CZERWIEC 2001

TELEKOMUNIKACJA Nowoczesne sieci dostępowe (Cz.1)

Siłą napędową rozwoju sieci telekomunikacyjnych jest dziś potrzeba oferowania szerszego pasma. Również nowe rozwiązania dostępowe korzystają coraz częściej z mediów szerokopasmowych, a sieć abonencka staje się wyraŸnie wyodrębnioną częścią systemów publicznych. Decydując się na kolejne modernizacje sieci dostępowej, stanowiącej najbardziej kapitałochłonny segment administrowanego systemu, operator musi uwzględniać wysoce nieprzewidywalny charakter tendencji rynkowych, niosący za sobą relatywnie duże ryzyko finansowe. W efekcie znaczące decyzje strategiczne podejmowane są w obliczu wzajemnie przeciwstawnych czynników, w tym pożądanej w danym miejscu sieci oferty usługowej, dostępnych technologii (zwłaszcza w odniesieniu do posiadanych środków) oraz samej metodologii ewoluowania w stronę perspektywicznej platformy szerokopasmowej. Model odniesienia sieci dostępowych Z historycznego punktu widzenia pierwszym krokiem w kierunku wyodrębnienia sieci dostępowych było wprowadzenie do eksploatacji multiplekserów i systemów zwielokrotnienia łączy abonenckich. Natomiast punktem zwrotnym, zapowiadającym odejście od prostych schematów realizacyjnych w stronę bardziej złożonych rozwiązań, stało się wprowadzenie do sieci dostępu techniki radiowej (umożliwiającej szybką instalację) i światłowodowej (otwierającej dostęp do poszerzonego pasma). Architektura sieci dostępowej DPL W chwili pojawienia się zapotrzebowania na nowe aplikacje usługowe albo znaczącego wzrostu liczby dołączonych abonentów powstaje konieczność dokonania rozbudowy. Jeśli proste powiększanie liczby łączy, szczególnie w sieci magistralnej bądŸ rozdzielczej jest utrudnione albo wręcz niemożliwe, operator musi się zdecydować bądŸ na zastosowanie nowych technologii transmisyjnych, bądŸ na rezygnację z wykorzystywania dotychczasowych zasobów i przystąpienie do budowy nowego systemu. Ewolucyjne unowocześnianie sieci dostępowej jest możliwe dzięki wykorzystaniu elementów systemowych nowszych generacji. Ich zestawienie obejmuje kolejno: koncentratory centralowe oraz tzw. reduktory łączy abonenckich; urządzenia zwielokrotniające typu PCM-2, PCM-4, PCM-8 i PCM-10; multipleksery. Koncentratory łączy oraz multipleksery składają się zazwyczaj z części wyniesionej i centralowej, a ich nowsze rozwiązania pozwalają na korzystanie z technik kompresji danych. Część centralowa komunikuje się z węzłem macierzystym za pomocą cyfrowego styku V5.x, a wymiana typowych strumieni 2 Mb/s odbywa się najczęściej za pomocą systemów teletransmisyjnych: PCM 30 (styk G.703); xDSL; światłowodów (dwu- albo jednowłóknowych). Wszystkie wymienione rozwiązania zapewniają dostęp do sieci ISDN, dodatkowo systemy xDSL i optyczne mogą transferować dane o przepływności większej niż 2 Mb/s, co oznacza możliwość migracji systemu w kierunku technik szerokopasmowych. Techniki realizacji pętli abonenckich Abonenckie sieci dostępowe, ze względu na rozproszenie abonentów i wynikającą stąd konieczność rozdziału mediów transmisyjnych, stanowią najdroższy element systemów telekomunikacyjnych. Szacuje się, że jedynie około 30 proc. kosztów kompleksowej inwestycji przypada na infrastrukturę komutacyjną i transportową, pozostałe zaś 70 proc. nakładów stanowi koszt budowy systemów abonenckich (co uzasadnia potoczne określenie mianem "złotej" ostatniej mili, pokonywanej przez łącza). Obecnie eksploatowane sieci dostępowe funkcjonują głównie na podstawie klasycznych łączy przewodowych, stanowiących coraz częściej płaszczyznę bazową implementacji technik xDSL. Pojawiają się również rozwiązania bazujące na łączach światłowodowych (FITL), a także implementacje hybrydowe (HFC), które wykorzystują zarówno kable koncentryczne, jak i optyczne. Rok 1997 zapisał się narodzinami nowej technologii, znanej obecnie jako "cyfrowa linia energetyczna" (Digital Power Line - DPL). Technika ta eliminuje (przynajmniej w teorii) tradycyjną infrastrukturę kablową, zastępując ją istniejącą siecią rozdzielczą niskiego napięcia. Dostęp poprzez sieci energetyczne Wykorzystanie sieci energetycznej jako medium transmisyjnego zapoczątkowano w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy zainicjowano wymianę danych systemów zdalnego zarządzania mocą za pośrednictwem linii wysokiego napięcia. W ostatnim dziesięcioleciu pojawiły się bardziej zaawansowane rozwiązania, znane pod nazwą PLT (Power Line Telecommunications), korzystające z techniki wielodostępu z podziałem kodowym (CDMA). Zaproponowana w 1997 roku technika dostępowa DPL różni się od systemów PLT zakresem wykorzystywanego pasma i udostępnianych prędkości transmisyjnych, a także sposobem dołączania urządzeń do sieci energetycznej. Interfejsem między systemem transmisyjnym a siecią energetyczną jest sprzęgacz liniowy, który realizuje separację sygnałów informacyjnych i przebiegów energetycznych, dopasowanie impedancyjne oraz tłumienie zakłóceń, wytwarzanych przez lokalne odbiorniki energii. Kolejnym elementem systemu DPL jest moduł komunikacyjny, instalowany u odbiorców energii elektrycznej, którzy korzystają z usług teleinformatycznych. Moduł ten ma styk w postaci uniwersalnego złącza szeregowego USB lub interfejsu Ethernet, który umożliwia dołączanie komputerów. Elementem wyższego szczebla hierarchii jest stacja bazowa systemu DPL, instalowana w pobliżu transformatora rozdzielczego. W jej skład wchodzą zespoły liniowe, umożliwiające wprowadzanie sygnałów użytkowych do przewodów fazowych i w efekcie podział energetycznej sieci rozdzielczej na trzy odseparowane od siebie domeny komunikacyjne. Funkcje centrali systemu DPL pełni stacja główna, która za pośrednictwem klasycznej infrastruktury telekomunikacyjnej otrzymuje sygnały od współpracujących z nią stacji bazowych. Stacja funkcjonuje jako typowy koncentrator ruchu, kierowanego następnie poprzez sieć SDH lub ATM do centrów usługowych, Internetu albo klasycznej sieci z komutacją kanałów. Relatywnie niskie koszty instalacji systemów DPL (porównywalne z nakładami na dostęp radiowy) oraz krótki czas uruchamiania instalacji powodują, że rozwiązanie to jest szczególnie atrakcyjne na obszarach wiejskich o zwartej zabudowie oraz na nowych osiedlach mieszkaniowych. Perspektywiczne architektury szerokopasmowych sieci dostępowych Techniki radiowe Realizacja dostępowych systemów abonenckich przy wykorzystaniu techniki radiowej wymaga dysponowania odpowiednim pasmem, które stanowi zasób reglamentowany. Dlatego też światowe organizacje normalizacyjne - ETSI, CEPT (ERC) oraz ITU-R - ściśle określają niezbędne wymagania dotyczące w szczególności: zakresów częstotliwości; technik kodowania sygnałów mowy; interfejsów, zwłaszcza pomiędzy segmentem sieci stacjonarnej oraz radiowej. Zastosowanie techniki radiowej między punktem dystrybucyjnym a użytkownikami przyspiesza i upraszcza instalację systemu, zapewniając tym samym skrócenie czasu oczekiwania abonentów na dołączenie do sieci (co jest szczególnie istotnym elementem działań konkurencyjnych). Technika ta może być efektywna również w sieciach miejskich, ponieważ eliminuje potrzebę tworzenia okablowania. Wykorzystanie łączy komunikacyjnych, zrealizowanych techniką radiową, jest celowe na krótkich dystansach, zwłaszcza przy dużych prędkościach transmisji (abonenci komercyjni dołączani w trybie punkt-punkt). Zaletą jest eliminacja kosztów i opóŸnień związanych z instalowaniem wyniesionych multiplekserów, jak również minimalizacja nakładów na utrzymanie infrastruktury. Typowo system pełnego łącza radiowego składa się z pojedynczego