Беспроводные системы доступа в Интернет

1. Спутниковые технологии

Спутниковый Интернет — способ обеспечения доступа к сети Интернет с использованием технологий спутниковой связи (как правило, в стандарте DVB-S или DVB-S2).

Варианты обеспечения доступа

Существует два способа обмена данными через спутник:

• односторонний (one-way), иногда называемый также «асимметричным» — когда для приёма данных используется спутниковый канал, а для передачи — доступные наземные каналы.
• двухсторонний (two-way), иногда называемый также «симметричным» — когда и для приёма, и для передачи используются спутниковые каналы.

Двухсторонний спутниковый Интернет

Двухсторонний спутниковый Интернет подразумевает приём данных со спутника и отправку их обратно также через спутник. Этот способ является очень качественным, так как позволяет достигать больших скоростей при передаче и отправке, но он является достаточно дорогим и требует получения разрешения на радиопередающее оборудование (впрочем, последнее провайдер часто берет на себя). Высокая стоимость двустороннего интернета оказывается полностью оправданной за счёт в первую очередь намного более надёжной связи. В отличие от одностороннего доступа, двусторонний спутниковый интернет не нуждается ни в каких дополнительных ресурсах (не считая электропитания, конечно же).
Особенностью «двустороннего» спутникового доступа в Интернет является достаточно большая задержка на канале связи. Пока сигнал дойдёт от абонента до спутника и от спутника до Центральной станции спутниковой связи — пройдёт около 250 мс. Столько же нужно на путешествие обратно. Плюс неизбежные задержки сигнала на обработке и на то, чтобы пройти «по Интернету». В результате время пинга на двустороннем спутниковом канале составляет около 600 мс и более. Это накладывает некоторую специфику на работу приложений через спутниковый Интернет и особенно печально для заядлых геймеров.
Ещё одна особенность состоит в том, что оборудование различных производителей практически несовместимо друг с другом. То есть, если вы выбрали одного оператора, работающего на определённом типе оборудования (например, ViaSat, Hughes, Gilat (SkyEdge), EMS, Shiron и т. п.), то перейти вы сможете только к оператору, использующему такое же оборудование. Попытка реализовать совместимость оборудования различных производителей (стандарт DVB-RCS) была поддержана очень небольшим количеством компаний, и на сегодня является скорее ещё одной из «частных» технологий, чем общепринятым стандартом.

Односторонний спутниковый Интернет

Односторонний спутниковый Интернет подразумевает наличие у пользователя какого-то существующего способа подключения к Интернету. Как правило это медленный и/или дорогой канал (GPRS/EDGE, ADSL-подключение там, где услуги доступа в Интернет развиты плохо и ограничены по скорости и т. п.). Через этот канал передаются только запросы в Интернет. Эти запросы поступают на узел оператора (провайдера) одностороннего спутникового доступа (используются различные технологии VPN-подключения или проксирования трафика), а данные, полученные в ответ на эти запросы, передают пользователю через широкополосный спутниковый канал. Поскольку большинство пользователей в основном получает данные из Интернета, то такая технология позволяет получить более скоростной и более дешёвый трафик, чем медленные и дорогие наземные подключения. Объем же исходящего трафика по наземному каналу (а значит и затраты на него) становится достаточно скромным (соотношение исходящий/входящий — примерно от 1/10 при веб-серфинге, от 1/100 и лучше при загрузке файлов).
Естественно, использовать односторонний спутниковый Интернет имеет смысл тогда, когда доступные наземные каналы слишком дорогие и/или медленные. При наличии недорого и быстрого «наземного» Интернета — спутниковый Интернет имеет смысл как резервный вариант подключения, на случай пропадания или плохой работы «наземного».

Преимущества:

• стоимость трафика в часы наименьшей загрузки ёмкости
• независимость от наземных линий связи (при использовании GPRS или Wi-Fi в качестве запросного канала)
• большая конечная скорость (приём)
• возможность просмотра спутникового ТВ
• возможность свободного выбора провайдера

Недостатки:

• необходимость покупки специального оборудования
• сложность установки и настройки
• в общем случае более низкая надёжность по сравнению с наземным подключением (большее количество компонентов, необходимых для бесперебойной работы)
• наличие ограничений (прямая видимость спутника) по установке антенны
• высокий ping (задержка между отсылкой запроса и приходом ответа).
• При дальнейшем развитии кабельной инфраструктуры стоимость наземного трафика будет стремиться к нулю, при этом стоимость спутникового трафика жёстко ограничена себестоимостью запуска спутника и её снижения не планируется.

2.Wi-Fi

Wi-Fi — торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11.

Происхождение названия

Термин «Wi-Fi» изначально был придуман как игра слов для привлечения внимания потребителя "намёком" на Hi-Fi (High Fidelity, высокая точность). Термин «Wi-Fi» никак не расшифровывается.

Принцип работы

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта. [4]

Преимущества Wi-Fi

• Позволяет развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями.
• Позволяет иметь доступ к сети мобильным устройствам.
• Wi-Fi устройства широко распространены на рынке. Гарантируется совместимость оборудования благодаря обязательной сертификации оборудования с логотипом Wi-Fi.
• Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi

• В диапазоне 2.4 GHz работает множество устройств, таких как устройства, поддерживающие Bluetooth, и др, и даже микроволновые печи, что ухудшает электромагнитную совместимость.
• Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы. Во многих европейских странах разрешены два дополнительных канала, которые запрещены в США; В Японии есть ещё один канал в верхней части диапазона, а другие страны, например Испания, запрещают использование низкочастотных каналов. Более того, некоторые страны, например Россия, Беларусь и Италия, требуют регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений, или требуют регистрации Wi-Fi-оператора[5].
• Как было упомянуто выше — в России точки беспроводного доступа, а также адаптеры Wi-Fi с ЭИИМ, превышающей 100 мВт (20 дБм), подлежат обязательной регистрации.[6]
• Стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан[7] даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма). Несмотря на то, что новые устройства поддерживают более совершенный протокол шифрования данных WPA и WPA2, многие старые точки доступа не поддерживают его и требуют замены. Принятие стандарта IEEE 802.11i (WPA2) в июне 2004 года сделало доступной более безопасную схему, которая доступна в новом оборудовании. Обе схемы требуют более стойкий пароль, чем те, которые обычно назначаются пользователями. Многие организации используют дополнительное шифрование (например VPN) для защиты от вторжения. На данный момент основным методом взлома WPA2 является подбор пароля, поэтому рекомендуется использовать сложные цифро-буквенные пароли для того, чтобы максимально усложнить задачу подбора пароля.
• В режиме ad-hoc стандарт предписывает лишь реализовать скорость 11 Мбит/сек (802.11b)[8]. Шифрование WPA(2) недоступно, только взломанный WEP.

Wi-Fi и телефоны сотовой связи

Некоторые считают, что Wi-Fi и подобные ему технологии со временем могут заменить сотовые сети, такие как GSM. Препятствиями для такого развития событий в ближайшем будущем являются отсутствие роуминга и возможностей аутентификации, ограниченность частотного диапазона и сильно ограниченный радиус действия Wi-Fi. Более правильным выглядит сравнение Wi-Fi с другими стандартами сотовых сетей, таких как UMTS, CDMA или WiMAX.
Стоит заметить, что при наличии в данном конкретном месте покрытия как GSM, так и Wi-Fi, экономически намного более выгодно использовать Wi-Fi, разговаривая посредством сервисов интернет-телефонии. Например, клиент Skype давно существует в версиях как для смартфонов, так и для КПК.

3.WiMAX

WiMAX — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).
Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).
Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum — организацией, которая была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии WiMAX. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL».
Максимальная скорость — до 1 Гбит/сек на ячейку.

Область использования

WiMAX подходит для решения следующих задач:

• Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами Интернета.
• Обеспечения беспроводного широкополосного доступа как альтернативы выделенным линиям и DSL.
• Предоставления высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг.
• Создания точек доступа, не привязанных к географическому положению.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi-сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках городов.

Широкополосный доступ

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. И тому есть несколько причин.
Во-первых, технологии семейства 802.16 позволят экономически более эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять доступ в сеть новым клиентам, но и расширять спектр услуг и охватывать новые труднодоступные территории.
Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании, чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развёртывании и по мере необходимости легко масштабируемы. Этот фактор оказывается очень полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки. К примеру, WiMAX был использован для того чтобы предоставить доступ в Сеть выжившим после цунами, произошедшего в декабре 2004 года в Индонезии (Aceh). Вся коммуникационная инфраструктура области была выведена из строя и требовалось оперативное восстановление услуг связи для всего региона.
В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг высокоскоростного доступа в Интернет как для бизнес структур, так и для частных лиц.

Пользовательское оборудование

Оборудование для использования сетей WiMAX поставляется несколькими производителями и может быть установлено как в помещении (устройства размером с обычный DSL-модем), так и вне его. Следует заметить что оборудование, рассчитанное на размещение внутри помещений и не требующее профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно, однако способно работать на значительно меньших расстояниях от базовой станции, чем профессионально установленные внешние устройства. Поэтому оборудование, установленное внутри помещений требует намного больших инвестиций в развитие инфраструктуры сети, так как подразумевает использование намного большего числа точек доступа.
С изобретением мобильного WiMAX все больший акцент делается на разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок (похожи на обычный мобильный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и PC card).

Wi-Fi и WiMAX

Сопоставления WiMAX и Wi-Fi далеко не редкость — термины созвучны, название стандартов, на которых основаны эти технологии, похожи (стандарты разработаны IEEE, оба начинаются с «802.»), а также обе технологии используют беспроводное соединение и используются для подключения к интернету (каналу обмена данными). Но, несмотря на это, эти технологии направлены на решение совершенно различных задач.
Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи

Технология	Пропускная способность	Радиус действия	Частоты
Wi-Fi	до 54 Мбит/с	до 300 метров	5,0 ГГц
Wi-Fi	до 11 Мбит/с	до 300 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	до 54 Мбит/с	до 300 метров	2,4 ГГц
Wi-Fi	до 450 Мбит/с (в перспективе до 600 Мбит/с)	до 300 метров	2,4 — 2,5 или 5,0 ГГц
WiMax	до 75 Мбит/с	25-80 км	1,5-11 ГГц
WiMax	до 40 Мбит/с	1-5 км	2.3-13.6 ГГц
WiMax	до 1 Гбит/с (WMAN), до 100 Мбит/с (Mobile WMAN)	н/д (стандарт в разработке)	н/д (стандарт в разработке)
Bluetooth v. 1.1	до 1 Мбит/с	до 10 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 2.0	до 2.1 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц
Bluetooth v. 3.0	от 3 Мбит/с до 24 Мбит/с	до 100 метров	2,4 ГГц

• WiMAX это система дальнего действия, покрывающая километры пространства, которая обычно использует лицензированные спектры частот (хотя возможно и использование нелицензированных частот) для предоставления соединения с интернетом типа точка-точка провайдером конечному пользователю. Разные стандарты семейства 802.16 обеспечивают разные виды доступа, от мобильного (схож с передачей данных с мобильных телефонов) до фиксированного (альтернатива проводному доступу, при котором беспроводное оборудование пользователя привязано к местоположению).
• Wi-Fiэто система более короткого действия, обычно покрывающая десятки метров, которая использует нелицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Обычно Wi-Fi используется пользователями для доступа к их собственной локальной сети, которая может быть и не подключена к Интернету. Если WiMAX можно сравнить с мобильной связью, то Wi-Fi скорее похож на стационарный беспроводной телефон.

4.GPRS

GPRS-модемы, которые работают в сетях сотовой связи стандарта GSM. GPRS расшифровывается как General Packet Radio Service (сервис пакетной передачи данных по радиоканалу) и позволяет использовать быстрый канал доступа к Сети, не занимая при этом линию голосовой связи. Дело в том, что в системе GPRS используется пакетный принцип передачи информации (по протоколу IP). Пакеты передаются одновременно по нескольким каналам связи, и только в промежутках между передачей речи. Каждый канал передачи данных (а их в стандарте GSM может быть до восьми) может передавать информацию со скоростями от 13,4 до 22,8 Кбит/с. Голосовой трафик всегда имеет приоритет перед данными, поэтому скорость соединения будет зависеть от загруженности сотового оператора в конкретный момент времени. Очевидно, что в часы пик скорость будет заметно падать, тогда как по ночам - наоборот. Кстати, верхний лимит скорости передачи, который налагает сам протокол, - 171,2 Кбит/сек, но обычно сотовые операторы ограничивают его на уровне 64 или 128 Кбит/сек, что, согласитесь, тоже неплохо.
Схем использования GPRS несколько, самая простая из них - мобильный телефон и компьютер, оснащенные ИК- или Bluetooth-интерфейсами. Кроме того, уже выпускаются портативные GPRS-модемы с PCMCIA- или USB-интерфейсом. Надо сказать, что в данный момент количество пользователей услуг доступа в Интернет посредством GPRS стремительно растет. Это обусловлено еще и тем, что пока цены на данный сервис у сотовых операторов примерно соответствуют уровню цен обычных интернет-провайдеров. Кроме того, использование системы GPRS будет оправдано для жителей городов с повременной оплатой телефона и людей, живущих в отдаленных районах, куда трудно провести выделенную линию.
GPRS (пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю сети сотовой связи производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет. GPRS предполагает тарификацию по объёму переданной/полученной информации, а не по времени, проведённому онлайн.

Архитектура

Служба передачи данных GPRS надстраивается над существующей сетью GSM. На структурном уровне систему GPRS можно разделить на две части: подсистему базовых станций (BSS) и опорную сеть GPRS (GPRS Core Network).
В BSS входят все базовые станции и контроллеры, которые поддерживают пакетную передачу данных. Для этого BSC (Base Station Controller) дополняется блоком управления пакетами — PCU (Packet Controller Unit), а BTS (Base Tranceiver Station) — кодирующим устройством GSM в форматы, используемые протоколами TCP/IP.
Шлюзы с внешними сетями (Internet, intranet, X.25) называют GGSN (Gateway GPRS Support Node). Обмен информацией между SGSN и GGSN происходит на основе IP-протоколов.
Также в состав GPRS Core входят DNS (Domain Name System) и Charging Gateway (шлюз для связи с системой тарификации).

Принцип работы

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передаётся через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы, такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом, что является приоритетом передачи — голосовой трафик или передача данных — выбирается оператором связи. Федеральная тройка в России использует безусловный приоритет голосового трафика перед данными, поэтому скорость передачи зависит не только от возможностей оборудования, но и от загрузки сети. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных, теоретический максимум при всех занятых таймслотах TDMA составляет 171,2 кбит/c. Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом.
Передача данных разделяется по направлениям «вниз» (downlink; DL) — от сети к абоненту, и «вверх» (uplink, UL) — от абонента к сети. Мобильные терминалы разделяются на классы по количеству одновременно используемых таймслотов для передачи и приёма данных. Современные телефоны (июнь 2006) поддерживают до 4-х таймслотов одновременно для приёма по линии «вниз» (то есть могут принимать 85 кбит/с по кодовой схеме CS-4), и до 2-х для передачи по линии «вверх» (class 10 или 4+2).
Абоненту, подключенному к GPRS, предоставляется виртуальный канал, который на время передачи пакета становится реальным, а в остальное время используется для передачи пакетов других пользователей. Поскольку один канал могут использовать несколько абонентов, возможно возникновение очереди на передачу пакетов, и, как следствие, задержка связи. Например, современная версия программного обеспечения контроллеров базовых станций допускает одновременное использование одного таймслота шестнадцатью абонентами в разное время и до 5 (из 8) таймслотов на частоте, итого — до 80 абонентов, пользующихся GPRS на одном канале связи (средняя максимальная скорость при этом 21,4*5/80 = 1,3 кбит/с на абонента). Другой крайний случай — пакетирование таймслотов в один непрерывный с вытеснением голосовых абонентов на другие частоты (при наличии таковых и с учётом приоритета). При этом телефон, работающий в режиме GPRS, принимает все пакеты на одной частоте и не тратит времени на переключения. В этом случае скорость передачи данных достигает максимально возможной, как и описано выше, 4+2 таймслота (class 10).
Технология GPRS использует GMSK-модуляцию. В зависимости от качества радиосигнала, данные, пересылаемые по радиоэфиру, кодируются по одной из 4-х кодовых схем (CS1—CS4). Каждая кодовая схема характеризуется избыточностью кодирования и помехоустойчивостью, и выбирается автоматически в зависимости от качества радиосигнала.

