В то время как магистральные сети провайдеров сегодня оснащены быстрыми оптическими трактами и предоставляют достаточную пропускную способность, подключение базовых станций, особенно в сельской местности, по-прежнему осуществляется по дорого-стоящим и негибким линиям E1. Это обстоятельство становится существенным ограничением, ведь фиксированная структура каналов TDM вступает в противоречие с гибкими и быстрыми пакетными потоками данных, которые необходимо передавать в большом объеме. TDM предполагает дополнительную сегментацию потоков данных, что приводит к потере производительности. Кроме того, наряду со значительной по величине пропускной способностью всегда должно оставаться достаточно ресурсов для предоставления классических услуг голосовой связи. Таким образом, подходящим решением является прямое быстрое подключение базовых станций по Carrier Ethernet.

Однако соединение E1 между базовыми станциями выполняет еще одну крайне важную функцию: по линии E1 осуществляется синхронизация базовой станции и взаимодействующих с ней мобильных устройств. Соединение по Ethernet потребует дополнительных усилий для реализации этой функции, но тем не менее оно представляет собой самый гибкий и выгодный путь к широкополосному подключению базовых станций. При создании мобильных коммуникационных сетей четвертого поколения не удастся обойти вопрос о реализации этого отрезка сети.

Для операторов мобильных коммуникационных сетей изохронное подключение базовых станций к магистральной сети имеет ключевое значение по разным причинам. С одной стороны, существует уже упомянутая трудность, когда вследствие увеличения числа клиентов активность использования возрастает, и, помимо пакетной передачи данных, по-прежнему необходимо реализовать каналы TDM. С другой стороны, системный такт оказывает прямое влияние на частотную стабильность радиоинтерфейса между базовой станцией и мобильным устройством. Колебания частоты могут вызвать существенные помехи, вплоть до проблем при эстафетной передаче соединений (handover) между соседними ячейками сети.

Таким образом, если нужно заменить негибкие линии E1 на соединения Ethernet, то необходимо найти способ восстановления системного такта на базовой станции. Это может быть сделано несколькими способами: первый, пусть и не самый изящный, заключается в регенерации системного такта из одной-единственной линии E1, проложенной помимо соединений Ethernet. Правда, это приведет к дополнительным затратам. Второй, гораздо более современный вариант — последовательное применение методов синхронизации на базе Ethernet. Для обеспечения синхронности сети при пакетном способе передачи имеются различные возможности.

СЦЕНАРИЙ ПРИМЕНЕНИЯ

Перед провайдерами мобильных сетей стоит задача связать свои базовые станции с помощью максимально однородных технологий, в то время как топографические особенности оказывают значительное влияние на формирование инфраструктуры. Не везде можно легко и просто проложить оптические световоды, и далеко не везде доступны высококачественные симметричные медные тракты. Во многих случаях применяются радиорелейная связь или оптические «радиорелейные» тракты. Ethernet на втором уровне очень гибок и может быть реализован посредством разных физических сред передачи.

Решения нового поколения для доступа к сети на базе Ethernet удовлетворяют этим запросам. Их можно применять как в медных, так и в оптических инфраструктурах, к тому же они предоставляют неограниченную поддержку TDM. Таким образом, существующие системы мультиплексирования с разделением по времени можно заменить синхронным соединением Ethernet. Регенерация системного такта и основанная на этом стабилизация частотного эталона осуществляется в соответствии со стандартами IEEE 1588 или ITU-T G.8261 (см. Рисунки 1 и 2). Классические механизмы синхронизации, применяемые, к примеру, в клиентских и серверных структурах на более высоких уровнях сети, оказываются слишком неточны и поэтому непригодны. Точно так же, как передатчик точного времени и частоты DCF77 и протокол сетевого времени (Network Time Protocol, NTP).

