С точки зрения потребителя услуги, все, что надо сделать, — включить компьютер и запустить браузер Web. Причем большинство пользователей даже не подозревают о том, каким образом Internet «оказывается» в их компьютере...

Глобальная сеть Internet — «Всемирная паутина» (World Wide Web, WWW) — охватывает весь земной шар. В каждом городе частью этой сети являются маршрутизаторы и серверы провайдеров услуг Internet. От оборудования провайдера (нередко размещаемого в зданиях городских АТС) данные доставляются до зданий, где находятся пользователи Internet, — такой участок обычно называют «последняя миля». Далее сигнал нужно развести по комнатам, к компьютерам пользователей — это участок «последнего дюйма».

Вопросы «последней мили» — доставки данных до зданий — достаточно широко освещались (обычно с этой целью применяются медные провода или волоконно-оптический кабель), поэтому в нынешней статье мы рассмотрим варианты решения задач «последнего дюйма».

ОСТОРОЖНО: КАБЕЛЬ

Один из наиболее освоенных на сегодняшний день подходов для подключения компьютеров внутри здания к Internet состоит в создании структурированной кабельной системы (СКС). В основе СКС — древовидная топология, иначе называемая «иерархическая звезда». Узлами этой структуры служат кроссовые комнаты, которые соединяются друг с другом кабелями. Обычно для построения такой сети используется четырехпарный кабель Категории 5е, а в последнее время — правда, пока еще редко ввиду дороговизны решения — сети на основе кабельной сборки из двух четырехпарных кабелей Категории 5е для телефонии и передачи данных и двух коаксиальных кабелей для передачи видеосигналов.

Для размещения сетевого оборудования требуется специальное помещение — аппаратная (или серверная), где устанавливаются АТС, серверы, концентраторы. Кроме того, необходимо позаботиться о кроссовой комнате для коммутационного оборудования СКС, сетевого и другого вспомогательного оборудования. Такая комната должна располагаться вблизи вертикального стояка и оснащаться системой контроля доступа. В домашних СКС для этих целей предусматривается отдельное помещение — домашний коммутационный центр. Вариантов его решений довольно много, поскольку никаких стандартов для этого не существует.

Одним словом, СКС для жилого сектора — довольно неудобное, негибкое и дорогое решение.

БЕЗ НОВЫХ ПРОВОДОВ!

Компьютеризация офисных и жилых помещений, создание локальных сетей и выход в Internet по выделенным линиям, т. е. все задачи «последнего дюйма» обычно связывают с прокладкой новой проводки. Однако в последнее время усиленно разрабатываются и осваиваются технологии под девизом «Без новых проводов!». Они позволяют задействовать уже имеющуюся в помещениях проводку или отказаться от проводов вообще.

Большинство домашних пользователей для выхода в Internet используют коммутируемый доступ (dial-up) по обычной телефонной линии. Способ дешев, но имеет массу недостатков. Необходимый для этого модем стоит от 50 до 200 долларов, скорость ограничена техническими параметрами АТС (максимум 56 Кбит/с, обычно 33 Кбит/с), во время работы в Internet телефон занят (поддержка стандарта V.92 пока не получила широкого распространения). К тому же в будущем, после ввода повременной оплаты за телефон, он может стать и не таким уж дешевым.

Но телефонную проводку внутри здания можно использовать гораздо более эффективно — с помощью технологии HomePNA. Разработанная созданным в 1998 г. альянсом HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance), она задействует для доступа в Internet обычную телефонную проводку. Стандарт HPNA 1.0 обеспечивает достаточную скорость доступа — 1 Мбит/с (в 30 раз быстрее коммутируемого соединения), в то время как стандарт HPNA 2.0 увеличивает ее до 10 Мбит/с. Подготавливаемый в настоящее время стандарт позволит повысить скорость до 100 Мбит/с.

При построении сети HPNA возможны топологии двух типов: «звезда» и «шина». Если передача данных организуется на базе собственной телефонной проводки, то целесообразен первый вариант — достаточно установить коммутатор вблизи телефонного кросса здания и подсоединить его параллельно к телефонным линиям. При этом частотные разделители (splitter) не потребуются ни со стороны коммутатора, ни со стороны абонента — телефонные розетки выполняют одновременно функции сетевого порта. Каждому абоненту выделяется порт коммутатора, и даже в случае HPNA 1.0 ему гарантируется широкополосное подключение к Internet (для чего 1 Мбит/с вполне достаточно). Этот тип решений лучше всего подходит для офисных зданий, гостиниц и т. д.

Если же доступа к абонентской телефонной проводке нет (это касается большинства жилых зданий, где телефонная проводка не принадлежит хозяину дома), то имеет смысл использовать топологию «шина» и построить наложенную сеть, тогда по одному проводу смогут одновременно работать до 32 абонентов HPNA. В этом случае предпочтительнее все-таки HPNA 2.0, поскольку пропускная способность будет делиться между всеми пользователями, и 1 Мбит/с, гарантируемого HPNA 1.0, будет явно недостаточно. Да и 10 Мбит/с, которые обеспечивает HPNA 2.0, может оказаться мало, поэтому количество абонентов, подключенных к одному проводу, лучше ограничить — как правило, подключают не более четырех.

При помощи технологии HomePNA довольно просто объединить компьютеры в домашнюю сеть и таким образом организовать совместный доступ в Internet, к файлам и приложениям, а также к периферийным устройствам. Для построения сети достаточно установить в компьютер сетевой адаптер HPNA и подключить его в телефонную розетку. То же самое нужно сделать с другими компьютерами в квартире. Этот способ позволяет создать одноранговую сеть из 25 (стандарт HPNA 1.0) или 32 (стандарт HPNA 2.0) компьютеров.

Для сети в масштабах здания с выходом в Internet помимо адаптеров HPNA потребуется коммутатор HPNA, который подключается к распределительному щиту (как и в случае с СКС, не лишним будет защитить его от вандалов). Каждый абонент получает свой порт коммутатора и вместе с ним широкополосное соединение с Internet со скоростью 1 Мбит/с. Весь сетевой трафик передается по единому каналу «последней мили».

Преимущества HomePNA очевидны: в отличие от СКС, эта технология не требует прокладки новых проводов. Кроме того, она позволяет иметь больше точек доступа — до шести телефонных розеток в квартире. Еще одна важная деталь: для соединения в сеть компьютеров с помощью СКС им необходимо выделить отдельные порты коммутаторов, в HPNA этого не требуется — на всю квартиру нужен лишь один порт концентратора. Это идеальный вариант для сети в малых офисах — не секрет, что в квартирах элитных домов нередко располагаются небольшие компании, для которых прокладка СКС не оправдана как по цене, так и по сложности. Кроме того, HPNA пригодится в зданиях, отнесенных к категории архитектурных памятников, где невозможно проложить новые провода, но существующая телефонная разводка решит все проблемы. И, наконец, еще один большой плюс HPNA — цена: сетевая карта HPNA 1.0 стоит около 30 долларов, карта HPNA 2.0 примерно в два раза дороже, а за концентратор HPNA на 12 портов придется заплатить около 800 долларов. Кстати, некоторые производители (Intel, например) располагают порт HPNA прямо на системной плате — тогда решение на основе HomePNA обходится еще дешевле.

Важно, что технология HPNA позволяет одновременно пользоваться телефоном и выходить в сеть — частота сигнала HPNA составляет около 10 МГц, что значительно выше используемого для телефонной связи диапазона. Кроме того, электрические помехи, которые могут возникать в телефонной сети, никак не влияют на передачу данных, а частотный диапазон HPNA не подвержен помехам со стороны электробытовых приборов. Соответственно, работа в Internet не будет мешать телефонным разговорам и приему факсов. Конечно, во время работы телефона характеристики канала меняются в широких пределах, поэтому передача данных несколько замедляется. Кроме того, в соответствии со спецификацией HPNA 2.0, расстояние между наиболее удаленными объектами узла не должно превышать 350 м, а общая площадь покрытия сети — 1000 м2. Впрочем, в большинстве случаев этого вполне достаточно. Кроме того, альянс HPNA обещает в скором времени выпустить стандарт HPNA 3.0, согласно которому данные будут передаваться со скоростью 100 Мбит/с.

Раньше на стене каждой квартиры «красовался» простенький приемник, подсоединенный к розетке городской радиотрансляционной сети (ГРТС). Такими устройствами почти никто уже не пользуется, однако это не значит, что радиорозетки исчезли из квартир. Дело в том, что в соответствии с требованиями гражданской обороны они устанавливаются в обязательном порядке. Принцип доступа по сети ГРТС такой же, как и по телефонным проводам, — в соответствии со стандартом HPNA 2.0. В Москве подключением к Internet через ГРТС занимается Центральный телеграф, который заключил соглашение с Московской городской радиотрансляционной сетью (МГРТС).

INTERNET ЧЕРЕЗ 220 В

Чего-чего, а розеток электропитания в каждом доме предостаточно. Мало кто их использует не по прямому назначению, однако не исключено, что в скором времени по электрическим проводам будет течь не только ток, но и станут передаваться данные. Во всяком случае соответствующая технология передачи данных по сетям электропитания (PowerLine Communications, PLC) уже существует!

Сети передачи данных по технологии PLC строятся по принципу «точка—множество точек», при этом локальная трансформаторная подстанция одновременно поставляет электроэнергию и услуги передачи данных. Внешнее оборудование доступа, по сути, — шлюз между сетями общего пользования и сетью PLC, — устанавливается на локальной трансформаторной подстанции и подключается к магистрали IP через существующие телекоммуникации. Оно управляет пропускной способностью до установленных в помещениях здания внутренних контроллеров. Последние формируют абонентскую сеть внутри помещений и объединяют устройства-адаптеры, которые включаются в розетки сети электропитания. В адаптерах имеется набор различных стандартных интерфейсов (USB, RS-232, RJ-45, Ethernet и др.) для подключения терминалов (компьютеров, факсов, телефонов).

Плюсы PLC не только в большом количестве точек подключения и простоте. Технология отличается очень высоким качеством связи и помехоустойчивостью, поскольку в ней используется тот же принцип, что и в стандарте мобильной связи CDMA, для которого характерен чрезвычайно эффективный шумоподобный сигнал, устойчивый к помехам. Специалисты компании Motorola объясняют принцип действия CDMA так: в комнате находится несколько пар людей, одновременно разговаривающих на разных языках. Каждый человек понимает речь только своего собеседника, а разговор других воспринимается как посторонний шум, не влияющий на восприятие беседы.

В сетях электропередачи используются алгоритмы широкополосной модуляции в размытом спектре (Spread Spectrum, SS), когда мощность сигнала распределяется в широкой полосе частот, так что сигнал становится подобен шуму. Выделение информации из шумоподобного сигнала производится цифровыми методами оптимального и квазиоптимального приема с применением уникальной для каждого сигнала псевдослучайной кодовой последовательности. С помощью различных кодов можно осуществлять передачу сразу нескольких сообщений в одной широкой полосе частот.

Однако наибольшее распространение получила модуляция с ортогональным разделением частот (Orthogonal Frequency Division Modulation, OFDM). В данном случае результирующий сигнал формируется путем мультиплексирования нескольких широкополосных сигналов с ортогональным частотным уплотнением, обеспечивая одновременную передачу данных на разных несущих частотах сигналов с фазовой модуляцией (QPSK). Как правило, сигнал OFDM обрабатывается посредством быстрого преобразования Фурье и инверсного преобразования.

Отдельное направление развития PLC связано с протоколом IPv6, и в случае его принятия эта технология может получить чрезвычайно широкое распространение. Дело вот в чем: компьютеру для работы в Internet необходим собственный IP-адрес — только тогда он может быть доступен по Сети. Имеющееся же адресное пространство протокола IPv4 практически исчерпано. Новый протокол IPv6 в десятки тысяч раз увеличивает количество доступных IP-адресов. Это позволит реализовать мечту по созданию «умного дома», где по IP можно управлять разного рода техникой: холодильниками, стиральными машинами и т. д. Кстати, первым управляемым по IP устройством 15 лет назад стал... тостер. Но у этой технологии немало и других серьезных применений. Каждому подобному прибору или устройству необходим выход в Internet. Прокладывать же для этого СКС или телефонные провода нерационально, по радио — дорого, а вот розетка в 220 В будет обязательно, без нее ни одно устройство просто не работает. Подавать по ней не только ток, но и подключаться к Internet — оптимальный вариант.

