Материал: Учебное пособие СанктПетербург 2014

153
7.2.9 Цифровой абонентский доступ по линии электропередачи PCL
Для линий связи PDSL (Power Digital Subscriber Line – цифровой або- нентский доступ по линии электропередачи) так же применим терминPLC
(англ. Power line communication) – термин, описывающий несколько разных систем для использования линий электропередачи (ЛЭП) для передачи голо- совой информации или данных. Сеть может передавать голос и данные, на- кладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой
50 Гц или 60 Гц. PLC включает BPL (англ. Broadband over Power Lines – ши- рокополосная передача через линии электропередачи), обеспечивающий пе- редачу данных со скоростью более 1 Мбит/с, и NPL (англ. Narrowband over
Power Lines – узкополосная передача через линии электропередачи) со значи- тельно меньшими скоростями передачи данных [40, 41].
Технология PLC базируется на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Эксперименты по передаче данных по электросети велись достаточно давно, но низкая скорость переда- чи и слабая помехозащищенность были наиболее узким местом данной тех- нологии. Но появление более мощных DSP-процессоров (цифровые сигналь- ные процессоры) дали возможность использовать более сложные способы модуляции сигнала, такие как OFDM-модуляция, что позволило значительно продвинуться вперед в реализации технологии PLC [40, 41].
В 2000 году несколько крупных лидеров на рынке телекоммуникаций объединились в HomePlug Powerline Alliance с целью совместного проведе- ния научных исследований и практических испытаний, а также принятия единого стандарта на передачу данных по системам электропитания. Прото- типом PowerLine является технология PowerPacket фирмы Intellon, положен- ная в основу для создания единого стандарта HomePlug1.0 (принят альянсом
HomePlug 26 июня 2001 года), в котором определена скорость передачи дан- ных до 14 Мбит/с [40, 41].
Основой технологии PowerLine является использование частотного раз- деления сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбирается на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объедине- нием в один сигнал. Реально в технологии PowerLine используются 84 под- несущие частоты в диапазоне 4–21 МГц [40, 41].
При передаче сигналов по бытовой электросети могут возникать боль- шие затухания в передающей функции на определенных частотах, что может привести к потере данных. В технологии PowerLine предусмотрен специаль- ный метод решения этой проблемы – динамическое включение и выключе- ние передачи сигнала. Суть данного метода заключается в том, что устройст- во осуществляет постоянный мониторинг канала передачи с целью выявле- ния участка спектра с превышением определенного порогового значения за- тухания. В случае обнаружения данного факта, использование этих частот на время прекращается до восстановления нормального значения затуха- ния [40, 41].

154
Существует также проблема возникновения импульсных помех (до
1 мкс), источниками которых могут быть галогенные лампы, а также вклю- чение и выключение мощных бытовых электроприборов, оборудованных электрическими двигателями [40, 41].
Преимущества [40, 41]:
 простота использования;
 не требуется прокладка отдельного кабеля.
Недостатки [40, 41]:
 крайне уязвима со стороны радиопередающих устройств коротко- волнового диапазона (включая легальные радиовещательные и ра- диолюбительские радиостанции);
 пропускная способность сети по электропроводке делится между всеми ее участниками;
 требуются специальные совместимые сетевые фильтры и ИБП. Че- рез обычные не работает;
 нарушается радиоприём, особенно на средних и коротких волнах.
 на качество связи оказывают отрицательное влияние энергосбере- гающие лампы, импульсные блоки питания, зарядные устройства, выключатели освещения и т. п. и т. д. (снижение скорости около от 5 до 50%);
 на качество и скорость связи оказывает отрицательное влияние то- пология и качество электропроводки, тип/режим/мощность бытовых электроприборов и устройств, наличие скруток (снижение скорости до полного пропадания);
 монтаж требует работы под напряжением;
 поскольку стандарт пересекается с коротковолновым диапазоном частот, то создаются взаимные помехи для связной и радиовеща- тельной аппаратуры. Повсеместное распространение стандарта де- лает невозможным прием коротковолновых передач на расстоянии от сотен метров до километров от зданий и вблизи ЛЭП, где приме- няется данная технология.
В связи с вышеперечисленным, а также в связи сширокой доступно- стью помехоустойчивых Ethernet и DSL технологий, технология PLC не мо- жет серьезно рассматриваться как техническое решение для построения вы- сокоскоростных систем аюонентского доступа из-за высокой уязвимости к промышленным помехам и излучениям.

155 ществующих инфраструктур абонентского доступа, а также упростить и ус- корить процесс предоставления новых услуг [42].
Существует целый ряд альтернативных способов конфигурации доступа, важнейшими из которых являются следующие [42]:
 метод доступа с использованием статической адресации IP;
 метод доступа с использованием динамической адресации IP на ос- нове протокола DHCP (Dynamic Host Control Protocol);
 метод доступа с использованием протокола РРР (Point-to-Point
Protocol, точка-точка) «поверх» («over») АТМ (РРРоА);
 метод доступа с использованием протокола PPP «поверх» Ethernet
(РРРоE).
Хотя каждый из этих способов может потенциально применяться в оп- ределённых приложениях, метод РРРоE наиболее полно удовлетворяет тре- бованиям пользователей, позволяя провайдерам услуг использовать сущест- вующее аппаратное и программное обеспечение, включая системы обеспече- ния доступа и оплаты услуг связи.
Рассмотрим более подробно перечисленные способы конфигурации дос- тупа к сетевым услугам.
1 Статическая адресация IP является наиболее прямым и, вместе с тем, наиболее дорогим способом, поскольку каждому абоненту присваивается ин- дивидуальный IP-адрес. Очевидно, что этот способ имеет недостаточную масштабируемость; его применение целесообразно в локальной сети, где ко- личество компьютеров мало и не предполагается их дальнейшее увеличение.
Пользователи такой сети имеют доступ практически к любым сетевым услу- гам, поскольку эта архитектура доступа не поддерживает процедуры аутен- тификации пользователя, т.е. адресации невозможны. Поскольку каждая ста- тическая IP адресация требует жёсткой конфигурации для каждого абонента, возможные модификации сети затруднены, а вся архитектура требует суще- ственных затрат на инсталлирование и неудобна при смене конфигурации се- ти. Однако для пользователей имеющих достаточные финансовые возможно- сти, наличие постоянного доступа на основе статистического IP адреса явля- ется хорошим вариантом [42].
2 Протокол динамического распределения адресов DHCP, выгодно отличается от статической адресации прежде всего своей гибкостью, по- скольку она опирается на использование серверов DHCP, которые автомати- чески приписывают IP адреса и конфигурируют доступ абонентов к сети про- зрачно для пользователей. Поэтому предоставление широкополосных услуг с помощью DHCP оказывается более простым, чем в случае применения ста- тической адресации. Кроме того, DHCP позволяет выполнять централизован- но изменения в сети [42].
Способ DHCP лучше подходит для крупной сети. Когда абонент, ис- пользующий протокол DHCP, выходит в сеть, сервер DHCP выдаёт ему раз- решение на использование адресов IP в течение определённого времени, на- зываемого временем аренды (причем это время может быть и неограничен- ным) [42].

156
Однако подобно статической адресации, способ DHCP неспособен ау- тентифицировать конечных пользователей и поэтому при этом способе воз- можно применение только метода постоянной оплаты пользователем сетевых услуг. Способ DHCP в сочетании с дополнительным ПО аутентификации яв- ляется чрезвычайно сложным, поскольку он требует организации интерфей- сов в реальном масштабе времени между сервером DHCP, сервером аутенти- фикации пользователей RADIUS (Remote Authentication Dial In User Service), сервером широкополосного доступа BRAS (Broadband Remote Access Server) и сервером биллинга (т. е. расчёта оплаты услуг связи). Кроме трудности ис- полнения, этот способ требует также выполнения дополнительных эксплуа- тационных и административных условий, поскольку необходимо тесно ин- тегрировать множество различных приложений, чтобы сделать процедуру аутентификации успешной. Но даже в случае нормальной работы вышеука- занного способа все равно остаётся возможность несанкционированного дос- тупа в сеть до момента начала процедуры аутентификации [42].
Рассмотренные выше механизмы конфигурирования конечных пользо- вателей на основе статических IP и протоколе DHCP требуют подготови- тельных операций и ограничены возможностью установления соединения одновременно только с одним провайдером услуг [42].
3 Протокол «точка-точка» РРР. Наибольшее применение уже более
десяти лет нашла архитектура, основанная на применении протокола PPP
(Point-to-Point Protocol, точка-точка), требующего подтверждения пользо-
вателем его пароля перед началом процесса конфигурирования сети. Таким
образом, органичной особенностью этого способа является встроенная
процедура аутентификации, позволяющая корректно отслеживать время
предоставления и оплату сетевых услуг [42]. Эта архитектура уже более
10 лет успешно используется десятками миллионов пользователей в качестве основной в системе коммутируемого абонентского соединения (dial-up networking) через телефонную сеть общего пользования (ТФОП). Благодаря встроенным универсальным механизмам идентификации пользователя и рас- чёта стоимости предоставляемых услуг (известным также под названием функций ААА – Authentication, Authorization, Accounting) не требуется изме- нений существующих серверов баз данных при добавлении новых услуг
(в том числе и услуг, предоставляемых технологиями xDSL). Иными слова- ми, архитектура РРР позволяет провайдерам услуг связи защитить прошлые инвестиции уже при создании новых широкополосных услуг с целью при- влечения новых пользователей на отличающемся сильной конкуренцией рынке услуг связи [42].
Протокол PPP может выполняться двумя способами [42]:
−
PPP «поверх» («over») АТМ (PPРoA);
−
PPP «поверх» («over») Ethernet (PРPoE).
3.1 PPРoA. Ключевое преимущество РPPoA – это способность обеспе-
чения заданного качества услуг QoS (и в первую очередь максимально допус-
тимого времени задержки и гарантированной пропускной способности
для всего соединения). Однако этот метод требует применения элементов

157
технологии ATM в оборудовании пользователя, что увеличивает цену по-
следнего и сложность организации широкополосных услуг, поскольку интер-
фейсные карты АТМ достаточно сложны и дороги.
Однако даже при наличии такой совместимости требуются ещё допол- нительные драйверы конфигурирования. Кроме того, для полного использо- вания преимуществ архитектуры РPPoA необходимы коммутируемые вирту- альные каналы SVCs, которые пока ещё не получили широкого распростра- нения на сети. И, наконец, программное обеспечение РPPoA предусмотрено далеко не для всех платформ: оно не поддерживается домашними LAN, а также кабельным и беспроводным доступом [42].
3.2 РРРоЕ. Основное достоинство метода РРРоЕ заключается в ис-
пользовании двух широко распространённых стандартизованных сетевых
структур, которыми являются стек протоколов РРР и локальная сеть
Ethernet, что требует минимальных изменений существующей инфраструк-
туры сети доступа (оборудования, операционных систем и т.д.) определяет
минимальные затраты и минимальное время развёртывания новых широко-
полосных сетевых услуг. Указанные факторы важны как для операторов свя- зи и провайдеров сетевых услуг, так и для пользователей. Для последних особенно важно то, что процедура доступа к новым сетевым услугам остаёт- ся для них практически той же, что и при прежнем доступе, например, к гло- бальной сети с помощью аналоговых модемов ТфОП [42].
Ключевым достоинством способа РРРоЕ является упрощение много-
пользовательской инсталляции линий доступа xDSL: протокол РРРоЕ иде-
ально подходит для абонентов представляющих собой локальные сети, а
также для малых и домашних офисов. Совместно используемая несколькими пользователями сеть Ethernet при способе РРРоЕ очень похожа на одновре- менный доступ нескольких индивидуальных пользователей коммутируемой
ТФОП к услугам Интернет с помощью аналоговых модемов (рис. 7.14).
Рис. 7.14. Аналогия метода PPPоЕ с одновременным доступом нескольких пользователей аналоговых модемов

158
При способе PPPoE (см. рис. 7.14) для организации одновременного ши-
рокополосного доступа нескольких пользователей локальной сети Ethernet
принципиально достаточно одного постоянного виртуального канала РVС
[42]. Для сравнения на рис. 7.15 представлена традиционная инфраструктура передачи данных с использованием аналоговых модемов ТФОП [34].
Рис. 7.15. Традиционная инфраструктура передачи данных с помощью аналогового модема ТФОП
Сравнение рис. 7.14 и рис. 7.15 показывает ограниченность необходи- мых изменений сети доступа при переходе от традиционного доступа (см. рис. 7.15) к широкополосному с использованием метода PPPoE, который обеспечивает управление доступом и функции выставления счёта за предос- тавленные услуги связи способом, используемым в стеке протокола РРР для коммутируемых соединений ТФОП и ISDN. Причём управление доступом, выбор типа услуги и функции биллинга выполняются для каждого пользова- теля, а не объекта в целом [42].
По сравнению с PPРoA, инфраструктура PPРoE проста: после уста-
новления соединения циклы РРР транспортируются внутри циклов Ethernet
вместе со специальным служебным заголовком, обеспечивающим мультип-
лексирование сеансов связи [42].
Важно также отметить, что метод РРРоЕ не зависит от типа техноло-
гии доступа [42]. Хотя выше упоминались лишь технологии доступа типа
xDSL, способ РРРоЕ с таким же успехом применим к таким методам дос-
тупа, как кабельные модемы, системы беспроводного доступа и комбиниро-
ванные медно-оптические системы типа FTTC («Оптическое волокно до шкафа») и др.
У метода РРРоЕ есть ещё одно полезное свойство, которое предос-
тавляет конечным пользователям функцию дополнительного выбора услуги.
Она позволяет конечным пользователям изменять адресат сети по требо-
ванию (точно так же, как это можно делать в случае доступа с помощью
традиционных аналоговых модемов) и даже иметь множество сеансов свя-
зи разными сетями связи одновременно из одного помещения через единст-
венную линию доступа xDSL (рис. 7.16) [42].