0 Системи доступу до інформаційних ресурсів

Державний комітет зв’язку та інформатизації України

Одеська національна академія зв’язку ім. О.С. Попова

Ю.А. Павличенко,

П.О. Пашолок, в.В. Антиков

СИСТЕМИ ДОСТУПУ

ДО

ІНФОРМАЦІЙНИХ РЕСУРСІВ

Навчальний посібник

ЗАТВЕРДЖЕНО

Методичною Радою

академії зв'язку

Протокол № 5

від 24.12.2002 г.

Одеса 2002

УДК 621.395.126.2; 037.372; 621.395.743; 621.376.56

Ю.А. Павличенко, П.О. Пашолок, В.В. Антиков

Системи доступу до інформаційних ресурсів: Навчальний посібник – Одеса, ОНАЗ ім. О.С. Попова, 2002 – 174 с.

Відповідальний редактор – Е.О. Сукачов

Рецензент – І.О. Байдан – кафедра телекомунікаційних систем

Комп'ютерна верстка і макетування – Є. С. Корнійчук

Розглянуто: основні технології підвищення ефективності систем доступу до інформаційних ресурсів (СДІР): характеристики та особливості інформаційних мереж металевого та волоконно-оптичного кабелів в широкій смузі частот; умови застосування цифрових методів передачі в СДІР; методи кодування мовних сигналів; технології кодування і модуляції цифрових лінійних сигналів; типи обладнання, керування та сигналізації в СДІР; багатоапаратні технології xDSL – симетричні, асиметричні; багатофункціональні – універсальні платформи СДІР; стандарти і системи радіо доступу; основи модернізації ліній передачі до інформаційних ресурсів.

Схвалено

на засіданні кафедри

телекомунікаційних систем і рекомендовано до друку

Протокол № 5

від 20.12.2002

© Ю.А. Павличенко, П.О. Пашолок, В.В. Антиков, 2002

© ОНАЗ ім. О.С. Попова, 2002

ЗМІСТ

	Вступ				7
1.	Характеристики та особливості систем доступу до інформаційних ресурсів (послуг електрозв’язку)				12
	1.1.	Структура глобальної інформаційної мережі (GLL) ГІМ			12
		1.1.1.	Основні елементи еталонної моделі (GLL) ГІМ		12
		1.1.2.	Інтерфейси мережі доступу		13
		1.1.3.	Основні проблеми впровадження систем доступу		14
	1.2.	Топологія, архітектура і характеристики мережі абонентського доступу			16
		1.2.1.	Короткі характеристики основних мереж систем доступу		16
		1.2.2.	Архітектура мережі абонентського доступу		18
		1.2.3.	Особливості конструкції кабелів мережі абонентського доступу		20
		1.2.4.	Апроксимація хвильового опору кабелів МТМ в широкій смузі частот		23
		1.2.5.	Апроксимація коефіцієнту згасання і коефіцієнта фази кабелів МТМ в широкій смузі частот		24
		1.2.6.	Апроксимація перехідного згасання кабелів МТМ на ближньому кінці		26
		1.2.7.	Особливості єдиної мережі абонентського доступу (ЄМАД)		27
		1.2.8.	Побудова ЄМАД в умовах багатоквартирних будинків		27
		1.2.9.	Частотний план ЄМАД і його розподіл по видах		29
		1.2.10.	Порівняння ЄМАД з другими системами абонентського доступу служб		29
		1.2.11.	Технології підвищення пропускної здатності абонентської мережі		30
	1.3.	Типи цифрових каналів і трактів систем доступу			31
		1.3.1.		Особливості систем плезіохронної цифрової ієрархії (ПЦІ-PDH)	32
		1.3.2.		Переваги систем синхронної цифрової ієрархії (СЦІ-SDH)	33
		1.3.3.		Особливості каналів ISDN, аналогових модемів	34
	1.4.	Умови передачі цифрових сигналів в системах доступу			35
		1.4.1.		Види і параметри сигналів мережі абонентського доступу	35
		1.4.2.		Оцінка впливу імпульсних завад в залежності від частоти	35
		1.4.3.		Вимоги до швидкості та методу передачі інформації	35
2.	Умови застосування цифрових методів передачі в системах доступу				38
	2.1.	Переваги цифрових методів передачі в системах доступу			38
		2.1.1.		Техніко-економічні передумови застосування систем доступу	39
		2.1.2.		Експлуатаційно-технічні особливості систем доступу	40
		2.1.3.		Основні вимоги до систем доступу	41
	2.2.	Дуплексна (зустрічна) передача цифрових лінійних сигналів в системах доступу по 2-х проводовим лініям зв’язку			42
		2.2.1.		Застосування дифсистем	42
		2.2.2.		Жорсткий часовий розподіл	44
		2.2.3.		Пакетно-часовий розподіл (ПЧР)	44
		2.2.4.		Ехокомпенсаційний розподіл	46
		2.2.5.		Частотний і дисперсійний розподіл	47
		2.2.6.		Порівняльні характеристики дуплексного і симплексного розподілів	48
3.	Технології підвищення ефективності систем доступу				50
	3.1.	Технології кодування аналогових і мовних сигналів			50
		3.1.1.		Класифікація і характеристики методів кодування мовних сигналів	50
		3.1.2.		Обробка мовних сигналів в стандарті GSM	52
		3.1.3.		Структурні схеми кодера і декодера АДІКМ-32 (16)	53
		3.1.4.		Транзитні з’єднання кодеків ІКМ-АДІКМ	54
		3.1.5.		Якісна оцінка кодеків мовних сигналів	56
	3.2.	Технології кодування і модуляції цифрових лінійних сигналів			57
		3.2.1.		Особливості основних технологій кодування біімпульсного сигналу	57
		3.2.2.		Характеристики алфавітного коду 3В2Т-ВБС	58
		3.2.3.		Особливості коду 2В1Q	59
		3.2.4.		Технології кодування ТС-РАМ (Trellis Coded PAM)	60
		3.2.5.		Стандарт Gshdsl	62
		3.2.6.		Модуляція САР і її переваги відносно коду 2В1Q	64
		3.2.7.		Модуляція ДМТ – основні характеристики	66
		3.2.8.		Методи кодування цифрових лінійних сигналів xDSL-технологій оптичного кабелю	66
4.	Термінальне устаткування, керування та типи сигналізації в системах доступу				70
	4.1.	Термінальне устаткування			70
		4.1.1.		Базисні точки маршруту доступу	70
		4.1.2.		Порівняння можливостей абонентських терміналів з пристроями традиційних мереж зв’язку	70
		4.1.3.		Термінальні адаптери і мережні термінали	72
		4.1.4.		Підключення терміналів до цифрової мережі	73
		4.1.5.		Модульні стики між абонентськими терміналами і комутаційними станціями	74
	4.2.	Керування та типи сигналізації			75
		4.2.1.		Призначення і типи сигналізації цифрової мережі	75
		4.2.2.		Абонентська сигналізація в системах доступу	76
		4.2.3.		Зміст сигналізації в цифровій мережі	77
		4.2.4.		Адресація і розподіл інформаційних полів	78
		4.2.5.		Процедура доступу по D-каналу. Призначення біт і байт циклу передачі	79
5	Багатоапаратні технології xDSL. Класифікація, визначення, параметри, характеристики				82
	5.1.	Класифікація технологій xDSL по напрямляючим системам та напрямкам передачі			83
	5.2.	Дуплексні симетричні технології			85
	5.3.	Асиметричні технології			88
		5.3.1.		Асиметричні технології з розгалужувачами	88
		5.3.2.		Асиметричні технології без розгалужувачів	89
	5.4.	Особливості впровадження технологій xDSL (концепція)			90
		5.4.1.		Шляхи переходу від аналогових модемів до технологій xDSL	92
	5.5.	Принципи побудови малоканальних ЦСП-DSL			93
		5.5.1.		Структурні схеми напівкомплектів ЦСП-DSL	93
		5.5.2.		Інтерфейси: лінійний; станційний; абонентський; спеціальні	95
		5.5.3.		Основні параметри малоканальних ЦСП-DSL	97
	5.6.	Технологія HDSL і її застосування в системах абонентського доступу			97
		5.6.1.		Переваги технології HDSL	97
		5.6.2.		Типові параметри технології HDSL	99
		5.6.3.		Функціональні можливості технології HDSL	99
		5.6.4.		Застосування технологій HDSL для модернізації СП з ЧРК і мережі ISDN	100
		5.6.5.		Розвиток технологій HDSL	103
	5.7.	Технології АDSL			103
		5.7.1.		Основні поняття, визначення, особливості застосування	103
		5.7.2.		Логічні канали і швидкості передачі	104
		5.7.3.		Структура циклів передачі в зустрічних напрямках	105
		5.7.4.		Технології кодування цифрового лінійного сигналу в ADSL	106
		5.7.5.		Функціональні можливості мережного доступу в ADSL	107
		5.7.6.		Архітектура абонентського напівкомплекту (ATU-R)	108
		5.7.7.		Архітектура станційного напівкомплекту (DSLAM)	109
		5.7.8.		DSLAM і транспортна мережа (СЦІ-SDH)	110
		5.7.9.		Порівняння технології АDSL з іншими хDSL-технологіями	111
		5.7.10.		Технологія офісної (квартирної) мережі передачі даних (Home Ethernet)	111
	5.8.	Технологія VDSL			114
		5.8.1.		Основи побудови, визначення, особливості застосування	114
		5.8.2.		Принципи роботи і розподіл каналів	115
		5.8.3.		Технології кодування лінійних сигналів VDSL	116
		5.8.4.		Проблеми впровадження VDSL	117
6.	Багатофункціональні – універсальні платформи систем доступу				118
	6.1.	Особливості універсальних платформ систем доступу			118
	6.2.	Порівняння спроможності багатоапаратного та багатофункціонального доступу			119
	6.3.	Багатофункціональна система доступу типу IMACS			121
		6.3.1.		Застосування IMACS на магістральній і зоновій ділянці	122
		6.3.2.		Застосування на міській і сільській мережі доступу	123
		6.3.3.		Структурна схема обладнання IMACS	124
	6.4.	Універсальна платформа доступу WATSON			125
		6.4.1.		Основні підсистеми і їх характеристики: (WATSON-2, WATSON-3, WATSON-4- Multispeed, WATSON-FO; WATSON-Links)	126
		6.4.2.		Універсальна платформа WATSON Next	128
	6.5.	Універсальна платформа доступу Flex Gain			129
		6.5.1.		Принципи побудови, структурна схема, підсистеми	129
		6.5.2.		Підключення до транспортної мережі	132
		6.5.3.		Підсистема кроскомутації та часового розподілу	132
		6.5.4.		Доступ по з’єднувальним оптичним та електричним лініям	134
		6.5.5.		Організація середньошвидкісної передачі даних і ‘’голос + дані’’	134
		6.5.6.		Організація високошвидкісної передачі даних і ‘’даних над голосом’’	135
		6.5.7.		Підсистема доступу до телефонної мережі (ТМЗК) та ISDN	135
		6.5.8.		Підсистема доступу до мережі Internet	136
		6.5.9.		Модернізація багатоканальних систем передачі з ЧРК, підсистема MEGATRANS	137
		6.5.10.		Передача інформації методом АТМ	139
7.	Стандарти і системи радіодоступу				141
	7.1.	Види систем радіодоступу, класифікація			141
	7.2.	Системи стільникового мобільного радіозв’язку. Загальні характеристики стандартів			141
	7.3.	Термінальне устаткування і адаптери мобільного радіодоступу			143
	7.4.	Кодування і перемеження в каналах GSM			144
	7.5.	Радіодоступ з кодовим розподілом СDMA			145
8.	Модернізація ліній передачі до інформаційних ресурсів				147
	8.1.	Модернізація на основі багатоапаратних систем доступу			147
	8.2.	Модернізація на основі універсальної платформи			149
	8.3.	Розрахунок довжини регенераційної дільниці металевого кабелю для технологій xDSL			151
		8.3.1.		Визначення очікуваної захищеності	151
		8.3.2.		Розрахунок допустимої захищеності	155
		8.3.3.		Розрахунок довжини регенераційної дільниці по перехідному згасанні на ближньому кінці	155
	8.4.	Розрахунок довжини регенераційної дільниці оптичного кабелю для технологій xDSL			157
		8.4.1.		Розрахунок регенераційної дільниці з ОВ по згасанню	158
		8.4.2.		Розрахунок регенераційної дільниці з ОВ по дисперсії	159
	8.5.	Методика розрахунку перехідної завади для паралельно працюючих систем xDSL по нч кабелях МТМ			160
9.	Термінологія і скорочення в системах доступу до інформаційних мереж				162
	9.1.	Термінологія систем доступу			162
	9.2.	Скорочення в українській абревіатурі			169
	Література				173

Вступ

Ціль курсу: вивчення новітніх вітчизняних і світових досягнень у оптимальному формуванні високошвидкісних цифрових потоків різних ступенів ієрархії, для забезпечення як абонентського, так і станційного доступу до різних інформаційних ресурсів передачі мовних повідомлень і ПД.

Доставка повідомлень між користувачами здійснюється по взаємопов'язаній транспортній мережі і примикаючих з однієї чи двох сторін сегментах мережі абонентського доступу (МАД) (див. рис. В1).

Транспортна мережа (ТМ) – містить аналогові і цифрові СП плезіохронної і синхронної цифрових ієрархій, а також напрямляючі системи: коаксіальні, симетричні, волоконно-оптичні кабелі, радіорелейні і супутникові стволи. Смуга частот зазначених СП достатня для передачі інформації будь-якого виду і з будь-якою швидкістю від 64 кбіт/с. до 40Гбіт/с, тобто передача інформації в цифровому виді не викликає будь-яких труднощів. Ця апаратура містить каналоутворюючу частину для стандартних каналів, тобто каналів ТЧ.

Абонентська мережа (АМ) призначена для передачі мовних сигналів. Це ТМЗК – телефонна мережа загального користування, яка є найбільш розгорнутою на базі мідних кабелів зв'язку повивної і пучкової скруток.

Передача цифрової інформації з абонентської мережі забезпечується новітніми технологіями xDSL, зі швидкістю передачі до 52 Мбіт/с.

Абонентський доступ забезпечується також радіосистемами зі швидкістю передачі до 2 Мбіт/с.

Доведення оптичного волокна до користувача є проблематичним, тому що вимагає істотних капітальних витрат.

Задача курсу: одержання знань про призначення, принципи побудови, характеристики, основних застосуваннях і схемах апаратури xDSL .Пошук найкращих варіантів побудови інформаційних мереж зв'язку. Придбання навичок проектування й експлуатації систем абонентського доступу.

Розглянемо проблеми доступу до інформаційних структур (мереж і послуг електрозв'язку).

У концепції розвитку мереж зв'язку України визначено еволюційний перехід усіх структур мережі від аналогового способу передачі інформації через аналогово-цифрові до цілком цифрового. Таким чином, в остаточному підсумку вся інформація абоненту аж до абонентського терміналу (АТ) буде доставлятися в цифровому виді. Тип абонентського терміналу цілком визначається абонентом у залежності від його потреб. Сучасний спектр терміналів надзвичайно широкий і різноманітний: аналогові ТА, приймачі ТБ-програм і програм звукового мовлення, персональні комп'ютерні робочі станції і сервери вузлів Інтернет, а також радіо пристрої мобільного зв'язку і персонального радіо виклику.

У перехідний період необхідно спільно використовувати як новітні цифрові технології, так і застаріле морально і фізично аналогове устаткування, а головне – розгалужені повсюдно кабельні мідні лінії. Виробники устаткування мереж зв'язку пропонують проміжні варіанти реалізації сумісності різних технологій. Але найбільш кращим варіантом залишається передача сигналу в цифровому виді аж до абонентського терміналу, а на вході перетворення його в аналоговий вид для безпосереднього використання абонентом. При цьому відзначається стійка тенденція росту «нетелефонного» трафіку.

Дані статистики говорять наступне: протягом ряду останніх років приріст телефонної мережі складає в середньому 4-5%, мережі ПД – 20-25%, факсимільного зв'язку – 40-45%, локальних мереж – 50%. Але всі рекорди б'є глобальна мережа Інтернет, трафік якої збільшується на 20-25% кожний місяць. У сформованій ситуації найбільш вузьким місцем, свого роду «пляшковим горлечком» для швидкого просування інформації з мережі є абонентська ділянка.

Однак витрати на утримання і розвиток абонентської розгалуженої мережі складають 30-35% від усіх витрат. Традиційними методами підвищення ефективності абонентських ліній є:

1. Спарене включення ТА;

2. Застосування різного каналоутворюючого устаткування, або мультиплексування;

3. Організація виносу станційного устаткування на місця концентрації абонентів;

4. Безпроводове підключення – радіодоступ.

На сучасному етапі виділяються три варіанти розвитку і перетворення мереж абонентського доступу (див. рис. В2):

1. Створення волоконно-оптичної розгалуженої мережі;

2. Створення мережі радіодоступу (супутниковий, стільниковий зв'язок, пейджинг);

3. Збільшення ємності існуючої кабельної мережі шляхом ущільнення АЛ за допомогою В-ISDN, xDSL.

Перший варіант є найбільш прийнятним, але одночасно і найбільш дорогим. Причин тому дві – дорожнеча оптичного кабелю і величезна трудомісткість робіт зі зняття з експлуатації електричного (мідного) кабелю. Однак цей варіант прийнятний в нових житлових і ділових кварталах, селищах і т.п.

Другий варіант абсолютно необхідний у гірських районах і в районах з малою щільністю населення. Він також необхідний у ділових районах міста і на автострадах. Є найбільш швидким способом розгортання мереж доступу, але не найдешевшим.

Третій варіант є привабливим у тому плані, що використовує вже розгалужену електричну мережу абонентського доступу і дозволяє багаторазово збільшити її ефективність. Є найбільш прийнятним у переважній більшості випадків, де потрібно збільшити швидкість передачі інформації при наявності телефонного зв'язку.

Усі три варіанти розвитку абонентської мережі передбачають використання технології хDSL доступу до інформаційних ресурсів. Зв'язківцям добре відома абревіатура xDSL , де префікс "x" означає винахід розробників для виділення того чи іншого рішення із сімейств технологій доступу. Абревіатура DSL придумана в лабораторіях Bellcore AT&T ще в 80-ті роки, і з того часу її розшифровка не мінялась. Згідно первинному визначенню DSL – це трьохканальна цифрова лінія з'єднуюча ISDN – термінали з комутаційною станцією по двом парам телефонної мережі. Використовуючи два комутуючих канали по 64 кбіт/с і один канал передачі даних з комутацією пакетів ємністю 16 кбіт/с. DSL забезпечує одночасову передачу мови і даних, а також службової і сигнальної інформації.

В середині 90-х років для ідентифікації технологій абонентських ліній до “кореню” DSL стали добавляти букву “I” , що означало IDSL, тобто базовий доступ 2B+D з швидкістю 160 кбіт/с по одній парі абонентської лінії.

Слідом за IDSL появилась технологія HDSL – високошвидкісна симетрична цифрова абонентська лінія, а потім розробки xDSL технологій суттєво розширились. Найбільш значимі з точки зору масового впровадження DSL технології були стандартизовані організаціями ETSI, ANSI, ITU. Технологія HDSL передбачає повнодуплексну передачу цифрового потоку Е1 по 2-м , або 3-м парам симетричного кабелю. Головним недоліком HDSL прийнято рахувати необхідність використання декількох пар що при високій коштовності оренди фізичних ліній або їх дефіциті суттєво знижує сферу застосування високошвидкісної передачі даних по абонентським лініям.

Технології ADSL і ADSL-lite орієнтовано на асиметричні з’єднання (різні швидкості в напрямках мережа – користувач) в мережі Internet для приватних користувачів, так як для бізнес-користувачів (включаючи сектор SOHO) необхідна симетрична передача даних.

Технологія VDSL орієнтована на відео і інші мультимедіа – придатки з швидкістю до 52 Мбіт/с в напрямку користувача, але на відносно не велику відстань з’єднання. Декілька пізніше появилась симетрична технологія Ethernet-over-VDSL (EoV) повнодуплексного режиму з адаптацією швидкості передачі до 11 Мбіт/с поверх аналогового телефонного каналу (смуга частот 0.3-3.4 кГц).

Сучасні найбільш передові технології SDSL комбінують позитивні якості усіх попередніх DSL технологій. SDSL – це симетрична технологія доступу з швидкістю до 2320 кбіт/с по одній парі абонентських ліній. В 1999 - 2001 роках загальний обсяг SDSL технологій впроваджених в СНД виріс з (10-15)% до (70-80)%. Для технологій SDSL міжнародні організації ETSI, ANSI, ITU(МСЕ) утвердили стандарти HDSL-2 і G.shdsl основані на алгоритмі кодування лінійного сигналу TC-PAM. Причин такого вибору дві:

- кодування TC-PAM комбінує простоту і невибагливість алгоритму 2B1Q з далекобійністю модуляції CAP;

- найкращі показники TC-PAM по електромагнітній сумісності (ЕМС) при використані DSL технологій на багатопарних кабелях абонентських ліній. Кодування TC-PAM дозволяє мінімізувати перехідні завади в багатопарному кабелі на діючі цифрові з’єднання (ISDN, ADSL, HDSL і т.п.), а також на аналогові телефонні канали.

До початку Internet-буму основним придатком DSL технологій була “цифровізація міжстанційних з’єднувальних ліній тобто заміна обладнання типу ІКМ-30, де основним параметром являється дальність (довжина безрегенераційної передачі). Шуми, характерні для абонентських ліній, на міжстанційних - менші, але появляються проблеми забезпечення сумісності з вітчизняними системами , які впроваджено в 60-ті та 70-ті роки (типу ІКМ-30, К-60 і т.п.).

Велику увагу сучасні виробники приділяють розробці і впровадженню універсальних платформ (багатофункціональних) DSL-доступу які суміщають з абонентським доступом по металевим лініям зв’язку, доступ по оптичним лініям як до користувача так і до транспортних інформаційних мереж.

Темпи розвитку мережних і телекомунікаційних технологій на сьогодення такі, що обладнання морально застаріває до закінчення терміну гарантії виробника на нього. Вимоги замовників і користувачів до пропускної здатності і простоти підключення до локальних і глобальних мереж ростуть з кожним днем. Для їх задоволення виробникам необхідно шукати рішення впровадження яких дозволило б не тільки предоставляти користувачам необхідні ресурси, але і більш ефективно використовувати уже діючі. Часто приховані резерви набагато більші очікуваних і рішення, дозволяючі економити на модернізації інфраструктури, користуються великим попитом і активно розвиваються. Яскравим прикладом тому – ISDN, SMDS, технології xDSL які розвиваються такими темпами, що складається враження якоби виробники задалися ціллю підірвати бізнес “оптичних” компаній.