Интеграция с Интернетом

GPRS по принципу работы аналогична Интернету: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что по сути превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернетом незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернете (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, XMPP и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).

Оптико-волоконные и коаксиальные кабельные системы
Оптико-волоконные и коаксиальные линии связи изначально создавались для кабельного телевидения и передачи видеосигнала. Благодаря тому, что эти системы по определению являются широкополосными, то их, безусловно, можно считать наилучшим носителем для высокоскоростной передачи данных. В то время как обычные медные кабели позволяют использовать полосу частот в несколько мегагерц, системы передачи по оптико-волоконному кабелю могут использовать частоты в миллион раз выше. Однако сегодня оптико-волоконные системы связи, по причине их слишком высокой стоимости, для частных пользователей экономически совершенно не оправданны.
Пропускная способность коаксиального кабеля (как и стоимость прокладки и использования сетей передачи данных на его базе) располагается где-то посередине между обычной витой парой и оптико-волоконным кабелем. Ее вполне хватает для передачи сигналов десятка-другого телевизионных каналов. К большому сожалению, использование коаксиальных кабелей имеет определенные ограничения, прежде всего базирующиеся на свойствах самого кабеля. Например, каждый конец кабеля должен быть подключен на согласованную нагрузку, с кабелем при монтаже необходимо обращаться осторожно, чтобы при изгибе не повредить изоляцию между проводниками кабеля и не изменить его электрические характеристики, что оказывает негативное влияние на использование таких сетей.
За рубежом, особенно в Соединенных Штатах, где широко развиты сети кабельного телевидения, для организации доступа в Интернет используется несколько комбинированных кабельных систем, состоящих из оптико-волоконных и коаксиальных кабелей. Такие системы, из-за определенных внутренних ограничений, обеспечивают передачу только нисходящего потока данных (из сети Интернет к пользователю). Они имеют полосу пропускания от 50 МГц до 750 МГц, которая поделена на каналы 6 МГц, каждый из которых может использоваться для передачи данных из сети Интернет со скоростью до 30 Мбит/с. Для передачи данных в нисходящем направлении используются кабельные модемы. Восходящий сигнал (как и в случае спутниковых систем) организуется по существующей телефонной линии с помощью обычного модема.

DOCSIS - стандарт передачи данных по коаксиальному (телевизионному) кабелю.
Он предусматривает передачу данных абоненту по сети кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с и получение данных от абонента со скоростью до 10,24 Мбит/с.
Он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных производителей.
DOCSIS имеет прямую поддержку IP протокола с нефиксированной длиной пакетов, в отличие от DVR-RC, который использует ATM Cell transport для передачи IP пакетов (то есть, IP пакет сначала переводится в формат ATM, который затем передаётся по кабелю; на другой стороне производится обратный процесс).
Передача данных «сверху вниз» — к пользователю, или в Downstream-канале — выполняется передающим устройством головного оборудования, называемым CMTS — Cable Modem Termination System; в упрощённом случае вся полоса делится между всеми пользователями, которые в данный момент принимают данные, поэтому доступная в каждый момент времени полоса для конкретного пользователя может «плавать» в широких пределах.
Передача информации «снизу вверх» (в Upstream-канале) может выполняться кабельным модемом, который отвечает техническим требованиям, предъявляемым Предприятием, или сертифицирован на соответствие стандарту DOCSIS, а в качестве протокола доступа реализована процедура МДВР (многостанционный доступ с временным разделением каналов) или МДКР (многостанционный доступ с кодовым разделением каналов).
Fiber To The X или FTTx — это общий термин для любой компьютерной сети, в которой от узла связи до определенного места (точка X) доходит волоконно-оптический кабель, а далее, до абонента, — медный кабель.
Таким образом, FTTx — это только физический уровень. С широкой полосой систем FTTx неразрывно связана возможность предоставления большого числа новых услуг.

Граница оптики и меди

Схема, иллюстрирующая различия архитектур FTTx.
В семейство FTTx входят различные виды архитектур:

• FTTN (Fiber to the Node) — волокно до сетевого узла;
• FTTC (Fiber to the Curb) — волокно до микрорайона, квартала или группы домов;
• FTTB (Fiber to the Building) — волокно до здания;
• FTTH (Fiber to the Home) — волокно до жилища (квартиры или отдельного коттеджа).

Они отличаются главным образом тем, насколько близко к пользовательскому терминалу подходит оптический кабель.[1]

FTTN и FTTC

Исторически первыми появились решения FTTN и FTTC.
На сегодняшний день FTTN используется в основном как бюджетное и быстро внедряемое решение там, где существует распределительная «медная» инфраструктура и прокладка оптоволокна нерентабельна. Всем известны связанные с этим решением трудности: невысокое качество предоставляемых услуг, обусловленное специфическими проблемами лежащих в канализации медных кабелей, существенное ограничение по скорости и количеству подключений в одном кабеле.
FTTC — это улучшенный вариант FTTN, лишённый части присущих последнему недостатков. В случае с FTTC в основном используются медные кабели, проложенные внутри зданий, которые, как правило, не подвержены проблемам, связанным с попаданием воды в телефонную канализацию, с большой протяженностью линии и качеством используемых медных жил, что позволяет добиться более высокой скорости передачи на медном участке.
FTTC в первую очередь предназначена для операторов, уже использующих технологии xDSL или PON, и операторов кабельного телевидения: реализация этой архитектуры позволит им с меньшими затратами увеличить и число обслуживаемых пользователей, и выделяемую каждому из них полосу пропускания. В России этот тип подключения часто применяется небольшими операторами Ethernet-сетей. Связано это с более низкой стоимостью медных решений и с тем, что монтаж оптического кабеля требует высокой квалификации исполнителя.
Очевидно, что запланированный набор услуг и необходимая для их предоставления полоса пропускания имеют самое непосредственное влияние на выбор технологии FTTx. Чем выше скорость доступа и чем больше набор услуг, тем ближе к терминалу должна подходить оптика, а именно нужно использовать технологии FTTH. Если же приоритетом является сохранение имеющейся инфраструктуры и оборудования, наилучшим выбором будет FTTB.[1]

FTTB

Архитектура FTTB получила наибольшее распространение, так как при строительстве сетей FTTx на базе Ethernet (EТТх) часто это единственная технически возможная схема. Кроме этого, в структуре затрат на создание сети ЕТТх разница между вариантами FTTC и FTTB относительно небольшая, при этом операционные расходы при эксплуатации сети FTTB ниже, а пропускная способность выше. Архитектура FTTB доминирует во вновь возводимых домах и у крупных операторов связи, тогда как FTTH будет востребована только в новом малоэтажном строительстве. В первую очередь это связано с существенно более высокой стоимостью ее реализации по сравнению со стоимостью сети FTTC/FTTB, отсутствием преимуществ в полосе пропускания для пользователя.[1] FTTB оптическое волокно до здания. Устанавливается единый терминал, а от него проводят кабель до квартиры. В самой квартире находится только один кабель, который подключается к ПК.

FTTH

Однозначно в пользу решений FTTH выступают эксперты компании Motorola. Они сравнивают продолжительность жизненного цикла инвестиций в любую технологию доступа и коррелированный рост требований к пропускной способности каналов доступа. Проведенный анализ показывает, что если технические решения, которые закладываются в основу сегмента доступа сети сегодня, окажутся неспособными обеспечить скорость 100 Мбит/с в 2013—2015 годах, то моральное устаревание оборудования произойдет до окончания инвестиционного цикла. Оператор должен обязательно учитывать эти данные, иначе он рискует оказаться уязвимым перед лицом конкурентов по мере стремления пользователей к получению услуг все более высокого класса. FTTH оптическое волокно до квартиры. В квартире устанавливается терминал, а от терминала кабель до ПК.
Эксперты компании Alcatel-Lucent перечисляют следующие преимущества архитектуры FTTH:

• из всех вариантов FTTx она обеспечивает наибольшую полосу пропускания;
• это полностью стандартизированный и наиболее перспективный вариант;
• решения FTTH обеспечивают массовое обслуживание абонентов на расстоянии до 20 км от узла связи;
• они позволяют существенно сократить эксплуатационные расходы — за счет уменьшения площади технических помещений (необходимых для размещения оборудования), снижения энергопотребления и собственно затрат на техническую поддержку.[1]

Использование телефонных проводных линий связи для доступа в Интернет
Телефонный провод является главным (а, зачастую, и единственным) носителем, который в настоящее время используется для подключения абонентов (независимо от их юридического статуса) к сети Интернет. Для этого используются

• Dial-up - аналоговые модемы, предназначенные специально для передачи данных по коммутируемым телефонным каналам,
• сети ISDN
• xDSL.

Подключение по обычной коммутируемой телефонной линии (dial-up). Такая линия есть в каждом доме и офисе, а для подключения компьютера к Internet по такой линии необходимо всего лишь одно устройство – это модем.
Модем – это специальное устройство, которое соединяет компьютер с телефонной линией. Модемы бывают внутренние и внешние.

Рисунок: Модемы: внутренний (слева), внешний (справа).

1. Внутренний модем – представляет собой электронную плату, которая размещается внутри системного блока. Внутренний модем более дешевый, чем внешний, однако, уступает по скорости передачи информации и удобствам в работе.
2. Внешний модем – это отдельное устройство, которое подключается к компьютеру. Внешний модем имеет большую стоимость, чем внутренний, более быстро передает информацию и предоставляет большие удобства.

Модем подключается (или встраивается) к компьютеру, а к модему подключается коммутируемая линия телефонной связи. В нужное пользователю время модем набирает номер провайдера и соединяется с Internet, именно поэтому линию называют коммутируемой, так как соединение можно устанавливать и разрывать, а также разговаривать по обычному телефону, используя эту же линию.
Недостаток: это скорость обмена информацией – она в зависимости от качества телефонных линий колеблется от 3 до 7 килобайт в секунду.

Обычно dial-up используют двухточечный протокол PPP (теоретически можно использовать и устаревший протокол SLIP).

Доступность:

• Поскольку телефонные пункты доступны во всём мире, такое подключение остается полезным для путешественников.
• Подключение к сети с помощью модема по обычной коммутируемой телефонной линии связи — единственный выбор, доступный для большинства сельских или отдалённых районов, где получение широкополосной связи невозможно из-за низкого населения и требований.
• Однако, в некоторых странах коммутируемый доступ в интернет остается основным в связи с высокой стоимостью широкополосного доступа, а иногда и отсутствием востребованности услуги у населения.

Дозвон требует времени, чтобы установилась связь (несколько секунд, в зависимости от местоположения) и было выполнено подтверждение связи прежде, чем передача данных сможет осуществиться.
Стоимость доступа в интернет через коммутируемый доступ часто определяется по времени, проведённому пользователем в сети, а не по объёму трафика. Доступ по телефонной линии — это непостоянная или временная связь, потому что по желанию пользователя или ISP рано или поздно будет разорвана.

Производительность

У современных модемных подключений максимальная теоретическая скорость составляет 56 кбит/сек (хотя на практике скорость редко превышает 40-45 кбит/сек). Такие факторы, как шум в телефонной линии и качество самого модема играют большую роль в значении скоростей связи. В некоторых случаях в особенно шумной линии скорость может падать до 15 кбит/сек и менее, к примеру в гостиничном номере, где телефонная линия имеет много ответвлений. У телефонного соединения через модем обычно высокое время задержки, которое доходит до 400 миллисекунд или более и которое делает онлайн игры и видео конференц-связь крайне затруднительными или же полностью невозможными. Первые игры от первого лица (3d-actions) являются самыми чувствительными ко времени отклика, делая игру на модеме непрактичной, однако некоторые игры, такие как Star Wars Galaxies, The Sims, Warcraft 3, Guild Wars и Unreal Tournament, Ragnarok Online, всё таки способны функционировать на подключении в 56 кбит/с.

Замена широкополосной сетью

Начиная с (приблизительно) 2000 года, широкополосный доступ в Интернет по кабелю DSL заменил доступ через обычный модем во многих частях мира. Широкополосная связь типично предлагает скорость начиная от 128 кбит/сек и выше, за меньшую цену, нежели dialup. Все увеличивающийся объём контента в таких областях, как видео, развлекательные порталы, СМИ и пр., уже не позволяет сайтам работать на dialup-модемах. Однако, во множестве областей коммутируемый доступ все ещё остается востребованным, а именно там, где высокая скорость не требуется. Отчасти это происходит из-за того, что в некоторых регионах прокладка широкополосных сетей экономически невыгодна или по тем или иным причинам невозможна. Хотя существуют технологии беспроводного широкополосного доступа, но из-за высокой стоимости инвестиций, низкой доходности и плохого качества связи сложно организовать необходимую инфраструктуру. Некоторые операторы связи, предоставляющие dialup ответили на все увеличивающуюся конкуренцию, понижая тарифы к значениям 150 рублей в месяц и делающие dialup привлекательным выбором для тех, кто просто желает читать электронную почту или просматривать новости в текстовом формате.

Сеть ISDN (цифровая сеть связи с интеграцией служб), представляющая собой цифровую технологию, позволяющую передавать данные со скоростью до 144 Кбит/с по стандартным медным телефонным кабелям. В этой сети для передачи голоса и данных используются два канала типа В (по 64 Кбит/с каждый), а один служебный канал типа D (16 Кбит/с) нужен для передачи управляющих сигналов. Основные каналы ISDN обеспечивают качественную работу при длине провода не более 4,5 км. К сетевому окончанию можно подключить одновременно до 8 различных (или одинаковых) терминалов, причем каждый из них может иметь свой собственный номер, но одновременно находиться на связи могут не более двух (каждому из них предоставляется канал по 64 Кбит/с).
На Западе технология ISDN завоевала определенную популярность, используемая, в основном, в малом и среднем бизнесе для высокоскоростного коллективного доступа в Интернет, организации корпоративных сетей цифровой телефонной связи, а также для проведения видеоконференций. У нас же она не получила широкого применения, в основном по причине того, что услуги ISDN стоят гораздо больше, чем услуги обычной аналоговой телефонной сети. Кроме этого, в нашей стране все еще эксплуатируются огромное число морально устаревших АТС. А для использования ISDN на АТС должно быть установлено дополнительное оборудование, причем могут быть переоборудованы только цифровые станции.

xDSL (англ. digital subscriber line, цифровая абонентская линия) — семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.
В аббревиатуре xDSL символ «х» используется для обозначения первого символа в названии конкретной технологии, а DSL обозначает цифровую абонентскую линию DSL. Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества как для абонентов, так и для провайдеров. Многие технологии хDSL позволяют совмещать высокоскоростную передачу данных и передачу голоса по одной и той же медной паре.
Существующие типы технологий хDSL различаются в основном по используемой форме модуляции и скорости передачи данных.
Службы xDSL разрабатывались для достижения определенных целей: они должны работать на существующих телефонных линиях, они не должны мешать работе различной аппаратуры абонента, такой как телефонный аппарат, факс и т. д., скорость работы должна быть выше теоретического предела в 56Кбит/сек., и наконец, они должны обеспечивать постоянное подключение. Широкое распространение технологий хDSL должно сопровождаться некоторой перестройкой работы поставщиков услуг Интернета и поставщиков услуг телефонных сетей, так как их оборудование теперь должно работать совместно. Возможен также вариант, когда альтернативный оператор связи берёт оптом в аренду большое количество абонентских окончаний у традиционного местного оператора или же арендует некоторое количество модемов в DSLAM.
К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL, PDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, UADSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных.
Достижения технологий xDSL во многом определяются достижениями техники кодирования, которая за счет применения процессоров DSP (Цифровой сигнальный процессор) смогла повысить скорость передачи данных при одновременном увеличении расстояния между модемом и оборудованием DSLAM.
Сравнительный анализ технологий xDSL

Преимущества xDSL перед ISDN
Пользователь получает интегрированное обслуживание двух сетей – телефонной и компьютерной. Но для пользователя наличие двух сетей оказывается незаметным, для него только ясно, что он может одновременно пользоваться обычным телефоном и подключенным к Интернету компьютером. Скорость же компьютерного доступа при этом превосходит возможности интерфейса PRI сети ISDN при существенно более низкой стоимости, определяемой низкой стоимостью инфраструктуры IP-сетей