home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ HPAVC / HPAVC CD-ROM.iso / HOMEWORK.ZIP / 564.TXT < prev    next >
Text File  |  1998-07-25  |  21KB  |  417 lines

  1. This file is copyright of Jens Schriver (c) 
  2. It originates from the Evil House of Cheat 
  3.        More essays can always be found at: 
  4.        --- http://www.CheatHouse.com --- 
  5.                 ... and contact can always be made to: 
  6.                     Webmaster@cheathouse.com 
  7. -------------------------------------------------------------- 
  8. Essay Name       : 564.txt 
  9. Uploader         : Robert Corrier
  10. Email Address    : s1w5@unb.ca
  11. Language         : English
  12. Subject          : Computer
  13. Title            : ISDN vs. Cable modems
  14. Grade            : 92%
  15. School System    : University of New Brunswick
  16. Country          : Canada
  17. Author Comments  : hard to write
  18. Teacher Comments : very good
  19. Date             : august 23rd, 1996
  20. Site found at    : a friend
  21. --------------------------------------------------------------
  22. 1.0 Introduction
  23.  
  24.  
  25. The Internet is a network of networks that interconnects computers around
  26. the world, supporting both business and residential users.  In 1994, a
  27. multimedia Internet application known as the World Wide Web became
  28. popular.  The higher bandwidth needs of this application have highlighted
  29. the limited Internet access speeds available to residential users.  Even at 28.8
  30. Kilobits per second (Kbps)ùthe fastest residential access commonly
  31. available at the time of this writingùthe transfer of graphical images can be
  32. frustratingly slow.
  33.  
  34. This report examines two enhancements to existing residential
  35. communications infrastructure: Integrated Services Digital Network (ISDN),
  36. and cable television networks upgraded to pass bi-directional digital traffic
  37. (Cable Modems).  It analyzes the potential of each enhancement to deliver
  38. Internet access to residential users.  It validates the hypothesis that upgraded
  39. cable networks can deliver residential Internet access more cost-effectively,
  40. while offering a broader range of services.
  41.  
  42. The research for this report consisted of case studies of two commercial
  43. deployments of residential Internet access, each introduced in the spring of
  44. 1994:
  45.  
  46. ╖    Continental Cablevision and Performance Systems International (PSI)
  47. jointly developed PSICable, an Internet access service deployed over
  48. upgraded cable plant in Cambridge, Massachusetts;
  49.  
  50. ╖    Internex, Inc. began selling Internet access over ISDN telephone
  51. circuits available from Pacific Bell.  Internex's customers are residences and
  52. small businesses in the "Silicon Valley" area south of San Francisco,
  53. California.
  54.  
  55. 2.0 The Internet
  56.  
  57. When a home is connected to the Internet, residential communications
  58. infrastructure serves as the "last mile" of the connection between the
  59. home computer and the rest of the computers on the Internet.  This
  60. section describes the Internet technology involved in that connection.
  61. This section does not discuss other aspects of Internet technology in
  62. detail; that is well done elsewhere.  Rather, it focuses on the services
  63. that need to be provided for home computer users to connect to the
  64. Internet.
  65.  
  66.  
  67.  
  68. 2.1 
  69. ISDN and upgraded cable networks will each provide different functionality
  70. (e.g. type and speed of access) and cost profiles for Internet connections.  It
  71. might seem simple enough to figure out which option can provide the needed
  72. level of service for the least cost, and declare that option "better."  A key
  73. problem with this approach is that it is difficult to define exactly the needed
  74. level of service for an Internet connection.  The requirements depend on
  75. the applications being run over the connection, but these applications are
  76. constantly changing.  As a result, so are the costs of meeting the applications'
  77. requirements.
  78.  
  79. Until about twenty years ago, human conversation was by far the dominant
  80. application running on the telephone network.  The network was
  81. consequently optimized to provide the type and quality of service needed for
  82. conversation.  Telephone traffic engineers measured aggregate statistical
  83. conversational patterns and sized telephone networks accordingly. 
  84. Telephony's well-defined and stable service requirements are reflected in the
  85. "3-3-3" rule of thumb relied on by traffic engineers: the average voice call
  86. lasts three minutes, the user makes an average of three call attempts during
  87. the peak busy hour, and the call travels over a bidirectional 3 KHz channel.
  88.  
  89. In contrast, data communications are far more difficult to characterize.  Data
  90. transmissions are generated by computer applications.  Not only do existing
  91. applications change frequently (e.g. because of software upgrades), but
  92. entirely new categoriesùsuch as Web browsersùcome into being quickly,
  93. adding different levels and patterns of load to existing networks. 
  94. Researchers can barely measure these patterns as quickly as they are
  95. generated, let alone plan future network capacity based on them.  
  96.  
  97. The one generalization that does emerge from studies of both local and wide-
  98. area data traffic over the years is that computer traffic is bursty.  It does not
  99. flow in constant streams; rather, "the level of traffic varies widely over
  100. almost any measurement time scale" (Fowler and Leland, 1991).  Dynamic
  101. bandwidth allocations are therefore preferred for data traffic, since static
  102. allocations waste unused resources and limit the flexibility to absorb bursts
  103. of traffic.
  104.  
  105. This requirement addresses traffic patterns, but it says nothing about the
  106. absolute level of load.  How can we evaluate a system when we never know
  107. how much capacity is enough?  In the personal computing industry, this
  108. problem is solved by defining "enough" to be "however much I can afford
  109. today," and relying on continuous price-performance improvements in digital
  110. technology to increase that level in the near future.  Since both of the
  111. infrastructure upgrade options rely heavily on digital technology, another
  112. criteria for evaluation is the extent to which rapidly advancing technology
  113. can be immediately reflected in improved service offerings.
  114.  
  115. Cable networks satisfy these evaluation criteria more effectively than
  116. telephone networks because:
  117.  
  118. ╖    Coaxial cable is a higher quality transmission medium than twisted
  119. copper wire pairs of the same length.  Therefore, fewer wires, and
  120. consequently fewer pieces of associated equipment, need to be
  121. installed and maintained to provide the same level of aggregate
  122. bandwidth to a neighborhood.  The result should be cost savings and
  123. easier upgrades.
  124.  
  125. ╖    Cable's shared bandwidth approach is more flexible at allocating any
  126. particular level of bandwidth among a group of subscribers.  Since it
  127. does not need to rely as much on forecasts of which subscribers will
  128. sign up for the service, the cable architecture can adapt more readily
  129. to the actual demand that materializes.
  130.  
  131. ╖    Telephony's dedication of bandwidth to individual customers limits
  132. the peak (i.e. burst) data rate that can be provided cost-effectively. 
  133. In contrast, the dynamic sharing enabled by cable's bus architecture
  134. can, if the statistical aggregation properties of neighborhood traffic
  135. cooperate, give a customer access to a faster peak data rate than the
  136. expected average data rate.  
  137.  
  138.  
  139. 2.2 Why focus on Internet access?
  140. Internet access has several desirable properties as an application to
  141. consider for exercising residential infrastructure.  Internet technology is
  142. based on a peer-to-peer model of communications.  Internet usage
  143. encompasses a wide mix of applications, including low- and high-
  144. bandwidth as well as asynchronous and real-time communications. 
  145. Different Internet applications may create varying degrees of
  146. symmetrical (both to and from the home) and asymmetrical traffic
  147. flows.  Supporting all of these properties poses a challenge for existing
  148. residential communications infrastructures.
  149.  
  150. Internet access differs from the future services modeled by other studies
  151. described below in that it is a real application today, with growing
  152. demand.  Aside from creating pragmatic interest in the topic, this factor
  153. also makes it possible to perform case studies of real deployments.
  154.  
  155. Finally, the Internet's organization as an "Open Data Network" (in the
  156. language of (Computer Science and Telecommunications Board of the
  157. National Research Council, 1994)) makes it a service worthy of study
  158. from a policy perspective.  The Internet culture's expectation of
  159. interconnection and cooperation among competing organizations may
  160. clash with the monopoly-oriented cultures of traditional infrastructure
  161. organizations, exposing policy issues.  In addition, the Internet's status
  162. as a public data network may make Internet access a service worth
  163. encouraging for the public good.  Therefore, analysis of costs to provide
  164. this service may provide useful input to future policy debates.
  165.  
  166. 3.0 Technologies
  167. This chapter reviews the present state and technical evolution of
  168. residential cable network infrastructure.  It then discusses a topic not
  169. covered much in the literature, namely, how this infrastructure can be
  170. used to provide Internet access.  It concludes with a qualitative
  171. evaluation of the advantages and disadvantages of cable-based Internet
  172. access.  While ISDN is extensively described in the literature, its use as
  173. an Internet access medium is less well-documented.  This chapter
  174. briefly reviews local telephone network technology, including ISDN
  175. and future evolutionary technologies.  It concludes with a qualitative
  176. evaluation of the advantages and disadvantages of ISDN-based Internet
  177. access.
  178.  
  179. 3.1 Cable Technology
  180. Residential cable TV networks follow the tree and branch architecture. 
  181. In each community, a head end is installed to receive satellite and
  182. traditional over-the-air broadcast television signals.  These signals are
  183. then carried to subscriber's homes over coaxial cable that runs from the
  184. head end throughout the community
  185.  
  186.  
  187. Figure 3.1: Coaxial cable tree-and-branch topology
  188.  
  189. To achieve geographical coverage of the community, the cables
  190. emanating from the head end are split (or "branched") into multiple
  191. cables.  When the cable is physically split, a portion of the signal power
  192. is split off to send down the branch.  The signal content, however, is not
  193. split: the same set of TV channels reach every subscriber in the
  194. community.  The network thus follows a logical bus architecture.  With
  195. this architecture, all channels reach every subscriber all the time,
  196. whether or not the subscriber's TV is on.  Just as an ordinary television
  197. includes a tuner to select the over-the-air channel the viewer wishes to
  198. watch, the subscriber's cable equipment includes a tuner to select
  199. among all the channels received over the cable.
  200.  
  201.  
  202.  
  203. 3.1.1.    Technological evolution
  204. The development of fiber-optic transmission technology has led cable
  205. network developers to shift from the purely coaxial tree-and-branch
  206. architecture to an approach referred to as Hybrid Fiber and Coax(HFC)
  207. networks.  Transmission over fiber-optic cable has two main advantages
  208. over coaxial cable:
  209.  
  210. ╖    A wider range of frequencies can be sent over the fiber, increasing
  211. the bandwidth available for transmission;
  212.  
  213. ╖    Signals can be transmitted greater distances without amplification.  
  214.  
  215. The main disadvantage of fiber is that the optical components required
  216. to send and receive data over it are expensive.  Because lasers are still
  217. too expensive to deploy to each subscriber, network developers have
  218. adopted an intermediate Fiber to the Neighborhood (FTTN)approach.
  219.  
  220. Figure 3.3: Fiber to the Neighborhood (FTTN) architecture
  221.  
  222.   
  223.  
  224. Various locations along the existing cable are selected as sites for
  225. neighborhood nodes.  One or more fiber-optic cables are then run from
  226. the head end to each neighborhood node.  At the head end, the signal is
  227. converted from electrical to optical form and transmitted via laser over
  228. the fiber.  At the neighborhood node, the signal is received via laser,
  229. converted back from optical to electronic form, and transmitted to the
  230. subscriber over the neighborhood's coaxial tree and branch network.
  231.  
  232. FTTN has proved to be an appealing architecture for telephone
  233. companies as well as cable operators.  Not only Continental
  234. Cablevision and Time Warner, but also Pacific Bell and Southern New
  235. England Telephone have announced plans to build FTTN networks. 
  236. Fiber to the neighborhood is one stage in a longer-range evolution of
  237. the cable plant.  These longer-term changes are not necessary to provide
  238. Internet service today, but they might affect aspects of how Internet
  239. service is provided in the future.
  240.  
  241. 3.2 ISDN Technology
  242. Unlike cable TV networks, which were built to provide only local
  243. redistribution of television programming, telephone networks provide
  244. switched, global connectivity: any telephone subscriber can call any
  245. other telephone subscriber anywhere else in the world.  A call placed
  246. from a home travels first to the closest telephone company Central
  247. Office (CO) switch.  The CO switch routes the call to the destination
  248. subscriber, who may be served by the same CO switch, another CO
  249. switch in the same local area, or a CO switch reached through a long-
  250. distance network.
  251.  
  252.  
  253.  
  254. Figure 4.1: The telephone network
  255.  
  256. The portion of the telephone network that connects the subscriber to
  257. the closest CO switch is referred to as the local loop.  Since all calls
  258. enter and exit the network via the local loop, the nature of the local
  259. connection directly affects the type of service a user gets from the
  260. global telephone network.
  261.  
  262. With a separate pair of wires to serve each subscriber, the local
  263. telephone network follows a logical star architecture.  Since a Central
  264. Office typically serves thousands of subscribers, it would be unwieldy
  265. to string wires individually to each home.  Instead, the wire pairs are
  266. aggregated into groups, the largest of which are feeder cables.  At
  267. intervals along the feeder portion of the loop, junction boxes are placed. 
  268. In a junction box, wire pairs from feeder cables are spliced to wire pairs
  269. in distribution cables that run into neighborhoods.  At each subscriber
  270. location, a drop wire pair (or pairs, if the subscriber has more than one
  271. line) is spliced into the distribution cable.
  272.  
  273.  
  274.  
  275. Since distribution cables are either buried or aerial, they are disruptive
  276. and expensive to change.  Consequently, a distribution cable usually
  277. contains as many wire pairs as a neighborhood might ever need, in
  278. advance of actual demand.  
  279.  
  280. Implementation of ISDN is hampered by the irregularity of the local
  281. loop plant.  Referring back to Figure 4.3, it is apparent that loops are of
  282. different lengths, depending on the subscriber's distance from the
  283. Central Office.  ISDN cannot be provided over loops with loading coils
  284. or loops longer than 18,000 feet (5.5 km).
  285.  
  286.  
  287.  
  288. 4.0 Internet Access
  289.  
  290.  
  291. This section will outline the contrasts of access via the cable plant with
  292. respect to access via the local telephon network.
  293.  
  294.  
  295. 4.1 Internet Access Via Cable
  296. The key question in providing residential Internet access is what kind of
  297. network technology to use to connect the customer to the Internet For
  298. residential Internet delivered over the cable plant, the answer is
  299. broadband LAN technology.  This technology allows transmission of 
  300. digital data over one or more of the 6 MHz channels of a CATV cable. 
  301. Since video and audio signals can also be transmitted over other
  302. channels of the same cable, broadband LAN technology can co-exist
  303. with currently existing services.
  304.  
  305. Bandwidth
  306. The speed of a cable LAN is described by the bit rate of the modems
  307. used to send data over it.  As this technology improves, cable LAN
  308. speeds may change, but at the time of this writing, cable modems range
  309. in speed from 500 Kbps to 10 Mbps, or roughly 17 to 340 times the bit
  310. rate of the familiar 28.8 Kbps telephone modem.  This speed represents
  311. the peak rate at which a subscriber can send and receive data, during
  312. the periods of time when the medium is allocated to that subscriber.  It
  313. does not imply that every subscriber can transfer data at that rate
  314. simultaneously.  The effective average bandwidth seen by each
  315. subscriber depends on how busy the LAN is.  Therefore, a cable LAN
  316. will appear to provide a variable bandwidth connection to the Internet
  317.  
  318. Full-time connections
  319. Cable LAN bandwidth is allocated dynamically to a subscriber only
  320. when he has traffic to send.  When he is not transferring traffic, he does
  321. not consume transmission resources.  Consequently, he can always be
  322. connected to the Internet Point of Presence without requiring an
  323. expensive dedication of transmission resources.
  324.  
  325.  
  326.  
  327.  
  328.  
  329. 4.2 Internet Access Via Telephone Company
  330.  
  331. In contrast to the shared-bus architecture of a cable LAN, the telephone
  332. network requires the residential Internet provider to maintain multiple
  333. connection ports in order to serve multiple customers simultaneously. 
  334. Thus, the residential Internet provider faces problems of multiplexing
  335. and concentration of individual subscriber lines very similar to those
  336. faced in telephone Central Offices.  
  337.  
  338. The point-to-point telephone network gives the residential Internet
  339. provider an architecture to work with that is fundamentally different
  340. from the cable plant.  Instead of multiplexing the use of LAN
  341. transmission bandwidth as it is needed, subscribers multiplex the use of
  342. dedicated connections to the Internet provider over much longer time
  343. intervals.  As with ordinary phone calls, subscribers are allocated fixed
  344. amounts of bandwidth for the duration of the connection.  Each
  345. subscriber that succeeds in becoming active (i.e. getting connected to
  346. the residential Internet provider instead of getting a busy signal) is
  347. guaranteed a particular level of bandwidth until hanging up the call.
  348.  
  349. Bandwidth
  350. Although the predictability of this connection-oriented approach is
  351. appealing, its major disadvantage is the limited level of bandwidth that
  352. can be economically dedicated to each customer.  At most, an ISDN
  353. line can deliver 144 Kbps to a subscriber, roughly four times the
  354. bandwidth available with POTS.  This rate is both the average and the
  355. peak data rate.  A subscriber needing to burst data quickly, for example
  356. to transfer a large file or engage in a video conference, may prefer a
  357. shared-bandwidth architecture, such as a cable LAN, that allows a
  358. higher peak data rate for each individual subscriber.  A subscriber who
  359. needs a full-time connection requires a dedicated port on a terminal
  360. server.  This is an expensive waste of resources when the subscriber is
  361. connected but not transferring data.
  362.  
  363.  
  364.  
  365.  
  366.  
  367.  
  368.  
  369.  
  370.  
  371.  
  372.  
  373.  
  374. 5.0 Cost 
  375.  
  376. Cable-based Internet access can provide the same average bandwidth
  377. and higher peak bandwidth more economically than ISDN.  For
  378. example, 500 Kbps Internet access over cable can provide the same
  379. average bandwidth and four times the peak bandwidth of ISDN access
  380. for less than half the cost per subscriber.  In the technology reference
  381. model of the case study, the 4 Mbps cable service is targeted at
  382. organizations.  According to recent benchmarks, the 4 Mbps cable
  383. service can provide the same average bandwidth and thirty-two times
  384. the peak bandwidth of ISDN for only 20% more cost per subscriber. 
  385. When this reference model is altered to target 4 Mbps service to
  386. individuals instead of organizations, 4 Mbps cable access costs 40%
  387. less per subscriber than ISDN.  The economy of the cable-based
  388. approach is most evident when comparing the per-subscriber cost per
  389. bit of peak bandwidth: $0.30 for Individual 4 Mbps, $0.60 for
  390. Organizational 4 Mbps, and $2 for the 500 Kbps cable servicesùversus
  391. close to $16 for ISDN.  However, the potential penetration of cable-
  392. based access is constrained in many cases (especially for the 500 Kbps
  393. service) by limited upstream channel bandwidth.  While the penetration
  394. limits are quite sensitive to several of the input parameter assumptions,
  395. the cost per subscriber is surprisingly less so.
  396.  
  397. Because the models break down the costs of each approach into their
  398. separate components, they also provide insight into the match between
  399. what follows naturally from the technology and how existing business
  400. entities are organized.  For example, the models show that subscriber
  401. equipment is the most significant component of average cost.  When
  402. subscribers are willing to pay for their own equipment, the access
  403. provider's capital costs are low.  This business model has been
  404. successfully adopted by Internex, but it is foreign to the cable industry. 
  405. As the concluding chapter discusses, the resulting closed market
  406. structure for cable subscriber equipment has not been as effective as the
  407. open market for ISDN equipment at fostering the development of
  408. needed technology.  In addition, commercial development of both cable
  409. and ISDN Internet access has been hindered by monopoly control of
  410. the needed infrastructureùwhether manifest as high ISDN tariffs or
  411. simple lack of interest from cable operators.
  412.  
  413.  
  414.  
  415.  
  416. --------------------------------------------------------------
  417.