Пока развитие технологии PLC тормозит отсутствие решений для подключения к Internet многоквартирных зданий. Дело в том, что существующий стандарт HomePlug 1.0 (он принят в июне 2001 г.) со скоростью подключения 14 Мбит/с разработан для типичных американских коттеджных поселков, где каждый дом питается от отдельного трансформатора, который играет роль высокочастотного разделителя сетей. В помещении может быть не более 16 узлов — т. е. всего 16 розеток. В многоквартирных домах розеток, бесспорно, гораздо больше. В настоящее время в ряде европейских и азиатских компаний разрабатывается новый стандарт со скоростью от 2 до 10 Мбит/с с возможностью организации до 256 узлов подключения — а это уже приемлемо для зданий с большим количеством квартир.

Еще один тонкий момент связан с тем, что линии электропередачи обладают такими неприятными особенностями, как высокий уровень шумов, быстрое затухание высокочастотного сигнала и нестабильность линии связи. В отличие от традиционных физических сред передачи информации, где коммуникационные параметры (затухание сигнала, частотные и фазовые искажения и др.) более-менее постоянны, в линиях электропередачи названные параметры зависят от уровня текущего энергопотребления. Чтобы минимизировать такую зависимость, необходимо применять методы компенсации: помехоустойчивые алгоритмы обработки сигналов и кодирования, высоконадежные методы доступа к среде передачи данных и т. д., что обуславливает существенные ограничения на использование этой технологии. Средняя дальность передачи сигнала составляет от 300 до 500 м при максимуме 1000 м. Кроме того, данные могут передаваться не по всякой электросети: передача данных по высоковольтным линиям затруднена из-за значительного затухания сигнала, поэтому пока для этого выбирают сети со стандартным трехфазовым напряжением ~0,4 кВ. Впрочем, все эти проблемы решаются с помощью уже описанных алгоритмов модуляции.

Стоимость адаптеров PLC не очень высока (ниже 100 долларов), и продолжает снижаться.

СТАРЫЙ ТЕЛЕВИЗОР

Если данные можно передавать по радиосети, что же мешает их передаче по телевизионной проводке? В принципе, такие решения уже есть, они реализованы в сетях кабельного телевидения. Однако это дорогая и громоздкая технология. Телевизионных розеток в квартире не так много, а для установки дополнительных потребуется прокладывать провод. Подключить компьютер к телевизионной розетке можно только через кабельный модем, если же в квартире несколько компьютеров, то не обойтись без приобретения и установки концентратора. Кроме того, для передачи данных по телевизионной сети необходима качественная коаксиальная разводка — в старых домах ее просто нет (существующее оборудование кабельных сетей рассчитано на доставку только телевизионного сигнала, да и то лишь в одну сторону — от центрального узла к абоненту; передача данных в обратную сторону невозможна). В новых зданиях лучше и дешевле использовать унифицированную СКС, поскольку она позволяет одновременно обеспечивать телефонную связь, телевизионное вещание и доступ в Internet. Еще один минус — очень высокая стоимость центрального узла доступа, через который ведутся вещание и передача сигнала.

Решения на основе технологии передачи данных через телевизионную сеть не слишком распространены, хотя примеры есть (например, сеть КОМКОР-ТВ). Операторы связи ждут появления дешевых и универсальных устройств доступа, так называемых ТВ-приставок (set-top-box) — это устройство размером с видеомагнитофон представляет собой, по сути, компьютер и позволяет выходить в Internet с телевизора. Кроме того, с помощью приставок можно реализовать идею интерактивного телевидения. Однако существующие образцы трудно назвать массовыми, поскольку стоят они свыше 100 долларов. Да и качество самих телевизоров оставляет желать лучшего — почти все они аналоговые, и телевизионный сигнал претерпевает множество преобразований, прежде чем изображение появится на экране. При подключении приставки преобразование станет еще больше: входной цифровой (из Internet) будет преобразовываться в аналоговый, и качество сигнала резко упадет. К сожалению, скорого перехода к полностью цифровому телевидению ждать не приходится — цифровых телевизоров дешевле 1000 долларов до сих пор просто не существует.

Кстати, есть еще одна проблема (впрочем, она характерна для любой технологии передачи данных по общему для всего дома кабелю): несанкционированный доступ в сеть. Насколько это актуально, показывает пример НТВ+. Хотя это и спутниковая система, неприятности у нее те же: хакеры довольно быстро взломали систему авторизации, и теперь специалисты НТВ+ ломают голову над тем, что делать с «пиратскими» подключениями. В системах с единым кабелем — аналогичные сложности. Очевидно, что любая система авторизации решит их лишь на время — ведь абсолютно надежной защиты не существует...

И СНОВА — РАДИО

Если все описанные выше технологии доступа в Internet — проводные, то для передачи данных посредством радиоволн никаких проводов не требуется. Это одно из наиболее активно развивающихся направлений, где уже существует несколько стандартов. Радиодоступ обеспечивает высокие скорости подключения: RadioEthernet стандарта IEEE 802.11b работает со скоростью до 11 Мбит/с, а стандарт IEEE 802.11а рассчитан на еще более высокую скорость — до 54 Мбит/с. Другое преимущество радиодоступа — мобильность: никаких розеток и проводов, все, что нужно, — радиомодем, цена которого не слишком высока. Правда, несмотря на низкую стоимость абонентского оборудования, базовые станции и их размещение обходятся довольно дорого.

В последние годы рынок беспроводных сетей растет более высокими темпами, чем рынок сетей проводных. Не в последнюю очередь этому способствует удобство применения в малых и домашних офисах. Кроме того, уже появилось высокоскоростное оборудование с поддержкой стандарта IEEE 802.11a. Впрочем, распространение этой технологии сдерживается целым рядом факторов. В частности, в России до конца не решены проблемы с лицензированием RadioEthernet. И если для применения абонентских устройств внутри помещения лицензии не нужны (однако регистрация все же необходима, впрочем, для этого достаточно лишь подать заявление в Госкомсвязи), то для установки оборудования на крышах зданий требуется получить лицензию.

Для полноты картины следует упомянуть, пожалуй, наиболее экзотический способ связи — при помощи инфракрасных лучей. Кстати, один из первых беспроводных телефонов, созданных во Франции, работал именно так. Правда, телефонная трубка была бесполезна вне прямой видимости базовой станции. То же самое — и с передачей данных: если источник сигнала не виден, то компьютер не получит сигнал. Именно поэтому нельзя всерьез рассматривать эту технологию как способ доступа в Internet. Из-за своих ограниченных возможностей она нашла применение лишь в ноутбуках, компьютерной периферии и мобильных телефонах (последние с помощью инфракрасного порта могут обмениваться данными с компьютерами).

ПРОГНОЗ НА ЗАВТРА

Как видим, технологий передачи данных довольно много. Но не всем из них уготовано светлое будущее и широкие рыночные перспективы.

Несмотря ни на что, СКС сохранит свои прочные позиции — она как нельзя лучше подходит в качестве основы для создания масштабируемых корпоративных сетевых решений в офисных и административных зданиях. В современных помещениях СКС закладывается уже на этапе строительства, и в этом случае другие технологии применять не имеет смысла. Если же по тем или иным причинам она отсутствует, организации готовы тратить средства на монтаж и обслуживание необходимого оборудования. Современные решения на базе СКС позволяют объединить телефонию, доступ в Internet и телевидение.

В жилом секторе оптимальным вариантом останутся простые и дешевые проекты. Это объясняется более скромными потребностями частных пользователей. Идеальный вариант — технология HomePNA, она сочетает дешевизну, простоту и универсальность. В перспективе к ней прибавится радиодоступ. Большие надежды возлагаются на PLC — не исключено, что решения на ее основе окажутся еще более эффективными. Впрочем, время покажет.

Алексей Данилин — начальник отдела цифровой сети передачи данных компании «МТУ-Информ».

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями