Анализ методов и средств высокоскоростного доступа к сети Интернет (диплом)

Содержание
Введение 3
1 Теоретико-методологические основы методов и средств высокоскоростного доступа к сети Интернет 7
1.1 Общая характеристика и сущность высокоскоростного доступа к сети Интернет 7
1.2 Высокоскоростное подключение к сети Интернет при помощи технологии xDSL и оптоволоконной технологии 13
1.3 Высокоскоростное подключение к сети Интернет при помощи технологии Wi-Fi и спутниковой технологии 20
2 Перспективы развития методов и средств высокоскоростного доступа к сети Интернет 32
2.1 Перспективы развития проводных технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет 32
2.2 Перспективы развития беспроводных технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет 39
2.3 Анализ и перспективы развития  технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет в России и за рубежом 49
Заключение 57
Глоссарий 61
Список использованных источников 63
Приложения

Содержание

Введение 3
1 Теоретико-методологические основы методов и средств высокоскоростного доступа к сети Интернет 7
1.1 Общая характеристика и сущность высокоскоростного доступа к сети Интернет 7
1.2 Высокоскоростное подключение к сети Интернет при помощи технологии xDSL и оптоволоконной технологии 13
1.3 Высокоскоростное подключение к сети Интернет при помощи технологии Wi-Fi и спутниковой технологии 20
2 Перспективы развития методов и средств высокоскоростного доступа к сети Интернет 32
2.1 Перспективы развития проводных технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет 32
2.2 Перспективы развития беспроводных технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет 39
2.3 Анализ и перспективы развития  технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет в России и за рубежом 49
Заключение 57
Глоссарий 61
Список использованных источников 63
Приложения


Введение


Вместе со стремительным развитием компьютерных технологий растут и требования конечных пользователей к высококачественному и высокоскоростному доступу к телекоммуникационным сервисам. Эти требования предъявляют все категории пользователей: предприятия малого и среднего бизнеса, крупные корпорации, частные лица, желающие иметь «хороший Интернет» дома.

Основным требованием с их стороны, как правило, является именно широкополосный доступ в Интернет. Под терминами «широкополосный» и «высокоскоростной» обычно понимают канал доступа со скоростью более высокой, чем у модемного соединения через телефонную сеть общего пользования (ТфОП). Точное же значение этих терминов определяется контекстом, в кото-ром они используются.

В правительствах многих стран считают, что в XXI в. высокоскоростной доступ к телекоммуникационным сервисам будет основным условием дальнейшего развития экономики стран — обеспечение такого доступа часто сравнивают со становлением автомобильной промышленности в XX в. Развертывание широкополосных сетей рассматривается как мера экономического развития страны и возможности продолжать такое развитие в будущем. Из всего этого следует, что телекоммуникационные сервисы стали важнейшим инструментом ежедневного взаимодействия людей, приборов и процессов в современном мире.

Преобладающее большинство конечных пользователей сегодня получают доступ в Интернет, разделяя «последнюю милю» ТфОП или сетей кабельного телевидения (КТВ) с уже существующим сервисом. При этом скорость исходящего (от пользователя) трафика составляет от 128 Кбит/с до 1 Мбит/с, а входящего (к пользователю) — до 6 Мбит/с (на самом деле доступной может быть и более широкая полоса пропускания, но она делится между множеством абонентов). Проблема состоит в том, что запросы пользователей сейчас стали превышать возможности сетей широкополосного доступа первого поколения. Многие выражают пожелание иметь скорость вплоть до 100 Мбит/с.

Предоставление таких высоких скоростей потребует кардинального изменения технологий, оно и определит дальнейшее развитие сетевых инфраструктур. Существует масса возможностей предоставить высокоскоростной доступ, но основной вопрос здесь заключается в стоимости последнего. В ТфОП стоимость систем доступа равна примерно 70% стоимости всей сети, а затраты на их эксплуатацию и техническое обслуживание могут и превысить 70% суммарных затрат.

Любой новый способ доступа к сети должен, поддерживать уже существующие сервисы. Кажется почти неизбежным, что такие сервисы, как телефония и кабельное телевидение, скоро перейдут в Интернет. Однако может пройти много лет, прежде чем их миграция в Интернет полностью завершится. Сегодня существует большое число различных сетевых архитектур, способных удовлетворить требования пользователей в высоких скоростях. И каждая из них имеет свои плюсы и минусы.

Идеальным решением было бы соединить каждого конечного пользователя с узлом связи вы-деленной оптической линией. Это сняло бы все проблемы со скоростью на многие годы вперед, но потребовало бы очень больших начальных инвестиций.

Другой вариант — это обеспечить более высокую скорость, используя существующие медные телефонные кабели, но значительно сократив расстояние между пользователем и подключаемым по оптоволокну оборудованием оператора связи. Это решение называется FTTx (где «х» обозначает границу между оптоволокном и медными кабелями, которая может находиться в разных местах, но не далее 500 м от пользователя).

Для реализации такого решения распределительные шкафы должны быть установлены где-то между существующими узлами связи и пользователями — на улице, в близлежащем здании или на входе в помещение пользователя. Проекты FTTx обходятся дешевле, чем полностью оптоволоконные сети, но доступные скорости могут только лишь соответствовать текущим запросам, да и не исключено, что обслуживание систем FTTx окажется дорогим.

Еще одно возможное решение — установка беспроводных радиосистем. Проблема заключается в очень ограниченной полосе пропускания таких систем; они будут нормально обслуживать небольшое число пользователей, но могут оказаться не-приемлемыми для широкомасштабного охвата густонаселенных городов. Возможно, сотовая архитектура, сходная с той, какую сейчас применяют в мобильной связи, снимет часть проблем, но для ее реализации требуется большое число базовых станций, расположенных близко к пользователям. Базовые станции необходимо подсоединить к основной сети с помощью оптоволокна, обеспечить их необходимой электроэнергией, а также оборудовать антеннами.

Все перечисленное может быть технически сложным, потребует больших расходов на эксплуатацию и вызовет протесты со стороны экологов и населения, опасающихся вредного влияния излучения.

Актуальность работы определяется тем, что высокоскоростной доступ к сети Интернет – это один из важнейших факторов успешной деятельности любой организации в современной рыночной экономике.

Степень научной разработанности темы исследования. В ряду основоположников теории связи как отечественные ученые (Б. А. Введенский, В. А. Котельников, А. И. Берг, А. Л. Минц, А. Н. Колмогоров, А. А. Харкевич, Я. З. Цыпкин,М. В. Шулейкин, А. Я. Хинчин, В. И. Сифоров и др.), так и зарубежные (К. Эрланг, Г. Найквист, Н. Винер, К. Шеннон, Р. Пирс, С. Райс, Д. Миддлтон и др.).

Объект исследования. Объектом исследования является высокоскоростной доступ к сети Интернет.

Предмет исследования. Предмет исследования включает технологии высокоскоростного доступа к сети Интернет.

Цель работы. Целью работы является анализ методов и средств высокоскоростного доступа к сети Интернет.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

- дать общую характеристику и изучить сущность высокоскоростного доступа к сети Интернет;

- изучить высокоскоростное подключение к сети Интернет при помощи технологии xDSL;

- изучить высокоскоростное подключение к сети Интернет при помощи оптоволоконной технологи;

- изучить высокоскоростное подключение к сети Интернет при помощи технологии Wi-Fi ;

- изучить высокоскоростное подключение к сети Интернет при помощи спутниковой технологии;

- исследовать перспективы развития проводных технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет;

- исследовать перспективы развития беспроводных технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет;

- провести анализ и изучить перспективы развития  технологий высокоскоростного доступа к сети Интернет в России и за рубежом.

Теоретико-методологическая основа исследования. Методология работы заключается, прежде всего, в использовании принципов системности, всесторонности и конкретности исследования, а также применении структурно-функционального подхода. Эмпирическая база работы представлена широким кругом описаний сетевых стандартов и технологий, научной литературой на тему компьютерных сетей и принципов их функционирования.


1 Теоретико-методологические основы методов и средств высокоскоростного доступа к сети Интернет

1.1 Общая характеристика и сущность высокоскоростного доступа к сети Интернет


Технологии, реализующие высокоскоростной доступ к сети Интернет, можно разделить на проводные (wireline) и беспроводные (wireless). Отличительный признак первых — доступ посредством соединительного провода (медного, алюминиевого, оптоволоконного), главное преимущество — «воспроизводимость» частотного ресурса. В беспроводных технологиях вместо «провода» — «эфир», поэтому их часто обозначают словом «радиодоступ» (Приложение 1) [1, c.19].

Термин «радио» вытеснил термин «беспроводной», используемый на заре развития радиотехники, когда появилось радиовещание, радиолокация, радиотелефония, радионавигация и др. Но затем возникли новые технологии радиосвязи (сотовая телефония, пейджинг, бесшнуровая телефония, абонентский радиодоступ и др.) и термин «беспроводной» обрел вторую жизнь в значении «удаленный доступ к сетевым узлам или серверам по радиоканалам».

Аббревиатура DSL (Digital Subscriber Line) является общим названием для ряда технологий, позволяющих использовать телефонные линии для высокоскоростной передачи данных. Под термином «телефонные линии» здесь понимается пара, состоящая из двух медных проводов, которые соединяют узел связи с пользователем [20, c.68].

Технологий DLS много (Приложение 2). Наиболее широко применяется технология ADSL (Asymmetric DSL).

Слово «асимметричная» означает, что данные от абонента и к нему передаются с разной скоростью. Телефонная витая пара — единственная вещь, которую телефонная связь и широкополосное сетевое соединение используют совместно (рисунок 1).

 

Рисунок 1 - Архитектура сети доступа ADSL

Все характеристики таких систем (максимальная длина, топология, толщина медного провода, материалы изоляции и пр.) были определены для телефонных сетей. В качестве широкополосного транспорта эта среда далека от идеала.

Эта технология изначально разрабатывалась для широкополосного подключения жилых домов и коттеджей. Максимальные скорости, определенные в стандарте на системы ADSL, составляют 6 Мбит/с к абоненту и 640 Кбит/с от него. Можно поддерживать и скорости выше указанных. Реальная же скорость передачи данных зависит от длины и качества линии, на больших расстояниях скорость заметно падает [20, c.69].

Один из недостатков ADSL заключается в необходимости устанавливать в доме отдельные сплиттеры для разделения трафика телефонии и систем передачи данных. Для этого требуется приглашать мастера и прокладывать дополнительные провода, что увеличивает стоимость установки. Протокол ADSL-lite спроектирован так, чтобы можно было использовать специальные фильтры, совмещенные с абонентским оборудованием. В некоторых случаях не нужны и фильтры. Это упрощает подключение к сети, но в то же время снижает скорость до 1,5 Мбит/с (от абонента) и 512 Кбит/с (к абоненту) [12, c.41].

Широкополосные подключения к сети могут осуществляться и по радиоканалам, которые уже используются во многих местах. Проблема радиосистем — в дефиците доступных частот, он сильно сокращает доступную полосу пропускания. Можно построить сеть по сотовому принципу. применяя маломощные передатчики в каждой соте и повторно используя одни и те же частоты в разных сотах. Такая структура отлично согласуется с архитектурой FTTx: оптоволоконные каналы будут соединять большое количество базовых станций с магистральной сетью. Но не стоит забывать, что радиопередача может быть затруднена в больших городах с высокими зданиями и плотной застройкой, на холмистой местности

Максимальная скорость передачи систем DSL во многом зависит от длины линии связи. Чтобы уменьшить эту длину необходимо между узлом связи и абонентами установить шкаф с активным оборудованием DSL, на участке от узла связи до этого шкафа многопарный медный кабель заменить оптоволоконным, а далее, до пользователя, оставить медный кабель. Этот принцип и реализуется в проектах FTTx [5, c.43].

Сократив длину «медного» участка, можно использовать более скоростной вариант DSL — технологию VDSL, способную на коротких расстояниях (до 350 м) обеспечить скорость к абоненту до 52 Мбит/с. А сегодняшний лидер по скорости в мире DSL — технология VDSL-2 предлагает еще большую скорость (до 100 Мбит/с) и при этом она (технология) совместима с установленным пользовательским оборудованием ADSL.

Указанные на рисунке 2 скорости и дальность передачи критически зависят от качества линии связи. В некоторых случаях, при заданных скоростях, расстояния могут быть даже больше указанных, в других же ситуациях они оказываются существенно меньше.

Также необходимо учесть, что характеристики передачи одной пары в многопарном кабеле могут резко отличаться от характеристик соседних пар. Огромный плюс архитектуры FTTx состоит в том, что хотя она и требует прокладки оптоволоконного кабеля до промежуточного шкафа, но не заставляет перекладывать кабель в помещении пользователя [15, c.271].

Но есть у архитектуры FTTx и минусы. Во-первых, требуется установка активного оборудования в шкафах почти «на каждом углу», а этому оборудованию необходимо надежное электропитание. Во-вторых, общая стоимость проекта окажется высокой: для охвата любого из 50 крупнейших городов мира потребуется установить от 2 тыс. до 5 тыс. шкафов с оборудованием DSL.

 

 

Рисунок 2 - Скорости и дальность действия систем DSL

Хотя у такой архитектуры и нет абсолютных гарантий на будущее развитие, но при проектировании с умом можно сохранить инвестиции при дальнейшем переходе на повсеместное использование оптоволокна. Третий серьезный минус заключается в том, что наличие активного оборудования, установленного в шкафах на улице, — это большие затраты на его обслуживание[1].

Проложенный медный кабель в одних случаях может быть вполне годен для поддержания заявленных скоростей, а в других — нет. Отнюдь не факт, что существующая кабельная система сможет поддерживать большое число VDSL-пользователей. На сегодняшний день техники выбирают лучшие пары в кабеле для организации ADSL- или VDSL-линии, а худшие пары оставляют для простой телефонии[2].

Если все пользователи запросят DSL-сервис, большинство кабелей такой нагрузки не выдержат. Если требуется подключить большой жилой дом, скажем, с сотней квартир, почему бы не завести оптоволоконный кабель прямо в здание и не разместить там оборудование VDSL. При этом отпадает необходимость заменять кабель в здании, что само по себе может быть очень дорого. Необходимо согласие владельца и жильцов дома, а также наличие помещения, где можно безопасно расположить оборудование [41, c.354].

Часто подобные решения называют FTTH (волокно в дом) или FTTB (волокно в здание). По сути они идентичны инфраструктурам FTTC (волокно до квартала), за исключением места расположения шкафа с активным оборудованием. Но, поскольку в системах FTTH расстояние от этого шкафа до пользователей значительно сокращается, а подключение осуществляется выделенными кабелями, качество связи будет очень высоким. Стоимость же подобных проектов, когда подключаются сразу много пользователей, может оказаться очень привлекательной.

Прямые оптоволоконные соединения от узла связи до каждого пользователя будут идеальным решением со всех сторон, кроме ценовой. Компромиссное решение — сети PON, основная идея, заложенная в них, — подключить несколько пользователей через пассивные оптические сплиттеры к одному оптоволокну, идущему в центральный узел связи [37, c.72].

Классическая схема сети PON показана на рисунке 3.

 

Рисунок 3 - Архитектура типовой сети PON

Оптические сплиттеры принципиально отличаются от электрических не только тем, что имеют дело с сигналом совсем иного рода, но еще и тем, что очень сильно его ослабляют. Если бы в изображенной на рисунке 3 схеме использовались электрические сплиттеры, то к одной линии можно было бы подключить несколько сот, а то и тысячу абонентов. В оптике ограничение значительно жестче: 32 пользователя, хотя некоторые варианты PON, а именно GPON (рисунок 4), позволяют на одной линии обслуживать до 64 пользователей[3].

В сети PON не нужны внешние шкафы, что упрощает ее построение и эксплуатацию. Сплиттеры могут быть размещены так же, как сегодня устанавливают обычные телефонные распределительные коробки. Сеть просто обслуживать, поскольку вне помещений нет никакого активного оборудования.

 

Рисунок 4 - Основные протоколы PON

Пользователи сети PON могут находиться на расстоянии до 20 км от центрального узла (OLT), что позволяет охватить ею крупный город, развернув в нем всего 12-20 таких узлов (для сравнения: в подобных городах обычно имеется порядка 500 узлов связи ТфОП). Для наращивания возможностей сети и внедрения новых сервисов не требуется никаких изменений в ее промежуточных элементах[4].

Во всех существующих сетях PON используется принцип разделения ресурсов оптического кабеля. Это дает существенный выигрыш в цене, но требует дополнительных механизмов для управления и контроля. Например, из-за того что все пользователи, находящиеся в одной «ветви» дерева PON, передают информацию в конечном счете в один кабель, необходим протокол, который контролировал бы, чтобы в каждый момент времени такую передачу осуществлял только один пользователь. К тому же необходим протокол для диагностики ошибок и обслуживания оборудования.


Заказать диплом



[1] Конова Е., Шельгов В. Многоликие средства тестирования ВОЛС // Connect.- 2010.- № 8.- C. 90.

[2] Лукин И.А., Зубарев В.К. Новые технические решения для сетей доступа// Вестник связи.- 2011.- № 1.- C. 29.

[3] Никульский И.Е. Модель оптической сети доступа GPON // Вестник связи.- 2011.- № 2.- C. 49.

[4] Никульский И.Е. Модель оптической сети доступа GPON // Вестник связи.- 2011.- № 2.- C. 50.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить