дәріс. Ұжымдық қатынау желілері

Дәріс мақсаты: ұжымдық қатынау желілерін студенттермен оқып үйрену.

-      ұжымдық қатынау желісінің негізгі түсініктері;

-      электртарату линиясы арқылы байланыс.

 

Ұжымдық қатынау желісінің негізгі ұғымдары (ҰҚЖ).

Көппәтерлі үйлерде тұратын жекелеген пайдаланушыларға Интернетке салыстырмалы арзан қатынауды ұйымдастыру үшін ұжымдық қатынау желілері қолданылады [2,11]. Ұжымдық қатынау идеясы үйлердегі қолданыстағы кабельдік инфраструктураны пайдалану болып табылады (оралған мыс жұп, радиотрансляциялық желілер, электрлік сымдар). Интернетке қосылатын үйде трафиктік концентатор орнатылады. Транспорттық желінің қызметтер торабына концентаторды қосу үшін әртүрлі технологиялар қолданылады (PON, FWA, спутниктік және т.б.). Сонымен, ұжымдық қатынау желілері гибридті болып табылады, ол өзіне ұжымдық қатынау желілерін, сондай-ақ трафикті тасымалдауды қамтамасыз ететін желілерді бірктіреді.

Ұжымдық қатынау желілерінің негізгі технологияларына HPNA, PLC, EFM жатады.

Ноmе Phoneline Networking Alliance альянсының қызметінің нәтижесінде HPNA стандарты пайда болды, ол 1996 жылы технологияны жетілдіру үшін құрылды, ол үйлердегі бар кабельдік желілердің негізінде Интернетке салыстырмалы арзан қатынау орнату үшін арналған. HPNA технологиясы ITU-T-де стандартталған (G.989.1 және G.989.2 ұсыныстары).

HPNA 1.0 қатынау жүйелері арнаға ұжымдық қатынауды өткізу қабілеті 1Мбит/с болатын 150 м арақашықтықты қамтамасыз. Тарату ортасына қатынау әдісі ретінде CSMA/CD (IEEE 802.3) қолданылады. Ақпаратты тарату үшін DMT модуляциясы қолданылады. Желінің типтік топологиясы – «жұлдызша».

Желінің ядросы - HPNA коммутаторлары, олардың порттары сәйкесінше абоненттік линияға қосылады. Желідегі абоненттердің максималды саны – 32.

HPNA 1.1 стандартында жабдықтың жұмыс істеу ұзақтығы 300 м дейін ұзартылған.

PLC технологиясының (Power Line Communications) стандарттарын құру, электрқоректендіру желілерінің инфраструктурасы негізінде жүзеге асатын әртүрлі PLC Forum, Powerline World және Home Plug Powerline Alliance сияқты халықаралық ұйымдар айналысады. 2001 жылы соңғы ұйым  HomePlug 1.0 specification стандартын қабылдады, мұнда деректерді тарату жылдамдығы 14 Мбит/с дейін болады, қатынау әдісі ретінде CSMA/CD  немесе CSMA/CА және OFDM модуляциясы қолданылады. PLC технологиясының стандартталуы сондай-ақ ETSI жүзеге асады.

EFM технологиясы (Ethernet in the First Mile – Ethernet бірінші шақырымда) 3 және одан жоғары категориялы оратылған мыс жұп немесе оптоталшықты кабельдің негізінде үйде инфрақұрылым құруға негізделген. EFM IEEE802.3ah жұмыс тобының көмегімен құрылған, мұнда жалпы қатынау желісін анықтау үшін қолданыстағы «соңғы шақырым» деген терминнің орнына «бірінші шақырым» термин қолданылады. Ethernet негізінде ұжымдық абоненттік қатынау желілеріне деген талаптар анықталды. Стандартта әртүрлі желілік архитектуралар, әртүрлі ақпаратты таратудың қолданылуы көрсетілген

PLC (Power line communication) – деректерді және дауыстық ақпараттарды таратуға арналған электрлік тарату линияларының қолданылуына арналған бірнеше әртүрлі жүйелерді сипаттайтын термин [11]. Жиілігі 50 Гц немесе 60 Гц стандартты айнымалы токтың үстіне аналогтық сигналды қабаттасыру арқылы желі дауыс пен деректерді тарата алады. PLC өзіне ВРL (Broadband over Power Lines – электрлік тарату линиялары арқылы кеңжолақты тарату) қосады, ол деректерді таратуды 1 Мбит/с жылдамдықпен және NPL (Narrowband over Power Lines – электрлік тарату линиялары арқылы таржолақты тарату) деректерді тарату аздаған жылдамдықпен қамтамасыз етеді.

Электрлік желілердің дамуы кезінде бір энерготораптан басқасына диспетчерлік ақпаратты тарату туралы сұрақ туындады. Бұл мақсат үшін ЭТЛ параллель телефондық және телеграфтық линияларды қолдану, тиімді болып табылмады, сондықтан 20 ғасырдың басында тұрақты ток желілерінде АҚШ-та телеграфтық сигналдарды ЭТЛ сымдарымен тарату қолданылды. Радиобайланыстың құралдары дамуына байланысты мұндай әдіс айнымалы ток үшін де қолданылады.

Диспетчерлік ақпаратты электрлік тарату линияларымен тарату – бұл байланыстың негізгі түрлерінің бірі болып табылады. Таратып-қабылдағыш  ЭТЛ-ға сүзгі арқылы қосылады, ол аз сыйымдылықты конденсаторлардан және жоғары жиілікті трансформатордан құралған. Мұндай жүйе дауыстық хабарларды, сондай-ақ телеметрия және телебасқару деректерінде таратуға арналған.

PLC технологиясы жоғары жылдамдықты ақпараттық алмасу үшін  күшті электржелілерінде пайдалануға негізделген. Электржелілерімен деректерді тарату эксперименттері көп уақыттан бері жүргізіліп келеді, бірақ тарату жылдамдығының аздығы және бөгеулікке тұрақтылығы аз болуы осы технологияның нашарлығын көрсетеді. Бірақ қуатты DSP-процессорлардың пайда болуы сигнал модуляциясының күрделі түрлерін пайдалануға мүмкіндік берді, ол OFDM-модуляциясы болып табылады, PLC технологиясының жүзеге асуына әсер етті.

2000 жылдары телекоммуникация саласындағы үлкен көшбасшылар ғылыми зерттеулер мен тәжірибелік сынақтар жасау үшін HomePlug Powerline Alliance бірікті, мұнда электрқоректендіру жүйелерімен декертерді беру үшін бірыңғай стандарт қабылдау қарастырылды. PowerLine түпнұсқасы Intellon фирмасының PowerPacket14 технологиясы болып табылады, ақпаратты тарату жылдамдығы 14 Мбит/с болатын бірыңғай HomePlug1.0 стандартын құруға негізделген.

PowerLine технологиясының негізіне сигналды жиіліктік бөлу жатады, бұл жағдайда ақпараттың жоғары жылдамдықты ағыны бірнеше төменгі жылдамдықты ағындарға салыстырмалы түрде бөлінеді. Олардың әрқайсысы бөлек тасушы жиілікте таратылдады. Олардың бір сигналға бірігуімен жіберіледі. PowerLine технологиясында нақты түрде 4-21 Мгц диапозоныныда жатқан 84 тасушы жиілік қолданылады.

Тұрмыстық электржелілерінде сигналдарды тарату кезінде белгілі бір жиілікте жіберуші функцияда үлкен өшулер пайда болуы мүмкін. Ол ақпараттың жоғалуына әкеледі. PowerLine технологиясында бұл мәселені шешу үшін арнайы әдіс қарасытырлған – сигналды таратудың динамикалық қосылуы және өшірілуі. Бұл әдістің мәні болып құрылғы тарату арнасында тұрақты мониторинг жүргізіліп отырады. Спектр аймағында өшудің шектік мәнінің белгілі мөлшерден асуын табу мақсатымен істелген. Бұл жағдай анықталған кезде бұл жиіліктерді қолдану өшудің қалыпты мәніне келгенге дейін уақытша тоқтатылады.

Сонымен-қатар импульстік кедергілердің (1мкс дейін) пайда болу мәселесі бар. Кедергі көзі галогенді лампалар және электрлік қозғалтқыштармен жабдықталған қуатты тұрмыстық электр құрылғылыраның қосылуы мен өшуі болып табылады.

PLC-технологиясын қолдану:

-          Ғаламторға қосылу. Қазіргі уақытта соңғы құрылғылардың басым бөлігі жоғары жылдамдықты линиядан тұтынушының кеңсесі немесе пәтеріне дейін кабельдің төселуімен жүзеге асады. Бұл ең арзан және сенімді шешім, бірақ егер кабельдің төселуі мүмкін болмаса әр ғимаратта болатын күштік электрлік коммуникация жүйесін қолдануға болады. Ғимараттағы кез-келген розетка ғаламторға шығу нүктесі болады. Тұтынушыдан талап етілетіне тек ғимараттың электрлік қалқанында орнатылған және жоғары жылдамдықтағы арнаға қосылған ұқсас құрылғымен байланысу үшін PowerLine модемінің болуы міндетті. Алайда желі жұмысының төмен сапасына және тұрақсыздығына дайын болумыз керек.

- Кіші кеңсе (SOHO ). PowerLine технологиясы кішігірім кеңселерде (10 компьютерге дейін) жергілікті желі құру үшін қолданылады. Желіге негізгі талап болып іске асырудың қарапайымдылығы, құрылғылардың мобильдігі және кеңейтілуі болып табылады. Сонымен қатар барлық кеңселік желі сияқты оның бөлек сегменттері PowerLine адаптерлерімен құрылуы мүмкін. Жиі кездесетін жағдай қолданыстағы желіге басқа бөлмеде немесе ғимараттың бөлігінде ораналасқан алыстатылған компьютерді немесе желілік принтерді қосу болып табылады. Бұл жағдайды PowerLine адаптерлерінің көмегімен оңай шешуге болады.