radiowego zakończenia liniowego (ulokowanego przy centrali) i kilku radiowych jednostek sieciowych, ulokowanych w promieniu około 15 km. Ekonomiczne aspekty rozwojowe W wielu przypadkach projekty sieci dostępowych realizowane są jedynie na podstawie doświadczeń wypracowanych na przestrzeni minionych dziesiątków lat praktyki zawodowej. Takiemu stosunkowi sprzyja zwłaszcza pobieżne i ogólnikowe przygotowanie warunków technicznych przez inwestora oraz oparte na rutynie funkcjonowanie projektanta. Tymczasem znacznej większości działań projektowych nie daje się już prowadzić intuicyjnie i dlatego zainteresowane środowiska wykorzystują do formułowania optymalnych strategii rozwojowych specjalizowane techniki, oparte na podstawach naukowych. W Unii Europejskiej działania badawcze tego typu prowadzi Instytut Telekomunikacyjnych Badań i Studiów Strategicznych (European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunications - EURESCOM), którego raporty stanowią cenny materiał Ÿródłowy dla kadry kierowniczej, planistów, konstruktorów oraz konsultantów, zaangażowanych w kształtowanie nowego oblicza sieci telekomunikacyjnych. Z praktyki wynika, że zespół projektowy rzadko pracuje nad problemem kreacji sieci miejscowej w sytuacji tzw. zielonej łączki (greenfield), co stanowi scenariusz komfortowy, przynajmniej ze względu na brak istotnych ograniczeń. Znacznie częściej natomiast występuje potrzeba projektowania nowych segmentów istniejącej sieci, której kolejne sekcje kabli magistralnych i rozdzielczych są rozgałęziane zależnie od rozległości pokrywanego obszaru oraz rozmieszczenia abonentów. Użytkownicy, korzystający z usług innych niż podstawowa, muszą stosować w tym przypadku urządzenia adaptujące sygnały cyfrowe do możliwości transmisyjnych pętli abonenckiej (modemy, jednostki xDSL itp.). Tymczasem generalnym kierunkiem rozwoju sieci dostępowych jest dążenie do minimalizacji długości odcinków przewodowych na rzecz wydłużania magistralnych kabli światłowodowych, czyli wzrost stopnia penetracji sieci przez techniki optyczne. Scenariusze rozwoju sieci dostępowych perspektywicznych architektur, osiągalne z poziomu klasycznych sieci dostępowych. Schemat uwzględnia zarówno podstawowe typy sieci, jak i możliwe do zaoferowania usługi. Liniami ciągłymi zaznaczono działania polegające na wymianie infrastruktury, podczas gdy modyfikacje, realizowane bez ingerencji sprzętowych, zaznaczono liniami przerywanymi. W tej sytuacji najważniejszym elementem wyznaczającym optymalny kierunek ewolucji jest wybór docelowej architektury, uwarunkowanej nie tylko dostępnością poszczególnych technologii, ale i zamierzonym rodzajem działalności, tj. orientacją na określone rodzaje aplikacji usługowych dostarczanych użytkownikom. Wszystkie zaprezentowane rozwiązania wyglądają na pierwszy rzut oka jednakowo zachęcająco, analizy zaś prowadzone jedynie na gruncie technicznym nie są w stanie istotnie zróżnicować celowości ich stosowania. Istotnym efektem analizy omawianego schematu może być natomiast systematyka procesów ewolucyjnych, umożliwiająca wyznaczenie ścieżek technologicznych, prowadzących od istniejących rozwiązań do aplikacji, które w dalszej perspektywie stanowić będą bazę systemów dostępowych. Ponieważ liczba możliwych przejść do struktur docelowych jest relatywnie duża, wskazanie najbardziej perspektywicznych scenariuszy rozwojowych musi być poprzedzone szczegółowymi studiami, uwzględniającymi jako dane wejściowe następujące informacje: aktualny stan infrastruktury oraz charakter rozważanego obszaru; pożądane technologie realizacji; wymagane efekty ekonomiczne. Ponadto należy uwzględnić podstawową prawidłowość stałych przyrostów zapotrzebowania na pasmo w relacjach pomiędzy terminalem abonenckim i serwerami usługowymi. Efekt ten prowadzi do wyróżnienia dwóch podstawowych warstw perspektywicznych systemów telekomunikacyjnych: płaszczyzny szerokopasmowej sieci transportowej oraz płaszczyzny szerokopasmowej sieci dostępowej. Sieci transportowe wykorzystują szybkie łącza światłowodowe niezbędne z uwagi na powszechne stosowanie w tym obszarze technik SDH oraz ATM, natomiast szerokopasmowa sieć dostępowa dostarcza sygnały multimedialne do terminali użytkowników. Obecnie nie istnieje jednolity model odniesienia szerokopasmowych systemów abonenckich, ponieważ: nie ma zgody środowisk opiniotwórczych co do ostatecznego wyboru najbardziej perspektywicznych technik transmisyjnych; istnieje wiele organizacji normalizacyjnych, które jednak często wyrażają interesy podmiotów finansujących ich działalność. Podczas gdy ITU, ETSI i ATM Forum dopracowały się już znacznego zbliżenia stanowisk, wyrażająca interesy koncernów medialnych organizacja DAVIC (Digital Audio-Visual Council) wciąż lansuje poglądy charakterystyczne dla reprezentowanych środowisk. Jednakże mimo istotnych rozbieżności, wszystkie zainteresowane kręgi uważają zgodnie, że perspektywiczny transfer sygnałów multimedialnych umożliwią trzy podstawowe rodzaje kablowych sieci dostępowych: opartych na technologii xDSL (Digital Subscriber Line); wykorzystujących zróżnicowane schematy FITL (Fiber In The Loop); telewizyjnych HFC (Hybrid Fiber Coax). Wymienione rozwiązania będą przedstawione w kolejnej części artykułu. Marek Bromirski

LIPIEC/SIERPIEŃ 2001

TELEKOMUNIKACJA Nowoczesne sieci dostępowe (cz. 2.) Ewolucja aplikacji usługowych

Telekomunikacyjne usługi multimedialne i szerokopasmowe sieci dostępowe stanowią dwie najbardziej popularne i wzajemnie się przenikające domeny współczesnej telekomunikacji. Potrzeba wykorzystania kompleksowych aplikacji tego typu występuje zarówno w systemach komercyjnych, naukowych, medycznych oraz edukacyjnych, jak i sieciach tworzonych na potrzeby służb publicznych, administracji państwowej itp. Wszędzie tam coraz bardziej popularne stają się szerokopasmowe sieci dostępowe, które łączą terminale z serwerami usług multimedialnych, gwarantując niezbędne przepustowości kanałów transmisyjnych. Rozwój sieci dostępu i aplikacji usługowych rządzi się regułą dodatniego sprzężenia zwrotnego: nieskrępowany rozwój usług multimedialnych stanie się możliwy dzięki gruntownym zmianom w sposobie funkcjonowania systemów miejscowych, te zaś, ewoluując w sposób konwergentny, wspomagać będą rozwój aplikacji szerokopasmowych. Pojęcia w rodzaju wirtualnych bibliotek, zdalnej edukacji, telezakupów i wideotelefonii zadomowiły się już w potocznym języku, choć w większości wypadków pojmowane są intuicyjnie. Wychodząc naprzeciw zapotrzebowaniu operatorów i użytkowników, powołana przez ITU Komisja Studialna SG16 (Multimedia Services & Systems), sklasyfikowała wszystkie omawiane aplikacje w pięć standardowych kategorii, które obejmują: wideotelefonię, wideotekst, wideokonferencje, telekonferencje audiograficzne oraz interaktywne prezentacje audiowizualne. Ścisłe sformalizowanie trybu świadczenia usług multimedialnych oznacza, że rynek aplikacji szerokopasmowych wkracza w nową fazę rozwojową, której najbardziej istotnymi wyznacznikami stają się potrzeba gwarantowania parametrów jakościowych przekazu oraz wzrost zapotrzebowania na pasmo transmisyjne. Cyfrowa sekcja dostępowa HDSL Szerokopasmowe techniki systemów abonenckich Łącza HDSL Technika HDSL (High data rate Digital Subscriber Line) jest historycznie pierwszą odpowiedzią na potrzebę istotnego powiększenia szybkości transmisji podczas realizacji usług ISDN. Cyfrowa sekcja HDSL stanowi zespół bloków funkcjonalnych, które zapewniają przesyłanie danych z prędkością 2320, 1168 lub 784 kb/s. Ponieważ zasadnicza część systemu jest całkowicie niezależna od realizowanej aplikacji usługowej, możliwe jest funkcjonowanie łączy cyfrowych, wykorzystujących tylko część składników sprzętowych do potencjalnego zainstalowania. Schemat sekcji dostępu cyfrowego HDSL przedstawiono na rysunku poniżej. Urządzenia zgrupowane w punkcie centralowym stanowią jednostkę zakończenia liniowego (Line Termination Unit - LTU), która jest nadrzędna w stosunku do elementów stanowiących zakończenie sieciowe (Network Termination Unit - NTU), instalowane po stronie abonenckiej. Kluczowym elementem systemu HD-SL są adaptacyjne układy eliminacji echa. Ich stale doskonalone wersje stosowane są z powodzeniem w elementach realizujących bardziej złożone wersje schematu xDSL. Z założenia technika HDSL była przeznaczona głównie do realizacji usług z wykorzystaniem dwukierunkowej transmisji o dużej przepływności, obecnie jest wypierana przez unowocześnione wersje, korzystające z pojedynczej linii łącznikowej (SHDSL). Często pomijaną zaletą klasycznej techniki HDSL jest fakt, że za cenę zajęcia trzech łączy gwarantuje znacznie większą niezawodność niż pozostałe schematy xDSL. Technika ADSL Technika ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) powstała z myślą o użytkownikach realizujących klasyczny dostęp do usług multimedialnych (szybki Internet, wideo na życzenie itp.). W efekcie zastosowania transmisji asymetrycznej (duże pasmo w stronę użytkownika i niskie w kierunku przeciwnym) podstawowy zakres zastosowań obejmuje obsługę tzw. abonentów mieszkaniowych, choć nie wyklucza również typowo komercyjnych. Najnowsza wersja zaleceń dotyczących ADSL przewiduje funkcjonalne rozdzielenie modemu i rozgałęźnika, co związane jest z wprowadzeniem standardu G.lite. Uogólniony schemat blokowy sekcji cyfrowego dostępu ADSL przedstawia rysunek w górnym rogu. Wykaz elementów sieciowych: ATU-C - jednostka transmisyjna ADSL zakończenia sieciowego; ATU-R - jednostka transmisyjna ADSL zakończeń abonenckich; Węzeł dostępowy - punkt koncentracji danych wąsko- i szerokopasmowych; POTS-C - interfejs pomiędzy PSTN i rozgałęźnikiem zakończenia sieciowego; POTS-R - interfejs pomiędzy aparatami telefonicznymi i rozgałęźnikiem zakończeń abonenckich; SM - moduł usługowy, realizujący terminalową funkcję adaptacji; T-SM - interfejs pomiędzy ATU-R i siecią dystrybucyjną; T - interfejs pomiędzy siecią dystrybucyjną i modułami usługowymi; U-C - interfejs pomiędzy linią abonencką i rozgałęźnikiem zakończenia sieciowego; U-C2 - interfejs pomiędzy ATU-C i rozgałęźnikiem zakończenia sieciowego; U-R - interfejs pomiędzy linią abonencką i rozgałęźnikiem zakończeń abonenckich; U-R2 - interfejs pomiędzy ATU-R i rozgałęźnikiem zakończeń abonenckich; VA - logiczny interfejs pomiędzy ATU-C i węzłem dostępowym; VC - interfejs pomiędzy węzłem dostępowym i siecią. Model odniesienia systemu ADSL Z uwagi na potrzebę równoległego transmitowania strumieni danych wrażliwych na przekłamania (np. dane komputerowe) oraz cechujących się małą tolerancją opóźnień (przekazy audiowizualne) system ADSL ma wbudowane mechanizmy przeznaczone do kształtowania oraz szczegółowego nadzorowania jakości realizowanych usług. Duże zróżnicowanie wymagań co do szybkości i jakości transmisji oraz typów stosowanych terminali znalazło swoje odzwierciedlenie w skomplikowanej strukturze organizacyjnej systemu. Znaczenie tego faktu maleje jednak w miarę postępów integracji poszczególnych komponentów w pojedynczych układach scalonych. Technika ADSL jest obecnie uznawana za najbardziej perspektywiczny schemat realizacyjny sieci dostępowych, opartych na filozofii xDSL. Architektury systemu VDSL Schemat VDSL Technika transmisyjna VDSL (Very high data rate Digital Subscriber Line) nie ma jeszcze w pełni zdefiniowanych standardów, nad którymi