80Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Последняя миля, последний СЕКАМ


А. Некучаев,
Р. Убайдуллаев,
канд. физ.-мат. наук, компания "Телеком Транспорт"
Теле-Спутник - 2(64) Февраль 2001 г.


За 2000 год в нашей печати количество статей "в пользу бедных" (типа "Как низко пал СЕКАМ", о кодировании аналоговых телевизионных каналов, да и о кабельных модемах) превысило некий уровень, и авторы решили написать статью "в пользу богатых". Как автомобилисты с большим стажем в сумасшедшей Москве, авторы проводят аналогии между телекоммуникационным транспортом и автотранспортом. Подготовлена эта статья в одном тысячелетии, а напечатана в другом.

 Рис.1. Типовая схема подключения кабельных модемов

Рис.1. Типовая схема подключения кабельных модемов

Процесс слияния информационных технологий заставил такие разные журналы, как, например, "Теле-Спутник" и "LAN", писать об одном и том же — КАК СТРОИТЬ СЕТЬ? И хотя критерии ответа у разных организаций разные, авторы сознательно написали статью в форме советов более наступательных, чем рекомендательных.

Совет 1

Оставьте СЕКАМ в покое. Это все равно, что обсуждать "шестерку", разработанную "ФИАТом" сорок лет назад. Статьи о СЕКАМе являются вредными, засоряя наши журналы, отвлекая внимание тех, к кому они попадают. Все композитные форматы будут сметены цифровыми технологиями довольно скоро, и даже архивные композитные материалы необходимо хранить для потомков в цифровом виде с коррекцией ошибок. Наше население надо приучать к "цифре" — чем больше, тем лучше. Авторам таких статей о СЕКАМе следует написать, как телевизор с низкочастотным композитным входом переоборудовать на поддержку компонентного сигнала для подключения цифрового декодера.

Совет 2

Не занимайтесь аналоговым платным телевидением. Все системы кодирования, разработанные "буржуями", остались невостребованными, а для России — "сойдет". Пример: аналоговые проекты НТВ-Плюс и Космос-ТВ — это прямые убытки, а цифровые — прямые доходы. Системы кодирования в базисе MPEG-2 работают "по пути" и, мало меняя стоимость цифрового декодера, имеют полное право на существование, пока не будут вытеснены "видео по требованию", то есть в России не скоро.

Совет 3

Не тратьте времени на цифровое эфирное вещание DVB-T (Digital Video Broadcasting — Terrestrial). В том же Нижнем Новгороде (где были проведены первые в России эксперименты по внедрению DVB-T. — ред.) в течение 2-3-х лет появятся SDH кольца с телевидением, взятым прежде всего со спутников и доведенным до квартиры в DVB-C (Cable). Когда в России появятся мобильные телевизионные службы аналогичные зарубежным, тогда появится и DVB-T.

Совет 4 (главный).

Об интерактивности вообще и о кабельных модемах в частности

Какие варианты обеспечения интерактивного сервиса для абонента существуют в настоящее время? Это — традиционные "dial-up" модемы, более современные xDSL (Digital Subscriber Line) модемы, кабельные модемы, беспроводные модемы, ультрасовременные пассивные оптические сети PON (Passive Optical Networks). Так вот мы осмеливаемся утверждать, что на сегодня в подавляющем числе случаев построения телекоммуникационных инфраструктур наиболее привлекательной является технология Ethernet по волокну до дома, хотя и далеки от мысли, что Base-band Ethernet поможет решить все проблемы. Попытаемся обосновать свою точку зрения. Проведем краткий анализ каждой технологии.

  1.  Рис. 2. Использование спектра  в широкополосной сети

    Рис. 2. Использование спектра в широкополосной сети

    Dial-up модемы. В семьях авторов мобильные телефоны появились в том числе "благодаря" этой технологии — в Интернете сидят дети, на телефоне сидят жены. Благодаря низкой стоимости, а встроенный модем V.90 можно приобрести сегодня за $30, такие модемы получили широкое распространение. Однако для современных мультимедиа- приложений недостаточно скорости 56 кбит/c. Таким образом, ниша на рынке для таких модемов — абонентские инфраструктуры, где единственной средой для организации интерактивного сервиса остается телефонная витая пара. Преимущественно — это индивидуальные абоненты.
  2. Технология xDSL. Эта технология безусловно более перспективна. Отметим тем не менее главный ее недостаток, вернее недостаток ее применения в России. Он может проявляться и при использовании dial-up модемов. Большинство телефонных витых пар проложено очень давно — 30 лет назад и более. Качество кабелей, равно как и самих телефонных пар, оставляет желать лучшего. Во время весенних паводков у авторов, живущих в Москве, скорость по каналу dial-up снижается до 16 кбит/с, полно ошибок, а то и вообще канал "падает". Отметим также мину замедленного действия — cross-talk (перекрестные помехи) в многопарных телефонных кабелях, которые в России низкого качества и нередко большой длины — порядка 3-5 км. Взаимные высокочастотные помехи имеют свойство накопления, ограничивая тем самым число пар, задействованных под DSL. В большинстве случаев рассчитывать на скорость больше 0.1-1 Мбит/с в сторону абонента не приходится. Кроме того, на абонентской стороне вместо дешевого dial-up придется устанавливать дорогой DSL модем. Именно изощренные методы борьбы с негативными явлениями (утечки, большая длина, кабельные стыки, cross talk) увеличили стоимость DSL модемов, сделав их недоступными для массового потребителя. Скорее всего, эта технология для подключения корпоративных абонентов, которые будут довольствоваться скоростью в 1 Мбит/с.
  3. Кабельные модемы. Прежде всего кабельные модемы целесообразно устанавливать там, где есть хорошая коаксиальная кабельная инфраструктура. Главная привлекательность кабельных модемов как раз и состоит в том, что их просто следует "навесить" на существующую инфраструктуру, и интерактивный канал связи готов (рис.1).

Бросаются в глаза два недостатка такой технологии. Во-первых, в нисходящем потоке (в квартиру!) к абоненту будет приходить информация, никакого отношения к нему не имеющая, в отличие от обычного broadcasting. Во-вторых, восходящий поток (от абонента) является узкополосным, зашумленным и делится между кабельными модемами. В России, в отличие от развитых стран, — районов, где уже существуют кабельные инфраструктуры, способные работать в полосе частот до 862 МГц (рис. 2), менее сотни. Обычно коаксиальные кабели такие же старые и такого же низкого качества, как и телефонные витые пары. Таким образом, прежде чем подключать кабельные модемы, следует переложить коаксиальный кабель. Сейчас уже стал поставляться кабель с полосой до 2 ГГц. И все-таки магистральный коаксиальный кабель мы вообще перекладывать не рекомендуем — нужно сразу прокладывать волокно до дома. Коль скоро мы отстали от развитых стран, почему бы нам не пропустить один этап в телекоммуникационном развитии. Мы только выиграем, если откажемся от прокладки нового коаксиального кабеля. Ведь, будучи проложенным, такой "хороший" коаксиальный кабель безусловно будет сдерживать лучшее решение — прокладку волокна до дома. Однако как только кабельные модемы будут работать 0-1 ГГц "вниз" и 1 ГГц-2 ГГц "вверх" (а какой же русский не любит быстрой езды на BMW!), то есть в сотни раз быстрее, то, кто победит, сказать трудно. Когда-то один из авторов этой статьи предлагал нечто подобное на страницах журнала "Теле-Спутник" (№9 за 1998 г., А.О. Некучаев, "Российская философия обратного канала").

Не в пользу кабельных модемов говорит и такой факт, как отсутствие определенного стандарта для внутрикабельной связи. Модемы основаны на частных интерфейсах для связи с головной станцией и не являются совместимыми. Например, открытым остается вопрос о применимости кодового разделения каналов CDMA (Code Division Multiple Access) в прямом и обратном потоке. Кроме этого, авторам не удалось обнаружить ни одного производителя кабельных модемов, поддерживающих протоколы 802.1Q/p и IGMP со стороны порта 10Base-T.

Кабельные модемы — хорошее, наиболее экономичное и эффективное решение для тех, кто уже вложил деньги в строительство широкополосной (до 862 МГц) гибридной волоконно-коаксиальной сети HFC (Hybrid Fiber Coax) с обратным каналом [1].

  1. Беспроводная связь. По своей природе она не имеет альтернативы для мобильных служб. Однако авторы сознательно не рассматривают данный вид связи для городской застройки, считая его менее универсальным, чем кабельные системы в решениях последней мили.
  2. Технология пассивных оптических сетей PON первого и второго поколения. Эта ультрасовременная технология заслуживает рассмотрения в отдельной статье. Здесь мы лишь кратко изложим основные достоинства и недостатки. Главной движущей силой пассивных оптических сетей является консорциум FSAN (Full Service Access Network). Консорциум на сегодня насчитывает более 20 международных и национальных телекоммуникационных операторов, а также около 20 крупнейших компаний — производителей телекоммуникационного оборудования, лоббирующих технологию PON. О перспективности сетей на основе PON говорит тот факт, что проекты спецификаций стандарта G.983 и G.983.2 в настоящее время рассматриваются соответствующими комитетами в организациях ITU-T, ATM Forum и ETSI. Сети PON первого поколения используют двухоконные пассивные оптические разветвители. Нисходящий поток работает на длине волны 1550 нм, восходящий — на длине волны 1310 нм. При этом 32 абонентских широкополосных узла могут интерактивно обслуживаться через одно волокно, идущее из центрального офиса. Сети PON второго поколения используют в нисходящем и восходящем потоках пассивное многоволновое мультиплексирование DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing, окно 1550 нм). Однако на сегодняшний день пока нет готовых системных решений ни для первого, ни для второго поколения сетей PON. Первые реализации сетей PON первого поколения можно ожидать к концу 2001 года, и сейчас очень трудно предсказывать на ближайшие годы масштаб их проникновения на мировой телекоммуникационный рынок. Еще трудней оценивать рынок на ближайшие годы для сетей PON второго поколения — использование технологии DWDM в решениях последней мили представляется очень дорогим.
 Рис. 3. Электронно-оптический узел здания

Рис. 3. Электронно-оптический узел здания

Волокно до дома

Авторы, не претендуя на оригинальность, предлагают (по крайней мере в России) строить сеть следующим образом. Волоконно-оптическая инфраструктура на основе одномодового волокна, а не новая коаксиальная, развертывается по принципу волокно до дома FTTB (Fiber to The Building). В России building — это 100-200-квартирный дом. В волоконно-оптическом кабеле (ВОК), идущем до электронно-оптического узла здания, используются как минимум три активных волокна (рис. 3). ВОК с числом волокон менее 8 уже стоит меньше, чем магистральный коаксиальный кабель.

По паре волокон обеспечивается канал связи сети с иерархией Ethernet 10/100/1000, например Fast Ethernet 100Base-FX, или Gigabit Ethernet 1000Base-LX, в зависимости от загруженности. До абонента идет витая пара UTP категории 5 длиной до 100 м на интерфейсы 10Base-T или 100Base-TX. Мы рекомендуем при подключении индивидуальных абонентов полностью отказаться от хабов, которые обычно бывают неотъемлемыми спутниками кабельных модемов (рис.1), и на всех электронно-оптических узлах устанавливать исключительно коммутаторы, а все каналы связи делать дуплексными. При этом абоненты подключаются к выделенным портам коммутатора. На поверхности лежат следующие преимущества коммутаторов над хабами. Во-первых, если при использовании хабов возникают коллизии, то при использовании коммутаторов с дуплексными каналами связи мы можем смело забыть о понятии "коллизионный домен" и всех связанных с этим ограничениях. Во-вторых, коммутаторы позволяют организовать иерархию по скоростям: тарификация абонентов при их подключении по 10Base-T и 100Base-TX; использование более скоростных каналов на магистральных участках сети. Дополнительные преимущества получают коммутаторы, если они поддерживают протоколы IEEE 802.1Q/p (распределенные виртуальные сети, приоритетная обработка пакетов в очередях), IGMP (возможность работы с групповым трафиком, мультивещание), модульность (модули на UTP с интерфейсами 10/100Base-TX, модули на одномодовое волокно с интерфейсами 100Base-FX и 1000Base-LX). Многие современные интеллектуальные коммутаторы полностью удовлетворяют этим требованиям. Резюмируя, можно говорить о высокой перспективности таких решений для последней мили, благодаря широкому распространению сетей Ethernet, появившимся новым мощным протоколам, низкой стоимости оборудования.

Еще по одному волокну идет широковещательный телевизионный сигнал на домовой усилитель, обеспечивающий линейный прием RF сигнала c волокна и усиление в коаксиальный кабель в полосе порядка 1 ГГц, образуя сеть HFC. Стоимость такого домового усилителя до $1000. При этом старый домовой усилитель удаляется, а вот старый пассивный фрагмент коаксиального кабеля полосой 300 МГц с цифровым трафиком в стандарте MPEG-2 выше 240 МГц сохраняется и может послужить еще 10-15 лет. Никакого обратного канала в такой HFC сети нет. В отличие от традиционного построения HFC сетей, где после оптического узла ставятся несколько последовательных коаксиальных усилителей, в такой сети интермодуляционные помехи второго CTB и третьего CSO порядков будут сведены к минимуму. Для системы управления можно использовать интерактивный канал сети Ethernet. Но если есть деньги — кладите новый коаксиальный кабель с полосой порядка 2 ГГц, однако не наполняйте его аналоговым телевидением — скупой платит дважды.

Такая сеть "убьет" по расценкам и по скорости сеть HFC c обратным каналом, и тем сильнее, чем в меньшей полосе (сильно зашумленной) работает кабельный модем.

При этом доставка телевизионных программ, полученных прежде всего со спутниковой антенны, осуществляется либо сразу через HFC, либо через транспортную сеть на базе SDH (ATM поверх SDH). DVB ASI (Asynchronous Serial Interface, асинхронный последовательный интерфейс) декодируется каждый раз при переходе из транспортной сети в сеть HFC, обеспечивая тем самым доставку аналоговых телевизионных программ. Наряду с этим телевизионные программы поступают к абоненту в стандарте MPEG-2. Эта конфигурация подробно описана сотрудниками компании "МТУ-Информ" [2]. Мы хотели бы добавить, что АТМ технология на уровне транспортной сети позволяет осуществлять статистическое мультиплексирование "по пути" (AAL5 — MPEG-2 поверх VBR трафика). Желающие могут поподробнее узнать об этом, например, у специалистов фирмы Tandberg Television.

Вся эта борьба "волокна до дома" c другими технологиями (в том числе и xDSL) закончится, как только японцы сделают волоконно-оптический приемопередатчик на одномодовое волокно дешевле $50. Тогда волокно дойдет не только до дома, но и непосредственно до абонента. А они никуда не денутся — сделают [3], потому что у них нет "ГАЗ, НЕФТЕ, ДЕРЕВО, АЛМАЗ, УГЛЕ, ЭНЕРГО и т.д. ПРОМов", а есть недостаток свободных земель, отсутствие полезных ископаемых и постоянные землетрясения. Это понимают и японское правительство, и японский народ. Потом у них у первых появятся квантовые компьютеры и нейросети. Что потом — поживем-увидим.

Как участник (и докладчик) 3-й Международной конференции и выставки "Цифровая обработка сигналов и ее применение" (29 ноября — 1 декабря 2000 г., Москва) один из авторов этой статьи считает уместным сказать об очень важной особенности текущего момента, отмеченной на пленарном заседании, — "железо сильно обогнало софт". Это означает, что, несмотря на отсутствие отечественной элементной базы (прискорбно, но у нас пока технологии 0.8 микрона вместо уже существующих менее 0.25 микрона), выбор дешевой зарубежной элементной базы — огромный (те же сигнальные процессоры). В нашей стране, скажем так, "не слабой софтом", можно сейчас делать бизнес, не ввозя готовую аппаратуру, а создавая свою. Многие функциональные узлы предлагаемой архитектуры сети можно создавать в России уже сегодня на импортной компонентной базе.

Авторы полагают, что этой статьей они прошли за один месяц 80% реального бизнеса, представив некую идею на обсуждение, а чтобы пройти оставшиеся 20%, необходимо больше времени, исследований и экспериментов. Однако суть этой статьи "в пользу богатых" очень простая — московскую кольцевую автомобильную дорогу надо было строить сразу как сейчас, а сейчас расширять. Авторы приглашают посетить сайт компании "Телеком Транспорт" — http://www.tt.ru для обсуждения этой статьи на форуме.

Литература

  1. Махровский О.В. Стандарты для цифровой связи через кабельные сети// ТелеМультиМедиа, №3, 2000.
  2. Голышко А., Лихачев Н., Салтыков К. Поразмышляем о перспективах// 625, №8, 2000 .
  3. S. Forrest et al., "Optoelectronics in Japan and the United States", February 1996, http://itri.loyola.edu/opto/


 
Теле-Спутник Февраль 2001
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт