ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫБОРА ВАРИАНТА МОДЕРНИЗАЦИИ МЕСТНОЙ СЕТИ СВЯЗИ

ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫБОРА ВАРИАНТА МОДЕРНИЗАЦИИ МЕСТНОЙ СЕТИ СВЯЗИ

Научная статья

Белов Ю.Н.¹, Цацкина А.Ю.^2, *

^{1, 2} Кубанский государственный университет, Краснодар, Россия

* Корреспондирующий автор (lika.tsatsa[at]gmail.com)

Аннотация

На основе литературных источников проведен обзор проводных технологий ШПД на участке последней мили, определены основные критерии, влияющие на развертывание сети доступа. С учетом разных типов застройки выбранного объекта при модернизации сетевой инфраструктуры определены технологии доступа, ориентированные на увеличение полосы пропускания линии связи для повышения качества услуг и введения новых сервисов. С учетом различных вариантов усовершенствования сети разработан алгоритм действий, который позволяет оптимизировать процесс выбора варианта модернизации местной сети связи.

Ключевые слова: широкополосный абонентский доступ, проводной доступ, xDSL, HFC, PLC, FTTx, модернизация сети связи, критерии выбора, тип застройки, алгоритм действий при модернизации. 

OPTIMIZATION OF MODERNIZATION OPTION SELECTION IN LOCAL COMMUNICATION NETWORK

Research article

Belov Yu.N.¹, Tsatskina A.Yu.^2, *

^{1, 2} Kuban State University, Krasnodar, Russia

* Corresponding author (lika.tsatsa[at]gmail.com)

Abstract

Based on the information from literature, the authors made a review of wired broadband access technologies in the last mile section. The main criteria affecting the deployment of the access network are determined in the paper. Taking into account different types of development of the selected object during the modernization of the network infrastructure, the authors identified access technologies that are aimed at increasing the communication bandwidth to improve the quality of services and introduce new services. Taking into account various options for improving the network, they have developed an algorithm, which allows optimizing the process of choosing the option of upgrading a local communication network.

Keywords: broadband subscriber access, wired access, xDSL, HFC, PLC, FTTx, communication network modernization, selection criteria, type of development, the algorithm of actions during modernization. 

Введение

Широкополосный доступ (ШПД) в настоящее время имеет огромное значение во всех сферах деятельности человека. Объем информации и ее различные варианты предоставления постоянно увеличиваются, в связи с чем телекоммуникациям требуется также стремительно развиваться. С ростом спроса на пропускную способность канала для передачи данных вопрос последней мили остается актуальным на сегодня. Разнообразие технологий ШПД предоставляют достаточно широкий выбор провайдерам и конечными пользователям, который основывается в равной степени на технических факторах и стоимости услуг, оборудования и дополнительных затрат на реализацию и обслуживание местной сети.

Двумя основными вариантами предоставления доступа к сети Интернет являются проводные и беспроводные сети связи [1]. Первые в себя включают семейство технологий xDSL, HFC, PLC, семейство технологий FTTx. Ко вторым относятся доступ посредством фиксированной радиосвязи, спутниковой и мобильной (сотовой) связи.

Обзор технологий проводного ШПД

xDSL (Digital Subscriber Line) [2] – семейство технологий, предоставляющие услуги по уже существующим телефонным линиям за счет расширения полосы пропускания абонентской сети общего пользования. Таким образом, абонент может получать одновременно несколько услуг, которые не оказывают влияния друг на друга. Множество вариантов подключения дают право выбора наиболее оптимального решения при реализации одной из технологий xDSL, исходя из состояния существующей линии, ее протяженности (наиболее весомые факторы, оказывающие влияние на скорость доступа к сети Интернет).

Наибольшую популярность приобретала технология ADSL и ее вариации, основополагающими преимуществами которой являются: использование существующих низкочастотных линий связи и ассиметричный доступ при передаче данных от сети к абоненту и наоборот. Скорость доступа по технологии ADSL может достигать 8-12 Мбит/с при протяженности телефонных линий до 5-6 км. Предельная скорость технологии ADSL2+ составляет 24 Мбит/с, но при этом длина абонентской линии сокращается до 3 км [3].

HFC (Hybrid Fiber Coax)– гибридные оптико-коаксиальные сети, обмен данными по коаксиальному кабелю осуществляется по стандарту Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS). Основной особенностью таких сетей является предоставление ШПД по уже имеющимся сетям кабельного телевидения. По новому стандарту DOCSIS 3.1 FD (Full Duplex) скорость обмена данными может достигать 10 Гбит/с в прямом и обратном канале [4]. При этом стандарт DOCSIS 3.1, обеспечивающий скорость до 10 Гбит/с и 2Гбит/с, на данный момент не получил широкого применения ввиду высокой стоимости решения.

PLC (Power Line Communication) – телекоммуникационная технология, основанная на использовании электрической сети в качестве физической среды для передачи данных [5]. Сам термин PLC является обобщающим и включает в себя различные варианты обмена информацией по силовой электросети. Данная технология применяется в энергетике и служит для сбора данных, однако широко распространения не получила из-за имеющих сложностей реализации, обусловленных электромагнитными полями высоковольтных линий передач, большими затуханиями высокочастотного сигнала за счет имеющихся на электрических сетях понижающих и повышающих трансформаторов. Значительная зависимость параметров сети передачи данных от электрической нагрузки потребителей энергии делает невозможным использование этой технологии для организации ШПД.

FTTx (Fiber To The X) [2] – технология, описывающая общий подход для сети ШПД, при котором волоконно-оптический кабель от узла связи доходит до установленного специального шкафа, а далее кабелем в медножильном варианте подключают пользователей телекоммуникационных услуг. Также возможно использования способа прокладки линии связи, где оптический кабель прокладывается до абонентского устройства, оптического модема. Данная аббревиатура подразумевает под собой целый ряд оптико-волоконных технологий, предоставляющих такие, как доступ в сеть Интернет, цифровое телевидение, телефонную связь.

Основными технологиями данного семейства являются:

- FTTN – Fiber to the Node (доведение волокна до сетевого узла);

- FTTC – Fiber To The Curb (доведение волокна до кабельного шкафа);

- FTTB – fiber to the building (доведение волокна до здания);

- FTTH – fiber to the home (доведение волокна до квартиры).

На практике наиболее часто используются FTTB и FTTH.

Использование технологии FTTB предполагает прокладку оптического кабеля до дома. Оптическое волокно заводит на технический этаж многоэтажного дома, затем подключается к коммутатору. Далее от коммутатора следует витая пара типа UTP CAT5e, которая заводится непосредственно в квартиру пользователя. Данная архитектура является наиболее распространенной и преобладает в строящихся многоэтажных домах у крупных операторов связи.

Технология FTTH является полностью оптической линией передачи данных и подразумевает проведение волоконно-оптического кабеля в частный дом или квартиру пользователя. На данный момент различают два типа подключения: xPON (Passive optical network) [6] и P2P (Point-to-Point, возможны вариации названий AON-active optical network, POP - point of presence, Ethernet FTTH).

Технология xPON предлагает оптимизацию использования оптического волокна путем применения дополнительных оптических разветвителей (сплиттеров) с коэффициентами деления от 1:2 до 1:128 (256) [7], [8]. Технология P2P предусматривает подключение каждого абонентского узла по выделенному волокну.

Определение основных критериев выбора технологии ШПД и порядка действий при модернизации

При модернизации сети доступа необходимо провести изыскания и сбор исходных данных, которые обеспечат наличие информации для проектных работ, а данные из центра мониторинга определят спектр наиболее востребованных услуг. После изучения исходных данных требуется оценить спрос на услуги, что позволит определить и оценить требуемое расширения сети ШПД.

Данные о типе застройки и сетевой инфраструктуре, анализ спроса в выбранном районе позволит принять техническое решение по модернизации сети, на основе которого разрабатывается схема организации связи (СОС). Весь объем материалов изысканий даст возможность разработать документацию по проектированию, в которой будут отражены и экономические аспекты [9]. Расчет объема работ, материалов, оборудования связи позволяют определить затраты на развертывание сети. Помимо этого, немаловажным фактором остается техническая эксплуатация и возможные затраты на ее реализацию (при вводе ранее не использующихся технологий и нового оборудования потребуется наличие соответствующих специалистов, что в свою очередь ведет к замене кадров или расширению штата работников, также возможно переобучению в соответствии с новым профилем рабочей деятельности).

Исходя из вышеизложенного, можно определить основные критерии для выбора организации широкополосного доступа при модернизации сети:

• тип застройки выбранного района;
• существующая телекоммуникационная структура;
• спрос на предоставляемые услуги;
• затраты и время на развертывания сети;
• расходы на техническую эксплуатацию.

При выборе определенного района требуется ознакомиться с тем какой тип застройки преобладает: частный сектор, малоэтажная застройка, высотные здания и тип их строения. Если рассматривать высотные здания и малоэтажную застройку, то следует обратить внимание на год сдачи объекта в эксплуатацию и наличие в нем кабельного ввода. Как правило, в современных строения он уже предусмотрен, что облегчается прокладку кабельной инфраструктуры. Если такого ввода нет, необходимо дополнительно рассматривать способ прокладки кабеля с практической и экономической стороны. Для частного сектора предоставить услуги будет затруднительно, т.к. это потребует дополнительных затрат на развертывание сети доступа, которые могут превышать стоимость в многоэтажных домах.

В зависимости от типа строений, следует определиться с технологией доступа: проводной или беспроводной.

Для многоэтажных строений (от 5 этажей) преимущественно применяется проводная технология FTTB, при которой оптическое волокно доводиться до здания и подключается к коммутатору доступа. От оборудования провайдера заводится витая пара в квартиру пользователя, где подключается к оборудованию раздачи предоставляемых услуг, с необходимыми функциями. Данное решение зачастую просто в реализации и экономически выгодно для провайдера с учетом количества абонентов, которым можно предоставить ряд услуг. Основным ограничением применения технологии FTTB является длина абонентской линии от коммутатора доступа до оборудования пользователя, которая не должна превышать 100 метров.

Применение FTTB для малоэтажной застройки нецелесообразно за счет того, что оборудование провайдера используется неэффективно.

В данной ситуации возможно внедрение FTTC, где волоконно-оптический кабель доводиться до уличного телекоммуникационного шкафа, к котором используется активное оборудование провайдера, а на участке последней мили используется существующие медножильные кабели связи, где возможно использование VDSL2 с векторизацией [10], [11].

Для частного сектора выбор проводных технологий крайне ограничен. Это связано с тем, что компаниям-провайдера в большинстве случаев это экономически не выгодно. Возможно использование таких же решений, как для малоэтажной застройки в случае густонаселенного частного сектора. На данный момент активно внедряется технология FTTH, как пассивная, так и активная с выделенной линией до домовладения [12]. Данное техническое решение позволяет обеспечить высокоскоростной доступ на скорости до 1 Гбит/с.

После определения типа застройки стоит обратить внимание на уже имеющиеся сети доступа, поскольку это может уменьшить затраты на развертывание сети на участке последней мили. При имеющихся сетях доступа следует предусмотреть выполнения работ, нацеленных на проверку состояния линий связи и улучшения пропускной способности. Также следует учитывать протяженность линии и возможность модернизации местной сети связи с установкой ТУД-УИ (телекоммуникационный узел доступа уличного исполнения) в более удобном местоположении для повышения качества услуг, который будет являться мультисервисным узлом доступа, сочетая в себе разные технологии доступа.

Спрос на предоставляемые услуги, время и затраты на развертывания сети, расходы на техническую эксплуатацию определяют целесообразность всего проекта.

Для оптимизации выбора варианта модернизации сети связи на территории объекта проектирования разработан алгоритм действий, приведенный на рисунке 1, который позволит структурировать и ускорить процесс

Рис. 1 – Алгоритм проведения работ при модернизации местной сети связи

 

Заключение

В результате проведенного обзора проводного ШПД, определены критерии влияющие на выбор технологии доступа. Рассмотрены различные варианты телекоммуникационной инфраструктуры в зависимости от типов застройки выбранного объекта:

- для многоэтажных зданий – технология FTTB;

-для малоэтажной застройки – гибридный доступ, основанный на сочетаний FTTN/FTTC и VDSL2 с векторизацией, G.fast;

- для частного сектора – технология FTTH с архитектурами xPON и P2P.

Также разработан алгоритм, позволяющий ускорить процесс выбора варианта модернизации местной сети связи. Данный материал может быть использован проектными организациями при выборе вариантов построения сетей широкополосного абонентского доступа. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Александров А. В. Технологии широкополосного доступа / А. В. Александров // Вестник связи. - 2007. - N - С. 66-69.
2. Белов Ю. Н. Рекомендации по внедрению технологий широкополосного доступа на абонентских линиях местной связи: [Методическое пособие]/ Ю. Н. Белов, Н.В. Семенова. – Краснодар, 2014. – 70с.
3. Бакланов И.Г. Технологии ADSL/ADSL2+: теория и практика применения / И.Г. Бакланов - М. : Метротек, 2007 — 384 с.
4. Full Duplex DOCSIS® 3.1 The result of applying emerging techniques from wireless networks to achieve a breakthrough increase in DOCSIS upstream speeds. [Electronic resource] //. CableLabs. - October 26, 2017 // (Eng.). – URL: https://www.cablelabs.com/full-duplex-docsis/ (accessed: 30.03.2019)
5. Охрименко В. PLC-технологии. Часть 1 / В. Охрименко // Электронные компоненты. – 2009. – № 10. – С.58-62
6. Попов С. FTTH для небольших операторов / С. Попов // Первая миля. – 2018. - № 1. – С.54-60
7. Коридзе А. Н. Эволюция пассивных оптических сетей / А. Н. Коридзе, В. П. Шувалов, А. С. Яковлев // Современные проблемы телекоммуникаций: материалы конференции. Российская научно-техническая конференция. - Новосибирск, 2018. - С.39–42.
8. Recommendation ITU-T G.9807.1. 10-Gigabit-capable symmetric passive optical network (XGS-PON).-.06.2016. - Printed in Switzerland, Geneva, 2016.-276 p.
9. Технико-экономические показатели широкополосных сетей доступа. Часть 2[Методическое пособие] / В.А. Бурдин, А.В. Бурдин, А.А. Воронков, Н.С. Лиманский, Б.В. Попов – Самара: ИУНЛ ПГУТИ, 2014 – 104 с.
10. Андреев Р.В. Исследование электрических характеристик передачи рабочего и взаимного влияния симметричных кабелей связи широкополосного доступа: Методическая разработка к лабораторной работе № 8/ Р.В. Андреев, Б.В Попов, В.Б. Попов - Самара: ИУНЛ ПГУТИ, 2016 - 25 с.
11. Расселл К. Vplus повышает эффективность векторизации VDSL 2 / К.Расселл, П.Спрайт, С.Ванхастел // Первая миля. – 2016. - № 3. – С.64-67
12. Технико-экономические показатели широкополосных сетей доступа. Часть 1 [Методическое пособие] / В.А. Бурдин, А.В. Бурдин, А.А. Воронков, Н.С. Лиманский, Б.В. Попов – Самара: ИУНЛ ПГУТИ, 2014 – 86 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Aleksandrov A.V. Tehnologii shirokopolosnogo dostupa [Technologies of broadband access]/ A. V. Aleksandrov // Vestnik svjazi [Messenger of communication]. - 2007. - N 4. - P. 66-69. [in Russian]
