"Последняя миля" между телефонной компанией и абонентским телефонным аппаратом с комментариями

Обычно нам нет дела до того, как работает телефонная линия (но только не тогда, когда приходится кричать изо всех сил в телефонную трубку: "Повторите пожалуйста, ничего не слышно!").

Телефонные компании предоставляют клиенту множество самых разных услуг. В прейскурантах этих услуг разобраться не так просто - что, собственно, предлагается, и сколько за какую услугу следует платить. В этой статье мы ни словом не обмолвимся о ценах, однако попытаемся выяснить, в чем различие между наиболее часто предлагаемыми продуктами и услугами в области телефонной связи.

АНАЛОГОВЫЕ ЛИНИИ, ЦИФРОВЫЕ ЛИНИИ

Во-первых, линии бывают аналоговые и цифровые. Аналоговый сигнал меняется непрерывным образом; он всегда имеет определенное значение, представляющее, например, громкость и высоту передаваемого голоса или цвет и яркость определенного участка изображения. Цифровые сигналы имеют только дискретные значения. Как правило, сигнал либо включен, либо выключен, либо он есть, либо его нет. Иными словами, его значение равно или 1 или 0.

Аналоговые телефонные линии используются в телефонии с незапамятных времен. Даже телефоны пятидесятилетней давности, скорее всего, удастся подключить к абонентскому шлейфу - линии между домашней телефонной розеткой и центральной телефонной станцией. (Центральная телефонная станция - это не сверкающий небоскреб в центре города; длина абонентского шлейфа в среднем не превышает 2,5 миль (четырех километров), так что "центральная телефонная станция", как правило, помещается в каком-нибудь невзрачном здании неподалеку.)

Во время телефонного разговора встроенный в телефонную трубку микрофон преобразует речь в аналоговый сигнал, передаваемый на центральную телефонную станцию, откуда он попадает либо на другой абонентский шлейф, либо на другие коммутационные устройства, если вызываемый номер находится вне зоны действия данной станции. При наборе номера телефонный аппарат генерирует передаваемые по тому же основному каналу сигналы (in-band signals), указывающие, кому предназначен данный вызов.

За время своего существования телефонные компании накопили большой опыт в передаче речи. Установлено, что для выполнения этой задачи в основном достаточен диапазон частот от 300 до 3100 Гц. Напомним, что аудиосистемы класса hi-fi способны воспроизводить звук без искажений в частотном диапазоне 20-20000 Гц, а значит, телефонного диапазона хватает обычно только для того, чтобы абонент мог узнать звонящего по голосу (для других применений этот диапазон с большой вероятностью окажется чересчур узок - для передачи музыки, например, телефонная связь совершенно не годится). Плавный спад амплитудно-частотной характеристики на высоких и низких частотах телефонные компании обеспечивают с помощью аналогового телефонного канала 4000 Гц.

Центральная телефонная станция, как правило, оцифровывает сигнал, предназначенный для дальнейшей передачи по телефонной сети. За исключением Джилбет Каунти (шт. Арканзас) и Рэт Форк (шт. Вайоминг), во всех американских телефонных сетях сигнал между центральными станциями передается в цифровом виде. Хотя во многих компаниях используются цифровые учрежденческие АТС и средства передачи данных, а все средства ISDN основаны на цифровой кодировке, абонентские шлейфы по-прежнему остаются "последним оплотом" аналоговой связи. Объясняется это тем, что большинство телефонов в частных домах не имеют средств оцифровки сигнала и не могут работать с линиями пропускной способностью свыше 4000 Гц.

НА ЧТО ХВАТАЕТ 4000 ГЦ?

Модем - это устройство, преобразующее цифровые сигналы компьютера в аналоговые сигналы с частотами, в пределах полосы пропускания телефонной линии. Максимальная пропускная способность канала напрямую связана с полосой пропускания. Точнее, величина пропускной способности (в битах/сек) определяется полосой пропускания и допуском на отношение сигнал/шум. В настоящее время максимальная пропускная способность модемов - 33,6 Кбит/с - уже близка к этому пределу. Пользователи модемов с пропускной способностью 28,8 Кбит/с хорошо знают, что зашумленные аналоговые линии редко обеспечивают их полную пропускную способность, которая часто оказывается куда ниже. Сжатие, кэширование и прочие увертки помогают несколько выправить ситуацию, и тем не менее мы скорее доживем до изобретения вечного двигателя, чем до появления модемов с пропускной способностью 50 или хотя бы 40 Кбит/с на обычных аналоговых линиях.

Телефонные компании решают обратную задачу - оцифровывают аналоговый сигнал. Для передачи получающегося цифрового сигнала используются каналы пропускной способностью 64 Кбит/с (это - мировой стандарт). Такой канал, именуемый DS0 (digital signal, нулевой уровень), является базовым кирпичиком, из которого строятся все прочие телефонные линии. Например, можно объединить (правильный термин - уплотнить) 24 канала DS0 в канал DS1. Арендуя линию T-1, пользователь фактически получает канал DS1. Подсчитывая суммарную пропускную способность DS1, надо помнить, что после каждых 192 информационных бит (то есть 8000 раз в секунду) передается один бит синхронизации: всего получается 1,544 Мбит/с (64000 умножить на 24 плюс 8000).

ВЫДЕЛЕННЫЕ ЛИНИИ, КОММУТИРУЕМЫЕ ЛИНИИ

Помимо линии Т-1 клиент может арендовать выделенные линии или пользоваться обычными коммутирующими линиями. Арендуя у телефонной компании канал T-1 или низкоскоростную линию передачи данных, например цифровую линию dataphone (dataphone digital service, DDS), абонент фактически берет напрокат прямое соединение и в результате становится единственным пользователем канала с пропускной способностью 1,544 Мбит/с (T-1) или 56 Кбит/с (низкоскоростная линия).

Хотя технология frame relay и предполагает коммутацию индивидуальных кадров, соответствующие услуги предлагаются пользователю в виде виртуальных каналов связи между фиксированными конечными точками. С точки зрения архитектуры сети, frame relay следует рассматривать, скорее, как выделенную, нежели как коммутируемую линию; немаловажен тот факт, что цена такой услуги при той же пропускной способности существенно ниже.

Коммутационные услуги (примером их может служить обслуживание обычного квартирного телефона) - это услуги, приобретаемые у телефонной компании. Абоненту по требованию предоставляется осуществляемое с помощью сети коммутаторов общего пользования соединение с любым узлом телефонной сети. В отличие от ситуации с выделенными линиями, плата в этом случае взимается за время соединения или реальный объем трафика и зависит большей частью от частоты и объема пользования сетью. Коммутационные услуги цифровой связи могут предоставляться на основе протоколов X.25, Switched 56, ISDN Basic Rate Interface (BRI), ISDN Primary Rate Interface (PRI), Switched Multimegabit Data Service (SMDS) и ATM. Некоторые организации, например университеты, железные дороги или муниципальные организации, создают частные сети с использованием собственных коммутаторов и арендованных, а порой даже своих собственных линий.

Если линия, полученная от телефонной компании, цифровая, то для обмена данными между телефонной сетью и оконечным оборудованием (этим термином телефонные компании обозначают такое оборудование, как компьютеры, факсимильные аппараты, видеотелефоны и цифровые телефонные аппараты) не требуется выполнять преобразование цифровых сигналов в аналоговые, а следовательно, необходимость в модеме отпадает. Тем не менее и в этом случае пользование телефонной сетью накладывает определенные требования на абонента. В частности, следует обеспечивать корректную концевую заделку абонентского шлейфа, правильную передачу трафика и поддержку диагностики, выполняемой телефонной компанией.

Линия, поддерживающая протокол ISDN BRI, должна быть подсоединена к устройству под названием NT1 (network termination 1). Помимо концевой заделки линии и поддержки диагностических процедур устройство NT1 осуществляет согласование двухпроводного абонентского шлейфа с четырехпроводной системой цифрового оконечного оборудования. При использовании арендованных цифровых линий T-1 или DDS, а также услуг цифровой связи в качестве нагрузки линии следует использовать модуль обслуживания канала (channel service unit, CSU). CSU работает как терминатор, обеспечивает корректную нагрузку линии и отрабатывает команды диагностики. Оконечное оборудование, имеющееся у клиента, взаимодействует с модулем обслуживания данных (data service unit, DSU), который преобразует цифровые сигналы к стандартному виду и передает их на CSU. Конструктивно CSU и DSU часто объединяются в один модуль под названием CSU/DSU. DSU можно встроить в маршрутизатор или мультиплексор. Таким образом, и в этом случае (хотя модемы здесь не нужны) потребуется установка определенных интерфейсных устройств.

НОСИТЕЛИ ДЛЯ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ

Большинство аналоговых абонентских шлейфов лишь при очень благоприятных условиях могут обеспечить пропускную способность в 33,6 Кбит/с. С другой стороны, та же самая витая пара, соединяющая офис с центральной телефонной станцией, вполне может использоваться для работы с ISDN BRI, что дает пропускную способность по данным 128 Кбит/с и еще 16 Кбит/с для управления и настройки. В чем тут дело? Сигнал, передаваемый по аналоговым телефонным лииниям, подвергается фильтрации для подавления всех частот свыше 4 КГц. При использовании цифровых линий такой фильтрации не требуется, поэтому полоса пропускания витой пары оказывается существенно шире, а следовательно, повышается и пропускная способность.

Арендуемые линии с пропускной способностью 56 и 64 Кбит/с представляют собой двухпроводные или четырехпроводные цифровые линии (в последнем случае одна пара используется для передачи, а другая - для приема). Эти же линии пригодны в качестве носителя для предоставления услуг цифровой связи, например frame relay или Switched 56. В качестве носителя для T-1, а также ISDN PRI и frame relay часто применяются четырехпроводные линии или даже оптические кабели. Линии T-3 иногда представляют собой коаксиальный кабель, но чаще они все-таки выполняются на основе оптического.

Хотя ISDN по-прежнему и привлекает самое широкое внимание как средство высокоскоростной передачи сигнала на большие расстояния, в последнее время появились более новые средства связи для "последней мили" (т.е. абонентского шлейфа). Компании PairGain и AT&T Paradyne предлагают продукты на базе разработанной компанией Bellcore технологии высокоскоростного цифрового абонентского шлейфа (high bit-rate digital subscriber loop, HDSL). Данные продукты позволяют уравнять возможности всех имеющихся абонентских шлейфов; установив устройства HDSL на обоих концах линии, можно получить пропускную способность DS1 (1,544 Мбит/с) практически на всех существующих абонентских шлейфах. (HDSL длиной до 3,7 км может использоваться на абонентских шлейфах без повторителей в случае стандартных проводов 24 калибра. Для работы обычных линий T-1 необходимо ставить повторители через каждые километр-полтора). Альтернативой HDSL в достижении пропускной способности DS1 на "последней миле" является либо использование оптического кабеля (что весьма накладно), либо установка нескольких повторителей на каждой линии (это не так дорого, как оптоволоконная техника, но все равно недешево). Кроме того, в данном случае существенно возрастают расходы телефонной компании, а следовательно и клиента, на поддержание линии в рабочем состоянии.

Но даже и HDSL - не последнее слово техники в области увеличения пропускной способности на "последней миле". Ожидается, что наследник HDSL, технология асимметричного цифрового абонентского шлейфа (asymmetrical digital subscriber line, ASDL), сможет обеспечить пропускную способность 6 Мбит/с в одном направлении; пропускная способность другого существенно ниже - что-нибудь около 64 Кбит/с. В идеале или, как минимум, при отсутствии чьей-либо монополии - если считать, что стоимость услуги для клиента примерно соответствует ее себестоимости для телефонной компании - большая доля клиентов могла бы пользоваться ISDN PRI (или другими услугами на базе T-1) по цене, сравнимой с теперешней ценой ISDN BRI.

Однако сегодня сторонникам ISDN, скорее всего, беспокоиться не о чем; в большинстве случаев телефонные компании предпочтут увеличить пропускную способность линий и положить всю прибыль себе в карман без снижения стоимости услуг для клиента. Вовсе не очевидно, что тарифы на услуги должны быть основаны на здравом смысле.

Таблица 1. Типы телефонных услуг

Тип линии

Услуга

Вид коммутации

Носитель абонентского шлейфа

Аналоговая линия

POTS

Коммутация линий

Двухпроводная витая пара

DS0 (64 Кбит/с)

DDS (арендуемая линия)

Выделенная линия

Двух- или четырехпроводная витая пара

Frame relay

PVC с коммутацией

пакетов

Двух- или четырехпроводная витая пара

X.25

Коммутация

пакетов

Двух- или четырехпроводная витая пара

Switched 56

Коммутация линий

Двух- или четырехпроводная витая пара

Switched 54

Коммутация линий

Двух- или четырехпроводная витая пара

ISDN BRI

Коммутация линий

Двухпроводная витая пара

Несколько DS0

(от 64 Кбит/с до

1536 Мбит/с с

шагом 64 Кбит/с)

Часть T-1

Выделенная линия

Двух- или четырехпроводная витая пара

Frame relay

PVC с коммутацией

пакетов

Двух- или четырехпроводная витая пара

DS1

(1544 Мбит/с)

(24 линии DS0)

Арендуемая линия T-1

Выделенная линия

Четырехпроводная витая пара или оптоволокно

Frame relay

PVC с коммутацией

пакетов

Четырехпроводная витая пара или оптоволокно

SMDS

Коммутация пакетов

Четырехпроводная витая пара или оптоволокно

ISDN PRI

Коммутация линий

Четырехпроводная витая пара или оптоволокно

DS3

(44736 Мбит/с)

(28 линий DS1,

672 линии DS0)

ATM

Сотовая коммутация

Коаксиальный кабель или оптоволокно

SMDS

Коммутация пакетов

Коаксиальный кабель или оптоволокно


Со Стивом Штайнке можно связаться через Internet по адресу: ssteinke@mfi.com.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями