Краткий анализ технологий «последней мили»

Стремление получать данные из сети Интернет
с помощью низкоскоростных технологий
подобно попытке высосать желе через соломинку.

Традиционная телефонная сеть общего пользования (ТФОП) позволяет передавать голос в и данные в пределах узкой полосы частот (300 -3400) Гц. Быстрый рост сети Интернет и самый распространённый доступ к ней с помощью стандартных аналоговых модемов вызывают перегрузку ТФОП, поскольку последняя не рассчитана на нагрузку Интернет, которая характеризуется большим средним временем сеанса связи и большей неравномерностью по сравнению с телефонной нагрузкой. Вторая проблема состоит в том, что для комфортного доступа пользователей к услугам существующей сети (и в первую очередь сети Интернет) скорости передачи, которые могут обеспечить аналоговые модемы, уже недостаточны. Это относится не только к частным (резидентным) пользователям, но и ко всё более увеличивающейся категории пользователей из сферы бизнеса, которые работают в своих домашних офисах и которым необходимо соединяться с корпоративными сетями со значительно более высокой скоростью передачи данных, чем могут обеспечить традиционные аналоговые модемы.

Сложность достижения необходимой скорости соединения с сетью Интернет заключается в основополагающих принципах построения телефонных сетей, которые по природе своей не предназначены для высокоскоростной передачи данных. Когда Александр Белл изобрел телефон, его фантазия не шла дальше предоставления людям, физически находящимися в разных местах, возможности разговора друг с другом. Кроме того, что традиционная телефонная (то есть голосовая) связь осуществляется в очень узкой полосе частот, она еще и допускает значительно большее затухание сигнала, чем это возможно при передаче данных. При этом самая большая проблема лежит (в прямом смысле этого слова) между телефонной станцией и домом абонента. За время развития телефонной связи пройден огромный путь от ручных коммутаторов до современных цифровых телефонных станций, предоставляющих абонентам большое количество разнообразных услуг, но между станцией и абонентом проложена все та же витая пара, что и на заре телефонии. И таких витых пар по всему миру уже почти миллиард.

По мере того, как стоимость пользовательского оборудования, позволяющего получать доступ в сеть Интернет, постепенно уменьшается, на первый план выходит пропускная способность соединения и его стоимость. Каждый, кто пользуется сетью Интернет, вынужден ждать (ждать и еще раз ждать), пока будет найден нужный сайт и загружена требуемая страница. Ситуация ухудшается еще больше, если необходимо загружать большие файлы (например, фотографии или видео). Более того, чем большее количество пользователей одновременно работает в сети Интернет, тем меньше становится скорость работы каждого из них в отдельности, потому что резкий рост трафика приводит к значительному возрастанию нагрузки на телефонные сети. При полной реализации всех потенциальных возможностей Интернет в областях дистанционного обучения, коммерции и развлечения обязательно необходимо преодолеть препятствие в виде недостаточной скорости соединения (и его слишком высокой стоимости). Пользователь хочет одного — высокоскоростного и постоянно работающего доступа. Однако, несмотря на то, что сеть высокоскоростной передачи данных в той или иной степени охватывает всю страну, доступ к ней конечных пользователей (та самая «последняя миля») может быть сопряжен с техническими и экономическими сложностями. Магистральные линии передачи данных позволяют передавать гигабиты информации, но очень маленькое количество конечных пользователей имеет возможность передавать данные хотя бы со скоростью нескольких сотен килобит. Тянуть к каждому пользователю оптико-волоконную линию очень дорого. Коаксиальные кабели (кабельное телевидение) позволяют осуществлять высокоскоростную передачу, но в основном в одном направлении. Телефонные линии в том виде, в котором они используются в настоящий момент для телефонной связи, имеют низкую скорость передачи данных. Доступ с необходимой высокой скоростью могут обеспечить только широкополосные технологии, которые являются будущим телекоммуникационной индустрии.

Телекоммуникации будущего базируются на предоставлении каждому пользователю возможности высокоскоростной передачи данных. Но как же передавать данные с высокой скоростью по критической «последней миле»? Существует несколько технологических направлений, позволяющих преодолеть это препятствие. (Хотя, одно только наличие нескольких альтернативных технологий, призванных решить одну и ту же проблему, вовсе не означает, что пользователь имеет широкий выбор равноценных вариантов, из которых будет выбирать самый лучший. В большинстве случаев пользователю будет доступен только один единственный вариант.)

Основными кандидатами на решение проблемы «последней мили» являются следующие технологии. Это цифровая абонентская линия хDSL, кабельные модемы, а также беспроводные и спутниковые технологии.

Ни одна из этих технологий не может быть признана идеальным решением проблемы «последней мили». Многие вообще говорят о том, что существует только две технологии, которые способны решить проблему «последней мили» — кабельные модемы и хDSL. Обе эти технологии базируются на использовании уже существующих кабельных сетей, которые, что совсем немаловажно, охватывают практически всех потенциальных пользователей. Еще одна технология — стационарная беспроводная связь (иногда называемая беспроводной абонентской линией) — отстает от двух технологий, упомянутых выше, поскольку требует создания определенной инфраструктуры, позволяющей начать полноценное обслуживание.

Другие технологии передачи данных либо просто не решают проблему «последней мили» (не обеспечивая достаточной скорости передачи), либо слишком дороги для большинства потенциальных пользователей. К первым относятся соединения с использованием привычных всем аналоговых модемов, которые уже достигли предельной скорости передачи данных по традиционной витой паре телефонных проводов. Ко вторым относятся оптико-волоконные кабели. Есть люди, выступающие за полную замену всей телефонной кабельной сети на новые оптико-волоконные кабели, которые способны поддерживать передачу данных с очень высокой скоростью. Однако, не только в настоящее время, но и в обозримом будущем такая повсеместная замена не будет осуществлена из-за своей высокой стоимости. Даже для вполне благополучных с точки зрения телекоммуникаций Соединенных Штатов по самым оптимистическим прогнозам широкое внедрение волоконных технологий займет не один десяток лет. В то же время существуют определённые конфигурации сети доступа (например, когда достаточно большая группа пользователей удалена от местной станции на значительное расстояние), при которых применение оптического кабеля экономически выгодно уже сейчас. Следует подчеркнуть, что в последнем случае речь идёт о групповом использовании оптического кабеля, т.е., об его уплотнении.

Ошибкой было бы пытаться рассматривать процесс решения проблемы «последней мили», как вопрос выбора какой-либо одной технологии. На практике эти технологии изначально находятся в неравных условиях. Не все провайдеры занимают одинаковое положение в структуре тех сетей, которые они предполагают использовать. Поэтому, те операторы, которые владеют кабельными телефонными сетями, вряд ли будут использовать кабельные модемы, а операторы, которые специализируются на создании инфраструктуры беспроводной связи, вряд ли вложат деньги в хDSL. С другой стороны, благодаря возможности использовать на «последней миле» различные технологии, операторы, владеющие крупными и разветвленными сетями, имеют возможность предлагать своим клиентам различные варианты организации высокоскоростного доступа. Например, технологии хDSL и беспроводную систему доступа, или хDSL и кабельные модемы.

Те регионы, где широкое развитие получили сети широкополосных коаксиальных кабелей, а в дальнейшем и гибридные оптико-коаксиальные сети HFC (hybrid fiber/coaxial) предназначенных для подключения абонентов к сети кабельного телевидения, существует мощная платформа для предоставления высокоскоростного доступа пользователям домашнего сектора.

Передача эфирного телевизионного вещания по коаксиальным кабельным сетям была предложена американцем Э. Парсоном в 1948 году. Первая такая система была создана в Сиэтле и была рассчитана на распределение 5 телевизионных (ТВ) каналов. Внедрение систем кабельного телевидения позволило отказаться от многих недостатков, присущих эфирному ТВ, и в первую очередь обеспечить качественным ТВ зоны неуверенного приёма телевизионного сигнала по эфиру. Первые системы КТВ представляли собой системы коллективного приёма, работавшие сначала в метровом диапазоне волн (47 — 240 МГц), а затем и в дециметровом (550 — 862 МГц в Европе и 600 — 750 МГц в США). Эти системы были сравнительно просты и содержали коллективную антенну, головную станцию (headend), а также коаксиальный тракт передачи с необходимым числом ответвителей и усилителей (магистральных и домовых). Строго говоря, это были ещё не сети КТВ, а скорее системы коллективного приёма телевизионных программ. Естественно, что и по способу модуляции (АМ) и по положению на шкале частот эти системы были идентичны соответствующим параметрам эфирного телевизионного сигнала, поскольку были рассчитаны на приём стандартными телевизионными приёмниками. По мере укрупнения систем КТВ падала их надёжность, в связи с чем весьма остро встал вопрос эксплуатационного обслуживания этих систем. Поэтому системы КТВ стали дополняться системами дистанционного контроля, позволявшими контролировать состояние этих систем и в первую очередь параметры магистральных усилителей. Для передачи информации о состоянии системы на головную станцию использовалась часть спектра ниже рабочего диапазона частот (как правило, 5—30 МГц или 5—50 МГц). Альтернативной возможностью передачи служебной информации на головную станцию является использование для этой цели стандартного телефонного модема телефонной сети общего пользования (ТФОП). Так в системах КТВ появилась принципиальная возможность оказания пользователю интерактивных сетевых услуг.

Революция в области телекоммуникационных сетей, связанная с появлением и широким внедрением оптических кабелей, коснулась и сетей кабельного телевидения. На этом этапе совершенствования сетей КТВ чисто коаксиальная среда передачи была заменена гибридной оптико-коаксиальной средой HFC. В архитектуре КТВ с использованием HFC сигналы телевизионного вещания и коммутируемого видео транспортируются по оптическому волокну от головного узла КТВ до оптического сетевого устройства ONU (optical network unit). Последний соединяет оптическую магистральную сеть с распределительной коаксиальной сетью. В ONU сигналы соответствующих каналов, несущих сигналы видео, речи и данных, переносятся в отведённый для них диапазон частот. Отметим, что коаксиальный сегмент сети HFC требует применения дуплексных усилителей, обеспечивающих двухстороннюю передачу сигналов. Плата оптической сети ONU (optical network unit) выполняет также некоторые дополнительные функции, к которым относится разделение «восходящего» (от абонентов к сети) и «нисходящего» (от сети к абонентам) сигналов. Проблемой использования архитектуры HFC для предоставления речевых телефонных услуг является недостаточно высокое качество речевых услуг, обусловленное в основном внешними помехами (ingress noise). При передаче данных основной проблемой также являются внешние помехи, создаваемые в «восходящем» канале бытовыми приборами типа печей СВЧ, холодильниками и др. Так, по имеющимся статистическим данным менее 5% сетей КТВ могут использовать этот диапазон по его прямому назначению, поскольку эта область частот сильно поражена помехами от бытовых электроприборов (холодильников, печей СВЧ и др.). Поэтому в качестве восходящего«канала сети КТВ целесообразно использование телефонной абонентской линии.

В середине 90-х операторы КТВ провели исследования возможности использования инфраструктуры сети КТВ для широкополосного доступа к услугам сети пользователей домашнего (residental) сектора. В результате появилось устройства, которые не совсем удачно были названы кабельными модемами. Кабельные модемы представляют собой устройства, обеспечивающие высокоскоростной доступ к сетям передачи данных через гибридную оптико-коаксиальную сеть HFC .

В отличие от традиционных модемов коммутируемой ТФОП кабельные модемы являются частью системы с топологией «точка — много точек» (»point — to — multipoint), в которой множество кабельных модемов разных пользователей подключены через гибридную оптико-коаксиальную среду к контроллеру головного узла оператора КТВ. Подобно модемам xDSL, кабельные модемы работают в режиме «always on», т.е., постоянно подключены к головному узлу.

Применение технологии кабельных модемов позволяет весьма изящно решить проблемы аналоговой абонентской телефонной линии, соединительных линий и ресурсов коммутационных станций телефонной сети общего пользования (ТФОП). Кабельные модемы передают трафик Интернет прямо на маршрутизатор Интернет, расположенный на головном узле системы КТВ. Достоинством технологии кабельных модемов является также то, что она (правда, далеко не всегда) может использовать существующую кабельную инфраструктуру систем КТВ. Кроме того, элементная база кабельных модемов доступна и сравнительно недорога, а также (и это, пожалуй, главное) позволяет обеспечить совместную работу кабельных модемов разных производителей. Большинство кабельных модемов представляют собой внешние устройства, подключенные к персональному компьютеру через стандартную карту 10Base-T Ethernet или порт USB; они могут быть выполнены также в виде платы, вставляемой в свободный разъём шины ISA, с использованием .ля установки технологии plug and play. Для доступа к сети передачи данных используется система Cable Modem Termination System (CMTS) на базе концентратора доступа.

Полоса частот «нисходящего» канала (от сети к абонентам) совместно используется всем множеством пользовательских кабельных модемов. Каждый стандартный телевизионный канал, занимающий 6 МГц радиочастотного спектра, обеспечивает нисходящий поток данных 27 Мбит/с при использовании квадратурной амплитудной модуляции 64 QAM; при использовании модуляции 256 QAM скорость передачи данных может быть увеличена до 36 Мбит/с. Каналы передачи данных в «восходящем» направлении теоретически позволяют передавать данные со скоростью от 500 Кбит/с до 10 Мбит/с при использовании технологий 16 QAM или QPSK (в зависимости от выделенной под обслуживание пользователей ширины частотного спектра). Частотные полосы, выделенные под передачу восходящего и нисходящего потоков данных, разделяются между всеми активными пользователями, подключенными к данному сегменту кабельной сети. Отдельный же пользователь может рассчитывать на скорость передачи данных в пределах от 500 Кбит/с до 1,5 Мбит/с — в зависимости от архитектуры сети и нагрузки (цифра существенная, особенно если сравнивать с аналоговыми модемами).

Системы КТВ, использующие кабельные модемы, базируется на платформе коллективного доступа. Из-за того, что пользователи данных систем делят между собой на время передачи данных доступную им всем полосу частот, по мере увеличения одновременно активных пользователей скорость передачи данных для каждого из них уменьшается. Казалось бы, простой расчет показывает, что при одновременном использовании канала передачи данных 27 Мбит/с двумястами пользователей, на долю каждого из них достанется в лучшем случае 135 Кбит/с. Чем же в таком случае данная система лучше соединения ISDN, обеспечивающего скорость 128 Кбит/с? Не все так просто. В отличие от традиционной телефонной связи, при которой абонент получает на время вызова выделенное соединение, кабельные модемы не занимают фиксированную частотную полосу в течение всего сеанса передачи данных. Как уже было сказано, полоса пропускания разделяется между всеми активными пользователями, которые используют сетевые ресурсы только во время реального приема или передачи данных. Поэтому, вместо жесткого закрепления 135 Кбит/с за каждым из 200 «активных» пользователей, вся полоса частот в каждую конкретную долю секунды делится только между теми пользователями, которые передают или принимают данные — скорость может возрасти в десятки раз (ведь те, кто загрузил, например, страничку Интернет и пытается разобраться, что к чему, в данный момент не являются «активными пользователями»). В случае же постоянной и высокой активности какой-либо группы пользователей кабельный оператор всегда может расширить частотную полосу передачи, выделив под передачу данных еще один канал 6 МГц. Другим вариантом увеличения средней скорости передачи данных для каждого пользователя является продвижение волоконно-оптических кабелей ближе к группам потенциальных пользователей. Это позволяет снизить количество пользователей, обслуживаемых каждым сегментом сети, что естественным образом приводит к увеличению полосы частот, доступной каждому из них.

Если обратиться к фактам, то в мире кабельные модемы пока имеют больше частных пользователей, чем, например, технология ADSL. К середине 1999 года по всему миру использовалось для высокоскоростной передачи данных около 1,3 миллиона кабельных модемов, 1 миллион из которых находился на территории США.

Компания In — Stat / MDR к концу 2002 года в США насчитала около 10,2 млн. пользователей кабельных модемов, в то время как DSL -линий — около 7,6 млн. (надо отметить, что абоненты США традиционно более активно используют кабельные модемы по сравнению с абонентами других стран).

Но, кроме явных достоинств, рассматриваемая технология обладает и существенными недостатками. Как уже указывалось выше, одним из недостатков кабельных модемов (в отличие, скажем, от технологий хDSL), является то, что такие линии передачи данных являются линиями коллективного использования. Полоса частот, доступная каждому отдельному пользователю, подключенному к определенному узлу, может снижаться по мере увеличения количества пользователей, которые подключены к тому же узлу. Еще одним недостатком является то, что данная система является «открытой» (т.е. каждому отдельному пользователю не предоставляется свое жестко закрепленное соединение). Это обстоятельство снижает привлекательность кабельных модемов для использования в сфере бизнеса. Кабельная система может рассматриваться как одна большая сеть ЛВС, поэтому (теоретически) существует определенная возможность соединения каждого с каждым и доступа к данным другого пользователя. Очевидно, что никто не захочет использовать одну коллективную систему передачи данных со своим конкурентом. Кроме того, кабельные модемы обеспечивают высокоскоростной доступ по линиям кабельного телевидения в основном для частных пользователей, потому что офисные здания и предприятия в большинстве случаев не подключены к сети кабельного телевидения.

Так же, как распространение сотовых и радиотелефонов освободило абонентов от кабеля, связывающего трубку с аппаратом, подключенным к телефонной сети, технология беспроводной абонентской линии WLL (Wireless Local Loop) открыла доступ к телефонной сети общего пользования для всех тех, кто уже потерял надежду подключиться к глобальной сети телефонной связи.

Наиболее точно данную технологию можно определить как использование радиодоступа для предоставления широкополосных сетевых услуг индивидуальным пользователям. Причем эта технология может использоваться не только в тех регионах, где недостаточно развита телефонная кабельная сеть, но и там, где уровень развития кабельных сетей достаточно высок. В этом случае операторы, использующие технологии широкополосного беспроводного доступа, уже выступают прямыми конкурентами операторов местной связи.

Широкополосные беспроводные линии могут использоваться для высококачественной передачи данных, видеосигналов и организации телефонной связи. Исторически для организации восходящего канала передачи данных использовалась телефонная линия, но в настоящее время операторы переходят к полностью дуплексной беспроводной системе. Скорость передачи данных определяется шириной доступного оператору спектра частот и схемой модуляции. Например, эффективность цифровых схем модуляции лежит в пределах от 0,7 бит/с на Гц при использовании модуляции двоичной фазовой манипуляции BPSK до 3,5 бит/с на Гц при использовании квадратурной амплитудной модуляции 16QAM.

Как и в случае организации эфирной телевизионной трансляции, беспроводные линии передачи данных организуются по принципу прямой видимости. Сигнал передается с антенны, обычно расположенной на возвышенности или на высоком здании, на специальные приемные антенны, установленные на зданиях пользователей. Получение достаточно чистого спектра частот может быть достаточно сложной задачей; другой проблемой является требование прямой видимости для большинства организуемых линий. Организация линии достаточно проста, потому что не требует, например, такого объема строительных (земляных) работ, как при прокладывании кабельных систем, но не может быть гарантировано, что организованная линия (исходя из требования прямой видимости) будет работать столько, сколько это необходимо. Например, построенный на пути прямой видимости дом может просто «обрубить» такую линию передачи данных. Как и в случае с телевизионным эфирным вещанием, любые препятствия (например, густые кроны деревьев, возвышенности, высокие здания и даже сильные атмосферные осадки) могут в определенной мере затруднить прием. Серьезно осложнить прием могут также искажения, обусловленные многолучевым распространением (являющимся результатом отражения сигнала от зданий и других объектов). Следует учитывать и расстояние, так как сигналы беспроводной связи могут приниматься только в пределах определенного расстояния от передатчика. Решением этой проблемы может быть установка сети ретрансляторов по всей зоне обслуживания (по принципу сотовой связи).

Организация сети на базе беспроводных линий подобна структуре кабельной сети. Основное отличие заключается в том, что сигнал цифровых данных (например, содержащий запрошенную из сети Интернет информацию), модулируется в радиочастотный канал, по которому осуществляется передача на антенну, установленную на здании пользователя. От антенны коаксиальный кабель идет к конвертеру, который преобразует сигнал из СВЧ-диапазона в частотный диапазон кабельного телевидения. После этого сигнал поступает на модем, расположенный в помещении пользователя. Модем демодулирует входящий сигнал данных и направляет его на персональный компьютер или на ЛВС.

Технология беспроводной абонентской линии имеет несколько преимуществ по сравнению с альтернативными технологиями доступа. Беспроводные линии могут быть развернуты в тех местах, где из-за невозможности проведения работ, плотности или «древности» застройки просто не может быть проложена кабельная линия. Во-вторых, для определенных расстояний и расположения населенных пунктов организация беспроводного доступа может быть просто гораздо более экономически эффективной по сравнению с альтернативными технологиями. Здесь необходимо учитывать и затраты труда, и длину абонентской линии.

Стоимость кабельных систем в значительной мере зависит от расстояния между зданиями и от степени концентрации групп абонентов. Стоимость беспроводных систем свободна от такой зависимости. Затраты на сооружения кабельных систем также в значительной мере зависят от стоимости труда, которая обычно постоянно растет. В то же время стоимость беспроводных систем зависит в основном от стоимости абонентского оборудования, которое имеет тенденцию к удешевлению по мере совершенствования технологий. Третьим положительным фактором технологии беспроводной связи является значительно более короткое время ввода системы в действие по сравнению с кабельной инфраструктурой.

Тот факт, что радиосистемы обеспечивают охват определенной зоны, означает гораздо более легкое планирование сети по сравнению с кабельными системами. Беспроводные системы позволяют гораздо более оперативно реагировать на изменения потребностей и количества пользователей, в то время, как планирование кабельных систем во многом базируется на предварительных оценках (хорошо еще, если оценки совпадут с действительностью).

Существуют и более прозаические соображения. Если пользователь откажется от ваших услуг и направит свое внимание на другого оператора, то при развитии кабельных технологий все инвестиции в данную кабельную линию будут потеряны. В то же время при использовании беспроводной технологии абонентское оборудование может быть просто снято и установлено в другом месте у нового абонента. Кроме того, поддерживать работу и сохранность правильно организованной беспроводной линии значительно проще, чем кабеля. Во многих странах, например, Африки, закопанные в землю медные кабели просто похищают (к сожалению, к этим странам можно причислить и Россию). Даже волоконно-оптические кабели имеют определенную ценность как вторичный продукт.

На практике возможность использования спутников для доступа в Интернет и высокоскоростной передачи данных разделяется на решение двух больших задач — организация магистральных линий передачи данных (что является частью большого бизнеса) и организация высокоскоростного доступа отдельных конечных пользователей. Под конечными пользователями следует понимать не только индивидуальных пользователей, но и большие корпорации, средние и малые предприятия, а также различные офисы (включая домашние офисы).

Если говорить коротко, спутниковые системы имеют несколько привлекательных черт с точки зрения предоставления услуг высокоскоростной передачи данных и доступа в сеть Интернет.

Спутниковые системы позволяют обойти «заторы» в наземных системах передачи данных. Они могут быть необходимым образом сконфигурированы, отражая асимметричную природу Интернет, как с точки зрения отдельных транзакций, так с географической точки зрения. Например, большая часть всего содержимого Интернет все еще находится на территории Соединенных Штатов. Некоторые отличительные особенности спутниковых систем делают их привлекательной технологией доступа. Прежде всего — это экономическая эффективность для провайдера. Зона охвата спутника такова, что он может обслуживать очень большое количество абонентов. Причем стоимость организации обслуживания совершенно не зависит от географического положения пользователя в пределах зоны охвата спутника. Спутниковый канал может приниматься в любой точке зоны охвата, независимо от условий местности.

Хотя спутниковые системы имеют много плюсов, позволяющих рассматривать их в качестве одной из технологий организации высокоскоростной передачи данных на «последней миле», имеются также и негативные аспекты.

Спутниковые системы доступа имеют не самую высокую скорость передачи данных (порядка 400 Кбит/с по направлению к пользователю) и при этом не очень быстро работают. Представьте себе, что вы хотите загрузить какой-либо материал на экран вашего компьютера. Щелкнув мышью, вы подаете сигнал запроса, который проходит по вашей телефонной линии, через провайдера и по обычному тракту в сети Интернет, а после ответа сигнал передается через спутник, проходя в общей сложности около 70 тысяч километров. Даже обладая скоростью света, такое средство доступа в Интернет остается достаточно медленным. Особенно это заметно при осуществлении двусторонней связи в режиме реального времени.

Вложения в системы спутниковой связи составляют многие миллиарды долларов, причем успех и получение прибыли совершенно не гарантированы. Следует упомянуть также и о безопасности трафика, слишком длительных циклах планирования для такой быстро изменяющейся индустрии, как телекоммуникации, а также нехватку частот, которые можно было бы легко использовать.

Кроме этого, к недостаткам спутниковых систем можно отнести и необходимость приобретения и настройки достаточно дорогостоящего оборудования. Впрочем, существует целый ряд экстремальных ситуаций, когда невозможно организовать доступ в сеть Интернет никаким другим образом, кроме как через спутник (например, для корабля, находящийся посреди океана).

Теперь остановимся на некоторых конкретных технологиях беспроводного широкополосного доступа. Начнём с краткого рассмотрения двух достаточно известных.

Среди множества технологий беспроводного доступа местная мультисотовая, «точка -много точек» («point to multipoint»), система распределения сигналов LMDS (Local Multipoint Distribution System) является одной из немногих систем, предоставляющих пользователю услуги широкополосного мультимедиа. LMDS работает в диапазоне частот (28…32) ГГц, выделенном Федеральной комиссией связи FCC США для работы систем широкополосного абонентского доступа. Эту систему иногда называют системой сотового КТВ («cellular cable TV»). Использование сотового принципа позволяет избежать многих проблем, связанных с условием прямой видимости, выполнение которого является обязательным в системе беспроводного широкополосного доступа MMDS, которая рассматривается ниже. Несущие соседних сот имеют одинаковые номиналы частот, но разную поляризацию. LMDS способна обеспечить пользователя самыми новыми видами услуг интерактивного мультимедиа, включая телефон и высокоскоростную передачу данных. Эта технология позволяет некоторым провайдерам (например, провайдерам услуг междугородной и международной связи), не имеющим собственной инфраструктуры абонентского доступа, предоставлять сравнительно недорого и очень быстро услуги связи пользователям из сферы бизнеса и индивидуальным пользователям. В архитектуре сети доступа LMDS так называемая «последняя миля» сети доступа является беспроводной. При этом антенна пользователя должна находиться в пределах прямой видимости LOS (Line of Sight) c сотовым узлом, подключённым к сети, обеспечивающей пользователя всеми необходимыми услугами связи.

Весьма вероятна возможность использования LMDS в сфере бизнеса для взаимодействия LAN в условиях города. Вероятно также, что использование LMDS для передачи телевизионных программ является слишком запоздалым решением. В LMDS, как и в рассматриваемой ниже технологии MMDS, отсутствует простая возможность увеличения пропускной способности. Эта проблема не является существенной в системах симплексного телевизионного вещания, где любой пользователь может принять любой канал. Однако для исходящего от пользователя трафика для систем LMDS не существует простого пути увеличения лицензированной пропускной способности. Подобная проблема существует и телефонной сотовой сети.

LMDS особенно хорошо подходит для городских условий с высокой плотностью населения, а следовательно, и потенциальных пользователей, где малые габариты передатчика и малая площадь соты являются вполне приемлемыми и где благодаря этому цены за предоставляемые услуги являются привлекательными для пользователя. Однако столь малые размеры сот могут оказаться неприемлемыми в пригородных и сельских районах, где потребуется иметь большое число передатчиков для выполнения условия прямой видимости.

Другой достаточно известной системой широкополосного беспроводного доступа является многоканальная многоточечная или микроволновая многоточечная распределительная система абонентского доступа MMDS (Multichannel (Microwave) Multipoint Distribution System (Service)) Эта система очень похожа на LMDS, но работает в диапазоне частот 2,4 ГГц, причём рабочий диапазон частот MMDS ограничен по сравнению с LMDS. В настоящее время диапазон частот MMDS используется провайдерами кабельного телевидения (КТВ) для подачи широковещательного аналогового телевизионного сигнала пользователям через головные узлы сети КТВ. В результате процесса либерализации услуг связи этот диапазон частот открыт также для предоставления других услуг, включая телефон и множество интерактивных услуг.

В отличие от LMDS, MMDS менее чувствительна к внешним воздействиям в виде дождя и грозы. Поэтому требования к допустимому удалению от сотового узла являются менее строгими по сравнению с LMDS. Так, MMDS покрывает площадь в радиусе около 80 километров, в то время как LMDS имеет радиус действия не более 10 километров.

Полоса частот 2,2—2,7 ГГц в системе MMDS используется для передачи видеосигналов 33-х телевизионных каналов от передающих антенн к приёмным антеннам пользователей. Абоненты в пределах зоны радиусом около 50 километров могут принимать эти сигналы. При цифровой обработке и компрессии видеосигналов количество каналов может быть увеличено до 100—150.

MMDS может использоваться для передачи как аналоговых, так и цифровых видеосигналов. Приём аналогового телевизионного сигнала требует относительно простой антенны, установленной на крыше дома пользователя, и Set top box, которая содержит преобразователь линейного телевизионного сигнала в видеосигнал и дескремблер. В случае цифрового варианта MMDS необходим более сложный и дорогой преобразователь. В производимом в настоящее время оборудовании MMDS предусмотрена возможность не только передачи телевизионных сигналов, но и предоставление услуг передачи речи и высокоскоростной передачи данных.

В качестве ещё одного примера технологий беспроводного широкополосного доступа остановимся на системе прямого спутникового вещания DBS (Direct Broadcast Satellite) Это новое поколение оборудования спутникового телевизионного вещания. При использовании цифровых методов преобразования и передачи телевизионных сигналов и малогабаритной приёмной антенны эта технология становится очень привлекательной для пользователей. Декодирование принятого в цифровом формате сигнала происходит в блоке разделения/объединения и преобразования сигналов оборудования пользователя STB (Set Top Box), имеющем встроенные интеллектуальные функции, которые обеспечивают предоставление множества новых услуг — таких, как интерактивное телевидение и предоставление информации по требованию.

Технология прямого спутникового вещания BSS (Broadcast satellite servises) работает в части Кu — диапазона, занимая спектр частот 12,2 — 12,7 ГГц. Пользователи DBS могут принимать 150 — 200 видеоканалов, используя компрессию типа MPEG - 2. Кроме передачи видео, некоторые провайдеры сетевых услуг планируют широкополосную передачу данных в Кu — диапазоне. Современные системы DBS поддерживают передачу данных от сети Интернет к абоненту со скоростью до 400 Кбит/с, а для передачи сигналов управления от абонента к сети используют стандартный канал тональной частоты (тч).

Перейдём теперь к краткому рассмотрению наиболее популярных в настоящее время технологий проводного широкополосного доступа типа xDSL.

хDSL представляет собой семейство технологий высокоскоростного доступа к сетевым услугам по существующей медной абонентской телефонной линии. В аббревиатуре хDSL символ «х» используется для обозначения конкретного типа технологии цифровой абонентской линии DSL (Digital Subscriber Line). Любой абонент, пользующийся в настоящий момент телефонной связью, имеет возможность с помощью технологий хDSL значительно увеличить скорость своего соединения, в первую очередь с сетью Интернет. Благодаря многообразию технологий DSL, пользователь может выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных — от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. При этом скорость передачи данных зависит только от параметров и протяженности этой линии.

Почему-то считается, что абонентская телефонная линия имеет полосу пропускания в 4 кГц. Это совершенно неправильно. Абонентская линия имеет ограниченную полосу пропускания, потому что это предусмотрено ее конструкцией, а не из-за того, что витая пара не способно пропускать высокочастотные сигналы. С помощью соответствующих схем кодирования технологии хDSL позволяют достигать мегабитовой скорости передачи данных.

Самой старой и наиболее медленной технологией из семейства xDSL является IDSL (цифровая абонентская линия IDSN), а наиболее быстрой и «молодой» — VDSL (сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия). Между ними расположились другие технологии, в частности, технология HDSL (высокоскоростная цифровая абонентская линия) и технология ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия); последняя имеет наибольший потенциал на рынке массового потребителя.

Технологии DSL позволяют достичь высокой скорости передачи данных. Например, ADSL обеспечивает нисходящий поток данных 1,5 — 8 Мбит/с, а восходящий поток данных 640 Кбит/с — 1,5 Мбит/с. VDSL обеспечивает при выборе асимметричной схемы нисходящий поток данных 13 — 52 Мбит/с, а восходящий поток данных 1,5 — 2,3 Мбит/с (для симметричной VDSL скорость передачи данных составляет 13 — 26 Мбит/с). Скорость передачи данных при использовании технологий DSL зависит от расстояния; с увеличением расстояния скорость передачи данных уменьшается. Например, для ADSL при длине линии 3 км может быть достигнута скорость передачи более 8 Мбит/с, а для длины линии 6 км может быть достигнута скорость передачи данных 1,5 Мбит/с. Для VDSL эти цифры примерно такие. Скорости 52 Мбит/с соответствует длина линии порядка 300 метров, а скорости 13 Мбит/с соответствует длина линии порядка 1,5 км. При этом данные технологии обеспечивают одновременно телефонную связь, высокоскоростной доступ в сеть Интернет, видео по запросу и один (для ADSL) или три (для VDSL) телевизионных канала качества DVD. Другие технологии DSL могут использоваться для передачи голоса и высокоскоростного доступа в сеть Интернет, но не подходят для передачи высококачественных видеосигналов в режиме реального времени.

Технологии DSL имеют определенные преимущества. Любой абонент, подключенный к телефонной сети общего пользования, имеет медную телефонную линию, которая может быть использована для развертывания линии передачи данных. То есть не требуется создавать новую инфраструктуру. Для работы системы необходимы только два устройства ADSL (на станции и в помещении пользователя) и витая пара проводов (к сожалению, следует учитывать, что характеристики линии DSL ухудшаются по мере увеличения расстояния от станции или ухудшения качества линии). Линия DSL обеспечивает надежное и постоянно установленное (в отличие от аналоговых модемов) соединение. По сравнению с другими технологиями доступа DSL требует значительно меньших инвестиций при учете достигаемой скорости передачи данных.

Технологии xDSL позволяют наиболее экономичным образом удовлетворить потребность пользователей в высокоскоростной передаче данных. Различные варианты технологий DSL обеспечивают различную скорость передачи данных, но в любом случае эта скорость гораздо выше скорости самого быстрого аналогового модема.

Разнообразие технологий DSL позволяет использовать конкретную технологию для конкретной категории пользователей. В частности, асимметричная технология ADSL наилучшим образом подходит для частных пользователей, которые являются в большей мере потребителями информации, в то время как симметричные технологии больше подходят представителям бизнеса, для которых потоки передаваемой и принимаемой информации близки по объему. Кроме того, при использовании технологии ADSL сохраняется аналоговый телефон и/или канал основного доступа ISDN (BRI ISDN). Первое свойство позволяет сохранить обычную телефонную связь при повреждении оборудования ADSL, а второе позволяет защитить инвестиции оператора связи. Технологии хDSL могут рассматриваться как серьезный конкурент для кабельных модемов. Теоретически, кабельные модемы обеспечивают большую скорость передачи данных, чем, к примеру, технология ADSL, но реально большинство кабельных сетей не способно обеспечить доступ через кабельные модемы с использованием всей полосы частот коаксиального кабеля. В тех же случаях, когда кабельные системы обеспечивают «восходящий» канал передачи данных, этот канал делится между всеми пользователями. Развитие гибридных волоконно-коаксиальных систем позволяет смягчить эту проблему, но такие системы пока еще достаточно дороги и потребуется достаточно длительное время, пока они не разовьются в достаточной степени. Следовательно, технологии xDSL остаются наиболее жизнеспособным на данный момент решением проблемы «последней мили».

Следует отметить, что пока в России возможности получения высокоскоростного доступа на основе технологии ADSL ограничены. Очень важную роль играет территориальное (можно сказать, географическое) положение пользователя, но это далеко не единственное препятствие. Даже если потенциальный пользователь охвачен сетью кабельного телевидения или имеет телефонную линию, это совсем не означает, что эти линии технически могут использоваться для высокоскоростной передачи данных. Много будет также зависеть и от того, кто предоставляет обслуживание. Некоторые кабельные и телефонные компании успешно развивают и предоставляют услуги высокоскоростной передачи данных, в то время как другие предпочитают себя не утруждать. Такое пренебрежение некоторых операторов связи к развитию высокоскоростной передачи данных объясняется тем, что примерно 90% доходов операторов связи составляет предоставление услуг телефонной связи.

Возможность выбора является отличительной чертой современного цифрового мира телекоммуникаций. Причем все новые технологии в определенной мере конкурируют друг с другом, что позволяет ожидать роста качества предоставляемых услуг и снижения их стоимости.

Несмотря на конкуренцию между провайдерами, продвигающими на рынок различные технологии, нет оснований предполагать, что, в конце концов, какая-либо из технологий одержит победу. Все технологии, в силу своих основополагающих различий, имеют шанс на существование и на свою долю пользователей. Выбор остается за пользователями.

Оптимальная технология доступа должна быть достаточно дешёвой, требуя дополнительных затрат только при добавлении новых пользователей; она должна предоставлять пользователю не только высокую пропускную способность, но и обеспечивать необходимое качество передачи QoS (Quality of Service) для заказанной услуги (например, время задержки сигнала не более максимально допустимого, гарантированную неравномерность этой задержки в полосе частот передачи сигнала, требуемую надёжность и т.д.). Все методы доступа, включая медные или оптико-волоконные кабели, кабельные модемы или беспроводные системы, отвечают в той или иной мере этим требованиям. К сожалению, ни одна из технологий не отвечает всем требованиям сразу.

В заключение отметим ещё одну знаковую тенденцию эволюции сетей широкополосного абонентского доступа, которая вытекает из общей тенденции увеличения пропускной способности сети доступа и заключается в появлении оптимальных решений, представляющих собой комбинацию в пределах одной сети и даже линии доступа нескольких способов доступа. К таким технологиям можно отнести, например, смешанную оптико-радио-коаксиальную технологию доступа HFRC, а также технологию VDSL, предполагающую по существу применение в сети абонентского доступа смешанной медно-оптической среды передачи.