pracują obecnie: ANSI (grupa T1E1.4), ETSI, DAVIC, ATM Forum i ADSL Forum. Organizacje te rozważają możliwość alternatywnej implementacji dwóch architektur: aktywnej oraz pasywnej sieci dystrybucyjnej obszaru użytkownika (PDN). Schematy organizacyjne obydwu wariantów przedstawiono na dolnym rysunku z poprzedniej strony. W architekturze sieci aktywnej każdy terminal jest podłączony do koncentratora, podczas gdy w rozwiązaniu pasywnym wszystkie urządzenia współdzielą medium transmisyjne. Technika VDSL może być stosowana między innymi jako zakończenie łączy światłowodowych na odcinku pomiędzy systemem FTTC a urządzeniem użytkownika lub na przedłużeniu systemu FTTCab. Szybkość transmisji osiągana przez obecne rozwiązania wynosi w praktyce około 10 Mb/s, choć przewiduje się jej znaczne powiększenie (do około 50 Mb/s). VDSL może uzyskać w przyszłości duże znaczenie, bo choć udostępniane pasmo szybko maleje wraz ze wzrostem zasięgu, to średnia długość skrętki będzie maleć w miarę postępującej penetracji sieci przez technikę światłowodową. Model odniesienia sieci FITL Realizacje światłowodowe Schematy funkcjonalne Podstawowym medium transmisyjnym w sieci dostępowej, zrealizowanej techniką FITL (Fiber In The Loop), jest włókno światłowodowe. Model odniesienia systemów FITL przedstawiono na rysunku powyżej. System FITL jest wyposażony w interfejsy użytkowników UNI (User Network Interface) oraz styki węzłów usługowych SNI (Service Node Interface). Ponad warstwą urządzeń i transportu funkcjonuje system zarządzania siecią, oparty na filozofii TMN lub SNMP. Podstawowym kryterium klasyfikacji architektur dostępowych sieci światłowodowych jest usytuowanie sieciowej jednostki optycznej (Optical Network Unit - ONU). Odpowiednio wyróżnia się zatem struktury z włóknem doprowadzonym do: lokalnej centrali (Fibre To The Local exchange - FTTLex), węzła dostępowego (Fibre To The Node - FTTN), krawężnika (Fibre To The Curb - FTTC), szafki rozdzielczej (Fibre To The Cabinet - FTTCab), budynku (Fibre To The Building - FTTB), biura (Fibre To The Office - FTTO) oraz mieszkania (Fibre To The Home - FTTH). W wariantach innych niż FTTO/H ostatni fragment linii łącznikowej tworzy się wykorzystując jedną z technik transmisyjnych cyfrowego łącza abonenckiego (HDSL, SHDSL lub ADSL). Sieć FITL powinna nie tylko umożliwiać realizację usług dostępnych obecnie, ale mieć również zdolność do przenoszenia informacji generowanych przez aplikacje, które zostaną wprowadzone w przyszłości, i to bez potrzeby kosztownych modyfikacji. Przyjmuje się, że okres eksploatacji FITL nie powinien być krótszy niż 20-25 lat. Elementy funkcjonalne Specyfika realizacji dostępowych sieci światłowodowych powoduje, że ich infrastruktura obejmuje wiele elementów składowych o zróżnicowanych charakterystykach funkcjonalnych. Oto typowe komponenty wywierające najsilniejszy wpływ na wynikowe parametry inwestycyjne i eksploatacyjne: Aktywna sieć optyczna - AON Architektura aktywnej sieci optycznej AON (Active Optical Network) stanowi przeniesienie architektury sieci szkieletowej na poziom abonencki. Określenie "aktywna" oznacza przy tym dystrybucję łączy od węzła OLT do węzłów ONU techniką wydzielania i grupowania poszczególnych kanałów. Zależnie od sposobu transmisji (PDH lub SDH) architektura AON może realizować różne topologie - począwszy od konfiguracji punkt-punkt, poprzez gwiazdę, po magistralę albo pierścień. W początkowej fazie wykorzystania sieci AON ich podstawę stanowiły systemy PDH, obecnie zaś stosowane są głównie rozwiązania synchroniczne (SDH). Strukturę sieci AON zbudowanej na bazie systemu SDH przedstawiono na dolnym rysunku z poprzedniej strony. Sieci AON są tworzone na bazie istniejącej sieci SDH, np. miejskiej, lub z wykorzystaniem krotnic ADM wbudowanych do