A nagysebességű kábeles adathozzáférés forradalmi technológiája Ethernet a háztartásig (EttH) a meglévő KTV koaxiális hálózaton keresztül Készítette: Pester Attila, HFC Technics Kft. a.pester@hfctechnics.hu Értékesítési menedzser Dátum: 2007. március 4.
Pester Attila 2. oldal 2007.03.04. Tatalom jegyzék ETTH TECHNOLÓGIA KIALAKULÁSA, ARCHITEKTÚRÁJA... 3 FORRADALMI TECHNOLÓGIA... 3 ETTH RENDSZER ARCHITEKTÚRA... 4 ETTH RENDSZEREK ÉPÍTŐELEMEI, FAJTÁI... 5 ETTH EOC-S 10 ÉS 100, CSILLAG ELRENDEZÉSSEL (ETHENET OVER COAX STAR)... 5 EOC-S 10 ÉS 100 ELEMEI:... 5 EWO (Ethernet Wall Outlet); Ethernet előfizetői csatlakozó... 5 EMT (Ethenet MuliTap); Ethernet leágazó... 5 EoC S: az utolsó 100 és 200 méter fizikai réteg... 6 VIRTUÁLIS ÜVEGSZÁL (VIRTUAL FIBRE)... 11 Tulajdonságok és előnyök... 11 TERVEZÉSI SZEMPONTOK ÉS AZ VF- ETTH KIHÍVÁSAI... 12 Virtuális szál: megnövelt áteresztőképesség, biztosabb transzparencia... 12 ETTH EOC-C, ETHERNET A KASZKÁD KOAX-HÁLÓZATOKON (ETHENET OVER COAX CASCADE)... 15 Bevezetés... 15 Az Ethernet a lakásig alkalmazása az elszigetelt hálózatrészek esetében... 16 Technológia... 17 Hálózati minőség, EoC-C technológia ismérvei... 17 ETHERNET KOAXIÁLIS KÁBELEN (EOC-C) - Az elv... 18 Építő elemek... 18 Menedzsment az EoC-C rendszerekben... 19 Az OFDM moduláció... 20 SZOLGÁLTATÁS ÉS PROVISIONING AZ ETTH RENDSZEREKBEN... 24 AZ ETTH ALKALMAZÁSÁNAK ELŐNYEI... 25 ÜZEMVITELI ELŐNYÖK... 25 PIACI ELŐNYÖK... 25 MŰSZAKI ELŐNYÖK... 26 TOVÁBBI ALKALMAZÁSOK... 27 SZÓJEGYZÉK... 28 BIBLIOGRÁFIA:... 30
Pester Attila 3. oldal 2007.03.04. EttH technológia kialakulása, architektúrája Mint a szélessávú kábelhálózatok vezető európai szállítója, a Teleste Corporation számos stratégiai ügyféllel működött együtt a kábelhálózatok üzleti alapkérdéseinek tanulmányozásában és a technológiai alapú megoldási javaslatok kidolgozásában. A Teleste Corporation egy 1954-ben alapított, a szélessávú adatkommunikációs rendszerekre és megoldásokra specializálódott nemzetközi csoport. A csoport két stratégiai üzletágra oszlik: Szélessávú kábelhálózatok (Broadband Cable Networks) és képátviteli hálózatok (Video Networks). Mindkét ágazat piacaik vezető, évről évre világszerte elismerten átütő megoldások előállítására képes tudással rendelkező szállítói közé tartozik. A fenti elemzés fő motiváló tényezői az alábbiak voltak: Növelt IP sávszélesség biztosítása a háztartásokig, a Docsis/EuroDocsis 2.0 alapú megoldások költség és sávszélesség korlátjainak kiküszöbölése. A fizikai hálózat-újratagolás alapköltségeinek minimalizálása A magán és üzleti előfizetőknek nyújtott szolgáltatások üzemeltetési költségeinek hatékony csökkentése Differenciált ajánlatok kidolgozása a konkurens access (hozzáférési) rendszerekkel szembeni versenyképesség növeléséhez Ezen elemző munka eredményeként jött létre egy új nagysebességű kábeles access rendszer, az 'Ethernet to the Home' (EttH) definíciója. Az EttH a többféle szolgáltatást nyújtó üzemeltetők (MSO) számára lehetővé teszi a versenyképességet úgy a magán, mint az üzleti szegmens területén, melyeken a xdsl és a behatoló szálas alkalmazások (pl. FTTH) megjelenésével a verseny egyre élesebb. A jelenleg alkalmazott kábeles adathozzáférési megoldásokkal szemben az EttH jelentős műszaki, üzemeltetési és üzleti előnyöket kínál. FORRADALMI TECHNOLÓGIA Az EttH egy forradalmian új technológia, amely a kábelhálózaton nyújtott adathozzáférést következő generációs sebességen biztosítja. Az EttH két különböző technológia kombinációjára alapul, melyek definíciója a virtuális szál és a távoli előfizetői hozzáférés. A virtuális szál (VF) egy olyan rendszer, mely az Ethernet adatfolyam nagy (100 Mbit/s) sebességgel történő átvitelét teszi lehetővé a koaxiális kábelhálózat stratégiai pontjai felé. A VF így ú. n. kis jelenléti pontokat (továbbiakban Mini POP ) hoz létre, és lehetővé teszi az adat-fejállomás interfész kiterjesztését mélyen a hálózatban, közelebb az előfizetőhöz, új szálleágazások igénye nélkül. A távoli előfizetői hozzáférés (RSA) alatt azon bármely típusú adathozzáférési rendszer értendő, amely a nagysebességű adatfolyam elosztását a MiniPOP-tól a környező háztartások és üzleti ügyfelek felé lehetővé teszi. A hálózat struktúrájától függően az üzemeltetők a különböző RSA-k sorából választhatnak. Az első EttH-hoz kiválasztott RSA technológia az Ethernet over Coax Star, Cascade (EoC- S,C), amely az alapsávi 100baseT Ethernet és a szabványos TV jelek együttes átvitelét teszi lehetővé koaxiális kábelen.
Pester Attila 4. oldal 2007.03.04. A Teleste és Tratec Telecom az EoC RSA kifejlesztéséhez stratégiai együttműködésbe kezdett. A VF és az EoC RSA kombinációja révén az EttH egy olyan rendszer, mely lehetővé teszi a 100base-T sebességet minden háztartásig, a házban alkalmazott modem, vagy aktív eszköz nélkül. PC-jével az előfizető egyszerűen a fali aljzatra csatlakozik és páratlan Internet élményben részesül. ETTH RENDSZER ARCHITEKTÚRA Az EttH egy valóságos végponttól végpontig terjedő Ethernet hálózat. Az EttH sematikus infrastruktúrája (VF + EoC-S) az 1. ábrán látható. Baloldalt a központi IP router átjáróként működik az EttH hálózat és az ISP, az ellátó rendszer, stb. között. Az alapsávi Ethernet a jobboldalon a leágazótól az előfizetői csatlakozóig terjedő pont-pont közti koax kábel felhasználásával jut el végfelhasználóhoz. A leágazóba integrált Ethernet switch és a node-ban lévő Ethernet switch portja QAM modulációs technikát alkalmazó, a node-ban lévő switch és a fejállomási IP routerek, szolgáltatás választó átjárók és egyéb adatátviteli egységek pedig Gigabit Ethernet-es kapcsolatban állnak. 1. ábra
Pester Attila 5. oldal 2007.03.04. EttH rendszerek építőelemei, fajtái EttH EoC-S 10 és 100, csillag elrendezéssel (Ethenet Over Coax Star) Az EttH EoC-S olyan megoldás, amely a meglévő koaxiális kábelezést használja nagy sebességű adatszolgáltatás nyújtására. Az EttH berendezések magas minőségű Ethernet switch -ek, a HFC (Hybrid Fiber Coax) hálózatot használják és párhuzamosan működnek a már meglévő szolgáltatásokkal, mint a televízió- vagy rádióműsor közvetítés. Az Ethernet Over Coax - Star, (az Ethernet Koaxon Csillagkapcsolás) az EttH megoldásának a része, mely szimmetrikus, végfelhasználónként 10 Mb/s ill., az EoC-S 100 esetében 100 Mb/s átvitelt biztosít anélkül, hogy az előfizető ingatlanában bármilyen CPE (aktív) eszköz lenne. Az EoC-S-t a VF vagy más Ethernetforrás táplálhatja, mint pl., CAT5, vagy CAT7 UTP Ethernetforrás, üvegszálon átvitt alapsávi Fast és/vagy Gb-Ethernet illetve, szükséges esetekben (Euro)Docsis 1.1 / 2.0. Ebben az esetben csökkenthetjük a Docsis CPE eszközök számát a szolgáltatási terülten, ezzel később részletesen foglalkozunk. EoC-S 10 és 100 elemei: EWO (Ethernet Wall Outlet); Ethernet előfizetői csatlakozó RTV PC Ethernet to the Home Az EWO egy új típusú kábeltelevíziós előfizetői csatlakozó. A hagyományos előfizetői csatlakozón található szabványos CATV csatlakozó mellett az EWO-n egy RJ45-ös 10BaseT Ethernet port található. Az EWO egy az alapsávi Ethernet jelet koax kábelről sodort érpáras kábelhez konvertáló teljesen passzív eszköz. EMT (Ethenet MuliTap); Ethernet leágazó PORT A PORT B + POWER - INPUT LOCAL 1 12 9 db 20 db 2 11 10 db 19 db 3 10 11 db 18 db 4 9 12 db 17 db 5 8 13 db 16 db EMT212 ETHERNET MULTITAP 6 7 14 db 15 db Az Ethernet és CATV jeleket a koax kábelen történő átvitelhez összegző EMT nem más, mint egy hagyományos leágazó és egy Ethernet switch kombinációja. A kétféle jel összegzésével, amely egy 12-es RF osztó és egy RF áramkörökkel kombinált 2+12 portos Ethernet switch segítségével történik, egy transzparens 2. rétegű (Layer 2) koax kábelen történő Ethernet összeköttetés valósítható meg. Az EMT-t az EttH EAM-mel (End Amplifeir Modem lsd. VF) történő együttműködéshez tervezték, de olyan helyen, ahol Ethernet kapcsolat és külső táplálásrendelkezésre áll, önállóan is alkalmazható. Az EMT a TV és rádióműsor- és az adatszolgáltatást együttesen végzi ugyanazon a koaxiális kábelen. Az EMT mindena gyakorlatban szokásos (RG6, RG59 és RG11) koaxiális kábellel együtt használható, és nem támaszt semmilyen különleges követelményt a meglévő csillag topológiájú koax kábelhálózattal szemben.
Pester Attila 6. oldal 2007.03.04. Az EMT2xx és EMT1xx 100 Mb/s kapacitást 12 végfelhasználó között oszt el úgy, hogy mind 10 Mb/s szimmetrikus sávszélességet kap, míg az EMT4xx GbE bemenettel, ill., SFP optikai modulfogadóval rendelkezik, így előfizetőnként 100 Mb/s a biztosított sebesség (2. ábra). Ez az alap Ethernet alkalmazás olyan jellemzőkkel is rendelkezik, mint a VLAN szolgáltatás támogatása és széleskörű QoS beállítási lehetőségek. 2. ábra Az EMT1xx és EMT2xx két Fast Ethernet porttal és 12 10BaseT porttal rendelkezik. Az RF és az alapsávi Ethernet jeleket diplexer szűrő adja össze. 12 külön RF szűrő választja el az alacsony frekvenciás Ethernet jelet és a magasabb frekvencitartományba eső jelfolyamot, mint az (Euro)Docsis feltöltési csatornák és a normál TV csatornák. Az EMT vezérlése egy CPU-val történik. A processzor vezérel olyan működési módokat, mint az IGMP vagy a VLAN, és természetesen szerepet játszik mind a távvezérlésben, mind az üzemfigyelésben, SNMP szabvány alkalmazásával. Az MAC korlátozás minden porton lehetséges. Ezeket is a processzor vezérli, de a valósidejű feldolgozás természetesen vezetéki sebességgel történik, így a MAC floodolás vagy más szolgáltatás-támadás kizárható. Az EMT-ben a QoS támogatása széleskörű. Három különböző csomag osztály meghatározási módszer (portonként, 802.1p, IP TOS/ megkülönböztetett szolgáltatások) 4 különböző forgalmi osztállyal és két különböző sorrendiségi algoritmussal együtt azt kínálja, hogy kívánság szerint szabadon lehet beilleszteni az EMT-t a szolgáltatást nyújtó hálózatába. Mindezek, valamint az a tény, hogy a vezeték sebességű kapcsolás okozta nulla közeli a lappangás, azt eredményezi, hogy a VoIP és az Internetes játékok megkívánta QoS könnyebben elérhető legyen. EoC S: az utolsó 100 és 200 méter fizikai réteg Koax kábelen, a hagyomá nyos CATV szolgáltatással együtt alkalmazott Ethernet (10-BASE T) tervezése esetén számos nehézséggel kell számolni. Az Ethernet jellemzői a CATV-éitől u. i. jelentősen eltérnek. a CATV F (vagy IEC), míg az Ethernet RJ-45-ös csatlakozókat használ. a CATV koax kábelt használó aszimmetrikus, míg az Ethernet két sodort érpárt (egyet adásra és egyet adá sra/vételre) használó szimmetrikus rendszer
Pester Attila 7. oldal 2007.03.04. a CATV hullámimpedanciája 75 Ω, az Etherneté 100 Ω. a CATV által használt frekvenciasáv 40 MHz től 862 MHz-ig terjed, míg az Ethernet jel energiájának nagyobbik része 0,5 és 15 MHz közé esik. az alapsávi Ethernet jel szintje az előfizetői csatlakozón kb. egymilliószor az aljzaton mérhető CATV jelnek. A fizikai réteg problémáinak teljes megértéséhez további tervezési megfontolások is kihangsúlyozandók. Az Ethernet szabványos teljes duplex üzemmódú rendszer, de a félduplexet is támogatja. Mivel a rendszer két sodort érpár helyett egy koax kábelt használ, ennek figyelembe vétele elengedhetetlen. Az Ethernettel áthidalható csillapítás 10 MHz-en 11,5 db. A koax kábel csillapítása a sodort érpárénál jóval kisebb, de a jelet a rendszer passzív eszközei is csillapítják. A rendszer tervezése során ez egy szigorúan figyelemmel kísért paraméter kell, hogy legyen. A tervezés valódi problémáját azonban az Ethernet adó-vevő által keltett zavarójelek jelentik. A szabvány szerinti -27 dbc 100 dbµv szintű zavarjelnek felel meg (127 dbµv szintű Ethernet esetén), amely a CATV rendszerek mindössze 65 dbµv-jához képest igen jelentős. Számos gyakorlati teszt azt mutatta azonban, hogy az adó-vevők által keltett zavarójelek szintje 15 és 35 MHz között 100 dbµv-nál, 35 MHz felett pedig 90 dbµv-nál is alacsonyabb, ami már a probléma megoldható mértékűre csökkenését jelenti. Kiterjedt vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a zavarójel termelés nagymértékben függ az adatforgalomtól. A zavarójelek jelalakja pedig inkább zaj-, mint egyfrekvenciás jellegű. A hálózat és házhálózat közötti galvanikus elválasztás követelmény általában 2 kv. A CATV hálózatokhoz alkalmazott elválasztókat az 5-862 (vagy 1000) MHz-es sávra tervezték. Mivel az EttH üzemi frekvenciasávja 0,5 MHz-től indul, egy új galvanikus elválasztó típust kellett kifejleszteni. A mindezen megfontolások figyelembe vételével megtervezett CATV/Ethernet összegző tömbvázlata a 3. ábrán látható. 3. ábra A BALUN (szimmetrikus-aszimmetri-kus transzformátor) az eredeti szimmetrikus Ethernet jelutat 75 Ω-os, aszimmetrikussá alakítja, az adási (Tx) és vételi (Rx) jelet pedig közösíti. Ez a 0,5-15 MHz-es sávú jel ezután a CATV 40-862 MHz-es sávot használó jelével összegződik egy diplex szűrőn keresztül.
Pester Attila 8. oldal 2007.03.04. A diplex szűrő zárócsillapítása a tervezés kritikus tényezője, melynek az Ethernet adó-vevő által termelt zavarójelek hatékony elnyomásához legalább 80dB-nek kell lennie. A CATV csatlakozón megjelenő zavarszint ebben az esetben 10 dbµv, amely (65 dbµv CATV jelszint mellett) 55 db S/N értéknek felel meg. A 80 db-es zárócsillapítás megvalósítása megfelelő reflexiós csillapítás, és a lehető legalacsonyabban tartott beiktatási csillapítás mellett komoly kihívás, amely csak bonyolultabb szűrőkapcsolással és nagyjóságú elemekkel érhető el. Az ilyen szűrő azonban olyan mértékű futási időtorzítást visz be, amelynek kiegyenlítése már nem elkerülhető. Az összegzőnként alkalmazott kiegyenlítés helyett a csak az összegzők egyikénél beiktatott eredő kiegyenlítés ebben a rendszerben azonban megfelelő megoldás. 4. ábra Az EoC, mint teljes fizikai réteg, a 4. ábrán látható. A ház-összegző egységet a szabványos előfizetői csatlakozó mechanikájába kellett beszorítani. A kábel másik végén lévő összegző a leágazó egységben kapott helyet. A felüláteresztő szűrő port itt a leágazó RF részéhez, az aluláteresztő pedig a beépített Ethernet kapcsolóhoz csatlakozik. A leágazónál lévő összegző a futási idő korrektort is magában foglalja. Az Ethernettel áthidalható eredő csillapítás 11.5 db, vagyis az EttH rendszer teljes beiktatási csillapítását erre az értékre kell korlátozni. Az eredő beiktatási csillapításhoz a rendszerben alkalmazott valamennyi egység hozzájárul, legnagyobb mértékben azonban a BALUN. Mivel ez az adási és vételi jeleket is összegzi, beiktatási csillapításának elvi értéke 3 db. A jelútban azonban kettő szükséges belőlük, ezért ezek a 11,5 db jelentős részét felemésztik. A beiktatási csillapítás jelentősége a diplex szűrő és a galvanikus leválasztó tervezésénél így már érzékelhetővé válik. Nem a legkiválóbb, veszteséges eszközök alkalmazása ezért itt egyszerűen nem jöhet szóba. Az EoC-S 10 rendszerösszetevőinek vázlata a 5. ábrán látható 5. ábra A rendszert min. 100 m, ill., az EoC-S 100 esetében 235 m hosszúságú koax kábelen történő üzemre tervezték, (6. ábra) ahol a házhálózat kábelezését is figyelembe kell venni. Az összes komponens által bevitt eredő csillapítás így már vészesen közel esik a határértékhez.
Pester Attila 9. oldal 2007.03.04. Ez a probléma egy a leágazó-összegzőben alkalmazott új kivitelű BALUN alkalmazásával oldódott meg. A konstrukció teljes beiktatási csillapítása 2 db-el kisebb, mint a hagyományos kivitelé, amely a stabil és megbízható működéshez már elegendő tartalékot jelent.. 6. ábra 7. ábra A 7. ábrán egy Teleste DXO típúsú ONU szekrény látható kiépített VF és EMT eszközökkel (Essent Kabelcom- Hollandia).
Pester Attila 10. oldal 2007.03.04. 8. ábra A 8. ábrán a fenti alkalmazás közbeiktatott csillagponti szekrényes változatának gyakorlati kivitelezése látható.
Pester Attila 11. oldal 2007.03.04. Virtuális üvegszál (Virtual Fibre) A virtuális üvegszál (Virtual Fibre, VF) az EttH megoldásának az alkotórésze. Adatszolgáltatást valósít meg a HFC hálózaton, szabványos Ethernet felületet nyújt, melyet bármely olyan Ethernet kompatibilis rendszert elláthat, mint pl., a Teleste EoC-S és C rendszerét is. Tulajdonságok és előnyök ENS-enként 2000 Mb/s, ENM-enként 200 Mb/s átviteli kapacitás, Beépített szegmensekre bontás, nincs szükség költséges visszirányú üvegszálra. Ugyanaz a fel- és letöltési csatorna többszörösen kihasználható. Minden rádiófrekvenciás zavar ellen erős hibajavítás. Többszörös szolgáltatás támogatása, mint adat, hang (VoIP), videó, játékok, stb. Széleskörű QoS választási lehetőségek, a lappangási idő jobb, mint a DOCSIS-nél. Költségtakarékos integrált tervezés. Magas megbízhatóság Plug and Play (csatlakoztasd és használd) elindítás Fejlett biztonsági tulajdonságok 9. ábra ENS, az Ethernet csomóponti eszköz egy magas minőségű, szabadtérbe kifejlesztett Ethernet switch. A robusztus, BK kompatibilis (9. ábra) ház layer-2 szintű IP tulajdonságokkal, rendelkező switch -et tartalmaz, továbbá olyan továbbfejlesztett, layer-3 képességekkel, mint QoS. Az ENS támogatja a cserélhető optikai SFP modult, a többmódusútól a nagy távolságú, CWDM-ig. Két üvegszál modul a Rapid Spanning Tree protokollal együtt redundáns, üvegszál hurkos lehetőséget kínál, amikor gyors hiba utáni átkapcsolás szükséges. A vezeték-sebességű kapcsolás előre meghatározható végponti kapacitást biztosít minimális lappangási idővel, ez lehetővé teszi az olyan, késleltetésre érzékeny szolgáltatások nyújtását is, mint a mozgóképátvitel vagy az Internetes játékok. A hatékony videó átvitel többszörös kiosztást használ, melyet az IGMP vezérel, amely egyike az ENS által támogatott számtalan Internetes protokollnak.
Pester Attila 12. oldal 2007.03.04. 10. ábra Az ENM, az Ethernet Node Modem (10. ábra, Ethernet csomóponti modem) két feltöltési és két letöltési csatornát használva egy CMTS-hez hasonlítható, szabadtéri alkalmazásra tervezett BK burkolatú eszköz. Az ENM olyan képességekkel rendelkezik, melyek a Docsis-nél hatékonynak bizonyultak, és továbbá az új fejlesztésekkel, melyek olyan problémákat oldottak meg, mint a nagy lappangási idő, behatárolt feltöltési kapacitás és más korlátozások. A 200 Mb/s átviteli kapacitás felosztható kettő vagy 2*50 End Amplifier Modem (végerősítő modem) között, melyek ugyanazt a csatornát használják. Az ENM-et szabadtéri alkalmazásra alakították ki, de használható akár beltéri alkalmazásban is. EAM (End Amplifier Modem), a végerősítő modem bárhol elhelyezhető a HFC hálózaton, ahol 50 Mbit/s szimmetrikus kapacitás biztosítása szükséges. Szabadtéri üzemelésre készített burkolat és széles hőmérsékleti tartományban stabil működés jó választássá teszi az utcai csillagponti vagy ONU szekrényben való elhelyezésre, de néha, például épületen belüli alkalmazásra is van példa. Az EAM az ENM-mel együtt elosztott Ethernet switch-et képez, mely lehetővé teszi a HFC hálózat jó kihasználását, és a koaxiális kábel leágazások ki nem használt kapacitásának használatát. Az EAM alacsony fogyasztása lehetővé teszi a távtáplált üzemű mőködést, de más táplálási megoldás is lehetséges. A statikus és dinamikus csatornák támogatásával az EttH biztosítja a kívánt QoS szintet. Egyszerű megoldás, fejlett tulajdonságok Az átviteli kapacitás lényeges része valóságosan három módon használjuk ki. Az ENSosztódik szét, és egy végerősítő enkénti 2 Gb/s kapacitás egy vagy több csomóponti modemre modem fogadja. A HFC hálózat kapacitása természetesen akkor van a legjobban kihasználva, mikor minden eszköz ugyanazt a frekvencia sávot használja. Ez nem követelmény, de a VF használható egészen 862 MHz-ig. TERVEZÉSI SZEMPONTOK ÉS AZ VF- ETTH KIHÍVÁSAI Virtuális szál: megnövelt áteresztőképesség, biztosabb transzparencia A VF alkalmazásával kapcsolatos tervezési irányelveket három fő követelmény határozza meg: Áteresztő sebesség: A mindkét átviteli irányban 10 Mb/s sebességhez magas előfizetői penetráció mellett szükséges trönkvonali sebesség követelmény a virtuális szállal szemben rendkívül kemény. Egy 50-es minipop (EAM) valamennyi háztartásának ellátása 50% előfizetői penetráció és 10% telítettségi arány mellett a VF-el szemben 25 Mb/s (10 Mb/s x 50 háztartás x 50% x 10%) áteresztőképesség követelményt jelent. Egy 1000 háztartást ellátó optikai ONU-hoz 20 ilyen minipop, azaz 500 Mb/s áteresztőképesség szükséges.
Pester Attila 13. oldal 2007.03.04. Az ENM áteresztő kapacitását ennek megfelelően kell megválasztani. Az ENM az optimális koaxhálózati frekvenciahasználat érdekében négy, a hálózatban elosztandó 100 Mb/s sebességű adatfolyamot kezelni képes kimenettel rendelkezik (melyek pl. az egyes ONU kimenetekhez rendelhetők). A fogadó EAM-ek 50 Mb/s sebességű adatfolyamok kezelésére képesek (11. ábra, VF és EoC-S 100 alkalmazása a HFC hálózaton). Ez a kapacitás a fenti sebesség, penetráció és telítettség feltételezése mellett 100 többlet-előfizetőt befogadó minipop-oalkalmas. ellátására is A VF skálázhatósága 1 Mb/s lépésekre is beállítható, így pl. kisebb üzleti előfizetők részére egyedi 2 Mb/s sebességű vonalak is biztosíthatók. 11. ábra Transzparencia: Mivel feltételezzük, hogy a VF technológia ugyanúgy működik, mint a valóságos üveg szál, annak a lehető legnagyobb mértékben transzparensnek kell lennie, azaz nem befolyásolhatják az előtte és mögötte lévő rendszerek, a rajta futó alkalmazások, stb. Szerepe valójában egy Ethernet kábelszakaszénak kell, hogy megfeleljen, amely felismeri, hogy a végein mi történik. A meglévő kábelhálózatokhoz ugyanakkor, mint a transzparens fizikai réteghez kell viszonyulnia. Ez a VF rendszerben használható frekvenciák és jelszintek tervezésére nézve automatikusan adódó korlátokat jelent. Az ENM EAM pár előre irányban a 85 860MHz-es, visszirányban pedig az 5 65 MHz-es sávban, (Euro)Docsis kompatibilis frekvenciákon működik. A jelszintek az ENM-nél az optikai node, EAM-nél pedig a vonalerősítők jellemző értékeihez igazodnak. A transzparencia azt is jelenti, hogy a rendszernek a meglévő hivatali háttér-infrastruktúrával (provisioning system) rendelkező előfizetők ellátását közvetlenül, vagy legalább szabványos, rendelkezésre álló eszközökön keresztül lehetővé kell tennie. A VF ezért a VLAN forgalomra, DHCP- és prioritáskérésekre, stb. teljesen transzparens 2. rétegű bridge-ként működik. Ez lehetővé teszi, hogy az EttH, mint (al) szolgáltatásonként PPPoE-t, vagy dedikált VLAN-t alkalmazó DSL, vagy 2. rétegű FttH rendszer legyen kiszolgálva. Mechanikai kivitel: A VF technológia bevetése ott értelemszerű, ahol valóságos szál nem áll rendelkezésre (jóllehet a rendszer szélessávú AM szálon is működik). A fényvezetőszál a legtöbb kábelhálózatban a nem védett és specifikus jellemzőkkel rendelkező környezetben telepített optikai node-ig terjed. A meglévő hálózatokba történő betelepíthetőséghez a VF eszközöknek ezért megfelelően rugalmasnak kell lenniük. Az ENM kialakítása ennek megfelelően rendkívül kompakt és kültéri üzemre alkalmas. Alakját az optikai node mellé telepíthetőség érdekében az ONU szekrényekben fennmaradt helyekre illeszthetőség szem előtt tartásával választották meg.
Pester Attila 14. oldal 2007.03.04. Kivitele fokozottan környezetálló és a meglévő optikai node-ok javarészénél alkalmazott koax-hálózati tagolással biztosítandó összhang érdekében négy független kimenettel látták el. Az EAM térigénye az erősítőkaszkád általában kis szekrényekben, vagy falon elhelyezett utolsó tagja mellé történő telepítés lehetősége érdekében még kisebb. Ez az egység értelemszerűen távtáplálható a hálózatból és az EMT leágazók továbbtáplálásra is alkalmas. Jóllehet, az ENM EAM pár kivitele a végponttól végpontig terjedő EttH megoldás követelményeire alapul, az olyan hálózatok többségéhez is igazodik, amelyeknél a VF megoldást üzleti előfizetők, vagy WLAN területek ellátására kívánják felhasználni.
Pester Attila 15. oldal 2007.03.04. EttH EoC-C, Ethernet a kaszkád koax-hálózatokon (Ethenet Over Coax Cascade) Bevezetés Beláthatjuk, hogy a CATV rendszerüzemeltetők üzleti sikereket értek el azzal, hogy többfajta szolgáltatást kínálnak a koaxiális hálózatukon. Tíz évvel ezelőtt a CATV üzemeltetők főképp tévé műsort szolgáltattak, míg manapság három szolgáltatást nyújtják, mint az eddig ismetett tévé, adat- és hangszolgáltatás. Megjegyzendő, hogy ez az átalakulás korántsem természetes, mivel a legtöbb kábel hálózat műszakilag elavult, és olyan a kialakítása, ami főleg tévé műsorszórásra teszi alkalmassá. Ezeket, a hálózatokat interaktív, azaz kétirányú hálózattá kell fejleszteni, mely valóban az alapja az MSO-k üzleti sikerének. Bár sikerről beszélünk, az is igaz, hogy a legtöbb CATV üzemeltető a napi működtetésben a problémák fő okozójának a hálózatát tartja. Minden üzemeltetőnek vannak olyan hálózatrészei, melyek messze állnak a tökéletestől, és ahol maga a hálózat a fő akadály új szolgáltatások bevezetésében. Leggyakrabban a üzembehelyezés jár a legtöbb nehézséggel, de a business case (üzlet lehetősége) megfontolások is fontos szerepet játszanak. Néhány példa: -Kertes-házas, ahol csak kevés ház van csatlakozatva a hálózatra, gazdaságilag nem mindig járható út a hálózatnak arra a műszaki szintre való átépítése, ami lehetővé teszi a megszokott szolgáltatások nyújtását. De, még ha meg is történne a CATV hálózat fejlesztése, a nagy területű hálózat nehézségeket okozhat a fejlesztésben (gondolok itt a megfelelő kompatibilis építőelemekre), és ez nehézzé teheti a különböző szolgáltatás(ok) nyújtását optimális beruházás nagyság mellett. -Bár az operátor fejlesztheti a saját hálózatát, kevés hatása van, vagy éppen semmilyen hatása nincs a házon belüli előfizetői álhálózatra. Különösen a régi, többlakásos házakban lehet a koax kábelhálózat rendkívül rossz állapotban. A házon belüli koax-kábelezés cseréje nagyon költséges lehet, és abban a házban azt a fogyasztónak kell megfizetnie. Gyakran az az eredmény, hogy az adott társasház nem kerül be a CATV üzemeltető rendszerébe, hogy megvédjék a meglévő CATV hálózatot az elavult álhálózatból származó RF zavaroktól. Európa bizonyos területein, mint pl., Németországban, az CATV üzemeltető nem mindig éri el az előfizetőt közvetlenül, mivel a szolgáltatás két különböző fizikai hálózaton történik, az u.n. L3 trönk hálózaton és az L4 elosztó hálózaton. A Docsis-t használó szabványos adatszolgáltatás teljes átlátszóságot tételez fel a fejállomás és az előfizető között, ami ebben az esetben nem teljesen garantálható. Nem kétséges, van még sok további példa szigetelt, azaz nem transzparens és közvetlenül elérhető hálózati területekre, ami nem teszi lehetővé a szabványos adat és más egyéb szolgáltatásnyújtást az adott szolgáltatónak. Ez cseppet sem kívánatos, mert közvetlen üzleti hatása van az üzemeltető versenyerejére az adott szolgáltatási területen: -Ha egy elszigetelt hálózaton ill., hálózatrészen nem tudunk megfelelő adatszolgáltatást biztosítani, úgy nyitva hagyjuk az ajtót, az un. telekom (PTT) ill., adott esetben talán vezeték nélküli (WIFI) adat szolgáltató(k) előtt, így azok ajánlhatják a szolgáltatásukat, és magukénak tudhatják az előfizetőinket.
Pester Attila 16. oldal 2007.03.04. -Az előfizető nehezen fogadja el, hogy ő miért nem fizethet elő az MSO minden értékes szolgáltatására, mikor a szomszéd településen, lakóparkban például ez lehetséges. Ez a megkülönböztetés az elégedetlenség érzését keltheti, és kihathat a szolgáltató arculatára és megítélésére a szolgáltatási területen. -Továbbá a szolgáltató marketing költsége jobban eloszlik, ha az adott szolgáltatáshoz több, minden előfizető hozzáfér. Olyan marketing tevékenység, az adott szolgáltatási területen, ami nem tud minden előfizetőhöz eljutni az pénzügyileg nem hatékony. A fentiekből világos lehet, hogy minden CATV üzemeltető azt szeretné, ha a hálózatában minden előfizetője bármelyik szolgáltatást igénybe tudná venni, ha rendelkezésre állna olyan technológia, ami ezt lehetővé tenné, úgy, hogy az adott befektetés (business case) vonzó maradjon. Az Ethernet over Coax-Cascaded (Ethernet koaxiális kábelen, kaszkád kapcsolással) az EttH termékcsalás utolsó eleme, olyan technológia, ami azt a lehetőséget nyújtja, hogy kinyissuk a elszigetelt területeket a kábel hálózatban. Az Ethernet a lakásig alkalmazása az elszigetelt hálózatrészek esetében Az Ethernet a Koaxiális Kábelen - Kaszkád kapcsolás (EoC-C) az egyik hozzáférési távoli előfizetői elérési megoldás (RSA) az EttH termékcsaládban. Az EttH EoC-C nagyon jó műszaki megoldás a elszigetelt hálózat problémájára, mert az EttH EoC-C két független fizikai hálózatot hoz létre, az egyik az adatokat a MiniPOP-hoa másik a MiniPOPtól a környező előfizetőkhöz. Ha feltételezzük, hogy a MiniPOP egy szállítja, öreg, rosszul kábelezett lakóház alagsorában van, máris elértük a rossz hálózat leválasztását az egész koax-hálózat többi részéről (12. ábra). Csak csatlakoztatnunk kell az előfizetőket a MiniPOPhoz (Ethernet Master Modem EMM), és kikerültük a hálózat rossz minőségének problémáját. A követelmények az RSA-val szemben, mikor a elszigetelt hálózati területen működik, hogy a rossz minőségű, házon belüli hálózattal is működhessen, az EoC-C-nek a következő jellemzőkkel kell rendelkeznie: -biztos felépítés; erős védelem a rossz RF hálózattal szemben, a rossz kábelezés és csatlakozók miatt, a technológiának rendkívül üzembiztosnak és ellenállónak kell lennie. Kezelni kell a kábelezés rossz minőségét, és rugalmasnak kell lenni a hálózati változásokkal együtt (gondolok itt hálózat fejlesztésére). 12. ábra
Pester Attila 17. oldal 2007.03.04. Technológia Az EoC-C technológia a legmodernebb un. Powerline (PLC <Power Line Communication>energetikai hálózatokra kifejlesztett adatátviteli technológia) kommunikációs technológián alapszik, mely tökéletesen alkalmazható a már meglévő koaxiális RF kábel hálózatokon is. Ez úgy lehetséges, hogy a PLC technológia használatával, mely az OPERA és a HOMPLUG által meghatározott szabványokon alapszik, ami a 4 és 35 MHz közötti frekvencia sávot használja ki, mely probléma nélkül alkalmazható a legtöbb már meglévő kábel hálózaton is. A legújabb PLC technológia az OFDM vivők rendkívül sűrű egymás mellé helyezésén alapszik a 4-től a 35 MHz-ig terjedő frekvencia sávban. Ez lehetővé teszi az akár 200 Mb/s átviteli adatsebességet. A PLC technológiát használó MAC réteg (Ethernet) ezt 100 Mb/s-ra redukálja, megosztva a fel és a le-irányú átvitelre valamint ez a kapacitás szétosztódik a felhasználók között, de nagy stabilitást is biztosít, és lehetővé teszi, hogy a rendszer akár zajos, vagy rossz minőségű koax vonalon is működjön. Hálózati minőség, EoC-C technológia ismérvei A koax-kábelhálózat sokkal kevésbé RF zajokkal telített, mint egy energetikai hálózat, és még az elszigetelt, rossz minőségű alhálózatok, hálózatrészek (előfizetői) lényegesen tisztább spektrumúnak látszanak az említett hálózathoz képest. Ezért a PLC technológia a koax-kábel hálózatokon sokkal jobban éreztetheti minden előnyét. De abban az esetben is, ha a koaxhálózat nagyon rossz műszaki állapotban is van, ill., valamely hiba folytán zavar kerül a hálózatba, a PLC technológiát használó MAC réteg (Ethernet) miatt működőképes marad a kommunikáció, viszont az adatátviteli sebesség jelentősen lecsökken, de nem szakad meg. A PLC rendszerek dinamikai tartományának rendkívül szélesnek kell lennie, mert az energetikai hálózatokon nincs hagyományos értelemben vett RF erősítés. A koaxkábelszakaszon a még eltűrt dinamikai tartomány 40 db lehet, amit növelni kell, anélkül, hogy ez hatással lenne az RF átvitelre. A dinamikus tartomány adott esetben elérheti 60 db-t, de ennek már van rossz hatása az átvitelre. -A dinamika magas értéke: a régebbi KTV hálózatokat gyakran úgy tervezték, hogy 300 és 450 MHz közötti RF tartományban működjenek, ez nagy kábel szakaszhosszakat tett lehetővé. Ezek fölött az osztási és a leágazási veszteségek meglehetősen magasak lehetnek. Ezért az RSA adatátviteli rendszernek nagy dinamikus tartomány szükséges. A fentiek alapján megállapíthatjuk, hogy az EoC-C- -Költséghatékony: az RSA rendszernek kis cellákban -azaz kis méretű hálózati szegmensben- is költség-hatékonynak kell lennie, mivel egy CMTS-sel ellentétben, kis számú előfizetőt is ki kell tudni gazdaságosan szolgálnia. A legrosszabb esetben az RSA-nak egy előfizető számára kell szolgáltatást nyújtania, és még ebben az esetben is még gazdaságosnak kell lennie, úgy, hogy összevetjük a költségét a ház hálózatának az átépítési költségével. -Kompatibilis a meglévő KTV üzemeltetői ügyviteli, számlázó rendszerrel, azaz hálózatban az eltérő technológia használatának komoly gazdasági, pénzügyi hatása van, ha a hálózati eszközöket az ügyfélszolgálati iroda nem tudja kezelni. Azért, hogy a megoldást pénzügyileg is kedvezővé tegyük, kompatibilisnek kell lennie a meglévő ügyintéző rendszerrel. Magyarországon az ikron Kft. InCa-EttH szoftverplatform mellyel kezelhetők az EttH eszközök, és interfészként szolgál a már meglévő előfizetői számlázórendszer felé.
