Интегральный абонентский доступ

©2000 EMAG All Rights Reserved.
Оригинальная версия статьи находится на сайте xDSL.ru

Интегральные устройства помещения пользователя IAD (Integrated CPE Devices)

1. Введение

В условиях растущей сложности телекоммуникационных сетей критически важной с точки зрения эффективной работы, эксплуатации, управления, потребляемой мощности и габаритов является интеграция отдельных функциональных сетевых устройств в единое целое. Эта проблема особенно важна для сети абонентского доступа, устройства которой являются самыми массовыми сетевыми устройствами и, следовательно, определяют необходимые инвестиции, эксплуатационные расходы и доходы операторов связи и провайдеров сетевых услуг. Эти интегральные устройства размешаются в помещения пользователя и известны под аббревиатурой IAD (Integrated Devices). Ниже они рассматриваются более подробно.

2. Немного истории

Когда-то всё было просто: частный пользователь имел одну абонентскую линию (АЛ), которая обеспечивала его телефонной связью через коммутируемую телефонную сеть общего пользования (ТФОП) с любым абонентом земного шара. По мере появления потребности передачи данных частный пользователь приобретал стандартный модем, ,пользуясь которым с помощью поставщика (провайдера) услуг передачи данных (и в первую очередь Интернет) также через ТФОП получал ещё и доступ к сети передачи данных. Причём на первом этапе для передачи каждого вида информации выделялась отдельная абонентская линия. Такой вариант создания цепи доступа был типичным для корпоративных сетей, которые располагали достаточными средствами для аренды специальной выделенной абонентской линии для передачи данных. Для частного сектора более типичным было использование абонентской линии, с помощью которой два специальных автономных абонентских устройства (например, аналоговый телефон и аналоговый модем) могли обеспечить пользователю попеременный доступ к речевым услугам сети и сети передачи данных. Примерно также обстояло дело и в корпоративных сетях, где для доступа к телефонным услугам ТФОП предусматривалась учрежденческая телефонная станция (УАТС или PBX), а для доступа к сети передачи данных использовалась локальная специальная локальная сеть LAN, объединяющая несколько компьютеров пользователя. При этом корпорации устанавливали мультиплексоры Т1/Е1, к которым подключали все свои телефонные линии и каналы передачи данных через интегральное устройство объединения сигналов речи и данных IAD (Integrated Acess Device). Таким образом, на первом этапе развития телефонной сети и сети передачи данных такое понятие, как сетевая граница было простым и понятным, как в случае сети индивидуального пользователя, так и в случае корпоративной сети - её было легко идентифицировать и оборудовать.

На рис.1 представлен один из ранних вариантов доступа корпоративной сети с использованием первичной системы передачи Т1/Е1, работающей по двум скрученным абонентским парам и обеспечивающей соответственно 24 или 30 основных цифровых каналов по 64 кбит/с каждый. Показанное на рис.1 устройство доступа IAD объединяет на передаче и разделяет на приёме сигналы данных корпоративной локальной вычислительной сети LAN и речевые сигналы корпоративной УАТС (PBX). Объединённые сигналы речи и данных подаются через традиционную линию Т1/Е1 с временным разделением каналов TDM (Time Division Multiplexing) на устройство цифровой кросс-коннекции DACS (Digital Cross Connect) , которое выполняет раздельную коммутацию речевых сигналов ТФОП и сигналов сети передачи данных. Критически важным при TDM является то, что в каждом основном цифровом канале (ОЦК) с пропускной способностью 64 кбит/с или объединённой группе таких ОЦК с пропускной способностью Nx64 кбит/с (где N - число объединённых ОЦК, или канальных интервалов) передаётся только один определённый сигнал. При отсутствии этого определённого сигнала канальный интервал или группа таких интервалов будет пустой. Очевидно, что такой способ передачи является малоэффективным, поскольку при отсутствии полезного сигнала пропускная способность такой системы просто теряется.

Рис.1 Использование устройства кросс-коннекции DASC для разделения сигналов речи и данных

Конечно, можно было бы и исключить IAD из схемы доступа рис.1, арендовав для передачи данных отдельную линию. Однако к такому решению следует прибегать только в том случае, если пропускная способность одной комбинированной линии передачи речи и данных Т1 или Е1 недостаточна, поскольку абонентская линия является самой дорогостоящей и дефицитной частью местной сети.

3. Влияние сети Интернет на архитектуру сети доступа

Такая ситуация сохранялась до наступления эры стремительного развития приложений Ингернет и электронного бизнеса. В середине 90-х годов получили широкое распространение службы Frame Relay, для доступа к которым на предприятиях стали устанавливать устройства доступа типа FRAD. Благодаря этому граница между корпоративной сетью и транспортной сетью оператора связи стала "интеллектуальнее" и мощнее, но она по-прежнему оставалась строго определённой. С развитием технологий ATM и IP устройства доступа дополнялись всё большим числом различных функций и соответствующих этим функциям интерфейсов. Словом, устройства доступа приобрели свойство универсальности. Только за последнее время арсенал средств доступа был дополнен , модемами xDSL средствами построения виртуальных частных сетей (VPN), сетевыми экранами, интерфейсами Ethernet и др., благодаря чему устройства доступа стали поддерживать все (или почти все) основные сетевые технологии и службы и поэтому их стали называть интегрированными, или мультисервисными устройствами доступа IAD (Integral Access Device). Остроумные американцы называют также эти устройства "all-in-0ne" ("всё в одном").

4. Технологии xDSL как новый стимул для развития, совершенствования и широкого внедрения IAD

В современных условиях наиболее эффективной системой доступа, практически сохраняющей существующую инфраструктуру ТФОП и , следовательно, защищающей прошлые инвестиции операторов связи, являются технологии xDSL. Применение этих технологий в сочетании с IAD обходится пользователю существенно дешевле, чем использование индивидуальных терминалов пользователя, каждый из которых работает по отдельной выделенной линии. Важнейшим достоинством технологий xDSL является также то, что переносимый ими трафик поступает не в коммутируемые сети ТФОП или ISDN, а в специализированную сеть передачи данных, рассчитанную на существенно более длительный сеанс связи и существенно более неравномерный трафик передачи, например, файлов по сравнению с существенно меньшим средним временем телефонного разговора более плавным изменением во времени трафика телефонных сетей.

Приход предшественницы технологий xDSL - технологии ISDN частично решил для многих пользователей из сферы бизнеса, а также пользователей малых/домашних офисов (SOHO) проблему высокоскоростной передачи данных. Однако, к сожалению, ISDN работает через коммутируемую сеть, рассчитанную на передачу телефонного трафика, а не трафика данных. Поэтому вскоре обнаружилось насыщение сети ISDN трафиком данных и возникли практически те же проблемы, которые имеют место в традиционной ТФОП при передаче через неё трафика Интернет. Кроме того, переход к ISDN требовал дорогостоящей (примерно 500 000$) модернизации существующей цифровой АТС. Естественно, что передача данных по сети ISDN оказалась невыгодной как для операторов связи , так и для пользователей

хDSL. Конечно, предполагается, что при данном сценарии начальные условия таковы, что ещё существует реальная альтернатива выбора между технологиями xDSL и ISDN. Имеются, однако, другие реальные сетевые сценарии, когда сеть ISDN уже широко внедрена (например, в Германии и Швейцарии) и в этих случаях условием защиты уже сделанных инвестиций в ISDN является внедрение технологий xDSL "поверх" ISDN. Благодаря настойчивости и аккуратности немцев Европейский Институт телекоммуникационных стандартов уже разработал техническую спецификацию ETSI TS 101 135 v1.5.3 (2000-09) "Передача и мультиплексирование (ТM); Высокоскоростная цифровая абонентская линия передачи (HDSL) по металлическим линиям местной сети; техническая спецификация HDSL и приложений для совместной передачи по линии HDSL сигналов основного доступа (ISDN-BA) и первичного доступа 2048 кбит/с." На фундаменте этой спецификации будет обеспечена работа уже существующей сети ISDN и возможность её дополнения при необходимости технологией HDSL.

Таким образом , три ключевых преимущества технологий xDSL: использование существующей абонентской линии (АЛ), передача по этой одной АЛ всего разнообразного трафика массового пользователя - от традиционного телефонного разговора до доступа к Интернет и, наконец, передача всего трафика данных пользователя(включая и трафик Интернет) в обход коммутируемых сетей ТФОП или ISDN непосредственно в транспортную сеть передачи данных определили технологии xDSL в качестве самого эффективного средства широкополосного доступа к сетевым услугам.

Именно благодаря отмеченным преимуществам в быстром и эффективном внедрении технологий xDSL в сеть абонентского доступа заинтересованы практически все участники телекоммуникационного процесса - и традиционные операторы связи ILEC и их основные конкуренты альтернативные операторы CLEC, и провайдеры услуг доступа NSP, и провайдеры сетевых услуг (и в первую очередь услуг Интернет), и производители оборудования xDSL, и, естественно, сами пользователи.

5. Интегральные устройства IAD помещения пользователя (СРЕ) как основной интерфейс между локальными и глобальными сетями.

Устройства СРЕ практически объединяют в общем случае в единое целое локальные сети помещения пользователя с глобальными сетями, соединяющими конечных пользователей.

Они могут представлять широкий диапазон функций от простого модема, действующего как мост между Ethernet и АТМ до набора устройств, выполняющих специализированные функции, подобные трансляции адреса, маршрутизации IP и т.д. При автономности каждого из этих устройств сложность сети помещения пользователя увеличивается за счёт сложности установки оборудования, его конфигурирования и эксплуатационного обслуживания.

Следование принципу автономности при построении оборудования СРЕ может приводить и к более тяжёлым последствиям. Так, в некоторых случаях при использовании автономных устройств теряется функциональность. Например, когда используется Ethernet/ATM модем, последний выполняет функции устройства АТМ и просто передаёт пакеты Ethernet "поверх" АТМ. Поскольку такой модем рассчитан только на поддержку одного виртуального канала АТМ, пользователь всегда будет иметь только один канал удалённой связи на каждую линию xDSL. Если же имеется интегральный СРЕ, то он может поддерживать множество виртуальных соединений VC ATM через одну линию xDSL, и пользователь имеет соединения с множеством пунктов сети одновременно, имея возможность использовать при этом различные протоколы.

Ключевое преимущество объединения множества функций в одном устройстве заключается в том, что различные элементы СРЕ, выполняющие различные функции, эффективно взаимодействуют друг с другом, делая более лёгким процесс установления соединения локальной и глобальной сетей и управления этим соединением. Подобные интегральные устройства СРЕ имеют лучшие параметры и работают более эффективно.

Если устройства xDSL и АТМ автономны, то модем xDSL устанавливает скорость передачи, при которой он способен передавать данные через линию xDSL. Включённое последовательно с модемом xDSL устройство АТМ может содержать более высокоскоростной трафик, чем может передать модем xDSL. При переполнении буфера устройства АТМ будет происходить потеря ячеек АТМ, что потребует множества повторных передач трафика данных.

Для решения этой проблемы сетевые администраторы вынуждены вручную конфигурировать трафик АТМ после первоначальной установки скорости передачи тракта xDSL.

Если же модем xDSL интегрирован в маршрутизатор АТМ, то последний может взаимодействовать с модемом xDSL и автоматически регулировать трафик таким образом, чтобы в пределах установленной скорости передачи модема xDSL не потребовалось никакого вмешательства пользователя.

Более того, скорость передачи ячеек АТМ может быть практически изменена мгновенно как реакция на адаптивное изменение скорости передачи модема типа RADSL, имеющего встроенный режим адаптации скорости передачи. При отсутствии вмешательства пользователя в работу интегрального СРЕ улучшаются параметры цепи и она становится проще для управления.

6. Новое поколение интегральных устройств абонентского NG-IADs (Next Generation IADs):

6.1 Обеспечение услуг речи и данных для пользователей бизнеса

Вначале сфера высокоскоростного корпоративного доступа обеспечивалась с помощью выделенных линий Т1; однако по соображениям стоимости это решение оказывалось практически неприемлемым. Поэтому для провайдеров услуг оставалась значительная ниша в виде пользователей среднего и малого бизнеса, а также индивидуальных пользователей. Для этого контингента пользователей оказалось особенно эффективным новое поколение устройств интегрального доступа NG-IAD, в основу работы которого положен принцип статистического мультиплексирования. Ключевой особенностью NG-IAD является обеспечение множества высококачественных телефонных соединений большой протяжённости, а также высокоскоростного доступа к Интернет и другим сетям данных по единственной традиционной абонентской линии существующей ТФОП. Решающим преимуществом нового поколения устройств интегрального доступа NG-IAD является то, что оно не требует модернизации существующего телефонного или компьютерного оборудования и сохраняет существующий алгоритм функционального взаимодействия с провайдерам услуг.

Новое поколение NG-IAD обеспечивает необходимый уровень услуг на основе существующей высокоскоростной цифровой абонентской линии xDSL c использованием протокола ATM. Последний специально предназначен для одновременной передачи по одной линии телефонных разговоров и данных , легко организует множество телефонных разговоров, автоматически приоритезирует телефонный трафик для оптимизации параметров линии доступа. Встроенный механизм автоматического распределения пропускной способности обеспечивает дополнительную пропускную способность для передачи данных, когда телефонный трафик падает, восстанавливая требуемую пропускную способность для телефонии только по мере необходимости. В итоге интегральные приборы нового поколения обеспечивают интегральный доступ к сетевым услугам пользователей среднего, малого и массового пользователя точно таким также гибко и доступно, как это ранее обеспечивалось для больших корпораций.

Картина, поясняющая работу нового поколения устройств интегрального доступа представлена на рис 2

Рис.2 Новое поколение интегральных устройств абонентского доступа

Интеграция услуг связи с использованием нового поколения устройств доступа NG-IAD имеет множество преимуществ. Провайдеры услуг получают большую конкурентную фору благодаря меньшей текучести пользователей и достаточно низкой стоимости услуг. В свою очередь, пользователи получают новые услуги связи при существующей инфраструктуре сети доступа через одну точку инсталляции, эксплуатационного обслуживания и поддержки.

Ниже рассматриваются ключевые преимущества нового поколения NG-IAD.

6.2 Совместимость

Множество портов устройств NG-IAD со стороны пользователя и провайдера услуг совместимы с существующим пользовательским оборудованием - таким, как телефонные системы, компьютеры, местные вычислительные сети LAN, УАТС или факс-модемы. Кроме того, новое поколение устройств интегрального доступа обеспечивает свойства прозрачности для таких, например, услуг, как "отложенный звонок " ("call waiting"), т.е., когда абонент может прервать текущий разговор и переговорить со вновь вызвавшим абонентом. NG-IAD могут эффективно приспосабливаться к существующему оборудованию LAN. Модульные порты, обеспечивающие связность LAN, позволяют NG-IAD функционировать в качестве маршрутизаторов или мостов или могут обеспечить последовательный интерфейс V.35 к существующим LAN. Стандартный порт Ethernet 10BaseT/100Base TX поддерживает Информационный протокол маршрутизации RIP, трансляцию сетевого адреса NAT, протокол динамической конфигурации хостов DHCP и услуги сервера доменных имён DNS.

Сетевая сторона NG-IAD может быть подключена к любому из стандартов стороны провайдера сети, включая SDSL, ADSL и Т1 или АТМ.

6.3 Надёжность

Общее проектирование и философия развёртывания нового поколения NG-IADs должна учитывать, что провайдеры услуг рассматривают эти устройства как интегральную часть телефонной сети. Для поддержания непрерывности услуг предполагается в будущем предусмотреть в NG-IAD опцию резервирования питания. При наличии такой функциональной возможности резервный источник питания работает автоматически и обеспечивает отсутствие перерыва связи при повреждении основного источника питания.

Независимые модули обработки речи и данных в NG-IAD обеспечивают максимальную надёжность, а также то, что периодические изменения конфигурации услуг данных не влияют на предоставление речевых услуг. Такой способ позволяет, например, исключить влияние реконфигурации маршрутизатора данных NG-IAD на качество предоставляемых речевых услуг.

Постоянно включённый канал передачи данных ("always on") между NG-IAD и речевым шлюзом на местной АТС обеспечивает оптимальное соединение и "бесшовное" взаимодействие с оборудованием провайдера. NG-IAD и речевой шлюз местной АТС непрерывно обмениваются информацией о статусе сети, причём NG-IAD использует эту информацию в качестве аргумента функции динамического распределения пропускной способности между речью и данными.

6.4 Модульность и масштабируемость

Лишь немногие инсталляции являются статическими. Оборудование же, обеспечивающее качественное обслуживание бизнеса, должно быть масштабируемым, чтобы удовлетворять растущие требования пользователей и провайдеров услуг. Программное и аппаратное обеспечение NG-IAD позволяют корректировать пропускную способность соединения в соответствии с требованиями пользователя. Модернизируя модульные порты NG-IAD, можно расширить число телефонных портов пользовательской стороны для речи, факсов и других телефонных соединений, давая пользователю стартовую возможность, начиная, например, с 4-х портов и расширяя далее эту возможность максимально до 24 аналоговых портов FXS ступенями по 4 порта.

На стороне провайдера услуг масштабируемость соединений рассчитана для поддержки различных вариантов xDSL, а также других услуг - таких, как АТМ или Т1.

Кодек каждого речевого канала на стороне пользователя позволяет NG-IADs преобразовать речевые сигналы в ячейки АТМ, используя уровень адаптации АТМ AAL2. Чтобы обеспечить традиционную ситуацию телефонного разговора неизменной для пользователя при наличии NG-IAD, сигнальная информация также "встраивается" в поток ячеек АТМ для индикации таких состояний телефонного соединения, как снятие телефонной трубки или посылка вызова. Кроме того, в NG-IAD предусмотрены возможности высококачественных телефонных разговоров на большие расстояния (т.е., междугородных и международных)для всех поддерживаемых линий; NG-IAD обладают также свойствами прозрачности - такими, как "call waitig" (см. выше) и идентификатора номера вызывающего абонента ("caller ID).

Для трафика данных новое поколение устройств NG-IAD обеспечивает полный набор функций маршрутизации и управления адресами IP, а также обеспечивает шлюз в точке присутствия (РоР) провайдера услуг ISP или корпоративной сети.

NG-IAD преобразует пакеты IP в поток ячеек ATМ, используя уровень адаптации ATM AAL 5.

6.5 Гибкость

Устройство NG-IAD может быть размещено в месте размещения оборудования пользователя CLE (Customer Locаted Equipment) или помещении оборудования пользователя (СРЕ). Это позволяет размещать устройства NG-IAD в соответствии с предпочтениями провайдеров услуг и требованиями рынка.

Традиционные IADs используют статическое распределение пропускной способности, которая резервируется для соединения даже тогда, когда по соединению не передаётся трафик, т.е., оно неактивно. Ключевой особенностью нового поколения NG-IAD является несравненно более эффективное динамическое распределение пропускной способности, когда последняя используется постоянно. Результатом такого метода использования пропускной способности является расширенная полоса передачи данных при малой речевом трафике без потери качества передачи последнего.

NG-IAD выполняет динамическое распределение пропускной способности на основе метода АТМ, который имеет высокие параметры соединения, осуществляющего передачу большого числа телефонных разговоров одновременно с трафиком данных. Уровень адаптации AAL2 ATM в особенности оптимален для этого случая, мультиплексируя множество телефонных разговоров в одно виртуальное канальное соединение.

Использование методов ИКМ и АДИКМ для передачи речи обеспечивает гибкость оплаты услуг как

NG-IAD, так и предлагаемых ими речевых предложений. Способ ИКМ обеспечивает более простой способ преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую форму, но требует большей пропускной способности вследствие отсутствия компрессии. Предполагаемый в будущем переход на AДИКМ увеличивает вдвое плотность речевых портов при той же пропускной способности, но требует более сложной обработки сигнала.

6.6 Управляемость

Широкие возможности местных и удалённых NG-IAD обеспечивают быстроту инсталляции, гибкость конфигурации и эффективность управления.

Местное управление может быть организовано через выделенный последовательный порт, порт Ethernet или через интерфейс данных стороны пользователя. Удалённый интерфейс может быть организован через выделенное виртуальное соединение VCC или через виртуальное соединение VCC, используемое одновременно для передачи данных. Полная функциональность протокола управления SNMP требуется при интеграции с существующим устройствами и сетевыми центрами управления NOCs (Network Operation Centers). Причём соответствующие базы данных должны включать три уровня сетевого управления (физический уровень, или уровень управления xDSL, транспортный уровень АТМ и прикладной уровень IP). NG-IAD должен также включать поддержку доступа через Telnet, Web браузер, или протокол передачи файлов (FTP).

Специальные права могут быть выделены для местного и удалённого пользователя. Например, различные уровни доступа могут быть атрибутами администраторов местных помещений пользователя и операторами сетевых центров управления NOCs, в зависимости от того, используются эти устройства как CPE или CLE (Customer Located Equipment).

6.7 Преимущества NG-IAD для участников телекоммуникационного процесса

Указанные преимущества представлены в виде нижеследующей табл.2.

Провайдеры услуг

Пользователи

Когда ILECs, CLECs и PTTs используют АТМ как уровень 2 транспортного протокола xDSL, расширение АТМ до помещения пользователя СРЕ имеет технологический и стоимостной смысл. Прежние инвестиции в инфраструктуру сети доступа оказываются защищёнными, а речевые услуги и услуги данных получают естественное расширение с единой универсальной платформы Важным преимуществом продолжающегося применения xDSL является широкое использование уже имеющейся сетевой инфраструктуры для быстрого доступа к Интернет.

Рынок для решений, касающихся малого и среднего бизнеса и частного сектора, быстро расширяется. По мере появления новых услуг пользователи рассчитывают получить столь же высокое качество услуг, которое они имели при традиционных речевых услугах и высокоскоростном обмене данными. Новое поколение устройств интегрального доступа NG-IAD предлагают пользователю высококачественное надёжное сочетание передачи речи и данных на большие расстояния с помощью технологии VoDSL. Поскольку стратегия NG-IAD использует существующую инфраструктуру местных сетей, то потенциально все абоненты этих местных сетей являются кандидатами на пользование этими новыми услугами. Кроме того, они сохраняют возможность пользования теми дополнительными услугами, которые были доступны для них ранее. Устройства NG-IAD обладают также свойством совместимости с существующим пользовательским оборудованием, что сохраняет полную эффективность существующего оборудования в условиях непрерывно развивающейся сети абонентского доступа.

Таблица 2. Преимущества NG-IAD для операторов связи и пользователей

7. Заключение

Рассмотренное выше новое поколение устройств интегрального доступа NG-IAD особенно актуально для провайдеров сетевых услуг и конечных пользователей. Для провайдеров связи эти свойства NG-IAD упрощают процесс инсталляции и совместимость с существующим оборудованием. Способность NG-IAD максимизировать использование существующих средств последней мили позволяют пользователям расширить существующие возможности предоставления услуг по низким ценам при практическом отсутствии влияния на конфигурацию. Созданное на существующих xDSL и АТМ технологиях новое поколение устройств интегрального абонентского доступа NG-IAD позволяет защитить вложенные в существующую инфраструктуру оборудования сети доступа.

NG-IAD заполняет возможную нишу для операторов связи и существенно расширяет набор предлагаемых услуг. Капитализацией существующей инфраструктуры и максимизацией " последней мили" NG-IADs обеспечивает эти услуги быстро и сравнительно дёшево.

Продукты NG-IAD уже демонстрировались на промышленных выставках в течение 1999 года, причём в том же году несколько позднее были начаты линейные испытания этих устройств.

Серийный выпуск нового поколения устройств интегрального доступа NG-IAD предполагается начать в 2000 году.

Чтобы получить большее представление относительно NG-IAD, целесообразно обратиться также к материалу, посвящённому технологии VoDSL на нашем сайте xDSL.ru.