Ethernet до абонента

Рост спроса на широкополосные услуги требует внедрения прогрессивных сетевых технологий на участке абонентского доступа.

"Стандарт принят, да здравствует стандарт!" - такой фразой можно охарактеризовать завершение цикла работ по стандартизации технологических решений, проводимых официальными органами и соответствующими отраслевыми ассоциациями. После окончательного утверждения определенных технических спецификаций необходимо определиться, какие моменты требуют дополнительного уточнения, что следует описать в расширениях и дополнениях к уже принятому стандарту, а также попытаться предвидеть дальнейшее направление развития данной технологии, которое будет отображено в последующей версии стандарта.

Поэтому в какой-то мере неожиданным является объявленный в марте текущего года переход Ethernet in the First Mile Alliance (EFMA) под эгиду Metro Ethernet Forum (MEF). Конечно же, ассоциация EFMA, созданная в 2001 году для продвижения технологий широкополосного абонентского доступа на базе Ethernet, с окончательным утверждением стандарта IEEE P802.3ah в июне 2004 года не исчерпала своих возможностей. Вместе с тем логичным является объединение данного альянса с Metro Ethernet Forum, причем не только на основе того, что многие компании и организации были активными членами обеих ассоциаций. Как известно, миссия MEF - способствовать широкому внедрению Ethernet в качестве телекоммуникационной технологии.

Поэтому вполне естественно, что дальнейшее развитие Ethernet-технологий абонентского доступа не будет предметом компетенции другой, хоть и родственной, ассоциации, что подчеркивают сами участники объединения. Так, Питер Линдер, один из руководителей EFMA, а также технический директор подразделения систем проводной связи Ericsson, объяснил предстоящее объединение тем, что широкое внедрение Ethernet на сетях общего пользования фактически только начинается, как начинает формироваться и рынок услуг Ethernet-доступа. А наилучшие возможности для его последующего развития предлагает MEF, сосредотачивающий в себе все возможности совершенствования этой технологии.

Универсальная широкополосная технология

Основная роль решений EFM, применяемых для организации абонентского доступа, заключается в возможности реализации единой технологической базы при осуществлении соединений локальных и глобальных сетей. Вместе с тем EFM - это развитие сетевой технологии Ethernet, опыт применения которой в локальных сетях предполагает возможность построения простых, всесторонних и законченных решений, поддерживающих широкий спектр приложений. Поэтому можно говорить о значительных перспективах Ethernet-доступа как набора решений, обладающих эксплуатационными характеристиками и обеспечивающих уровень предоставляемых услуг, который существенно превосходит другие технологии доступа. Такое превосходство определяется тремя группами факторов. Во-первых, это наиболее эффективная инфраструктура для передачи данных. Во-вторых, эта инфраструктура должна обеспечивать эффективную реализацию как сервисов по передаче данных, так и голосовых сервисов и доставку видео. Также далеко не последним условием является наличие общепризнанного стандарта и гарантированной совместимости оборудования разных производителей.

Ethernet и сети доступа

Само определение Ethernet in the First Mile (буквально "Ethernet в первой миле") отображает изменение концепции развития телекоммуникационных систем, последовавшее за недавним кризисом в телекоммуникациях. В течение нескольких лет перед кризисом наращивалась в основном операторская инфраструктура, поскольку ожидалось лавинообразное увеличение объемов поступающего трафика. Следствием этого стал избыток магистральных линий в ряде развитых стран. Поэтому в последнее время более чем актуальной является проблема развития инфраструктуры доступа, ведь именно сейчас появляется массовый спрос на мультимедийные сервисы, включая доставку видео, трансляцию телевизионных каналов и видеотелефонию. Так, доставка видео по запросу становится неотъемлемой частью набора услуг, предлагаемых в гостиницах. Демонстрация возможностей IP-TV привлекла всеобщее внимание на выставке Consumer Electronics Show 2005 (CES).

Такое изменение акцентов своей деятельности основатели Ethernet in the First Mile Alliance в свое время решили подчеркнуть понятием "первая миля" (которое фигурирует и в названии ассоциации) в противовес терминам "последняя миля" или "абонентский шлейф". Сегодня в широкий обиход входит понятие "вторая миля", охватывающее решения на участке концентрации трафика в сети доступа и границу транспортной сети.

Ethernet как базовую технологию на участке доступа выбирают по ряду соображений. Прежде всего, практически весь трафик данных генерируется и терминируется в сетях Ethernet/IP. Поэтому применение данной технологии на всех участках телекоммуникационной сети приведет к повышению эффективности доставки трафика: исчезнет необходимость в реализации совокупности транспортных технологий в виде "слоеного пирога" (IP/ATM/SDH), требующего преобразования протоколов на определенных этапах, а также сокращения полезной нагрузки из-за специфики формирования тех же АТМ-ячеек.

Если рассматривать опыт использования Ethernet в локальных сетях, то нельзя не отметить, что она является самой недорогой и эффективной сетевой технологией. Лучшим подтверждением тому служит наличие инсталляционной базы в 500 млн. портов. С другой стороны, такой уровень внедрения позволил накопить солидный опыт реализации отработанных решений в целом, а также отдельных элементов и узлов, включая наборы микросхем и сетевые интерфейсы для разных сред передачи (медные и оптические кабели и радиоволны). Следовательно, огромное количество людей знакомо с особенностями функционирования Ethernet и реализацией решений на базе этой технологии.

Еще одной особенностью Ethernet является довольно гибкое управление пропускной способностью и возможность автоматического выбора ее для данного соединения из ряда значений в 10/100/1000 Мбит/с.

В последнее время было предложено несколько расширений данной технологии, позволяющих достаточно эффективно использовать ее для организации потоковых сервисов. В корпоративном секторе становится привычным внедрение систем IP-телефонии, предлагаемых многими производителями, что свидетельствует о признании зрелости этих систем как технологического решения (а ведь они разворачиваются в сетях Ethernet). Сегодня появился целый ряд решений видеотелефонии, рассчитанных как на корпоративный сектор, так и на индивидуального потребителя, поэтому необходимы стандартизованные решения Ethernet-доступа, которые позволяли бы наиболее эффективно организовывать подобные сервисы в телекоммуникационных сетях.

Наличие действующего стандарта IEEE P802.3ah означает полное взаимодействие оборудования EFM (например, систем доступа и терминальных устройств) вне зависимости от того, где и кем оно произведено. Сейчас ведутся работы по определению возможностей проверки реального соответствия устройств требованиям стандарта IEEE P802.3ah. Так, компания ADVA Optical Networking стала первым производителем телекоммуникационного оборудования, получившим подтверждение соответствия стандарту IEEE 802.3ah:2004. Осенью прошлого года решение оптического Ethernet-доступа "точка-точка" этой компании прошло полный цикл тестирования в лаборатории проверки совместимости университета в Нью-Хэмпшире.

Три варианта решений

Особенностью "первой мили" является и то, что существует потребность в разных вариантах решений доступа и серьезном разбросе по необходимой пропускной способности и по расстояниям, а это определяется конкретными условиями проекта. Все зависит от того, что надо будет подключать: офисный комплекс из нескольких зданий, организацию, которая занимает несколько этажей в разных зданиях, отдельно стоящее здание или многоквартирный дом.

Согласно рекомендациям EFMA, системы доступа на основе Ethernet должны предлагать единый подход к доставке услуг для решений, базирующихся на разных средах передачи. Безусловно, сегодня в подключениях абонентов доминирует витая пара, но в ряде случаев целесообразным является внедрение волоконно-оптических решений. Так, весьма любопытны примеры реализации оптического Ethernet-доступа в малозаселенных регионах Швеции как вариант решения проблемы недостаточно развитой телекоммуникационной инфраструктуры.

Разработчикам стандарта EFM пришлось учитывать все возможные ситуации, предполагая единый подход для передачи трафика Ethernet с использованием различных сред передачи и реализацией разных архитектур доступа: "точка-точка" на медной витой паре, "точка-точка" и "точка-много точек" на оптике.

Соответственно рабочая группа IEEE P802.3ah изначально обозначила три направления, которые определяют следующие варианты доступа: решения на медной паре (EFM Copper, EFMC), на оптическом волокне с топологией "точка-точка" (EFM Fiber, EFMF) или соединения "точка-много точек", основанного на технологии пассивных оптических сетей (EFM PON, EFMP). Кроме того, предусматривается возможность реализации гибридных топологий (EFM Hybrid, EFMH), сочетающих в себе перечисленные варианты. Это необходимо для построения гибридных сетей доступа на основе разных подходов, определяющих конечный пункт, до которого проводится оптическое волокно. Имеется в виду, в частности, "волокно к распределительному колодцу" (FTTC) и "волокно к распределительному шкафу" (FTTCab), или "волокно к зданию" (FTTB)с последующей разводкой непосредственно абонентам, реализованной на медных линиях.

Стандартизация нескольких вариантов доступа предполагает достаточную гибкость для поставщиков услуг, которые смогут подбирать наиболее подходящие решения для определенных участков сетей. В стандарте также определяются особенности управления сетью, которые создаются с использованием общих процедур, а также единого типового набора инструментальных средств управления и технического обслуживания систем (Operation, Administration and Maintenance, OAM).

Решения "точка-точка"

Оптические EFM-решения "точка-точка" практически не отличаются от аналогичных реализаций Ethernet, используемых в локальных сетях. В первую очередь это относится к стандартам, применяющим два волокна (одно на передачу, другое на прием). Речь идет о технологиях 100BASE-LX10 и 1000ВАSE-LX10, обеспечивающих реализацию соединений на одномодовых волокнах со скоростью соответственно 100 и 1000 Мбит/с при дальности до 10 км (гигабитный вариант допускает работу на многомодовых волокнах при дальности до 550 м).

Технологии 100BASE-BX10 и 1000ВА-SE-BX10 также обеспечивают скорости 100 Мбит/с и 1000 Мбит/с и поддержи вают та кую же дальность, но при этом используюттолько одно одномо-довое волокно. Для прохождения потоков в двух направлениях применяется частотное разделение каналов. Это потребовало разработки трансиверов двух типов. Тип D (Downlink - нисходящий, так как осуществляет передачу по направлению к абоненту) предназначен для оборудования, которое устанавливается в узлах доступа. Типом U (Uplink - восходящий, передающий данные в сеть) оснащается терминальное оборудование.

Соответственно передача устройствами 1000BASE-BX10-U производится на участке 1260-1360 нм, а устройства 1000BASE-BX10-D передают в области 1480-1500 нм.

Для организации доступа по медным абонентским парам стандарт IEEE P802.3ah предполагает применение двух технологий DSL-доступа, одна из которых ориентируется на работу с длинными, а вторая - с короткими абонентскими шлейфами.

Технология 10Pass-TS обеспечивает симметричную (полнодуплексную) передачу десятимегабитных потоков при дальности до 750 м. В качестве технологии доступа стандарт называет VDSL, уточняя ее спецификации с точки зрения особенностей EFM.

Более "дальнобойные" решения 2BASE-TL (дальность может достигать 2,7 км) оперируют потоками в 2 Мбит/с на базе технологи и доступа SHDSL. Особенностью этой технологии является использование нескольких пар в одном подключении (до 8 пар), за счет чего наращивается пропускная способность. Надо сказать, способ подключения нескольких пар, предлагаемый стандартом IEEE P802.3ah, является наиболее эффективным по сравнению с другими возможными вариантами.

Пассивное оптическое древо

Решение "точка-много точек" на оптике базируется на технологии пассивных оптических сетей (PON). Эта технология представляет собой соединение станционного активного оборудования (так называемого "терминала оптической линии", OLT) и абонентских устройств (оптические сетевые терминалы, ONT, или же устройства, ONU). Такая сеть строится по древовидной топологии с использованием пассивных оптических разветвителей (сплиттеров).

Множественный доступ в пассивных оптических сетях осуществляется за счет временного мультиплексирования. Процесс транспортировки нисходящего потока данных от сети к абоненту основан на широковещательной передаче. Каждый ONT получает весь трафик и на основе соответствующей адресной информации в заголовке пакета выбирает из него данные, предназначенные конкретному ONT.

Восходящая передача осуществляется намного сложнее, поскольку для нее необходимо реализовывать принцип разделяемой среды. Это требует координации передачи для всех ONT за счет специализированного механизма на основе TDMA, который закрепляет за каждым ONT определенный временной интервал.

Решения PON с использованием Ethernet (EPON) основываются на механизме управления доступом к среде, определенном группой стандартов IEEE 802.3. Разработчикам все же пришлось пойти на некоторые изменения, касающиеся МАС-подуровня и физического уровня в целом, вызванные проблематичностью использования множественного доступа с обнаружением коллизий.

В качестве среды передачи в системе доступа используется одно одно-модовое волокно, в котором осуществляется частотное разделение каналов. Как и в решениях "точка-точка", частотное разделение каналов обеспечивается путем реализации двух типов трансиверов. Трансиверы типа D производят передачу на 1490 нм, а для типа U предусмотрено 1310 нм.

Технические требования EPON предусматривают гигабитную пропускную способность в сети TDMA. Стандарт определяеттиповое число, составляющее 16 соединений, на дальности до 20 км (1000 Base-PX20) или до 10 км (1000 Base-PXIO).

На физическом уровне в концепции EPON определены волоконно-оптические соединения типа "точка-мно-го точек" с пассивными оптическими разветвителями. Протокол Multipoint Control Protocol (MPCP) позволяет системе трактовать соединение "точка-много точек" как несколько соединений "точка-точка". МРСР использует подуровень эмуляции "точка-точка", формирующий в преамбуле пакета Ethernet специальное поле, которое позволяет конкретному ONT выделить в нисходящем потоке предназначенные ему пакеты. Передача восходящего потока традиционно для PON осуществляется с использованием TDMA. В ее организации участвуют маркер (кадр синхронизации), периодически выдаваемый OLT, и разрешающий передачу кадр GATE, направляемый в ответ на запрос от ONT.

Да здравствует стандарт

Подытожить описание технических возможностей EFM можно тем, какое будущее ожидает эти технологии. Здесь все будет зависеть от принятия стандарта. На вопрос о перспективах широкополосного Ethernet-доступа в одном из недавних интервью Боб Меткалф (изобретатель Ethernet) ответил, что потребители начнут активно приобретать сервисы, основанные на данной сетевой технологии, после принятия соответствующего стандарта.

Этуточкузрения разделяют аналитики. Так, в исследовании Ethernet in the First Mile (EFM): Provisioning Broadband on the Cheap, опубликованном компанией In-Stat/MDR, говорится, что на конец следующего года численность широкополосных подключений на базе Ethernet будет составлять почти 23,9 млн. (а это десятикратный рост по сравнению с ситуацией, наблюдавшейся в начале работ по стандартизации).

По уровню внедрения доступа с Ethernet в "первой миле" лидирует азиатско-тихоокеанский регион. Как свидетельствуют данные упоминавшегося исследования, подобного рода услугами в этом регионе пользуются до 63% абонентов. Столь широкое внедрение передовых технологий, по мнению аналитиков, обусловлено преобладанием в городах многоэтажной застройки, высокой плотностью населения, короткими абонентскими линиями, наличием недорогой рабочей силы, поддержкой на правительственном уровне, а в ряде стран, как, например, в Китае, и необходимостью повсеместного внедрения современной коммуникационной инфраструктуры.

На втором месте среди мировых регионов оказалась Западная Европа, где наибольший уровень внедрения решений абонентского Ethernet-доступа отмечается в Италии и странах Скандинавии.

В США пока не наблюдается широкое внедрение абонентского Ethernet-доступа, однако ситуация может измениться к концу 2006 года.

Доминирующей технологией доступа в ближайшие годы будет EFM over copper. В той же Европе достаточно развита медная инфраструктура, в то время как реализация новой проводки - дело весьма дорогостоящее и хлопотное.

Вместе с тем в упомянутом исследовании говорится, что доля решений Fiber to the Home с реализацией Ethernet-доступа будет постепенно увеличиваться по мере повышения потребности в пропускной способности. Однако, по мнению аналитиков, преобладать оптические решения доступа будут по прошествии двадцати лет. С другой стороны, есть надежда, что доминирование оптики будет заметно и не в столь отдаленном времени, ведь, по заявлению Меткалфа, уже нельзя определять как широкополосное то абонентское подключение, которое поддерживает скорость в несколько сотен килобит в секунду. Сегодня на повестке дня - предложение абоненту скорости доступа в несколько десятков мегабит в секунду, а также готовность к реализации гигабитных скоростей.