Pester Attila 18. oldal 2007.03.04. ETHERNET KOAXIÁLIS KÁBELEN (EOC-C) - Az elv Az EoC-C megoldás alapvetően két építőkövön alapszik, a központi azaz mester modem (EMM Ethernet Master Modem) és az előfizetői modem (ECM Ethernet Customer Modem) lent ábrázolt topológia alapján, amint azt a 13. ábra mutatja. A master modem szerepe leginkább egy kis CMTS-hez hasonlítható, amely 32 db kábel modemet szolgál ki. 100 Mb/s megosztott kapacitás áll rendelkezésre, amit a fel és a le-irányú jelfolyam között, és a hálózatban aktív felhasználók, előfizetők között oszt fel. Ez a kapacitás összevethető egy Docsis 2.0 CMTS -sel amire 32 db kábelmodem van csatlakoztatva, azzal a fontos különbséggel, hogy ha az EoC-C-ben a 100 Mbit/s kapacitást egyetlen használó is megkaphatja, ha a hálózat terhelése ezt lehetővé teszi. Az is fontos különbség, hogy az EoC-C a teljesen passzív hálózatot igényel az EMM és az ECM között, és mindkét fel irány és a le irány ugyanazt a frekvenciasávot használja, az 5-35 MHz között. Megjegyzendő, hogy erősítőket lehet használni az előre-irányban hagyományos módon, passzív visszirányú modul használata mellett. 13. ábra Építő elemek Ahogy fent említettük, az EoC-C megoldás két fő egységen alapul (14. ábra): a master modemen (EMM) és az előfizetői modemen (ECM). Az EMM master modem szabadtéri üzemre tervezett egység, ami szélsőséges körülmények közé is telepíthető, ami lehet pl., utcai bálvány-szekrény. Ez lehetővé teszi, hogy az ideális helyet találjuk meg a mester modem számára, kompromisszumok nélkül. Az EMM lehet hálózati távtáplálású és helyileg táplált, a hálózati feszültségről. Az ECM, vagy előfizetői modem tipikus CPE berendezés, mely rendelkezik egy RF bemenettel, és 100 bt Ethernet kimenettel rendelkezik a PC felé. 230V~ hálózati táplálású. Eltekintve a fizikai kivitelüktől, a hőmérséklet terhelhetőségüktől és a tápellátásuktól, az EMM és az ECM nagyon hasonló működési tulajdonsággal rendelkeznek. Mindkét egység SNMP managementet támogat, QoS-t négy queue-val (prioritási lista), távoli konfigurálást és szortver letöltést, vezeték sebességű Ethernet kapcsolást és automatikus csoportos konfigurálást DHCP segítségével.
Pester Attila 19. oldal 2007.03.04. 14. ábra Az EMM és ECM kombináció nagyon költséghatékony, és az ára töredéke annak a szabványos Docsis megoldásnak, amilyen ugyanolyan sebességhez és kapacitáshoz szükséges. Egy EoC-C megoldás jellemzően 5-10-szer gazdaságosabb, mint egy ugyanolyan sebességet szolgáltató Docsis megoldás. Menedzsment az EoC-C rendszerekben A kimagasló RF technológia alkalmazásával az EoC-C lehetővé teszi a legkevésbé optimális területek (hálózatok) megnyitását is, és ott Ethernet alapú adat-szolgáltatások indítását. Az egységek menedzselése egyszerű feladat, mert SNMP és DHCP kompatibilisek. A fő kérdés, hogyan szolgáltassunk ezen az új hálózaton, és megbizonyosodjunk, hogy a ügyviteli, számlázó-rendszer kezelni tudja az új hálózatot. Mikor EoC-C-t alkalmaznak EttH, DSL vagy FTTH hálózat esetén, a szolgáltatás egyszerű, mert teljes Ethernet transzparenciát, átlátszóságot biztosít. Az adat-szolgáltatás biztosítása PPPoE vagy VLAN alapon lehetséges. Ebben az esetben az ECM ADSL modemként vagy FTTH gateway-ként működik. A leggyakoribb eset, hogy az EoC-C az MSO kábelhálózatának elszigetelt hálózatrészét szolgálja ki, mely az ügyviteli rendszerben a Docsis elemként van bejegyezve. Az EoC-C alkotórészek könnyű integrációjához az szükséges, hogy kompatibilisek legyenek a tipikus Docsis nyilvántartással, menedzsmenttel. A 15. ábra részletesen mutatja, hogyan épül fel az adatszolgáltatás a jelenlegi Docsis rendszerben. A kábel modem kap egy IP címet a központi szervertől. Ez az IP cím arra szolgál, hogy a modem megkapja a helyes konfigurációs fájlt a TFTP szervertől. Miután a modemnek megkapták a helyes konfigurációt, autentikálja magát a CMTS-ben. Ha az autentikáció sikeres, az internet kapcsolat máris működőképes. 15. ábra
Pester Attila 20. oldal 2007.03.04. Az EoC-C modemek konfigurációs eljárása ugyanezeket az üzeneteket használja. A különbségét, az ECM-nek az EMM-től való autentikációjának a folyamatát a 16. ábra mutatja. Az IP címet és a konfigurációs fájlt ugyanaz a szerver adja, amit a Docsis esetében is használnak. Ez garantálja a hibamentes illesztést a meglévő más platformhoz, és mutatja, hogy az EoC-C üzembiztos Docsis bővítés lehet azokon a területeken, ahol a visszirányosítása a hálózatnak csak nagy nehézségek árán lehetséges. 16. ábra Az OFDM moduláció Az OFDM modulációs eljárást eredetileg titkosított katonai rádió alkalmazásokhoz tervezték. A kereskedelmi alkalmazása az 1990-es évek végén került szóba, mivel a kódolási és dekódolási teljesítmény iránti igény jelentősen megnőtt. A katonai és a polgári vezetéknélküli távközlésnek az utóbbi években a legdinamikusabban fejlődő ágazata a különféle kód, illetve frekvenciaosztású többszörös hozzáférési eljárásokat felölelő technológiák. Ilyenek az SST CDMA (Spread Spectrum Technique Code Division Multiple Access szórt spektrumú technika kódosztásos többszörös hozzáférés), és az OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ortogonális frekvenciaosztásos többszörös hozzáférés) eljárások. Szerepük a polgári (PLC) és a katonai távközlésben egyre nagyobb. A katonai vezetéknélküli távközlésben kiemelkedően fontos volt a titkosság, a megbízhatóság és a hálózat elosztott területi működőképessége. Kombinálva a fenti hozzáférési technikákkal, ezen belül is különösen az OFDM-eljárással, egyéb, területileg elosztott hálózati technikával, pl. az alkalmi, vagy más szóval az ad hoc hálózati megoldásokkal, a nemzetvédelmi és a katonai távközlést a vezetés és a csapatok számára igen hatékonnyá és megbízhatóvá teszi. E tulajdonságokat, és a hálózat állékonyságát tovább növelheti a csomagkapcsolt Internet Protokoll és szolgáltatásainak alkalmazása. A fejlett távközlő és hálózati technikák között meg kell említeni a LAN és a WLAN rendszereket is, amelyekben a fenti CDMA és OFDM vezetéknélküli hozzáférési technikákat széles körben alkalmazzák.