Администрирование_в_информационных_системах_Беленькая_М_Н_

7.1. Организация последней мили на базе медных кабелей («старой меди»)

7.1.1. Технология ISDN

Основным «потребителем» медных пар на участке от абонента до узла связи является ТФОП. Для передачи данных по ТФОП (PSTN) и превращения ее в цифровую сеть используют серию стандартов ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровая сеть с интеграцией служб), которые стандартизируют объединение терминалов, компьютеров, телефонов, видео, голоса. Фактически в узлах операторов связи установлены мультиплексоры, а у абонентов — ISDN-терминалы или ISDN-телефоны. Между ними организованы каналы передачи данных. Пользователям предоставляется канал ISDN (ISDNpipe) для передачи информации в режиме коммутации каналов или коммутации пакетов. Канал ISDN может передавать несколько стандартных комбинаций мультиплексированных каналов для получения различной пропускной способности. Этим комбинациям, присвоены различные наименования (A, B, C и пр., рис. 7.1) [32, 52].

Характеристика комбинаций каналов в ISDN

Канал MUX A — 4КГц, аналоговая телефония Канал MUX B — 64 Кбит/с, цифровые данные

Канал MUX C — 8 или 16 Кбит/с, передача управляющего цифрового сигнала

Рис. 7.1. Комбинации каналов в ISDN

Канал MUX D — 16 или 64 Кбит/с, передача управляющего цифрового сигнала

Канал MUX E — 64 Кбит/с, цифровой канал с сигнализацией ISDN

Канал MUX H — 384 или 1536 или 1920 Кбит/c

Основным компонентом любой линии ISDN является однонаправленный (bearer) или В-канал с пропускной способностью 64 Кбит/с. Для увеличения пропускной способности В-каналы группируются по два и более каналов. Для передачи служебной информации, сообщений сигнализации в состав такой группы всегда включается D-канал (установление и разрыв соединения и пр.). В-каналы используются в режиме коммутации каналов, D-канал — в режиме коммутации пакетов. Пользователю обычно доступна только общая пропускная способность каналов В.

ITU-Т стандартизировал три комбинации каналов для предоставления в качестве сервиса абонентам. Укажем две из них, получившие широкое распространение:

BRI — базовый доступ (basic rate). Комбинация из двух каналов типа B и одного канала типа D (16 Кбит/с). Эта комбинация каналов обозначается 2B + D, используется, например, для расширения услуг, предоставляемых городской АТС (переадресация вызовов, конференц-связь, удержание вызова и пр.).

PRI — первичный доступ (primary rate). Комбинация из 30 B-каналов (Европа) и одного D-канала (64 Кбит/c) — 30B + D. Или комбинация из 23 В-каналов (США, Япония) и одного D-канала (64 Кбит/c) — 23В + D. Соответственно в Европе — это линия со скоростью 2048 Кбит/c (E1-канал), а в США — 1544 Кбит/c (T1-канал). Каналы с такой пропускной способностью используют, например, для подключения корпоративных АТС (PBX) к городским. Многие современные офисные АТС имеют интегрированные устройства сопряжения с оборудованием ISDN.

Стандарты ISDN отличаются реализациями в различных странах. До сих пор разработка стандартов не завершена и, с точки зрения авторов, завершена не будет из-за появления новых технологий. Запрос администратором системы у оператора связи ISDN-канала может вызывать затруднение из-за того, что современные операторы связи не всегда предоставляют такую услугу.

7.1.2. Технология xDSL (Digital Subscriber Line)

Линия ISDN требует коротких расстояний между регенераторами, однонаправленную передачу по каждой паре, определенные переходные затухания в используемых кабелях, линейные эквалайзеры [61]. Ее организация занимает довольно много времени у операторских компаний. В 1990 г. корпорацией Bell была разработана новая технология HDSL, призванная заменить технологию ISDN в области передачи информации по кабельным системам. В системе HDSL была применена 4-уровневая амплитудно-импульсная модуляция PAM, называемая иначе 2B1Q, полнодуплексная передача по каждой паре, нелинейные эквалайзеры, которые не усиливают шум, адаптивные фильтры и эхоподавление. Таким образом, стала возможна передача информации со скоростью до 2 Мбит/с на расстояние до 2 км [61, 26]. Рассмотрим архитектуру xDSL (рис. 7.2).

В узле связи оператора устанавливается DSLAM-цифровой мультиплексор, а у пользователей ИС — xDSL-модемы (или маршрутизатор с xDSL-модемом, если присоединяется сеть пользователей). В xDSL-устройстве на стороне пользователя

Рис. 7.2. Архитектура сети xDSL-доступа

может находиться фильтр (splitter), который позволяет выделить голосовой сигнал и передать его на телефон или небольшую телефонную станцию (УПАТС, PBX). Соединение пользовательского оборудования с оборудованием оператора связи производится по обычным медным телефонным линиям. Мультиплексор преобразует полученный сигнал 1-го уровня OSI в пакет IP, ATM или SDH и отправляет его устройству уровня 3/4 (маршрутизатору, коммутатору или шлюзу). Далее информация передается, например, в городскую сеть передачи данных (MAN) [4, 52].

Проблемы xDSL. В США, где разрабатывались первые виды DSL, существует три обычно определяемых длины «последней мили», которые различаются сопротивлением и диаметром кабеля, и, соответственно, три вида соглашений о сервисе, предоставляемом операторами связи. Согласно этим правилам длина линии от абонента до узла связи может быть в пределах 2 км (зона DA), 3—4 км (зона CSA) или 6 км (зона RRD). Различные виды DSL разрабатывались для предоставления высокоскоростного доступа в различных зонах. Например, технология HDSL2 предназначена для работы на расстояниях зоны CSA.

В связи с тем, что передача сигнала ведется на высоких частотах (f = 200...400 кГц), возникает межсимвольная интерференция, практически стирающая разницу между уровнями сигнала. Существуют два способа борьбы с этой проблемой (без понижения скорости передачи), которые в комбинации применяются в действующих системах [61]:

—передача на единичном интервале цифрового сигнала нескольких бит при допустимой с точки зрения помехоустойчивости скорости (специальные виды кодирования сигнала);

—использование эквалайзеров, исправляющих импульсы сигнала по шаблону.

Первый вариант применяется в модуляции DMT (в ADSL

иVDSL), второй вариант — во всех DSL-системах. При этом

вADSL используются линейные эквалайзеры, а в технологии HDSL2 — нелинейные эквалайзеры (Tomlinson precoding) и решетчатые коды (trellis codes) [61].

Втехнологии xDSL применяют не только модуляцию DMT (Digital Multi Tone), но и CAP, 2B1Q, DWMT, QAM, SDMT. Под-

робное их описание приведено в [26, 32, 52]. Следует отметить, что модуляция CAP применяется в SDSL, HDSL; модуляция DMT (ANSI стандарт T1.413) — в устройствах ADSL и VDSL; метод кодирования 2B1Q реализован отдельными производителями в HDSL.

Одним из факторов, ограничивающих дальность и скорость цифровой передачи, является флуктуационная помеха (шум). Различают две составляющие шума при передаче цифровых сигналов по кабелю: переходное влияние пар на ближнем конце (NEXT) и переходное влияние пар кабеля на дальнем конце (FEXT). Заметим, что FEXT оказывает меньшее влияние, чем NEXT [36, 45, 61].

Электромагнитные наводки от множества источников (например, АТС) вызывают появление импульсных помех. Кроме того, при передаче и приеме сигнала по линии в одном и том же частотном спектре возникает необходимость подавления эхосигнала собственного передатчика (self-NEXT). Различные виды DSL предназначены для борьбы с этими проблемами. Для надежной работы в тяжелых условиях с высокими значениями NEXT, FEXT и эхоподавлением используется ISDN (RRD-зона) и HDSL (CSA-зона). Если передача и прием сигнала осуществляются в разных частотных спектрах (нисходящий и восходящий потоки, ассиметричная передача), то можно обойти проблемы эха и работать в среде, ограниченной только FEXT. Это реализовано в ADSL, VDSL, HDSL2. Перечисленные технологии принято называть FEXT — ограниченный DSL. Поэтому, например, ADSL позволяет иметь большие скорости в одном направлении на больших расстояниях, чем NEXT- и эхоограниченные системы. Но FEXTограниченные DSL-системы подвержены больше, чем NEXTограниченные виды DSL, действию импульсных помех. При этом смесь наводок может создать шум на достаточно широком диапазоне частот и сильно ухудшить работу DSL-систем, основывающихся на несимметричных частотных планах. Это возникает в ADSL, VDSL, HDSL2, но не бывает в ISDN- и HDSL-системах [26, 61]. Характеристики наиболее известных видов DSL приведены в [26].

Администратору системы следует учесть, что HDSL-системы используют две пары кабеля, а остальные виды DSL — одну пару.

Из-за различных диапазонов частот, в которых работают разные виды DSL, и ряда других причин возникают проблемы с совместимостью DSL-технологий в одном кабеле. Следует отметить, что согласно спецификациям ADSL и RADSL совместимы с HDSL, ISDN и другими видами ADSL, но несовместимы с передачей данных по каналам E1/T1 [61]. Поэтому администратору системы совместно со службами оператора связи необходимо тестировать предоставляемые линии связи.

Разработаны новые виды DSL — это ADSL2+ и VDSL2. Они призваны решить проблему передачи видео. При разработке технологий исходили из требований высокой скорости на нисходящем потоке и относительно небольшой скорости на восходящей линии. Таким образом, для передачи и приема используются разные каналы, причем для абонента входящий поток обладает гораздо большей пропускной способностью, чем исходящий. Устройствами ADSL2+ задействуются два спектра частот (вверх и вниз), комбинация видов модуляции DMT и QAM, треллис-кодирование и мультиплексирование сигналов, использующих 256 несущих частот. На расстояниях до 4 км скорость передачи достигает 2,2 Мбит/с для нисходящего потока. Устройства VDSL2 на части последней мили (за 2 км от пользователя) используют в качестве кабельной системы оптоволокно и вынесенный оператором в эту точку DSLAM (DSL-мультиплексор). До этого места последней мили передача ведется по кабелю с медными жилами. На расстояниях до 2,4 км медный кабель обеспечивает скорость, соответствующую оптоволокну — 100 Мбит/c симметрично. Достигается это за счет DMT-модуляции, треллис-кодирования, мультиплексирования сигналов с 4096 несущими частотами и, соответственно, множеством спектров частот для восходящих и нисходящих потоков.

Для ISDN ITU-T (МСЭ-Т) разработана серия стандартов I. Свойства xDSL определяются стандартами cерии G — системы и среды передачи для цифровых сетей. Так, новые виды VDSL2 и ADSL2+ определяются стандартами G.992.5, G.992.3, G.992.4, с которыми следует ознакомиться администратору системы в случае использования этих технологий.

7.2.Организация последней мили

ñиспользованием неограниченных сред

Втех случаях, когда отсутствует техническая или финансовая возможность организовать последнюю милю с помощью медных или оптоволоконных систем, администратору системы следует использовать неограниченные среды и различные беспроводные средства передачи. Кратко охарактеризуем их возможности [26, 62].

Микроволновая передача данных. Микроволновые системы передачи данных существуют в двух вариантах — спутниковые и наземные. Последние организуются, например, с помощью двух параболических антенн на крыше зданий, работают

внижней части гигагерцового диапазона и в условиях прямой видимости. Микроволновые системы являются дешевыми и высокоскоростными. Но они чувствительны к интерференциям, прослушиваниям, атмосферным явлениям.

Лазерная передача данных. Лазерная передача осуществляется с помощью узкого пучка света, генерируемого лазером. Система работает на более высоких частотах, чем микроволновая передача, и является более узконаправленной. В качестве излучателей используют лазеры, а в качестве приемников — фотодиоды. Лазерная передача устойчива к интерференциям, прослушиваниям, но сильно зависит от атмосферных явлений и работает на коротких расстояниях в условиях прямой видимости.

Инфракрасная передача данных. Для передачи используются инфракрасные диоды и фотодиоды с частотой выше 1000 ГГц. Скорости передачи данных близки к оптоволоконным системам, но перекрываемое расстояние не превышает 25 м при прямой видимости.

Радиопередача данных. Под радиопередачей понимают передачу данных в диапазоне частот от 3 МГц до 3 ГГц. Радио системы широко распространены, имеют низкую стоимость и применяются для мобильных технологических приложений, радио (FM-передаваемый диапазон частот до 15 кГц), телевидения (передаваемый диапазон частот до 6 MГц). Скорости передачи данных относительно невысокие, и передача чувствительна к помехам и прослушиваниям.

Беспроводные сети (wireless). Этот вид передачи данных осуществляется в ISM-диапазоне. ISM-диапазон (ISM — Industrial, Scientific and Medical) — это частоты, которые были зарезервированы разработчиками (правительственными органами США в 1985 г. в гражданских целях и в 1950 г. в военных целях) для решения индустриальных задач (диапазон 902—928 МГц), научных задач (диапазон 2400—2483 МГц) и медицинских (диапазон 5725—5850 МГц) задач. Передача данных осуществляется с помощью широкополосного, шумоподобного сигнала. В каждой сети есть свой уникальный код такого сигнала (реализуется с помощью чипа), позволяющий работать в данном регионе только тем, кто имеет такой же чип. Этот код (расширяющая псевдослучайная последовательность) добавляется к любому сообщению.

Каждое сообщение может передаваться в диапазоне спектра частот (spreading spectrum), которые могут быть несущими (spread sequence). Передающие устройства работают со скачкообразной псевдослучайной перестройкой частоты (hops). При получении сигнала из других таких сетей в данной сети он воспринимается как шум. Для беспроводных локальных сетей и решений последней мили утверждены, соответственно, стандарты IEEE 802.11x и 802.16x (технологии Wi-Fi и WiMAX). Диапазон используемых частот Wi-MAX расширен до 11 ГГц, скорость — до 135 Mбит/с, а радиус действия до — 50 км. В настоящее время Wi-MAX является часто используемой беспроводной технологией последней мили.

Но при решении воспользоваться беспроводными технологиями, следует учитывать, что большая часть спектра частот используется лицензированными пользователями, такими как провайдеры услуг связи, правительственные организации, военные организации (например, в целях управления авиаполетами или обороны). Выделением частот занимаются правительственные органы. Стоимость аппаратуры и реализованные на ней технологии зависят от используемого диапазона частот.

Администратор системы должен понимать, что его желание применять беспроводную технологию в данном конкретном месте с нужными ему параметрами (скоростью передачи данных) может быть неосуществимо из-за занятости диапазона частот. Кроме того, среда распространения электромагнитных волн может оказывать неблагоприятное воздействие на их энергию. После того как электромагнитные волны начинают

распространяться от передающей антенны к принимающей, на них воздействуют атмосфера, физические процессы и географические особенности местности [26]. К факторам, которые надо учесть администратору системы вместе с оператором связи при применении беспроводных технологий, относятся: потери в атмосфере, дальность прямой видимости, зона Френеля, кривизна поверхности Земли и ряд других [26].

Величина потери в свободном пространстве (FSL) является оценкой потерь мощности сигнала на пути к принимающей станции. Это теоретическая величина, при вычислении которой предполагается, что отсутствуют дифракция, рефракция и на пути перемещения волн нет препятствий или рассеивания [26]. Эта величина отражает лишь потери, которые испытывает сигнал при удалении от источника вследствие дивергенции лучей. Она зависит от частоты и дальности передачи сигнала [26]. Существуют FSL-калькуляторы, которые позволяют вычислить значение потери в свободном пространстве и, которыми может воспользоваться администратор системы с помощью Интернета.

Весьма важной характеристикой является и расстояние прямой видимости (LOS). Для прямой видимости необходимо, чтобы в так называемой зоне Френеля не было никаких объектов, таких как деревья, дома или поверхность земли. Под зоной Френеля понимается область, прилегающая к зоне прямой видимости, в которой распространяются электромагнитные волны после излучения передающей антенной. Эту область надо определить точно, так как вне ее качество сигнала резко падает из-за дополнительного ослабления.

Теоретически количество зон Френеля бесконечно, но на практике рассматривается только первая зона Френеля. Эти зоны имеют эллипсоидальную форму и располагаются вдоль маршрута прямой видимости (LOS). В первой зоне Френеля необходимо, чтобы большая часть имеющейся энергии достигла принимающей антенны, несмотря на ожидаемые потери в свободном пространстве. Для передачи максимального количества энергии необходимо, чтобы препятствия распространению волн занимали не более 40% LOS. Нужно также учесть кривизну Земли, которая является следствием того, что Земля представляет собой эллипсоид. Совместный эффект этих двух факторов часто требует антенны максимальной высоты [26].

Таким образом, администратор системы совместно с оператором связи и, возможно, с внешней компанией (аутсорсинг) должны найти способ добиться того, чтобы зона Френеля была достаточно свободна от препятствий, и учесть кривизну Земли. Возможно, при этом придется поднять антенну на мачту и проанализировать географические особенности местности, выбрав подходящий маршрут распространения сигнала.

7.3. Действия администратора системы по подключению к узлу оператора связи

Для подключения ИС к узлу оператора связи администратор системы должен осуществить следующие основные мероприятия:

—определить наличие различных операторов фиксированной связи на ближайшем к ИС узле связи городской телефонной сети (ГТС);

—выявить возможности передачи данных и наличие свободных каналов последней мили от узла оператора до узла ИС;

—установить возможности какого-либо из операторов, находящегося на ближайшем узле связи (тарифы, наличие у него последней мили до узла ИС), которые устраивают администратора системы; необходимо получить от данного оператора технические условия на подключение (либо соответствующую проектную документацию) и согласовать схемы организации связи;

—если последней мили не существует, а другие условия устраивают администратора системы, необходимо выявить вместе с оператором связи возможность и стоимость организации последней мили;

—если организация последней мили невозможна по техническим причинам или нерентабельна, администратор системы должен обратиться к другим операторам, имеющим свои точки присутствия в данном регионе (уже не на узле связи ГТС), и выявить перечисленные выше условия у них; организация последней мили в беспроводном варианте должна осуществляться в случае невозможности ее реализации по медным или оптоволоконным линиям связи;