2. Belov Ju. N. Rekomendacii po vnedreniju tehnologij shirokopolosnogo dostupa na abonentskih linijah mestnoj svjazi: [Metodicheskoe posobie] [Recommendations about implementation of technologies of broadband access on subscriber lines of local communication: [A methodical grant]]/ Ju. N. Belov, N.V. Semenova. – Krasnodar, 2014. – 70 p. [in Russian]
3. Baklanov I.G. Tehnologii ADSL/ADSL2+: teorija i praktika primenenija [ADSL/ADSL2 technologies: the theory and practice of application] / I.G. Baklanov - M. : Metrotek, 2007 — 384 p. [in Russian]
4. Full Duplex DOCSIS® 3.1 The result of applying emerging techniques from wireless networks to achieve a breakthrough increase in DOCSIS upstream speeds. [Electronic resource] //. CableLabs. - October 26, 2017 // (Eng.). – URL: https://www.cablelabs.com/full-duplex-docsis/ (accessed: 30.03.2019)
5. Ohrimenko V. PLC-tehnologii. Chast' 1 [of PLC technology. Part 1]/ V. Ohrimenko // Jelektronnye komponenty [Electronic components]. – 2009. – № 10. – P.58-62. [in Russian]
6. Popov S. FTTH dlja nebol'shih operatorov [FTTH for small operators]/ S. Popov// Poslednjaja milja. [Last mile]– 2018. - № 1. – P.54-60. [in Russian]
7. Koridze A.N. Jevoljucija passivnyh opticheskih setej [Evolution of passive optical networks] / A.N. Koridze, V.P. Shuvalov, A.S. Jakovlev // Sovremennye problemy telekommunikacij: materialy konferencii. Rossijskaja nauchno-tehnicheskaja konferencija [Modern problems of telecommunications: conference materials. Russian scientific and technical conference]. - Novosibirsk, 2018. - P. 39–42. [in Russian]
8. Recommendation ITU-T G.9807.1. 10-Gigabit-capable symmetric passive optical network (XGS-PON).-.06.2016. - Printed in Switzerland, Geneva, 2016.-276 p.
9. Tehniko-jekonomicheskie pokazateli shirokopolosnyh setej dostupa. Chast' 2[Metodicheskoe posobie] [Technical and economic indicators of broadband networks of access. Part 2 [A methodical grant]] / V.A. Burdin, A.V. Burdin, A.A. Voronkov, N.S. Limanskij, B.V. Popov – Samara: IUNL PGUTI, 2014 – 104 p. [in Russian]
10. Andreev R.V. Issledovanie jelektricheskih harakteristik peredachi rabochego i vzaimnogo vlijanija simmetrichnyh kabelej svjazi shirokopolosnogo dostupa: Metodicheskaja razrabotka k laboratornoj rabote № 8 [Research of electric characteristics of transfer of working and mutual influence of symmetric cables of communication of broadband access: Methodical development to laboratory work № 8] / R.V. Andreev, B.V Popov, V.B. Popov - Samara: IUNL PGUTI, 2016 – 25 p. [in Russian]
11. Rassell K. Vplus povyshaet jeffektivnost' vektorizacii VDSL 2 [Of Vplus increases efficiency of vectorization of VDSL 2] / K. Rassell, P. Sprajt, S. Vanhastel // Poslednjaja milja [Last mile]. – 2016. - № 3. – P.64-67. [in Russian]
12. Tehniko-jekonomicheskie pokazateli shirokopolosnyh setej dostupa. Chast' 1 [Metodicheskoe posobie] [Technical and economic indicators of broadband networks of access. Part 1 [A methodical grant]]/ V.A. Burdin, A.V. Burdin, A.A. Voronkov, N.S. Limanskij, B.V. Popov – Samara: IUNL PGUTI, 2014 – 86 p. [in Russian]