2 (Ответики к экзамену), страница 5

Когда требуется соединить несколько рядом стоящих компьютеров, то обычно прокладывают кабель. Когда кабель должен пересечь дорогу или городские коммуникации, дело становиться сложнее, а стоимость такой операции возрастает. В этих случаях обычно обращаются к телефонной компании.

Структура телефонной сети

Структура современной телефонной сети весьма избыточная и многоуровневая. На этом рисунке используются следующие обозначения: АКТС - автоматическая коммутируемая телефонная сеть; ТФОП - телефоны общего пользования. Позднее мы рассмотрим, что такое зоновая телефонная сеть, городская, сельская, учрежденческая. Описание, которое мы приведем здесь, является существенным упрощением реальности, но дает достаточно полное представление об устройстве телефонной сети. Каждый абонент соединен двумя витыми парами с ближайшей местной телефонной станцией (ТС), это соединение называют локальным соединением, абонентской линией или последней милей. В России протяженность локального соединения колеблется от сотен метров до 6-8 км. В городе оно короче, в сельской местности длиннее. Местная ТС соединена в крупных городах с районной ТС либо городской ТС. Районные и городские ТС соединены с региональными или междугородными ТС, и т.д. в соответствии со структурой телефонного номера. В результате  создается прямое соединение между абонентами. ТС соединяются между собой магистральными линиями. На самом деле иерархия промежуточных узлов коммутации несколько сложнее. Главное что надо уяснить, - есть несколько уровней ТС, каждая из которых может осуществлять коммутацию. В дальнейшем телефонные станции любого уровня мы будем просто называть узлами коммутации. Соединения между узлами коммутации должны обладать большой пропускной способностью, чтобы по ним можно было передавать одновременно несколько разговоров. Пропускная способность местной линии должна быть достаточной для одного телефонного разговора. Для абонентских линий чаще всего применяли и применяют витую пару. Для магистралей между узлами коммутации используют коаксиальные кабели, оптоволокно и радиорелейные линии на микроволнах.

Итак, современная телефонная сеть состоит из:

• абонентской линии - локального соединения или последней мили (соединение «клиент - местная ТС»)

• магистралей - оптоволоконных или микроволновых (соединение ТС-ТС)

• станций коммутации (ТС)

Локальное соединение. Локальное соединение, или абонентская линия связывает абонента с ближайшим узлом коммутации. Это соединение также называют последней милей. при передаче данных приходится преобразовывать данные четыре раза из цифровой формы в аналоговую и обратно. Несмотря на то, что между узлами коммутации передача осуществляется в цифровой форме, в локальном соединении она пока аналоговая.

Модем. Из-за вышерассмотренных искажений сигнала желательно использовать при передаче как можно меньше гармоник. Однако скачкообразная форма цифрового сигнала как раз требует большого числа гармоник при передаче, чтобы как можно точнее воспроизвести форму сигнала, что требует от канала в свою очередь широкой полосы пропускания. Решение проблемы лежит в использовании несущей частоты в сочетании с разными способами модуляции сигнала. Три основные способа модуляции - амплитудная, частотная, фазовая и их комбинации. Как мы уже знаем, устройство, которое преобразует поток битов в модулированный сигнал и обратно, называется модем. Чтобы увеличить скорость передачи, недостаточно увеличивать частоту несущей волны. Надо увеличивать число бит на осцилляцию, т.е. изменение уровня сигнала. Другой важной проблемой при использовании телефонной линии является эхо. Причина этого явления проста - когда сигнал достигает приемника, часть его энергии отражается и возвращается к передатчику. При небольших расстояниях между приемником и передатчиком это практически незаметно. Когда расстояние велико, задержка между сигналом и эхом становится значительной.

Соединение RS-232

Важным элементом протокола физического уровня является интерфейс между компьютером или телефоном и модемом.

Проблема «последней мили»

Возникла проблема, как обеспечить частные квартиры и дома линиями связи надлежащей пропускной способности, - так называемая «проблема последней мили».

Работы по решению этой проблемы велись в 4-х направлениях. Первое направление, достаточно «прямолинейное», было связано с подведением оптоволокна прямо в квартиру. Это направление называется FTTH (Fiber To The Home). Второе направление было связано со стремлением сократить длину локального соединения до минимума. По имеющимся данным («Электросвязь» №11, 1997, с.13), в городских телефонных сетях России средняя длина абонентской линии составляет 1280 м (коэффициент вариации 0.59), ни одна абонентская линия ни в городе, ни в сельской местности не превышает 5 км. Было предложено подтянуть оптоволокно от местного узла коммутации до опорного шкафа развязки внутри микрорайона, а далее возможны были два варианта. От опорного шкафа использовать обычную витую пару с технологией HDSL из семейства xDSL (семейство этих технологий мы рассмотрим чуть ниже), либо использовать коаксиальные кабели сети кабельного телевидения (это решение получило название Hybrid Fiber Coac – HFC). Коаксиальный кабель в сочетании с оптоволокном обеспечивает одновременную передачу 40-50 аналоговых каналов, в том числе радиовещание, телевизионные передачи, телетекст. При использовании ADSL – асимметричной DSL-технологии (о которой речь пойдет чуть ниже), обеспечивающей интерактивность, добавляются видео по заказу, игры, доступ в Интернет. Третий вариант решения – это использовать беспроводные технологии (WLL – Wireless Local Loop). Мы их будем рассматривать позднее. Сейчас лишь отметим, что доступный для них диапазон частот сильно ограничен международными соглашениями. Скорости передачи данных уступают проводным технологиям.

Четвертый вариант решения – это использовать стандарты серии xDSL.

В таблице 2-39 собраны краткие характеристики этих 4-х направлений решения проблемы последней мили.

Технологии xDSL

xDSL – это семейство технологий, предназначенных для организации цифровых абонентских линий – DSL (Digital Subscriber Line) – с использованием в качестве среды передачи медных витых пар существующих локальных соединений телефонных кабельных систем. На современном этапе развития семейство xDSL включает следующие технологии:

• DSL

• IDSL

• HDSL, SDSL

• ADSL, RADSL, UADSL

• VDSL

Это весьма важное направление развития физических линий связи, поэтому мы хотя бы кратко опишем каждую из технологий этого семейства. Родившееся как технология цифровых каналов в ISDN-сетях, семейство технологий xDSL получило развитие в новой сфере – абонентский доступ в Интернет. ISDN-сети (Integrated Service Digital Network – сети с интегрированным сервисом) будут рассмотрены позже. По аналогии с модемами для работы по физической линии, модемы xDSL не ограничиваются для передачи информации спектром канала телефонных частот. Они используют всю полосу пропускания витой пары. Широкая полоса сигнала, используемого в этом семействе технологий, не позволяет работать по коммутируемым телефонным линиям (телефонные коммутаторы не рассчитаны на такой  спектр частот). Поэтому xDSL-модемы могут работать только на участке телефонных кабельных систем между абонентом и сетью поставщика услуг или между двумя абонентами при непосредственном соединении их абонентских линий (без участия станции коммутации) - выделенные линии. Отличительной чертой семейства xDSL, по сравнению с модемами для физических линий, является использование спектра частот, не пересекающегося со спектром канала телефонных частот, благодаря чему по абонентской линии можно вести телефонные переговоры одновременно с передачей цифровой информации.

Технология DSL. Технология DSL – «цифровая абонентская линия» – позволяет использовать существующие линии связи для передачи цифровой информации по одной витой паре со скоростью до 160 кбит/сек. (при этом в прямом и обратном направлении поддерживается одинаковая скорость). Технология разрабатывалась для организации цифровой абонентской линии для сетей ISDN BRI (сети ISDN будут рассмотрены в разделе 2.5.8). Реализация в оборудовании DSL-интерфейса ISDN BRI получила название IDSL. В оборудовании IDSL не предусматривается поддержка аналоговой телефонной линии, так как телефонная связь может осуществляться по цифровым каналам ISDN. Сейчас существуют модификации оборудования DSL – Fast DSL, передающие информацию со скоростью до 256 кбит/сек. Технология DSL поддерживает аналоговую телефонную линию. Стандартный метод линейного кодирования – 2В1Q (мы рассматривали этот метод в разделе 2.2.1) применяется практически во всех типах оборудования xDSL, за исключением оборудования подсемейств ADSL и VDSL, речь о которых чуть ниже. Максимальное расстояние (то есть максимальная длина двухпроводной линии, на которой может работать аппаратура) для этой технологии составляет 7,5 км при диаметре жилы кабеля 0,5 мм, что вполне покрывает длину абонентских линий в России.

Технология HDSL . Дальнейшим развитием DSL стала технология высокоскоростной цифровой абонентской линии HDSL (High-data-rate DSL). Оборудование HDSL обеспечивает дуплексный (симметричный) обмен на скорости 768 или 1024 кбит/с по одной витой паре и 2048 кбит/с по двум – трем витым парам. Система является однокабельной: по каждой паре проводов осуществляется и прием, и передача информации. Неисправность в одной паре кабеля не приводит к прекращению передачи, а только уменьшает ее скорость. Максимальная удаленность между репитерами (промежуточными усилителями) не более 3 км. Поэтому применение этой технологии в России требует в среднем использовать один репитер на каждую абонентскую линию. Стандартная ширина сигнала, используемого при передаче, - 80–196 кГц. Оборудование HDSL в основном предназначено для применения в корпоративных сетях. Отсутствие поддержки аналоговой телефонной линии компенсируется возможностью передачи речи в цифровом виде через интерфейсы Е1 (стандарт E1 будет рассмотрен в разделе 2.5.5.3).

Технология SDSL

SDSL (Single Line DSL) – разновидность технологии HDSL. Системы SDSL обеспечивают дуплексную передачу потока на скорости 2048 кбит/сек. по одной витой паре проводов на расстояние 3–4 км при диаметре жилы кабеля 0,4–0,5 мм. Сейчас не делают существенного различия между технологиями HDSL и SDSL и выпускают оборудование HDSL, передающее информацию как по нескольким, так и по одной паре проводов. Также иногда название SDSL расшифровывают как Symmetric DSL, подчеркивая тем самым симметричность потоков информации.

Технология VDSL

Технология VDSL (Very High-data-rate DSL) находится в стадии разработки. Ожидается, что с ее помощью будет достигнута скорость передачи по абонентской линии от 12 до 51 Мбит/с. Наряду с медным кабелем, рассматривается возможность использования оптического кабеля. Оборудование VDSL может функционировать в режиме как асимметричных, так и симметричных цифровых потоков. Метод кодирования – DМТ. Дискретное многочастотное кодирование (DMT – Discrete Multitone) предполагает разбиение всей полосы пропускания на подполосы по 4 КГц и в каждой подполосе использовать свою несущую. Метод кодирования в подполосе – квадратичная амплитудная модуляция (QAM), которую мы рассмотрели в разделе 2.2.1.

Технология ADSL

Асимметричная DSL (Asymmetric DSL) – дальнейшее развитие технологии HDSL – в настоящее время является наиболее продвинутой в семействе хDSL. Она обеспечивает передачу по витой паре потоков до 9 Мбит/с в одном направлении (как правило, в сторону пользователя) и до 640 кбит/с – в другом. По широкому входящему каналу абонент получает данные или видео из Интернета, а исходящий используется для отправки запросов на получение информации. Следует отметить, что пропускной способности исходящего канала достаточно для передачи электронной почты, файлов и для проведения голосовых переговоров через Интернет. ADSL ориентирована на абонентов индивидуального сектора и, благодаря применению внутренних или внешних речевых разделителей, позволяет вести обычные телефонные переговоры.

Технология RADSL

Разновидностью ADSL-технологии является технология RADSL (Rate-adaptive DSL), которая может функционировать в асимметричном режиме как ADSL и в симметричном – как HDSL. Технология RADSL позволяет отслеживать текущее состояние кабеля (электрические параметры и уровень шума (помех)) и динамически регулировать пропускную способность каналов связи, а также поддерживать максимально возможную степень передачи при требуемом минимальном уровне ошибок в канале связи.

Технология UADSL

Существует вариант технологии ADSL, называемый UADSL (Universal ADSL). Эта версия является упрощенным вариантом цифрового доступа и потому более дешева. Она ориентирована на индивидуальных абонентов. Максимальные скорости обмена в ней снижены до 1,5/0,384 Мбит/сек. и упрощена настройка. При скорости 1,5 Мбит/сек. невозможно получать передачи кабельного ТВ, как в ADSL, но этого вполне достаточно для доступа абонента в Интернет.

13. Телефонные сети: структура, локальная петля, магистраль и мультиплексирование.