elementów ONU i OLT. Dzięki temu system zachowuje wszystkie zalety hierarchii synchronicznej, tj. dużą przepustowość, niezawodność (możliwość protekcji), elastyczność konfiguracyjną itp. Sieci AON wyróżniają się dużymi zasięgami (kilkadziesiąt kilometrów na przęsło) oraz pojemnościami (kilkaset łączy o przepływności 64 kb/s na jednostkę systemu). Struktura aktywnej sieci optycznej AON-SDH Pasywna sieć optyczna - PON Pasywna sieć optyczna (Passive Optical Network - PON) zapewnia fizyczne połączenie pomiędzy zakończeniem OLT a jedną lub więcej ONU, a jej architektura przypomina pod względem topologii tradycyjną sieć abonencką. Schemat organizacyjny sieci PON przedstawiono na rysunku powyżej. System PON tworzą wszystkie elementy sieci FITL, znajdujące się pomiędzy standardowymi punktami odniesienia S i R, czyli bierne komponenty optyczne (włókna światłowodowe, łączniki, tłumiki, urządzenia rozgałęziające oraz spojenia, ew. złącza, poszczególnych odcinków torów światłowodowych). Medium transmisyjnym jest najczęściej światłowód jednomodowy. W konfiguracji punkt-punkt pojedynczy element ONU jest połączony przez PON z zakończeniem OLT. Struktura ta jest najprostsza, ale zarazem najbardziej kosztowna. Sieć PON nie zawiera w tym przypadku rozgałęźników optycznych, a jednostki ONU są dołączone bezpośrednio do OLT, co stwarza możliwość użycia linii o maksymalnej dopuszczalnej długości, a tym samym zwiększenia zasięgu transmisji optycznej. Topologia punkt-wielopunkt pozwala realizować sieci o strukturze drzewa lub magistrali. W obydwu przypadkach wykorzystuje się rozgałęźniki, które rozdzielają sygnał optyczny transmitowany od zakończenia OLT do jednostki ONU oraz integrują przekazy transferowane w kierunku przeciwnym. Dzielniki te są urządzeniami pasywnymi, których zadaniem jest rozdzielenie sygnału optycznego, docierającego ustaloną liczbą wejść (zazwyczaj tylko jednym), na wymaganą liczbę wyjść (zwykle stanowiącą niewielką potęgę dwójki). Architektura sieci PON Architektury hybrydowe Najczęściej występującym przypadkiem praktycznym jest integracja w pojedynczym systemie dostępowym schematów AON i PON. W szczególności sieci PON umożliwiają dogodne zakończenie systemów AON w niektórych obszarach abonenckich. Sieci dostępowe mogą współpracować z klasycznymi centralami dowolnego poziomu sieci strefowej, a w tym lokalnymi (CL) lub końcowymi (CK). Węzły te muszą mieć grupowe interfejsy łączy lokalnych, pracujące według protokołu V5.1 lub V5.2. Ponieważ centrale lokalne CL są węzłami wykorzystywanymi przejściowo, obszary abonenckie stref numeracyjnych (SN) będą obsługiwane docelowo przez duże węzły CK za pośrednictwem sieci dostępowych, postrzeganych jako alternatywa lokalnych urządzeń komutacyjnych. Zakończenie linii optycznej Zakończenie linii optycznej (Optical Line Termination - OLT) zarządza podporządkowanymi jednostkami ONU oraz stanowi przyłącze systemu FITL do publicznej sieci telekomunikacyjnej. OLT to zazwyczaj element wyniesiony, dołączany do systemów wąskopasmowych za pośrednictwem interfejsów V5.x, natomiast w przypadku sieci szerokopasmowej stosowane są styki: VB5.x, SDH (STM-1 lub STM-4) oraz UNI (technika ATM). Zarządzanie elementem jest realizowane na ogół za pośrednictwem interfejsu Q3 systemu TMN. W tym przypadku wymieniane informacje dotyczą zarówno samego OLT, jak i podległych jednostek ONU oraz segmentów pasywnych sieci optycznych. Jednostka sieci optycznej Jednostka ONU (Optical Network Unit) dokonuje wzajemnej konwersji sygnałów optycznych i elektrycznych, może również realizować przetwarzanie przebiegów akustycznych (cyfryzacja, kompresja, zmiana schematu kodowania itp.). Dane użytkowe przenoszone są po stronie abonenckiej za pomocą łączy klasycznej sieci dostępowej, wykonanych najczęściej ze skrętki lub kabli koncentrycznych. Natomiast połączenie z siecią PON jest realizowane standardowo za pomocą jednego lub dwóch włókien światłowodowych. Łącza optyczne Podstawowym elementem konstrukcyjnym sieci FITL są liniowe kable optotelekomunikacyjne, które prowadzą falę świetlną w rdzeniu wykonanym z materiału optycznego o większym współczynniku załamania niż otaczający płaszcz. Obecnie produkowane włókna cechują minima tłumienności, występujące w roboczych zakresach długości transmitowanych fal optycznych, nazywanych potocznie pierwszym, drugim oraz trzecim oknem optycznym. Tłumienności uzyskiwane obecnie dla fal z zakresu trzeciego okna optycznego wynoszą znacznie poniżej 0,2 dB/km (dla światłowodów jednomodowych). Marek Bromirski

WRZESIEŃ 2001

TELEKOMUNIKACJA Nowoczesne sieci dostępowe (cz. 3.) Sieci hybrydowe - HFC

Sieci telewizji kablowej CATV budowano początkowo jako jednokierunkowe magistrale koncentryczne CB (Coax Bus). Po wprowadzeniu do części magistralnej światłowodów sieci te ewoluowały w kierunku architektury FCB (Fiber-Coax Bus), a potem, dzięki wykorzystaniu modułów pasma zwrotnego - w stronę sieci dostępowej HFC (Hybrid Fiber-Coax). Choć system obsługuje najczęściej relatywnie małe grupy użytkowników, może być efektywny ekonomicznie dzięki wyeliminowaniu drogich oraz zawodnych wzmacniaczy analogowych, stosowanych we wczesnych implementacjach. Znacznie zwiększają się także: jakość, szybkość i zasięg transmisji. Współcześnie eksploatowane sieci HFC są realizowane w topologii gwiazdy, z pasywnym łączem optycznym pomiędzy stacją czołową a węzłem dostępowym, czyli w sposób przedstawiony na rysunku. Podstawowym elementem dostarczającym usługi kanałów komutowanych jest stacja czołowa (Host Digital Terminal - HDT), która wykorzystując styk V5.x (docelowo VB5.x), zapewnia komunikację pomiędzy węzłem sieci publicznej (centralą, koncentratorem, serwerem usług multimedialnych) a systemem dystrybucyjnym. Sygnały z HDT są przekazywane łączami światłowodowymi typu punkt-punkt do węzła FN (Fibre Node), obsługującego do około 500 abonentów, którzy współdzielą pasma kanału rozsiewczego (od 50 do 860 MHz) oraz zwrotnego (od 5 do 40 MHz). Elementem bezpośredniego styku terminali abonenckich z siecią są urządzenia NIU (Network Interface Unit) połączone z węzłami FN za pośrednictwem kabli koncentrycznych. Grupa użytkowników obsługiwanych przez NIU otrzymuje wydzielone przez element sygnały telefoniczne za pośrednictwem typowej skrętki, natomiast sygnały szerokopasmowe są przekazywane z wykorzystaniem kabli koncentrycznych. Analogowe sygnały TV są kierowane przy tym bezpośrednio do odbiornika telewizyjnego, natomiast treści interaktywnych usług multimedialnych docierają do właściwego terminala w sposób sterowany za pośrednictwem skrzynki przyłączeniowej (Set-Top Box - STB). W systemach HFC stosowane jest częstotliwościowe zwielokrotnianie kanałów, które mogą przenosić zarówno analogowe sygnały telewizyjne, jak i przebiegi kodowane cyfrowo (np. w standardzie MPEG-2). Sygnały analogowe są przy tym odbierane bezpośrednio przez konwencjonalne odbiorniki telewizyjne, natomiast kanały cyfrowe wymagają stosowania dekoderów, implementowanych w elementach STB. Do chwili obecnej nie istnieje normalizacja regulująca podział pasma dla sygnałów poszczególnych usług i w efekcie, zależnie od producenta, zakresy te mogą się istotnie różnić. Jedyną wspólną cechą wszystkich rozwiązań HFC jest dostosowanie się do rozmieszczenia kanałów w standardowych odbiornikach telewizyjnych. Architektura sieci HFC Systemy HFC są obecnie postrzegane jako jedna z ważniejszych realizacji systemów abonenckich z pełnym zakresem usług zarówno wąsko-, jak i szerokopasmowych, lecz ich znaczenie na rynku krajowym jest niewielkie. Marek Bromirski

---