - Groupe Speciale Mobile, c 1995 г. - Global Mobile System for Mobile communications). Предназначен для систем сотовой связи второго поколения, работающих на основе TDMA в диапазоне 900 МГц. Достоинства - позволяет осуществлять связь при малых энергозатратах. Мощности ручных радиотелефонов -100 и 250 мВт. Использование SIM-карт для доступа к каналам и услугам, закрытый для прослушивания радиоинтерфейс, шифрование передаваемых сообщений, использование службы коротких сообщений и др.

Кроме этих стандартов, существуют и другие, либо являющиеся разновидностями GSM для других частотных диапазонов, такие, как Европейский DCS1800 и американский PCS1900, либо основанные на более поздних технологиях - американский IS95 на базе CDMA. 

Основные стандарты широкополосной сотовой связи wimax

Стандарт WiMAX (аббревиатура от Worldwide Interoperability for Microwave Access) – технология широкополосной беспроводной связи, которая? в отличие от других технологий радиодоступа,обеспечивает высокоскоростные соединения на больших расстояниях даже при отсутствии прямой видимости объекта, на отраженном сигнале.

Этот стандарт был разработан корпорацией Intel, крупнейшим мировым производителем микрочипов. Соответственно, WiMAX-чипами будут в первую очередь комплектовать ноутбуки. Скорей всего, со временем WiMAX вытеснит Wi-Fi, так как Wi-Fi действует в радиусе нескольких метров от точки доступа, у мобильного WiMAX покрытие существенно больше. И кроме того, онпозволяет абоненту, если тот перемещается со скоростью до 120 км/ч, переключаться между станциями.

Летом 2009 года в России в коммерческую эксплуатацию была запущена первая в России сеть беспроводного быстрого интернета по технологии Mobile WiMAX (4G). Поставщиком услуг на базе этой сети стала компания «Скартел», известная под брендом Yota. Сеть обеспечивает высокую скорость доступа в интернет – до 10 Мбит/с, в любое время, в любом месте зоны покрытия и поддерживает соединение даже в движении, на скорости до 120 км/ч. Доступ к Yota уже получили жители Москвы, Санкт-Петербурга, Уфы, Краснодара и Сочи.

Системы широкополосного доступа ви фи

Системы широкополосного доступа стали эффективной заменой коммутируемых линий для выхода в Интернет, обеспечивая не только высокую скорость передачи данных, но и постоянное подключение к Сети — без необходимости устанавливать коммутируемое соединение. Массовое внедрение этих систем и, как следствие, широкая доступность “быстрого” Интернета привели к развитию сайтов и порталов, наполнению Интернета мультимедийным контентом, появлению множества новых услуг. Они связаны с дополнительными телефонными сервисами, передачей видео, электронной коммерцией и развлечениями, удаленным обучением и работой, построением виртуальных частных сетей (VPN).

Первым необходимым условием внедрения новых услуг и приложений является наличие транспортной сети доступа с высокой скоростью передачи данных и поддержкой качества обслуживания (QoS). Здесь следует отметить связь между широкополосными технологиями и концепцией сетей следующего поколения (NGN). Согласно документам Международного союза электросвязи (МСЭ), NGN определяется как пакетная сеть, обеспечивающая предоставление телекоммуникационных услуг на основе множества широкополосных транспортных технологий с поддержкой QoS; в сети NGN относящиеся к услугам функции не зависят от нижележащих транспортных технологий.

Для предоставления широкополосного доступа может использоваться множество различных носителей и технологий передачи данных. К ним относятся гибридные оптико-коаксиальные сети кабельного телевидения, системы DSL (Digital Subscriber Line), спутниковая связь, ряд технологий беспроводного доступа (Wi-Fi, WiMAX, EDGE) и другие. Технологии широкополосного доступа постоянно развиваются (совершенствуются существующие и появляются новые), и фирмы-производители предлагают множество разнообразных вариантов систем доступа.

Если ограничиться рассмотрением проводных технологий доступа, которые нацелены на обеспечение транспорта на “последней миле” (от узла связи до квартиры или офиса абонента), то хотелось бы отметить две тенденции: первая — это развитие Ethernet как транспортного протокола сети доступа; вторая — появление на рынке так называемых мультисервисных платформ доступа (MultiService Access Platform — MSAP). Рассмотрению этих двух тенденций и посвящена данная статья.

Полную версию данной статьи смотрите во 4-ом номере журнала за 2006 год.

Ethernet как универсальный транспорт сети доступа

Технология Ethernet прочно заняла свое место в сетях агрегации вследствие того, что де-факто базовым протоколом, на основе которого формируются различные службы в NGN, стал IP. По сравнению с популярной прежде технологией ATM, протокол Ethernet намного лучше приспособлен для транспорта IP-пакетов и более эффективен для этого, а системы Ethernet значительно дешевле. Дополнительное преимущество технологии Ethernet дает поддержка ею высоких скоростей (до 10 Гбит/с). Один из примеров, показывающих, что Ethernet начинает доминировать в сетях агрегации, — это рост популярно-сти DSL-мультиплексоров доступа с сетевыми интерфейсами Ethernet от 100 Мбит/с до 10 Гбит/с — IP/Ethernet DSLAM. Однако технология АТМ до сих пор остается (и в силу большой распространенности еще долго будет оставаться) основным транспортным протоколом уровня 2 (модели OSI) на участке “абонент — узел связи” для многих технологий DSL и некоторых видов пассивных оптических сетей (PON).

Стремление операторов минимизировать набор протоколов, повысить эффективность каналов связи за счет уменьшения протокольной избыточности и числа преобразований трафика (из одного протокола в другой) на пути от абонента до сервис-провайдера позволяет утверждать, что постепенно Ethernet становится базовым протоколом на всей сети доступа. В этой связи более подробно хотелось бы остановиться на стандарте IEEE 802.3ah, утвержденном в июне 2004 г. и известном также как Ethernet in First Mile (EFM) — Ethernet на “первой миле”.

Основная цель EFM — задействовать преимущества Ethernet в городских (metro) сетях и сетях доступа с целью получения экономичных и гибких решений для доставки абонентам широкополосных услуг. Как и любой другой стандарт, 802.3ah должен гарантировать совместимость оборудования разных фирм-производителей, что важно операторам связи и поставщикам услуг. Однако в центре внимания стандарта находится абонент, именно поэтому в его названии абонентский шлейф именуется первой (если считать от абонента), а не последней (если считать от оператора связи) милей.

Возможно, IEEE 802.3ah охватывает самую широкую область применения технологии Ethernet (среди всех остальных стандартов IEEE 802), поскольку определяет спецификации физического уровня для меди и для оптического волокна и три различные топологии доступа:

• “Точка—точка” по медной линии связи (Ethernet in First Mile Copper — EFMC). В этой части стандарта определяются технические решения для организации каналов Ethernet по существующей медной кабельной проводке низкой категории. Предлагается два варианта: на основе технологии VDSL (минимум 10 Мбит/с на расстояниях до 750 м) или SHDSL (минимум 2 Мбит/с до 2700 м).

• “Точка—точка” по волоконно-оптической линии связи (P2P fiber, или Ethernet in First Mile Fiber — EFMF). Эта часть стандарта определяет физический уровень для транспорта кадров Ethernet “точка—точка” на расстояния 10 км или более (по одномодовому оптическому волокну). Специфицированы интерфейсы 100 и 1000 Мбит/с, работающие как по двум волокнам, так и по одному. В последнем случае данные “вниз” и “вверх” передаются на разных не перекрывающихся длинах волн.

• “Точка—многоточка” по волоконно-оптической линии связи (P2MP fiber, или Ethernet Passive Optical Network — EPON). Многоточечные соединения стандарт IEEE 802.3ah рекомендует строить на основе пассивных оптических сетей PON, в которых применяется единый и совместно используемый оптический канал, распределяемый по абонентам с помощью пассивных оптических сплиттеров. Это позволяет сформировать пассивную оптическую инфраструктуру с дальностью передачи данных до 20 км и скоростью 1 Гбит/с.

На основе обозначенных выше топологий операторы могут создавать гибридные топологии.

Однако главная особенность стандарта IEEE 802.3ah заключается в том, что впервые за всю историю развития Ethernet для всех типов топологий и сред передачи определены общие функции эксплуатации, администрирования и обслуживания (Operation, Administration, and Maintenance — OAM). Обычные сети Ethernet не имеют средств OAM, а использование этой технологии в сетях доступа требует наличия механизмов управления хотя бы в том объеме, в котором они присутствуют в сетях SDH или ATM. Разумеется, в сетях Ethernet широко применяется протокол управления SNMP, но он не обеспечивает эксплуатационные возможности операторского класса для абонентской сети (хотя и прекрасно подходит для ЛВС).

Определенные в стандарте IEEE 802.3ah функции OAM предполагают решение трех задач:

• мониторинг пропускной способности линии связи;

• обнаружение неполадок и реализацию аварийной сигнализации;

• кольцевое (loopback) тестирование.

Функции OAM реализуются с помощью специального протокола на уровне 2, который во многом копирует SNMP, но на более низком уровне модели OSI. Именно наличие функций OAM выводит системы доступа, поддерживающие стандарт 802.3ah, на уровень решений операторского класса.

Мультисервисные платформы доступа

Под этим названием многие производители продвигают узлы доступа, которые имеют расширенные функциональные возможности по обработке мультимедийного трафика и интегрируют в рамках одного устройства функции IP-DSLAM с другими технологиями доступа (например, 802.3ah P2P Ethernet или EPON). Некоторые фирмы именуют подобные системы как MSAN (MultiService Access Node — мультисервисные узлы доступа) или BLC (Broadband Line Carrier — оборудование широкополосных линий).

Такие мультисервисные системы позволяют оператору связи развивать свою сеть доступа на оборудовании одного типа, применяя наиболее подходящую в каждом конкретном случае технологию, и легко модернизировать свою сеть (в конечном итоге снижая стоимость владения). Например, с точки зрения затрат системы DSL предпочтительнее применять при невысокой плотности абонентов, однако по мере роста их числа или при необходимости расширения зоны покрытия оператор может без труда перейти на более эффективные для этих случаев системы Ethernet-доступа или PON.

Ряд производителей предлагают платформы MSAP с поддержкой абонентских телефонных портов и встроенным шлюзом IP-телефонии (VoIP). Такие платформы, как правило, являются дальнейшим развитием систем абонентского доступа, которые предлагали доступ к телефонным службам на основе протоколов V5.1/V5.2 и широкополосный DSL-доступ для передачи данных. Службы голоса и данных в таких устройствах не были интегрированы, и подобный узел доступа подключался сразу к двум сетям: TDM — для транспорта голоса и АТМ (или IP) — для передачи данных.

Наличие в мультисервисных платформах доступа аналоговых телефонных портов и встроенного шлюза IP-телефонии позволяет обеспечить быструю и эффективную миграцию от телефонных сетей с коммутацией каналов к пакетным сетям следующего поколения. Абоненты не могут в одночасье отказаться от своих аналоговых телефонов, процесс их замены на IP-телефоны может длиться десятилетия. При использовании MSAP со встроенным голосовым шлюзом под управлением программного коммутатора (softswitch) телефоны абонентов будут непосредственно подключены к пакетной сети. Данный подход имеет ряд преимуществ: во-первых, отпадает необходимость в дополнительной TDM-сети; во-вторых, использование статистического мультиплексирования, подавления пауз и сжатия голосового трафика значительно сокращает потребность в полосе пропускания (опять же по сравнению с TDM); и, наконец, в-третьих, становится возможной локальная маршрутизация вызовов как между абонентами в рамках самого устройства, так и на уровне сегмента сети доступа, объединяющего несколько платформ, управляемых программным коммутатором.

Если сравнивать этот подход с решениями VoIP, использующими на стороне абонента IP-телефоны или другие устройства доступа (IAD, ATA), то следует отметить, что MSAP обеспечивает меньшую стоимость за порт и большую надежность связи, так как абонентский аппарат получает питание от узла доступа и его работоспособность не зависит от локального источника электропитания.

Мультисервисные платформы доступа ориентированы на поддержку триединых (данные/голос/видео) услуг, и их функциональность во многом соответствует требованиям концепции Triple Play. Эти требования, которые ранее практически не влияли на качество доступа к Интернету, становятся критически важными для новых приложений. Ниже перечислим некоторые, наиболее важные из этих требований.

1. Увеличение пропускной способности узла доступа. Помимо более высокой скорости канала доступа (чем в случае обычного Интернета), видеоприложения (IPTV, VoD) требуют значительного снижения плотности абонентов, приходящихся на агрегатный канал. От плотности 50:1 (типовой показатель при оказании услуг доступа в Интернет) необходимо перейти к плотности 10:1 или даже меньшей (при большом объеме услуг VoD). Другой фактор, требующий дополнительной пропускной способности, — репликация многоадресных пакетов вещательных служб.

2. Увеличение производительности узла доступа. Высокая производительность необходима для поддержки классификации и приоритизации трафика, а также для фильтрации и обработки IGMP-сообщений. Так, например, большая интенсивность запросов на переключение каналов возможна в том случае, когда популярная передача прерывается на рекламу. Узел доступа при этом должен обрабатывать специальные списки, определяя доступны ли (или недоступны) абоненту различные каналы. Для быстрого отклика на все эти запросы необходима значительная процессорная мощность.

3. Расширенные функции поддержки многоадресных рассылок. Минимальное требование для включения IP-TV в набор предоставляемых сервисов — возможность на узле доступа отслеживать IGMP-запросы (IGMP snooping). При этом желательна поддержка функции IGMP Proxy, снижающей интенсивность IGMP-запросов к маршрутизатору. Такая функция, как быстрый выход из многоадресной группы, значительно сокращает время, в течение которого ставший ненужным канал все еще транслируется, “съедая” полосу пропускания. Важными параметрами являются количество многоадресных групп, одновременно поддерживаемых устройством (т. е. количество каналов) и число пользователей в многоадресной группе.

4. Функции качества обслуживания (QoS). Эффективность функций QoS во многом зависит от того, как глубоко узел доступа способен анализировать заголовки пакетов для идентификации типа приложения и последующей классификации (маркировки) трафика. Идентификация сервисов по IP-параметрам позволяет устанавливать более дешевое оборудование на абонентской стороне и расширяет возможности по реализации различных служб (служба не должна быть привязана к какому-то устройству или порту абонентского устройства CPE).

5. Функции безопасности. К этим функциям относится, например, противодействие несанкционированному доступу к услугам через подмену MAC- или IP-адреса (MAC/IP Anti-Spoofing).

***

Таким образом, для успешного продвижения новых мультимедийных услуг сеть доступа должна включать достаточно интеллектуальное и производительное оборудование, а поэтому не только на уровне управления услугами, но и на транспортном уровне необходимо тщательно планировать решения, способные поддерживать новые виды приложений.