Появившись пару лет назад как детище энтузиастов-компьютерщиков, домовые сети быстро нашли свою нишу на телекоммуникационном рынке. Перед ними открываются огромные и удивительные перспективы, поскольку им вполне по силам стать технической базой для организации служб широкополосного доступа на многие годы вперед.

Монополисты и «альтернативщики»

Еще совсем недавно на рынке широкополосного доступа доминировало использование телефонной абонентской сети. В основном эти абонентские линии служили для создания цифровых каналов «последней мили» на основе различных DSL-технологий. В качестве альтернативного варианта организации широкополосного доступа для массовых пользователей рассматривается применение сетей кабельного телевидения, которые проложены практически в каждом доме. Неплохой потенциал на этом рынке имеют также беспроводные средства связи, но в силу естественных технологических ограничений, с их помощью можно обслужить меньшее число абонентов по сравнению с проводными системами.

Несмотря на существенные технические различия, все эти варианты имеют одно общее свойство. Их реализация базируется на ресурсах, принадлежащих монополистам. Подавляющее число проводных линий связи принадлежит городским телефонным сетям, которые весьма неохотно допускают до этого «медного» богатства сторонние компании. Эксплуатация сетей кабельного телевидения так же сосредоточена в одних руках: например, в Москве подавляющая часть этой инфраструктуры принадлежит компании «Мостелеком». В сфере беспроводных решений сложилась ситуация, напоминающая «олигополию». Здесь главным богатством является частотный ресурс, который в крупных городах полностью исчерпан и оказался сосредоточен в руках ограниченного числа компаний.

Отчасти вследствие высокой монополизации перечисленных рынков, отчасти вследствие несовершенства технологий развитие широкополосного доступа в сегменте домашних пользователей идет достаточно вяло. Ни один из запущенных и разрекламированных коммерческих проектов не только не стал по-настоящему массовым, но и не принес заметной прибыли операторам.

Решение задачи по созданию экономически привлекательных широкополосных служб, доступных практически каждому жителю большого города или маленького поселка, буквально валялось под ногами. Точнее, оно оказалось на лестничных площадках жилых домов, где проходят коммуникации, пригодные для создания домовых сетей.

Толчком к развертыванию таких сетей послужили, с одной стороны, неудовлетворенность пользователей качеством доступа в Internet по коммутируемой линии, а с другой стороны — их желание получить доступ к новым информационным ресурсам. Часто инициаторами создания домовой сети выступают поклонники сетевых игр, а также любители музыки и видеофильмов, скачиваемых на персональный компьютер. Но потенциал домовых сетей не ограничивается удовлетворением лишь этих потребностей пользователей, они заключают в себе поистине неограниченные возможности.

Для потребителя повсеместное развитие домовых сетей будет только на руку. Во-первых, оно разрушит сложившуюся монополию традиционных операторов связи, которые активно вторгаются на рынок услуг широкополосного доступа. Такая демократизация рынка, конечно, имеет свой предел: вряд ли за одно здание нужно конкурировать нескольким районным провайдерам. Но уже само возникновение этого слоя поставщиков услуг привело к существенному снижению рыночных расценок на подключение и аренду каналов. Даже сейчас, когда к услугам домовых сетей подключены в среднем не более 15% квартир в каждом каблированном доме, стоимость инсталляции и абонентская плата во много раз ниже, чем при подключении по ADSL-линии. Средняя цена инсталляции оборудования в квартире пользователя колеблется от 70 до 100 долл., а минимальная абонентская плата составляет порядка 10 долл., считая некоторый объем предоплаченного трафика. Обычно он варьируется от 100 до 200 Мбайт в месяц, что вполне сопоставимо с объемом, скачиваемым типичным пользователем через модемное коммутируемое соединение.

Во-вторых, подключившись к домовой сети, абонент получает возможность воспользоваться новыми видами сервиса (правда, в настоящее время эта возможность скорее теоретическая). Сюда можно отнести не только доступ к собственным информационным серверам домовой сети, но и цифровое телевещание высокой четкости, услуги IP-телефонии, организацию виртуального офиса и многое другое.

Весьма перспективно использование домовых сетей для решения проблем телефонизации населения. Некоторые из этих возможностей легко реализовать уже сегодня, для предоставления других требуется, чтобы технологии и спрос на них созрели. Однако главным аргументом в пользу домовых сетей является не число доступных ныне сервисов, а универсальность применяемых технологий, способных предоставить абонентам любую вообразимую услугу в будущем. Вероятно, что именно благодаря их развитию, разнородная и устаревшая инфраструктура абонентских сетей будет заменяться на объединенную цифровую сеть, передающую голос, видео, радио и данные.

Как нам стоит сеть построить?

Данный вопрос вовсе не шутка. Если оператор домовой сети рассчитывает на долгосрочную работу, то к выбору технического решения задачи он должен подойти со всей ответственностью.

В качестве базовой топологии могут быть использованы схемы, характерные как для городских, так и для корпоративных сетей. Очень часто домовая сеть не ограничивается территорией одного здания, а охватывает целый микрорайон. Поэтому на практике ее топология напоминает уменьшенную копию сети класса metro. Топология, типичная для корпоративных сетей, чаще всего применяется для подключения локально сгруппированных абонентов, например, живущих в одном подъезде.

Рассмотрим типичный вариант построения домовой сети, охватывающей несколько домов. Он не является единственным, но обладает рядом преимуществ. Физическую основу сети составляет кабельное кольцо, охватывающее все здания. Предпочтительнее использовать волоконно-оптический кабель, который обеспечит практически неограниченную пропускную способность и на многие годы снимет вопрос о модернизации ресурсов. Но такое решение стоит дорого, и зачастую районные провайдеры Internet не имеют на это достаточных средств.

Более дешевым вариантом является использование медных кабелей, подвешиваемых между домами или затягиваемых в существующие подземные коммуникации. В настоящее время именно этот вариант создания кабельной инфраструктуры стал доминирующим. Но медь накладывает определенные ограничения, которые необходимо учитывать при планировании сети. Например, при медной проводке становится затруднительно применять кольцевую топологию, и на смену ей приходит лучевая. Однако в реальности очень часто используются смешанные решения, так как выбор топологии сугубо индивидуален для каждой домовой сети и зависит от физического расположения зданий и существующих коммуникаций.

Тем не менее в любом решении для организации коллективного широкополосного доступа можно выделить ряд обязательных компонентов. В первую очередь, это узел агрегации трафика, через который домовая сеть подключается к опорной городской сети. Обычно магистральный канал, по которому подключается районный провайдер, организуется и поддерживается оператором городской сети, а его пропускная способность начинается от 2 Мбит/с. Кроме того, в точке агрегации трафика часто располагаются внутренние информационные сервера домовой сети. Точка агрегации трафика соединяется, в свою очередь, с точками доступа, которые находятся в каждом здании. В зависимости от числа абонентов, в доме может быть установлено несколько таких точек.

Главным преимуществом рассмотренного варианта построения является высокая масштабируемость как по числу подключаемых зданий, так и по пропускной способности самой домовой сети.

Технологии и оборудование

Каждый из компонентов домовой сети может быть создан на основе различных технологий. Мы рассмотрим наиболее, на наш взгляд, перспективные, которые уже опробованы и реализованы в оборудовании, представленном на российском рынке.

Самое дешевое решение

Для начала остановимся на технологии Home PNA, которая была разработана в 1998 году альянсом производителей телекоммуникационного оборудования. Первая версия одноименного стандарта предусматривала скорость передачи до 1 Мбит/с, но уже спустя год вышла вторая редакция, поднявшая быстродействие сети до уровня 10 Мбит/с и выше. В зависимости от качества линий, пиковая скорость передачи по технологии Home PNA 2.0 может достигать до 32 Мбит/с, а пропускная способность каналов связи — 20 Мбит/с. Ожидается, что в следующей версии стандарта скорость передачи будет зафиксирована на уровне 100 Мбит/с.

Замечательным свойством Home PNA является ее полная спектральная совместимость с традиционной телефонной связью и оборудованием DSL-линий, так как для передачи сигналов в ней отведен диапазон частот от 4 до 10 МГц. Обратной стороной такого удобства является малое максимальное расстояние (всего 350 м), на которое могут быть разнесены узлы сети. Кроме того, в одной сети Home PNA обеспечивается поддержка не более 25 узлов. Но это не столь критично, учитывая область применения данной технологии.

Во многом технология Home PNA схожа со стандартом IEEE 802.3, который, как известно, описывает процедуры передачи данных по Ethernet, включая протокол CSMA/CD. Фактически пакет формата Home PNA полностью включает в себя пакет формата Ethernet, и, с точки зрения прикладных программ, они ничем не отличаются друг от друга. Это позволяет использовать одни и те же драйверы операционных систем как для устройств Ethernet, так и для Home PNA.

Хотя изначально эта технология была ориентирована на развертывание домашних сетей (внутри квартиры), она с успехом перекочевала в сферу решений для домовой сети. В точке доступа устанавливается маршрутизатор Home PNA или обычный мост с интерфейсом Ethernet, посредством которого осуществляется подключение к Глобальной сети. В компьютеры пользователей вставляются адаптеры Home PNA, соединяющиеся по медной линии с оборудованием в точке доступа. В качестве медной проводки можно использовать существующую разводку телефонной сети, но лучше протянуть альтернативный кабель. В отличие от стандартной технологии Ethernet по витой паре, где до каждого клиента доходит собственный кабель, технология Home PNA позволяет делать отводы от общего кабеля. В этом смысле она топологически схожа с «толстым» Ethernet или кабельной телевизионной сетью.

На российском рынке оборудование для сетей Home PNA поставляют целый ряд известных производителей. Необходимо отметить, что по сравнению с другими широкополосными технологиями, Home PNA обходится весьма и весьма дешево. Поэтому главными производителями этого оборудования стали компании, работающие в ценовом секторе low-end. Они производят продукцию, ориентированную на массового потребителя, но обладающую высокой надежностью и развитой функциональностью.

Линейка оборудования Home PNA от компании D-Link включает в себя адаптер DHN-120 для шины USB и DHN-520 для шины PCI. Подключение сети Home PNA к Ethernet можно осуществить через мост DHN-1000, либо с помощью коммутатора DHN-2216, оснащенного 12 портами Home PNA и двумя портами Ethernet.

Компания ZyXEL Corporation выпускает, в свою очередь, настольный модем PEC-50, поддерживающий функции моста. Также в ее портфеле есть управляемый коммутатор на 12 портов PES-100 с двумя интерфейсами Ethernet, благодаря чему можно строить каскадную структуру сети. Клиентское оборудование представлено внутренним модемом Home PNA PPC-10 с шиной PCI. Отличительной чертой этой платы является наличие интерфейса Ethernet, что позволяет использовать ее в качестве традиционного сетевого адаптера.

«Домашние» модификации Ethernet

Кроме Home PNA, другим вариантом подключения абонентов домовой сети к точке доступа может быть использование традиционных технологий Ethernet. В реализации технологии «тонкого» Ethernet для домовых сетей есть примеры успешного применения коаксиального, но в итоге такое решение обходится существенно дороже, чем система Home PNA при аналогичной пропускной способности.

В ряде случаев оправдано развертывание инфраструктуры на витой паре. С одной стороны, витая пара позволяет применять стандартное оборудование локальных сетей, а с другой стороны — предоставлять абоненту возможности технологии Ethernet, в частности, передачу данных на скорости до 100 Мбит/с. Однако в этом случае расстояние от активного сетевого оборудования до компьютера клиента не должно превышать 100 метров. Чтобы преодолеть это ограничение, при построении распределительной инфраструктуры домовой сети на основе Ethernet по витой паре, используется каскадное включение активного оборудования. Кроме того, это позволяет уменьшить суммарное число кабелей, проходящих по кабельным трассам в жилом доме.

Наиболее дешевым вариантом считается применение неуправляемых концентраторов Ethernet, но в этом случае все абоненты находятся в едином сетевом сегменте и вынуждены «конкурировать» за пропускную способность общей среды доступа. В такой ситуации технология Home PNA вылядит предпочтительной, так как реально обеспечивает такую же пропускную способность, но позволяет сэкономить на кабельной инфраструктуре.

Если при создании домовой сети провайдер решает использовать стандартный Ethernet, то выбор лучше всего остановить на коммутаторах. Сейчас на отечественном рынке наблюдается большое разнообразие моделей от разных производителей, которые варьируются как по цене, так и по функциональным возможностям. Для домовых сетей вполне подходит оборудование таких компаний как Allied Telesyn, Compex, Corega или D-Link, которое характеризуется относительно невысокой стоимостью. Конечно, домовая сеть, построенная на продуктах Cisco Systems, Avaya или 3Com будет ничуть не хуже. Но есть одно обстоятельство, которое районный оператор не может не учитывать. Главной проблемой в эксплуатации практически любой домовой сети является воровство оборудования и вандализм. На какие только ухищрения не идут операторы: и заковывают оборудование в стальные ящики, и маскируют их под щиты электропитания, и прячут в стенах, но ничто не спасает от вандалов. В этой ситуации альтернативы не существует: применяемое оборудование должно быть недорогим.

Сейчас на рынке стало появляться оборудование Ethernet, которое специально разрабатывалось как основа будущих сетей доступа. Хотя компания WWP (World Wide Packets), чьи интересы в России представляет фирма Adventus, разрабатывала линейку своего оборудования под реалии жизни в Северной Америке, оно оказалось вполне пригодным для построения домовых сетей в России. Для установки на стороне пользователя предназначены так называемые порталы, которые имеют порты Ethernet и встроенный шлюз IP-телефонии. В точках доступа могут применяться концентраторы трафика, представляющие собой специализированные коммутаторы. Для ядра сети разработаны распределители, поддерживающие десятки интерфейсов Gigabit Ethernet. На основе этой линейки оборудования легко создавать широкополосные сети доступа на десятки тысяч абонентов. Сейчас стоимость оборудования WWP достаточно высока, но вполне оправдана заложенными в нем возможностями. Рынок сбыта этих продуктов в нашей стране ограничен пока, в первую очередь, домовыми сетями в строящихся элитных домах.

Тот факт, что Ethernet рассматривается как технологическая основа широкополосного доступа подтверждается деятельностью многих компаний, ведущих исследования в данном направлении. Компания Cisco Systems разработала свое решение, которое получило название Long-Reach Ethernet (LRE). Данная технология способна обеспечить передачу информации со скоростью от 5 до 15 Мбит/с по телефонным линиям на расстояние до 1,5 км. Это решение базируется на технологии VDSL, которая позволяет передавать данные со скоростью 52 Мбит/с на расстояние до 300 м. Но в отличие от «классического» VDSL, где скорость восходящего и нисходящего потоков данных различается (как и в линиях ADSL) LRE обеспечивает полный паритет скоростей. При этом абоненты сетей LRE могут одновременного иметь доступ и к телефонной связи, и к Internet. Особенностью LRE, отличающей ее от технологий xDSL, является использование на канальном уровне кадров Ethernet вместо пакетов АТМ.

Компания MRV Communications, ранее известная как Optical Access, реализовала в своих коммутаторах семейства OptiSwitch решение Ethernet over VDSL (EoV). Благодаря этому они способны поддерживать передачу данных со скоростями до 10 Мбит/с по обычному телефонному кабелю на расстояния до 1500 м. Если требуется преодолеть большее расстояние, то существует разновидность EoV, обеспечивающая передачу со скоростью 4 Мбит/с на расстояниях до 2500 м. Решение EoV поддерживает механизмы QoS и CoS, а также позволяет создавать защищенные виртуальные локальные сети (VLAN).

Возможности пассивной оптики

При рассмотрении способов построения домовых сетей не стоит сбрасывать со счетов и технологию пассивных оптических сетей (PON, Passive Optical Network). В ее основе лежит волновое (или частотное) разделение потоков данных и топология, напоминающая Ethernet по толстому коаксиальному кабелю. Решения, используемые для PON, разрабатывались международным консорциумом FSAN и сегодня стандартизованы ITU-T в рекомендациях серий G.983.x и Q.834.x. В нынешнем году ожидается появление стандарта IEEE 802.3 ah, который будет описывать использование на сетях PON пакетов Ethernet вместо ячеек АТМ, что также подтверждает хорошие перспективы Ethernet занять доминирующее место в сетях доступа.

Современное поколение оборудования PON, выпускаемое компанией Terawave Communications (ее интересы в России представляет компания «Телеком Транспорт»), обеспечивает подключение до 32 терминальных узлов при протяженности оптического сегмента не более 20 км. Полоса пропускания в прямом и обратном канале по единому оптическому волокну составляет 622 Мбит/с. Если в ранних продуктах полоса пропускания равномерно делилась между всеми терминальными узлами, то сейчас имеется механизм ее динамического выделения. В скором времени ожидается появление устройств, обеспечивающих гигабитные скорости.

Пассивная оптическая сеть идеально подходит для создания канальной инфраструктуры, соединяющей точки доступа в домовой сети. Во-первых, оптимизируются и удешевляются кабельные трассы между зданиями, так как PON поддерживает ветвистую топологию, а боковые отводы делаются с помощью сплиттеров, не требующих электропитания. Во-вторых, выход из строя одного из участков сети никак не сказывается на работоспособности оставшихся. В-третьих, терминальные узлы имеют порты Ethernet, что позволяет легко подключать абонентские устройства напрямую или с помощью технологии Home PNA. Сетевой узел обычно способен поддерживать несколько оптических сегментов PON и подключаться к опорной городской сети, используя как технологии коммутации каналов (PDH, SDH), так и пакетов (IP, ATM).

Канальная инфраструктура домовой сети, объединяющая точки доступа с точкой агрегации трафика, может быть создана на основе любой технологии, известной специалистам в области телекоммуникаций. На этом участке оператору ничего не мешает внедрить системы WDM или SDH, Gigabit Ethernet или АТМ, WLAN или xDSL. Выбор того или иного типа решения полностью зависит от прогнозируемого масштаба домовой сети, ожидаемых объемов пользовательского трафика и, конечно, от финансовых возможностей оператора. Вряд ли в этом вопросе можно давать точные рекомендации, но оператору все же следует стремиться уменьшать число задействуемых в сети технологий.

Некоторые итоги

Высока вероятность, что домовые сети смогут стать основным способом не только для организации массового подключения клиентов к широкополосным сервисам, но и взять на себя роль абонентской сети для всего спектра средств коммуникаций, доступных жителям городов. Ведь на сегодня нет никаких принципиальных препятствий для перевода телефонной связи, телевидения, радиовещания в цифровой формат и распределения этих сигналов по универсальной инфраструктуре доступа.

Наибольшие шансы претендовать на роль базовой технологии для абонентской сети будущего имеет Ethernet. Это устоявшаяся, хорошо стандартизованная технология, поддерживаемая всеми производителями сетевого оборудования. Оборудование Ethernet способно работать на физических каналах разных типов (медь, радио, оптика) и гарантирует интероперабельность. Несомненным его достоинством также является прозрачность передачи пакетов данных на скоростях от единиц Мбит/с до 10 Гбит/с. Не стоит сбрасывать со счетов легкость управления сетями Ethernet и развитые механизмы обеспечения заданного качества сервиса.