Помимо этого, в результате предпринятых действий появляется линия для осуществления пакетной передачи между магистральной сетью и базовой станцией, которая оптимальным образом поддерживает развертывание широкополосных мобильных сетей данных. Так преодолевается важная веха на пути к сетям четвертого поколения и устраняется одно из самых узких мест сети. Однако необходимо подчеркнуть: несмотря на то, что синхронные соединения Ethernet можно реализовывать поверх самых разных физических инфраструктур, оптическое волокно является той средой, которая в состоянии справиться с увеличивающимися потребностями в пропускной способности и с обеспечением высокого качества предоставления сервисов со стороны современных мобильных мультимедийных приложений.

Клиенты становятся все более взыскательными. Их подстегивает реклама жестко конкурирующих провайдеров, которые, в свою очередь, находятся под постоянным прессингом ценового соперничества. Сети должны быть на должном техническом уровне во всех отношениях. Переоснащения базовых станций и модернизации магистральной сети с помощью более быстрой и производительной технологии оптической передачи оказывается недостаточно. Подключение базовых станций, распределенных по большой территории, с помощью емких соединений требует значительных затрат. Если покрытие внутригородского пространства трудностей не вызывает, то для широко раскинувшейся сельской местности нужны особые решения. Во многих случаях охват реализуется с помощью систем радиорелейной связи, чья емкость, однако, ограничена. Клиент, пользующийся мобильным Internet, почувствует заметную разницу. В лучшем случае ему будет предоставлен доступ в Internet по технологии GPRS/EDGE, а в худшем — сервис окажется недоступен. Однако из-за ограниченной дальности технологии DSL именно сельские жители очень нуждаются в мобильном подключении к Internet, так что рыночный потенциал очевиден. В среднесрочной перспективе оправдывается и дорогостоящее оснащение базовых станций оптическими световодами.

Замена маршрутов передачи к базовым станциям на синхронные соединения Ethernet позволяет устранить узкие места технологии TDM, применение которой препятствует реализации гибкого и дешевого ассортимента широкополосных мобильных служб. К тому же гибкость интерфейсов является основой для «мягкой» миграции на линии пакетной передачи между магистральной сетью и базовой станцией. Через некоторое время уже имеющиеся тракты можно будет заменить на оптические световоды – эта задача вполне решаема. Когда оптическое подключение уже реализовано, система готова к поддержке мультимедийных приложений без ограничений.

Михаэль Риттер – вице-президент по техническому маркетингу компании Adva Optical Communications.

© ITP Verlag

Рисунок 1. Принцип передачи тактовых сигналов с помощью синхронного Ethernet.

Рисунок 2. Сценарий применения IEEE 1588 на примере подключения базовых станций для мобильной связи.

 

IEEE 1588

Протокол точной синхронизации часов для сетевых измерений и контрольных систем (Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement und Control Systems) и протокол точного времени (Precision Time Protocol, PTP) были введены для высокоточной синхронизации различных устройств по сети, к примеру, Ethernet. Системные часы, отличающиеся наивысшей точностью, получают статус главных (Grand Master Clock). Согласуясь с ними, часы, расположенные в разных частях системы, регулярно корректируются. Применительно к сетям Ethernet особый интерес представляет поддержка так называемого «горячего» подключения. Это означает, что новые устройства можно добавлять в сеть или удалять ненужные, не оказывая отрицательного влияния на синхронность системы в целом. Протокол PTP предназначен для небольших сетей, однако он отлично подходит и для подключения мобильных базовых станций к магистральной сети.

ITU-T G.8261

В первой трактовке рекомендации ITU-T для распределения тактовых сигналов через пакетные сети, прежде всего Ethernet (второй уровень), предлагалось два варианта. Первый предусматривал сервис коммутации каналов, с помощью которого данные и тактовая информация должны передаваться в общем потоке данных. Второй представлял собой «синхронный Ethernet». Текущие рекомендации устанавливают предельные значения для вариации задержки (jitter) и отклонения (wander) в различных синхронных сетевых архитектурах и описывают методы для распределения тактовых сигналов. Много внимания уделено обсуждению ограничений различных методов распределения тактовых сигналов в пакетных сетях.