Сеть Internet становится все более популярной, однако настоящая популярность придет, когда к ней будет подключен каждый дом. Сейчас же наиболее массовым является телефонное соединение. Скорость его не превышает 56 кбит/c, и поэтому пользоваться мультимедийными ресурсами Internet практически невозможно — IP-телефонии, видео-конференциям, потоковому видео и другим аналогичным сервисам для нормальной работы требуются более высокие скорости. Сегодня появляются технологии, способные увеличить скорость подключения, но пока они дороги для индивидуального пользователя. Один из возможных вариантов - коллективное подключение к Internet, домашние сети. Кроме того, в структуре стоимости подключения к Internet по телефонному соединению около 70% составляет аренда телефонной линии. При коллективном подключении к Internet эту составляющую можно значительно снизить, распределив арендную плату между всеми участниками сети. Хотя коллективный доступ уже несколько лет практикуется в России, пока еще не выработаны стандарты, обеспечивающие грамотное создание дешевых домашних сетей. Сравнительному анализу различных технологий создания домашних сетей и посвящена данная статья.

Принципы построения сети

Построение домашней сети — это фактически решение проблемы «последней мили», то есть создание дешевых, удобных и наиболее скоростных каналов в Internet для конечных пользователей. Разделим территорию, на которой происходит подключение домашнего компьютера, на три участка (рис. 1).

  • «Последняя миля» — это участок сети между провайдером Internet и домом пользователя. На этом отрезке необходимы высокоскоростные технологии «точка-точка», с помощью которых передается весь поток информации, генерируемый и поглощаемый всеми пользователями, живущими в этом доме. Для последней мили обычно применяют выделенные линии, xDSL-технологии, кабельные модемы, радио-Ethernet, обычный Ethernet и различные оптоволоконные технологии передачи данных. Для расширения прямого канала можно также использовать однонаправленный спутниковый доступ.
  • «Последний ярд» — это собственно разводка сигнала внутри дома — раздача Internet по квартирам. Существует мнение, что разводки по дому можно не делать, а подключать к Internet нужно каждого пользователя в отдельности, то есть для каждого тянуть или искать отдельный кабель к провайдеру. Мы будем называть такое подключение прямым. Очевидно, что прямое подключение экономически невыгодно и пользоваться им могут только достаточно богатые люди. При коллективном подключении дома требуется технология распределения ресурса по всем участникам проекта. Для этого можно использовать Ethernet, HomePNA, xDSL и радио-Ethernet.
  • «Последний фут» — это разводка сигнала по квартире. Конечно, если в квартире проложена СКС, то проблем с подключением компьютера не будет, но в любом другом случае прокладка кабеля по квартире связана с определенными проблемами. Впрочем, даже без подключения к Internet иногда возникает необходимость собрать в единую сеть несколько компьютеров. Для этого можно использовать либо радиотехнологии — Bluetooth или Home FR, либо HomePNA по телефонной сети.

Большинство домашних сетей строят энтузиасты, которые находят единомышленников в своем доме. Они прокладывают кабель и подключают сеть к Internet. Как правило, такие инициаторы сами же являются и владельцами домашней сети. Подобную организационную схему очень любят провайдеры, поскольку в этом случае они лишь оказывают посильную помощь в развитии и поддержке сети, которой главным образом занимаются сами ее владельцы. Например, компания «ПТТ Телепорт» подключила уже около 20 домашних сетей, объединяющих порядка 200 многоэтажек. Следует также отметить, что подключение жилого дома технически эквивалентно подключению к Internet гостиниц и офисов, где есть несколько не объединеных в локальную сеть компьютеров.

В случае, когда сеть строит инициативная группа, она же несет необходимые расходы по замене оборудования, модернизации кабельной инфраструктуры и решению возникающих проблем. В этом случае провайдеры, кроме собственно предоставления канала, могут помочь настроить маршрутизацию потоков между домашней сетью и Internet, иногда они также занимаются тарификацией и выставлением счетов для каждого абонента в отдельности.

Есть домашние сети, которые провайдеры развертывают для оптимизации своих затрат на подключение пользователей. В частности, такую сеть строит московский провайдер «2КОМ». Правда, будучи коммерческими организациями, провайдеры не могут себе позволить вести проекты с большим объемом инвестиций, которые окупятся лет через десять. Поэтому прокладка оптоволокна в дом и разводка его по всем квартирам — решение сейчас экономически невыгодное. При постепенном же развитии сети инвестиции в создание инфраструктуры могут быть минимальными и начнут окупаться достаточно быстро. Для этого можно соединять дома постепенно — квартал за кварталом, получая прибыль с каждого подключенного участка. Такой подход позволяет минимизировать расходы на кабельную инфраструктуру, но одновременно требует использования масштабируемых и достаточно массовых технологий. Лучше всего сразу создавать качественную кабельную проводку домашней сети, как минимум на основе витой пары пятой категории.

Типичная схема построения провайдером системы домашних сетей

Провайдеры могут строить домашние сети по следующей схеме (рис. 2). В квартале выбирается точка присутствия, через которую можно подключить несколько домов. В эту точку ставится маршрутизатор и арендуется пара проводов к опорной сети провайдера, которая обеспечивает подключение домашних сетей к магистрали. При этом маршрутизация потоков выполняется в точке присутствия, а всю разводку по дому можно осуществлять на неуправляемых концентраторах. В этом случае чем дешевле устройства «последнего ярда», тем проще их защитить от вандализма и заменить при какой-либо аварии. В результате получается одна большая и почти неуправляемая локальная сеть.

По статистике компании «2КОМ», динамика построения сетей следующая: в течение полугода подключаются в среднем 1,5% от количества квартир в микрорайоне, а за два года этот показатель увеличивается до 5%. Естественно, компания выбирала не самое дешевое жилье, не ниже кооперативного. Сейчас провайдер уже подключил 105 домов на юге и юго-западе Москвы, а количество абонентов достигло 1042. То есть в среднем на каждый дом приходится по десять пользователей. При тарифах «2КОМ» (50 долл. подключение и в среднем 30 долл. — абонентская плата) получается, что за два года один дом приносит около 4,5 тыс. долл. дохода. При этом взнос за подключение окупает расходы на установку оборудования. Аналогичный сервис предлагают практически все провайдеры во всех регионах страны, поскольку домашняя сеть — способ мелкооптовой покупки услуг Internet.

«Последняя миля»

Для подключения дома к Internet и создания каналов связи между домами в качестве основной используется xDSL-технология. Как правило, это симметричные потоки E1 (2 Мбит/с) или несимметричное ADSL-подключение. Есть еще две приемлемые технологии: кабельные модемы и радио-Ethernet. Их схожесть в том, что теоретически они не требуют прокладки дополнительных кабелей. Однако кабельных сетей, на которые рассчитаны кабельные модемы, в России практически нет, а радио-Ethenet плохо работает в больших городах. Кроме того, легальное использование радио-Ethernet сопряжено с определенными трудностями. Проекты, где предусмотрена прокладка дополнительных кабелей (коаксиального — для кабельных модемов или оптоволоконного — для Ethernet), как правило, достаточно дороги и носят единичный характер. Поэтому наиболее массовой для подключения домашних сетей является технология ADSL.

Однако и с ADSL не все так просто. Проблема в том, что провайдеры Internet не всегда могут получить доступ к уже проложенным телефонным кабелям. Кроме того, телефонные колодцы и разводку проводов по дому контролирует телефонный оператор, который будет сопротивляться установке на этих участках дополнительного оборудования. Провайдеры Internet вынуждены либо идти на компромисс с телефонными операторами, либо строить собственные сети. Например, для организации DSL-соединения компания «2КОМ» арендует у службы городской телефонной сети прямой провод от своего офиса до точки присутствия. Арендная плата не очень высока — несколько сот рублей в месяц. К тому же компания выбирает точку присутствия недалеко от АТС.

Если провайдер пользуется городской телефонной сетью, то тут задействуются известные западные бизнес-модели. В этом случае оптимальным решением является технология ADSL для предоставления услуг передачи данных с несимметричными скоростями, что характерно для жилого сектора. Для домашних сетей и офисов лучше всего использовать новый стандарт G.SDSL. Однако такая технология не годится для прямого подключения, поскольку она не предполагает обычное телефонное соединение. Оба стандарта позволяют интегрировать сети с магистралями ATM, frame relay, TDM и другими телекоммуникационными системами. Они предусматривают не только установление физического соединения, но и согласование стека протоколов. Остальные технологии семейства xDSL не предназначены для передачи больших потоков данных на значительные расстояния с использованием различных протоколов.

Схема прямого подключения пользователей удобна с точки зрения надежности, простоты эксплуатации и скорости развертывания. Однако это пока еще дорогое удовольствие — установка порта DSL на станции обходится провайдеру в 750 долл., а клиентов на него он может не найти очень долго. Абонентское оборудование стоит не менее 300 долл. — то есть на создание одного соединения приходится тратить около 1 тыс. долл. Пока что уровень частного платежеспособного спроса даже в Москве не поднялся на такую высоту. Поэтому основной потребитель прямых подключений — это корпоративные заказчики. Кроме того, DSL по существующей телефонной проводке можно провести далеко не в каждую квартиру, так как качество линии способно существенно уменьшить дальность и скорость соединения. Впрочем, стоимость абонентской платы для прямого подключения может быть невысокой, поскольку расходы провайдера на поддержание DSL-соединения небольшие. Таким образом, основной проблемой прямого подключения для частных пользователей является ценовой порог вхождения.

Другая неприятность при работе с DSL-технологией — плохое качество телефонных медных кабелей и разводки в кросс-панелях. Специалисты утверждают, что DSL-канал не будет работать по телефонной «лапше» (провод марки ТРП), для него нужна витая пара с категорией не ниже третьей. У компании «ПТТ Телепорт», которая почти год занимается предоставлением DSL-услуг, накопилась определенная статистика: около 87% соединений работают на скорости более 6 Мбит/с, 3% — от 4 до 6 Мбит/с и по 5% — на скоростях от 1,5 до 4 Мбит/с и менее 1,5 Мбит/с. Причем около 8% телефонных пар МГТС вообще невозможно использовать для установления DSL-соединения, поэтому приходится специально выбирать лучшие для передачи DSL-сигнала пары.

Когда провайдеры сами строят сети для подводки сигнала к дому, то кроме описанных выше DSL-технологий и кабельных модемов используется еще оборудование Ethernet, поскольку в этом случае оно будет достаточно дешевым. Но при применении Ethernet на «последней миле» приходится прокладывать оптические кабели, что увеличивает стоимость проекта. Есть и различные экзотические варианты, в частности технология соединения по оптическому каналу, но в воздухе. Ее можно использовать как для подключения дома, так и для разводки, однако стоимость и качество такого соединения неизвестны. Об этих характеристиках можно будет говорить после того, как разработают промышленные стандарты подобных продуктов.

Для решения проблемы «последней мили» в некоторых случаях целесообразно применять технологию HomePNA, которая изначально была предназначена для разводки внутри дома. В частности, сейчас компания «СвязьКомплект» разрабатывает проект передачи сигнала HomePNA по городской радиотрансляционной сети, которая проложена практически в каждом жилом доме. В ней установлены высокочастотные фильтры, блокирующие распространение сигнала типа HomePNA. Тем не менее уже найден способ обойти этот фильтр, и компания, которая его разработала, занимается тестированием новой технологии. Если проект будет удачным, то появится реальная возможность использовать HomePNA в качестве решения «последней мили». Таким образом, договорившись с городской радиотрансляционной сетью, можно дешево и быстро подключить значительную часть жилого сектора.

В дополнение к сказанному стоит упомянуть технологию ассимметричного спутникового доступа. Подобные решения существуют достаточно давно и позволяют решить проблему дисбаланса потоков информации, ускоряя передачу данных из Сети к конечному пользователю. Если для индивидуального пользователя стоимость установки такой системы непомерно высока, то для коллективного подключения она вполне подходит. Систем однонаправленного доступа на территории России достаточно много: от зарубежных DirecPC и ZakNet до российских «НТВ Интернет» и HeliosNet. Однако для их эксплуатации все равно нужен обратный канал, организованный на основе одной из вышеперечисленных технологий.

«Последний ярд»

В качестве разводки по дому сейчас обычно используют технологию Ethernet. Она привычна, достаточно дешева и ее поддерживают практически все производители. Однако на смену ей приходит более неприхотливая технология HomePNA (см. врезку про HomePNA). Кроме того, можно и на этом участке задействовать DSL-оборудование, которое базируется на стандартах, обеспечивающих более высокие скорости. Правда, DSL-модемы, как правило, на порядок дороже устройств Ethernet и HomePNA, и хотя DSL позволяет организовывать синхронные каналы (с гарантированным временем задержки), для передачи данных это ненужное излишество.

Разводка по дому с помощью Ethernet обычно делается следующим образом: в каждом подъезде ставят 8-портовый концентратор, и от него прокладывают витую пару до квартиры абонента. При появлении девятого абонента приходится ставить еще один концентратор. Себестоимость такой схемы подключения около 50 долл. на подъезд. Правда, в доме сложно найти место для установки оборудования, где оно было бы защищено от вандалов.

HomePNA по цене близок к Ethernet, однако функционирует на базе существующей телефонной проводки, не мешая работе обычного телефона. Таким образом, с помощью стандарта HomePNA 1.0 телефонные шлейфы в доме можно легко превратить в соединения компьютерной сети по топологии «звезда». Правда, для этого провайдеру нужен доступ к телефонному кроссу в подъезде, а в большинстве домов владельцем абонентских шлейфов и кросса является оператор местной телефонной связи, который будет исходить из своих интересов. В некоторых случаях провайдеру приходится использовать альтернативную проводку или организовывать ее самостоятельно. Тогда лучше установить версию HomePNA 2.0, которая поддерживает топологию «шина». Согласно этой схеме, по подъезду прокладывается один кабель, к которому подключается конвертер HomePNA-Ethernet. При появлении нового абонента делается горизонтальный отвод в его квартиру, но полоса пропускания делится между всеми пользователями подъезда.

Стоимость технологий Ethernet и HomePNA для решения проблемы «последнего ярда» примерно одинакова. Хотя оборудование HomePNA 2.0 в два раза дороже, чем Ethernet и HomePNA 1.0, общие затраты на организацию доступа в пересчете на один подъезд вполне сопоставимы — из-за применения в первом случае более эффективной шинной топологии. В целом HomePNA задействует новые алгоритмы модуляции, что позволяет на одинаковых расстояниях использовать более дешевые кабели, чем требуется для сетей Ethernet.

Предлагаемые решения проблемы «последнего ярда» относятся к домам, которые строились задолго до появления технологии передачи данных. В строящихся сегодня домах, как правило, предусмотрена специальная кабельная система для передачи данных, голоса и мультимедиа, поэтому здесь проблема «последнего ярда» уже решена. Кабельная система таких зданий рассчитана на технологию Ethernet, и поэтому лучше всего использовать именно ее.

Сейчас компания «СвязьКомплект» реализует несколько пилотных проектов на базе HomePNA. Недавно она заключила альянс с московским провайдером «2КОМ», который будет использовать HomePNA для создания сегмента домашней сети. При этом к каждому дому подводится DSL-соединение, на чердаках устанавливается опорная сеть, а в каждом подъезде проводится кабель, к которому по технологии HomePNA уже будут подключаться конечные пользователи. «СвязьКомплект» уже получила сертификат Ростеста по классу B (бытовая техника) для оборудования HomePNA производства компании DLink на электромагнитную совместимость с обычной телефонией и DSL-сигналами. Сертификат гарантирует возможность использования HomePNA совместно с указанными технологиями в одном кабеле. Фактически это означает, что для подключения HomePNA достаточно задействовать существующие телефонные провода. «Технология HomePNA в силу своей универсальности, неприхотливости и дешевизны имеет большое будущее, особенно для России», — заметил Сергей Шаронин, директор компании «СвязьКомплект».

«Последний фут»

Разводка по квартире занимает минимум времени. И все же домовладельцам ни к чему лишний раз долбить стену для прокладки кабелей или путаться в лежащих на полу проводах. HomePNA в этом случае представляет собой отличное решение, поскольку требует всего лишь обычную телефонную проводку. С помощью HomePNA можно также объединить компьютеры в «квартирную» сеть, а один из них подключить к Internet, используя его в качестве маршрутизатора. Эта возможность уже предусмотрена в ОС Windows 98.

В качестве альтернативы можно назвать радиотехнологии, такие как Bluetooth или Home FR. Bluetooth изначально была расcчитана на небольшой радиус действия, но поскольку расстояние зависит от мощности излучателя, то его можно увеличить. Известны сети, где применяется технология Bluetooth на расстоянии около 100 м, а при использовании специальных усилителей — и до 500 м. Правда, скорость передачи данных с помощью Bluetooth оставляет желать лучшего - она не более 800 кбит/c. Кроме того, необходимо соблюсти санитарно-гигиенические нормы на мощность излучения.

Использование радио-Ethernet внутри дома затрудняется тем, что большая часть оборудования на основе этой технологии работает на частоте около 2,4 ГГц. Дело в том, что именно на такой частоте функционируют и бытовые СВЧ-печи; а теперь начали еще выпускать домашние телефоны, рассчитанные на тот же диапазон. Поэтому использовать радио-Ethernet для разводки по квартире будет практически невозможно из-за сильного затухания, большого количества помех и ограниченности частотного диапазона. Впрочем, эта технология вполне пригодна для организации «последнего фута», но популярность к ней придет только тогда, когда радиотехнология сравнится по цене с Ethernet и HomePNA.

В последнее время появляются решения для передачи данных по силовой проводке. Однако официально использовать их будет затруднительно, поскольку нужно договариваться с энергетиками, а требования к электробезопасности в России достаточно жесткие. Можно также устанавливать соединение через инфракрасные порты, но оно будет ненадежным и разрываться любым препятствием.

Для чего нужны домашние сети

Пользователи смогут запускать внутри домашней сети любые приложения. Опыт эксплуатации домашних сетей показывает, что пользователи активно обмениваются данными внутри квартала, причем сетевые игры и сеансы Net Meeting не очень сильно загружают каналы. Более серьезную нагрузку несут IPX- и SMB-приложения, необходимые для организации доступа к другим компьютерам сети. Основную проблему создают «тяжелые» мультимедийные сервисы, такие как video-on-demand, но такие технологии, как правило, непозволительная роскошь для провайдеров. Для защиты домашних сетей от перегрузки приходится делить их на сегменты с установкой в точках деления маршрутизаторов.

Наиболее перспективным из мультимедийных сервисов Александр Хенкин, исполнительный директор «2КОМ», считает IP-телефонию, которую можно наложить на любую домашнюю сеть. «Самое ценное, что сейчас есть в домашних сетях, — это клиентская база, — замечает Хенкин. — то есть люди, которые привыкли к высокоскоростному доступу к Internet. Через некоторое время они захотят получать дополнительные мультимедийные сервисы». Абоненты «2КОМ» уже сейчас могут бесплатно общаться между собой с использованием IP-телефонии. На очереди — более современные услуги, например видеоконференц-связь на базе технологии Net Meeting. Аналогичные услуги предоставляет «ПТТ Телепорт», которая уже подключила 150 офисов по каналам IP-телефонии.

Следует отметить, что домашней сетью могут активно пользоваться ДЭЗы, РЭУ и другие коммунальные службы. В частности, «2КОМ» предлагает проект домашней сети для организации системы видеонаблюдения. В каждый подъезд устанавливаются камеры, которые передают по сети изображение в единый центр наблюдения. Таким образом, с помощью домашних сетей можно не только обеспечить высокое качество подключения к Internet и получить широкий набор сервисов, но и установить тесное локальное взаимодействие с коммунальными службами.


Стандарты HomePNA

Первой версией стандарта является HomePNA 1.0, рассчитанная на дальность 150 м и позволяющая передавать данные со скоростью 1 Мбит/с. В конце 2000 г. была выпущена новая версия, HomePNA 2.0, обеспечивающая возможность поддержки 32 устройств на одной шине и работу со скоростями 10 Мбит/с при дальности свыше 350 м.

Технология HomePNA 1.0 использует метод доступа к среде передачи, аналогичный применяемому в сетях Ethernet (IEEE 802.3 CSMA/CD). Устройства HomePNA 1.0 динамически адаптируются к уровням помех в линии, причем передающая сторона может варьировать мощность сигнала. Эти особенности позволили существенно снизить требования к среде передачи. По сути, HomePNA 1.0 — это мегабитный Ethernet, работающий по телефонным проводам, что позволяет поддерживать большое число Еthernet-совместимых программ, драйверов, приложений и оборудования. Номенклатура изделий стандарта HomePNA 1.0 достаточно широка и отражает его основное назначение — построение сетевой топологии «звезда». Имеются адаптеры PCI и USB, коммутаторы (от 8 до 24 портов), в том числе с поддержкой VLAN и встроенными SNMP — агентами, конвертерами HomePNA-Ethernet.

Большинство действующих абонентских телефонных линий обеспечивают скорость передачи данных до 100 Мбит/с при условии доступности частотного диапазона 2-30 МГц. В HomePNA 2.0 используется новая эффективная технология спектральной модуляции, которая реализует перечисленные возможности. Эта версия совместима с HomePNA 1.0, но в перспективе может показать скорость передачи данных до 100 Мбит/с. Она позволяет также динамически адаптировать скорость передачи данных и осуществлять немедленную подстройку в зависимости от изменения электрических характеристик коммуникационного канала. Номенклатура оборудования HomePNA 2.0 значительно скромнее первой версии из-за поддержки шинной топологии: производители не выпускают сетевых устройств, а только адаптеры PCI и USB и конвертеры HomePNA-Ethernet.

Обязательным условием подключения жилого дома к Internet является качественная телефонная связь при одновременной передаче данных по сети. Для выполнения этого условия в технологии HomePNA используется спектр частот, который не пересекается с диапазоном ни обычного телефона, ни DSL-технологии: рабочая область телефона лежит в полосе до 4 кГц, ADSL и VDSL — от 25 кГц до 1,5 МГц, HPNA — выше 2 МГц.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями