Дитя ошибок трудных. Технология HomePNA в свете современных концепций широкополосного абонентского доступа

Сергей Шаронин

Те, кто внимательно следит за развитием информационных технологий, не могли не обратить внимание на то, что рынок широкополосных сетей и услуг на их основе в США переживает определенный кризис. Рост в этой области телекоммуникаций заметно замедлился. Масса Internet-компаний, возникших на волне инвестиционной горячки, оказалась в трудном положении. Котировки акций стремительно (иногда более чем на порядок) упали, и под большим вопросом оказалось само их дальнейшее существование. Данная тема заслуживает отдельного исследования, мы же лишь кратко отметим, что причина кризиса одна - необоснованная эйфория. Воодушевленные растущим интересом к Internet, все бросились вкладывать деньги под сомнительные бизнес-планы. Да, красиво. Да, впечатляет. Да, тысячи людей будут пользоваться новыми услугами. Но будут ли платить столько, чтобы вложенные в разработку и внедрение деньги вернулись в обозримые сроки? Почти никто над этим вопросом не задумывался, все спешили стать первыми. Результат налицо.

У трех крупнейших альтернативных операторов связи в США тоже не все в порядке. Один объявил о банкротстве, другой - на его грани, третий пока держится, но его финансовые показатели не дают повода для оптимизма. Самое интересное, что и здесь причина - в эйфории, но, если можно так выразиться, не экономической, а технической. Появление новых широкополосных абонентских технологий воодушевило всех, но никто не дал себе труда задуматься над проблемами их внедрения и эксплуатации. Как ни удивительно, шапкозакидательские настроения смогли взять верх даже в прагматичных Соединенных Штатах. Голодные на широкополосные услуги клиенты, казалось, проглотят все, что им предложат операторы. Хотя платежеспособный спрос на подобные услуги постоянно растет, действительность показала, что трудности внедрения новых технологий во многом недооценили. Ситуацией успешно воспользовались традиционные операторы связи: немного выждав, они взяли реванш. Тщательно подготовившись к развертыванию широкополосных услуг, они постарались не повторять чужих ошибок.

Не секрет, что Россия отстает в развитии информационных технологий от Запада. И нам, как никому, очень важно не повторять чужие ошибки. Все сказанное выше не что иное как попытка обратить внимание на проблему выбора широкополосных технологий тех, кто приступил к развертыванию таких услуг или готовится к нему. Ввиду доминирования США и Западной Европы в информационной сфере, российские специалисты в области телекоммуникаций знакомы главным образом с опытом этих стран. Те, кто задумался над выбором, должны учесть и тот факт, что многие широкополосные технологии могут оказаться не столь экономически успешными в России, поскольку ориентированы на характерный для США уровень благосостояния. Нашим операторам не стоит бездумно пытаться предлагать эти решения на массовом рынке, поскольку они не рассчитаны на ограниченные инвестиционные возможности и низкую платежеспособность населения.

Высокая стоимость некоторых широкополосных технологий существенно сужает круг их вероятных клиентов. В результате российским операторам не удается привлечь самую массовую часть рынка - жилой сектор и малые офисы. Похожие проблемы заставили искать более экономичные варианты даже операторов развитых стран.

И выход был найден - сегодня на мировом рынке сформированы два основных подхода: индивидуальный и коллективный доступ абонентов. Первый, хорошо известный, подход, предусматривает размещение оборудования доступа и точки концентрации трафика на узле связи с подключением абонента по существующим абонентским или выделенным линиям. Второй, получивший преимущественное развитие в странах Юго-Восточной Азии и уже оттуда перекочевавший в США, заключается в переносе оборудования доступа и точки концентрации трафика в здание, где располагаются абоненты. Уже сам по себе этот подход оказался намного более выигрышным в экономическом плане. Но уменьшение расстояния от точки концентрации до абонента (т. е. уменьшение длины абонентской линии) позволило применить для широкополосного доступа и совершенно новые, более экономичные, технологии. И тут в первую очередь речь идет о HomePNA.

Рисунок 1. Структура систем индивидуального широкополосного доступа по телефонным линиям.

Индивидуальный доступ (см. Рисунок 1) реализуется с помощью технологий DSL (ADSL, G.shdsl, VDSL для абонентских линий городской телефонной сети и IDSL, HDSL, MSDSL для выделенных линий) на основе всех участков существующей абонентской проводки ГТС (см. Таблицу 1). Этой особенностью и объясняется ряд серьезных недостатков индивидуального доступа, существенно затрудняющих его внедрение:

• зависимость от качества линий;
• чувствительность к длине линии;
• проблемы с перекрестными помехами при росте числа абонентов;
• высокая стоимость оборудования;
• высокие затраты на монтаж (необходимость кондиционирования абонентских линий и модернизация абонентской проводки);
• высокие затраты на маркетинг;
• и, как следствие, высокая абонентская плата.

Рисунок 2. Структура систем коллективного широкополосного доступа по телефонным линиям.

В связи с этим производители выдвинули концепцию коллективного доступа (Multi Tenant/Dwelling Unit, MTU/MDU), в основе которой лежит идея приближения точки концентрации трафика к месту скопления действующих и вероятных абонентов (см. Рисунок 2) или, другими словами, установки концентратора непосредственно в жилых зданиях либо офисных комплексах. Этот сектор рынка систем широкополосного абонентского доступа сегодня самый быстрорастущий и инновационный. Созданное для реализации концепции коллективного доступа оборудование уже более трех лет широко используется, непрерывно совершенствуясь.

Успех систем коллективного доступа обусловлен их многочисленными достоинствами при почти полном отсутствии недостатков. К числу уникальных положительных особенностей относятся: низкая стоимость оборудования (благодаря существенному упрощению схемотехники), высокая надежность сетевых решений (ввиду снижения количества оборудования), низкие требования к среде передачи, минимальные затраты на монтаж и эксплуатацию, простота маркетинга (работа ведется с группами пользователей), возможность использования существующей инфраструктуры ГТС, низкая абонентская плата. Как недостаток можно отметить лишь тот факт, что пропускная способность не принадлежит пользователю целиком, и в связи с этим у него могут возникнуть проблемы с качеством обслуживания (QoS). Но сегодня такие претензии в той или иной мере можно предъявить любым системам доступа.

Зато стремление использовать коллективный способ доступа хорошо мотивировано.

Для абонента это:

• стремление получить сравнительно скоростной (64 Кбит/с - 1024 Мбит/с), но недорогой канал;
• желание иметь постоянное соединение при свободной телефонной линии;
• угроза введения повременной оплаты телефонной связи.

Для владельца здания это:

• надежный источник постоянных дополнительных доходов (в виде комиссии от операторов связи);
• повышение привлекательности жилья;
• хорошо защищенные и эффективные инвестиции в инфраструктуру здания.

Для оператора это:

• значительное сокращение субъектов бизнес-процесса (иметь дело с одним хозяином проще, чем со 100 абонентами);
• эксклюзивность, поддержанная заинтересованностью хозяина жилья (выплатой ему комиссии);
• простота подключения новых абонентов (5 мин при полной подготовке здания, 30 мин при частичной подготовке здания);
• хорошо защищенные и эффективные инвестиции (плюс перспективы внедрения IP-телефонии для междугородного и международного доступа).

Оборудование для коллективного доступа абонентов также использует технологии xDSL: SDSL, VDSL, Home-PNA, V-thernet для абонентских линий ГТС и HomePNA, V-thernet для выделенных линий (см. Таблицу 2). Однако существенное отличие подобного оборудования заключается в том, что оно изначально ориентировано на установку в здании, а не на узле связи. Следует сразу отметить, что недоступность абонентских шлейфов не становится непреодолимым препятствием - даже при использовании наложенной кабельной сети в здании при правильном выборе технологии и оборудования решение будет экономически оправданным.

Рисунок 3. Использование Ethernet 10BaseT для коллективного широкополосного доступа по выделенным линиям.

Среди используемых на российском рынке технологий коллективного доступа сегодня можно выделить лишь 10BaseT (см. Рисунок 3), которая за рубежом применяется только в офисных комплексах. Причина ее успеха в России очевидна - низкая стоимость оборудования и простота эксплуатации. До недавних пор серьезного конкурента у 10BaseT по этим параметрам не было. Но с появлением и развитием HomePNA ситуация резко изменилась - эта технология завоевывает все большую часть рынка. На ее основе производится целый ряд систем коллективного доступа, успешно используемых в США и странах Восточной Азии.

Изначально созданная для объединения в локальную сеть компьютеров в доме или малом офисе, HomePNA обладает рядом уникальных свойств. Она позволяет работать на скоростях до 10 Мбит/с и расстояниях до 500 м при произвольной топологии среды (точка-точка, «звезда», «шина», комбинированная). Более того, средой передачи могут служить даже провода ТРП (так называемая «лапша»). Именно технология HomePNA наиболее перспективна для коллективного доступа, так как решения на базе SDSL/VDSL пока остаются достаточно дорогими. Например, в Корее основной оператор связи (Korean Telecom) использовал для подключения абонентов многочисленных жилых зданий к Internet именно оборудование HomePNA. А в США оборудование HomePNA применяется для подключения к Internet номеров гостиниц и апартаментов жилых комплексов. Причина такой популярности не только в технической непритязательности HomePNA - несложные экономические расчеты показывают, что вложения в организацию подключения окупаются в течение 3-6 месяцев.

Еще один серьезный импульс технология HPNA получила после принятия Международным советом по электросвязи (ITU-T) рекомендации G.989.1 (G.pnt.f), в результате чего HPNA получила статус международного уровня.

Рисунок 4. Использование HPNA для коллективного широкополосного доступа по телефонным линиям.

Сеть на основе оборудования HPNA может иметь топологии «звезда» и «шина». В первом случае используется коммутатор с несколькими портами HPNA и портом глобальной сети для подключения к сети передачи данных (см. Рисунок 4). Этот вариант применяется, когда задействуется имеющаяся в здании телефонная проводка - коммутатор устанавливается вблизи телефонного кросса здания и подключается параллельно к телефонным линиям без частотных разделителей. Не требуются разделители и на стороне абонента. При этом каждому абоненту выделяется порт коммутатора, и, даже в случае HPNA 1.0, абоненту гарантируется широкополосное подключение к Internet (скорости в 1 Мбит/с для этого более чем достаточно). Порт глобальной сети подключается к сети передачи данных оператора любым способом (выделенная линия, ADSL/SDSL, оптика, радио). Решения такого типа незаменимы для офисных комплексов, гостиниц и т. п. зданий. При наличии хотя бы одного канала от оператора до здания сеть доступа в нем может быть развернута за несколько часов.

Рисунок 5. Использование HPNA для коллективного широкополосного доступа по выделенным линиям.

В случае использования топологии «шина» до 32 абонентов HPNA могут быть подключены с помощью одного провода (см. Рисунок 5). Конечно, в этом случае пропускная способность будет делиться между всеми абонентами, поэтому без применения HPNA 2.0 (10 Мбит/с) и ограничения числа абонентов до разумного предела сложно рассчитывать на высокую скорость передачи. Такой сегмент может быть подключен к порту коммутатора или мосту HPNA/Ethernet, а последние, в свою очередь, - к сети передачи данных.

При подобном варианте использования HomePNA выигрывает и у технологии Ethernet 10BaseT, которую ряд российских провайдеров применяет в качестве основы для организации недорогого доступа в жилом секторе:

• величивается дальность с максимум 90 до минимум 350 м;
• ущественно снижаются требования к среде передачи - вместо кабеля Категории 5 может применяться кабель Категории 3 или ТРП;
• уменьшается количество активного оборудования и повышается надежность сети в целом (как за счет сокращения оборудования, так и за счет снижения требования к среде передачи);
• осуществляется переход от топологии «звезда» к топологии «шина»;
• обеспечивается простота дополнительных подключений.

Этот способ имеет особенную ценность для альтернативных операторов связи. Российская действительность такова, что попытки провайдера Internet договориться с оператором местной телефонной связи об использовании абонентской проводки часто оказываются безрезультатными. Построить же свою абонентскую сеть в рамках одного здания или жилого комплекса вполне реально даже в условиях ограниченного бюджета, особенно в случаях, когда выбирается топология «шина».

Еще одно преимущество Home-PNA - возможность реализации компромиссной комбинированной топологии среды передачи. Большинство клиентов, обычно не нуждающихся в высоких скоростях доступа, подключаются к общей «шине». Подключить же тех клиентов, кому требуется гарантированная высокая пропускная способность, можно с помощью отдельных линий до коммутатора Home-PNA. По мере появления новых заказчиков число портов на коммутаторе можно будет увеличивать.

Рисунок 6. Использование HPNA для объединения сегментов локальных сетей.

Для технологии HPNA 2.0 возможно еще одно потенциальное применение - удлинение Ethernet (см. Рисунок 6). Рабочая дальность зависит от частотных свойств используемого кабеля. В случае применения кабеля Категории 3 или 5, передача данных по HPNA 2.0 возможна на расстояния до 1000 м. Однако эксперименты показали снижение скорости до 3-6 Мбит/с (в зависимости от типа кабеля).

HomePNA как нельзя лучше подходит для организации массового подключения к Internet на скоростях 64-512 Кбит/с по сетям проводного вещания (радиотрансляционным сетям). Низшее звено таких сетей - абонентская линия, имеет топологию «шина» (именно к ней подключаются абонентские громкоговорители). Сегодня эти сети почти не востребованы и приносят операторам только убытки. Но вся их инфрастуктура находится в хорошем состоянии.

Технически вопрос построения сетей доступа на основе оборудования HomePNA проработан, оператору достаточно решить несколько организационных вопросов. Поскольку технология HomePNA хорошо апробирована (xDSL и Ethernet) и ориентирована на массовую часть рынка, то решения на ее основе отличаются низкой стоимостью оборудования, инфраструктуры и монтажа. Именно эти особенности новой технологии и привлекли к ней внимание. Первые результаты апробации HomePNA в российских условиях уже получены, и они обнадеживают.

Испытания проводились компанией «СвязьКомплект» на базе нескольких видов оборудования стандартов HomePNA 2.0 (D-link, NetGear, 3COM) и HomePNA 1.0 (City-Net Technology) - коммутаторов Home-PNA, сетевых карт HomePNA, конвертеров HomePNA-Ethernet и Home-PNA-USB. Результаты полностью подтвердили отличные характеристики этой технологии на российских кабелях, включая провод ТРП (см. Рисунок 7). Работоспособность для гарантированной стандартом скорости и дальности сохранялась даже при использовании не очень качественных скруток и наличии отводов. Конечно, скорость передачи при этом снижалась, но передача данных не прекращалась.

Рисунок 7. Зависимость скорости передачи данных от расстояния при работе HPNA по проводу ТРП.

Исследования проводились при совместной работе телефонной линии и HomePNA по одному абонентскому шлейфу - сколь-либо существенного влияния вызывного напряжения и импульсного набора номера обнаружено не было. В ходе проверки совместимости были подтверждены заявления производителей о совместимости оборудования и различных стандартов. И самое главное, оборудование Home-PNA успешно прошло сертификационные испытания на предмет электромагнитных помех.

Еще один комплекс успешных испытаний был выполнен на сетях проводного вещания. Возможности использования HPNA проверялись для существующих абонентских и распределительных фидеров. В процессе тестирования была отработана схемотехника высокочастотных обходных устройств, обеспечивающих передачу сигнала минуя трансформатор, которая может быть использована в случае малой плотности абонентов на сети. Как было установлено, наиболее перспективной с точки зрения эффективности внедрения представляется следующая схема (Рисунок 8).

Рисунок 8. Использование HPNA для коллективного широкополосного доступа по линиям сети проводного вещания.

Как видно, в HomePNA скрыт огромный потенциал, который может быть использован для построения высокорентабельных систем коллективного широкополосного доступа. А высокая рентабельность жизненно важна для тех, кто вынужден развиваться в условиях недостатка капиталовложений.

Еще один серьезный импульс технология HPNA получила после принятия Международным советом по электросвязи (ITU-T) рекомендации G.989.1 (G.pnt.f), в результате чего HPNA получила статус международного уровня.