1 Характеристика технологий xDSL - Разработка корпоративной сети на основе технологий xDSL

HDSL (High-bit-rate DSL), или технология высокоскоростной цифровой абонентской линии, - это первенец семейства xDSL, разработанный в конце 80-х гг. компанией Bellcore (после расчленения AT&;T - научно-исследовательский центр региональных телефонных компаний США). Данная технология начала внедряться в американских сетях связи с 1991 г. Разработка нового метода цифровой передачи была вызвана стремлением телефонных компаний США найти более дешевый способ организации цифровых трактов, служащих для выноса абонентской емкости АТС, подключения к транспортным сетям ЛС и УПАТС.

Прежде для этого использовались линии Т1 (в Европе - Е1, более известные в России как системы ИКМ-30), чья технология передачи была создана еще в начале 60-х гг. Применявшийся в этих линиях алгоритм кодирования сигналов AMI (Alternate Mark Inversion) очень неэффективно использовал частотный спектр (до 1,5 МГц), в результате чего в таких линиях происходило сильное затухание сигнала. Для преодоления больших расстояний первый регенератор приходилось устанавливать через 2 км, последующие - через каждый километр. Такие системы дороги не только при установке, но и в ходе эксплуатации. Кроме того, если во многожильном кабеле две пары выделялись под канал Т1, то обеспечить требуемое качество телефонной связи по остальным парам (а часто - и в соседних кабелях) было невозможно. Телефонным компаниям нередко приходилось отказывать клиентам в организации каналов Т1, требовавшей прокладки нового кабеля (в США не принято это делать за счет заказчика). Т. е. появилась необходимость создать более дешевое и эффективное решение. В результате появилась система, совместимая по основным параметрам с предыдущей. Однако за счет применения другого метода кодирования линии (был использован алгоритм 2B1Q, прошедший испытания в системах ISDN) и передового метода эхокомпенсации HDSL-системы позволили увеличить дальность связи без установки регенераторов (по кабелю с диаметром жилы 0,5 мм) до 6 км, т. е. в три раза. Благодаря этому преимуществу HDSL снизились не только объемы инвестиций в развитие системы связи, но и расходы на ее обслуживание. HDSL обладает и другими ценными особенностями:

    - за счет адаптивной цифровой обработки сигналов повышается качество их передачи; - потребление энергии на удаленном конце линии сокращается до такой степени, что становится возможным дистанционное питание оконечного устройства, а при длине линии более 6 км - и регенераторов; - возможна передача по двум или трем парам прямых проводов (типа ТПП) без подбора параметров и симметрирования (естественно, качество кабеля должно соответствовать общепринятым нормам). Единственным непреодолимым препятствием является пупинизированная проводка, которая не позволяет организовывать HDSL-связь. Однако, по мнению российских экспертов, пупины (катушки индуктивности) практически не используются в отечественных телефонных сетях; - отсутствие потребности в регенераторах на сравнительно больших расстояниях повышает общую надежность системы и ее производительность; - для HDSL-оборудования не требуется отдельная диагностическая аппаратура; - передовая схемотехника обеспечивает высокую устойчивость HDSL-линий к различного рода помехам, в том числе перекрестным. Производители провозглашают безошибочность передачи двоичной информации (BER) на уровне 10-7-10-11, что сопоставимо с показателями оптоволоконных линий, в которых BER составляет 10-10 (соответствует передаче одного ошибочного бита раз в неделю). При BER 10-7 ошибка происходит каждые 6-7 с.

Подобное качество передачи достигается за счет того, что сложные и высокоинтегральные сигнальные процессоры (DSP), применяемые в HDSL-устройствах (как, впрочем, и во всем остальном оборудовании семейства xDSL), все время поддерживают или восстанавливают целостность сигналов. Они создают математическую модель медного провода, благодаря чему компенсируется большинство разрушительных факторов, обусловленных этой транспортной средой. Компенсация происходит постоянно, поэтому с изменением состояния проводов или окружающей среды качество сигнала ухудшается незначительно.

Еще одно преимущество HDSL-устройств - слабое электромагнитное влияние на другие медные пары телефонного кабеля. Например, по заверению представителей НТЦ "Натекс", оборудование HDSL фирмы Schmid Telecom, в котором для передачи дискретных сигналов применяется амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей (CAP), не создающая излучения на частоте свыше 250 кГц, позволяет использовать в многожильном кабеле до 80% пар (как известно, интенсивность перекрестных помех растет с частотой сигнала).

Работа над HDSL-оборудованием продолжалась и после 1991 г. Главное внимание уделялось сокращению требуемых для передачи пар проводов при сохранении повышенной (по сравнению с системами Т1/ИКМ-30) дальности связи без регенераторов. В середине текущего десятилетия появились системы, получившие наименование Single Line Digital Subscriber Line, или SDSL (оборудование цифровой абонентской линии для одной пары проводов). В этих устройствах, как правило, используются сигнальные процессоры и специальные микросхемы (ASIC), разработанные несколько раньше для устройств асимметричной DSL. В связи со стремлением некоторых производителей и журналистов подчеркнуть симметричный характер новых устройств (передача информации осуществляется в противоположных направлениях с одинаковой скоростью) большое распространение получила и другая расшифровка аббревиатуры SDSL - Symmetrical DSL.

Со временем часть производителей начала обозначать как SDSL и оборудование, по сути таковым не являющееся (поскольку оно не обеспечивает скоростей Т1/Е1 по одной паре проводов). К этой категории относятся устройства CROCUS SDSL, DSLPipe-S и SDSL-плата для сервера доступа MAX-TNT. Реально на российском рынке представлены только три устройства SDSL: WATSON-4 фирмы Schmid Telecom и два представителя семейства HotWire (модели 8775/7975 и 7915) производства Paradyne. В них используются микросхемы компании GlobalSpan и так и не ставшая стандартом модуляция CAP. За счет преимуществ этого алгоритма кодирования линии удается легче добиться высокого быстродействия по одной паре при сохранении достаточно большой дальности связи. Основные приложения SDSL те же, что и HDSL, поэтому в дальнейшем будет использована одна аббревиатура - HDSL.

Оборудование HDSL применяется, главным образом, для подключения УПАТС к ТфОП, филиалов организаций к центральным офисам, для соединения между собой удаленных ЛС, а также для организации цифровых абонентских выносов.

MDSL (Multi Speed DSL) - отличается от HDSL тем, что предельные скорости передачи в прямом и обратном направлении могут быть снижены в зависимости от конкретного типа оборудования, кабеля и реальной протяженности абонентской линии. Оборудование способно автоматически или принудительно конфигурироваться, чтобы на конкретной абонентской линии достичь максимальной скорости передачи с минимальным коэффициентом ошибок. Как правило, использует одну пару проводов. В технологии MDSL используется линейное кодирование 2B1Q.

Преимущества:

    - высокая скорость (до 2,3 Мбит/c) - одинаковая скорость передачи данных в обоих направлениях - широкие возможности настройки под конкретную линию - простота настройки и обслуживания

Недостатки:

Более высокая стоимость оборудования

MSDSL (Multi Speed DSL) - отличается от MDSL применением CAP-модуляции. Благодаря этому достигается большая, скорость передачи данных на больших расстояниях.

SHDSL (Single Pair High-bit-rate DSL) - отличается от МDSL и MSDSL применением кодирования ТС-РАМ. Благодаря этому достигается еще большая, скорость передачи данных на еще больших расстояниях.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) - второй отпрыск семейства xDSL - разрабатывалась в начале 90-х гг., а появилась в американских телефонных сетях в 1993 г. Первоначально планировалось обеспечить с ее помощью предоставление телефонными компаниями услуг видео по запросу. С этой целью перед разработчиками была поставлена задача добиться быстродействия в 6 Мбит/с (на такой скорости возможна трансляция "живого" видео). Системы ADSL с самого начала предназначались для потребительского рынка, поэтому они должны были обеспечивать дальность связи на расстоянии до 6 км (абонентская линия такой длины позволяла охватить 80% населения США). К сожалению, современный уровень развития электроники не дает возможности удовлетворить вышеназванные требования при симметричной передаче (с одинаковой скоростью в двух направлениях). Однако для предоставления услуги видео по запросу не нужно передавать большие объемы данных в восходящем направлении (от пользователя к АТС). По расчетам американских ученых, для передачи запросов на показ того или иного фильма, а также команд управления трансляцией вполне хватает полосы пропускания в 16 кбит/с. В результате, первые ADSL-устройства работали "вниз" (в направлении пользователя) со скоростью 6 Мбит/с, а "вверх" - со скоростью 16-64 кбит/с; при этом связь обеспечивалась на требуемые 6 км.

Важной особенностью нового поколения ADSL-устройств стало появление "довеска" к ним - так называемого частотного разделителя (POTS splitter). Это дополнительное устройство (фактически, частотный мультиплексор) обеспечивает передачу в нижней части спектра транспортной среды сигнала аналоговой телефонии. Другими словами, подключив к соответствующему гнезду частотного разделителя обычный телефон, можно им воспользоваться даже в тот момент, когда один из членов семьи увлеченно бродит по Internet.

Преимущества:

    - позволяет использовать линию и для передачи данных и для обычных телефонных разговоров - высокая скорость - до 8 Мбит/c в одном направлении - широкие возможности настройки под конкретную линию

Недостатки:

    - высокая стоимость и значительная сложность оборудования (DSLAM - мультиплексор доступа) - разные скорости передачи данных в разных направлениях - сложность настройки и обслуживания оборудования провайдера - неблагоприятное влияние, оказываемое линией ADSL, на другие линии.

Затем появились устройства RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line), которые автоматически изменяют скорость обмена данными в зависимости от текущего состояния линии. При временных ухудшениях параметров телефонных проводов оборудование с фиксированной скоростью прекращало работать. Срочно были созданы устройства, которые при изменении состояния медной среды не отключаются, а понижают скорость передачи; с восстановлением прежних параметров они автоматически переходят на максимально возможную скорость. Попутно в RADSL-устройствах была решена и другая проблема.

Теперь операторы или администраторы корпоративных сетей способны изменять быстродействие модемов в каждом направлении в зависимости от финансовых возможностей и потребностей клиентов (филиалов, работающих дома сотрудников). Например, стесненному в средствах клиенту устанавливается симметричный канал 64 кбит/с. В последнее время практически все ADSL/RADSL-устройства оснащаются портом Ethernet 10Base-T. Это позволяет использовать на АТС и других узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Таким образом, перенаправление DSL-трафика в сети АТМ, frame relay или в каналы E1 не вызывает дополнительных сложностей. На объектах пользователей DSL-модемы легко подключаются к ЛС.

Ряд производителей, например Alcatel, Westell, General DataCom, начал снабжать станционные модемы и DSL-мультиплексоры (DSLAM) интерфейсами АТМ, что позволяет напрямую подключать их к ATM-коммутаторам территориально-распределенных сетей.

IDSL. В начале 1996 г. крупный американский оператор дальней связи MFS (с прошлого года - подразделение компании WorldCom) обратился к фирме Ascend с предложением возглавить разработку комплекса оборудования для телефонных линий. Он должен был стать более скоростным, по сравнению с адаптерами (CSU/DSU) цифровых коммутируемых линий на 56 кбит/с, и обеспечить доступ в Internet по выделенной линии с возможностями использования уже имеющейся аппаратуры и последующего наращивания быстродействия. Выбор партнера был не случайным: известный производитель ISDN-оборудования Ascend является давнишним поставщиком как компании MFS, так и фирмы UUNet (влившегося в MFS за полгода до этого крупного поставщика услуг Internet). У обоих операторов накопилось столько ISDN-аппаратуры, что просто невозможно было отказаться от нее и перейти на более высокотехнологичное оборудование передачи данных семейства xDSL. Руководство MFS надеялось осуществить этот переход малой кровью, поскольку, как мы выяснили выше, технология ISDN является предком xDSL.

В чем же состоит прелесть IDSL, ведь скорость передачи не увеличивается, оставаясь на прежнем уровне в 128 кбит/с? Дело в том, что продолжительность ISDN-соединений для доступа в Internet или корпоративные сети, как правило, длиннее телефонных разговоров, на которые, собственно, и рассчитаны телефонные коммутаторы. По данным научно-исследовательского центра Bellcore, доступ в глобальные и корпоративные сети увеличил обычную продолжительность телефонного соединения с 3 до 20 мин, а в отдельных случаях - и больше, вплоть до часа. IDSL освобождает телефонные коммутаторы от несвойственных им функций как раз в то время, когда все громче слышны жалобы на "закупоривание" телефонных сетей трафиком, передаваемым между компьютерами.

Кроме того, преодоление необходимости в установлении жесткого соединения между двумя ISDN-адаптерами позволит, как предполагает ряд экспертов, перейти от повременной оплаты к фиксированной. Это значительно выгоднее для активных пользователей, к которым относятся сотрудники филиалов компаний, надомные работники.

Дополнительным преимуществом решения Ascend является возможность плавного перехода от ISDN ко все более скоростным вариантам xDSL. Используя, например, сервер доступа Max TNT, может быть организованно предоставление услуг IDSL, а затем постепенное введение SDSL. Семейство новых продуктов Ascend, базирующихся на серверах доступа серии Max, получило название MultiDSL, поскольку оно обеспечивает передачу данных по разным вариантам цифровой абонентской линии, в том числе с модуляцией CAP и DMT (дискретная мультичастотная).

Преимущества:

- поддержка как синхронных, так и асинхронных интерфейсов, одинаковая скорость передачи данных в обоих направлениях, простота настройки и обслуживания, невысокая стоимость.

Недостатки:

- невысокая скорость, ограниченные возможности настройки под конкретную линию.

VDSL (Very High Speed DSL) - сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия. Данная технология является результатом естественной эволюции ADSL в сторону увеличения скорости передачи данных и использования еще более широкой полосы частот. При выборе асимметричной схемы нисходящий поток данных может составлять 13-52 Мбит/с, а восходящий поток данных 1,6 - 6,4 Мбит/с (для симметричной VDSL скорость передачи данных составляет 13 - 26 Мбит/с). Однако, максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 до 1500 метров.

Используемые термины

2B1Q (2 Binary 1 Quat) или PAM - классическое 4-уровневое кодирование, с использованием амплитудно-импульсной модуляции, применяемое на линиях ISDN. Поступающий поток информации разбивается на пары битов, и каждая пара затем преобразуется в четыре возможных уровня. Спектр линейного сигнала симметричный и достаточно высокочастотный, присутствуют также низкочастотные и постоянная составляющие. Этим объясняется невысокая помехоустойчивость данного метода.

CAP (Carrierless Amplitude and Phase modulation) - технология передачи информации без несущей, основанная на амплитудно-фазовой модуляции. Информация кодируется в фазоамплитудную матрицу во многих точках (до 128 точек). Итогом повышения информативности линейного сигнала является существенное снижение частоты сигнала и ширины спектра, что, в свою очередь, позволяет не использовать диапазоны спектра, наиболее подверженные различного рода помехам и искажениям. По сравнению с 2B1Q, системы CAP дают увеличение расстояния более чем на 20%. Кроме того, за счет узкого спектра они создают минимум помех на соседние пары проводов, что немаловажно, поскольку DSL используют существующие и работающие телефонные кабели.

TC-PAM (Trellis Coded Pulse Amplitude Modulation) - импульсная амплитудно-фазовая модуляция с кодированием треллис). Суть данного метода кодировки состоит в увеличении числа уровней (кодовых состояний) с 4 (как в 2B1Q) до 16 и применении специального механизма коррекции ошибок. При фиксированной скорости TC-PAM в сравнении с 2В1Q дает выигрыш по дальности до 15 - 20%. При фиксации длины линии, выигрыш в достижимой скорости составляет 35 - 45%. При применении на абонентских линиях, т. е. в присутствии определенной "шумовой картины", TC-PAM выигрывает по "запасу устойчивости" (параметр, прямо-пропорциональный дальности работы) также и у CAP.

DMT (Discrete MultiTone) - дискретная многочастотная модуляция, чаще всего используется в технологии ADSL. Принцип работы заключается в разделении всего спектра, в котором осуществляется передача, на ряд полос, в каждой из которых, на своей несущей частоте, осуществляется модуляция переменного числа битов (с максимальной скоростью 32 кбит/с на несущую), которое зависит от характеристик конкретной витой пары и частотного спектра помех. Благодаря этому появляется возможность оптимизации скоростей передачи и использования одного и того же модема для абонентских линий с различными характеристиками. DMT модуляция обладает следующими достоинствами:

    - оптимальное использование пропускной способности линии (оптимальное отношение сигнал/шум в зависимости от частоты) - возможность изменения скорости передачи небольшими приращениями. - гибкое регулирование спектральной плотности мощности в целях, например, исключения создания помех соседним линиям связи. - повышенная устойчивость к селективным частотным помехам. - повышенная устойчивость к импульсным шумам. - не нужен компенсатор обратной связи (отсутствует распространение ошибок).

Похожие статьи




1 Характеристика технологий xDSL - Разработка корпоративной сети на основе технологий xDSL

Предыдущая | Следующая