Технология доступа xDSL

Сведения о технологиях xDSL

Скорость, которая достигнута линиями ISDN — 128 Кбит/с — уже недостаточна для обслуживания задач Internet. Сегодняшний Internet заполнен графикой, анимацией и другими приложениями, которые требуют повышенной скорости.

Телефонная линия с ее элементами ограничивает скорость передачи, поэтому требуется канал, позволяющий обход телефонных цепей и в то же время сохраняющий абонентскую линию.

Поэтому была предпринята разработка достаточно недорогой высокоскоростной цифровой технологии передачи данных по простому телефонному кабелю, DSL (Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия).

Ключевые преимущества технологий xDSL:

Эти преимущества определили технологии xDSL в качестве самого эффективного средства широкополосного доступа к сетевым услугам.

В таблице 13.1 приведены некоторые из распространенных технологий xDSL и их основные характеристики.

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line — асимметричная цифровая абонентская линия): вариант DSL, позволяющий передавать данные пользователю со скоростью до 8,192 Мбит/с, а от пользователя — со скоростью до 768 Кбит/с.

ADSL G.lite — вариант ADSL, имеющий как асимметричный режим передачи с пропускной способностью до 1,536 Мбит/с от сети к пользователю и со скоростью до 384 Кбит/с от пользователя к сети, так и симметричный режим передачи со скоростью до 384 Кбит/с в обоих направлениях передачи.

IDSL (цифровая абонентская линия ISDN) — недорогая и испытанная технология, использующая чипы цифровой абонентской линии основного доступа BRI ISDN и обеспечивающая абонентский доступ со скоростью до 128 Кбит/с.

HDSL (High Speed Digital Subscriber Line) — высокоскоростная цифровая абонентская линия): вариант хDSL с более высокой скоростью передачи, который позволяет организовать передачу со скоростью более 1,5 Мбит/с ( стандарт США Т1) или более 2 Мбит/с (европейский стандарт Е1) в обоих направлениях обычно по двум медным парам.

SDSL (Simple Digital Subscriber Line — симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, работающая по одной паре); известны две модификации этого оборудования: MSDSL (многоскоростная SDSL) и HDSL2, имеющие встроенный механизм адаптации скорости передачи к параметрам физической линии.

VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) — технология хDSL, обеспечивающая скорость передачи данных к пользователю до 52 Мбит/с.

Технология ADSL

Технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) — это новая высокоскоростная технология, которая решает проблему пропускной способности абонентской линии ТфОП ("последней мили") — линии связи между поставщиком и потребителем услуг сетей передачи данных. Асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL) является наиболее популярной технологией DSL.

Технология ADSL представляет собой платформу для доставки широкополосных услуг, поддерживающую большой набор приложений (высокоскоростной доступ в Internet, телеконференции, виртуальные частные сети и мультимедиа), которые требуют широкой полосы пропускания. Слово "асимметричная" в названии технологии означает несимметричность потока данных в направлениях "сервер-пользователь" (downstream) и "пользователь-сервер" (upstream).

ADSL позволяет установить большую скорость передачи данных в направлении от сервера к потребителю. Такой обмен наиболее эффективен при доступе к мощным информационным ресурсам сетей Internet, видео по требованию, удаленному доступу к локальной вычислительной сети центрального офиса. Такой режим работы ADSL учитывает главную особенность сети Internet, в соответствии с которой информационный поток от сети к пользователю, содержащий программы, графику, звук и видео, существенно превышает информационный поток от пользователя к сети, который обычно формируется нажатием клавиши клавиатуры или щелчком мыши. Скорость передачи данных к пользователю обычно составляет от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с. Скорость передачи данных от пользователя обычно составляет от 64 Кбит/с до 1,5 Мбит/с (см. таблицу 13.1). В большинстве случаев пользователи посылают лишь запрос на предоставление ресурса, в ответ получая большой объем информации.

Принципы работы ADSL

На рис. 13.1 приводится принцип включения ADSL — оборудования к абонентскому и станционному оборудованию.

Применение ADSL предполагает установку модема на обоих концах абонентской телефонной линии на АТС и у абонента. На абонентской линии он называется ADSL модем, на станционной стороне – это оборудование мультиплексора ADSL. Для частотного разделения сигналов по обе стороны бывшей телефонной линии устанавливаются "сплиттеры"". Сплиттеры – это пассивные элементы, сделанные на основе двух фильтров :одного – высоких частот, а другого низких частот. Сплиттеры для своей работы не требуют электропитания. Поэтому даже в условиях отключения электропитания телефонная связь продолжает работать без сбоя. Линия представляет витую пару медных проводников. В случае использования обычно телефонной линии телефонная связь передается в диапазоне от 300 до 3400Гц, ADSL занимает частоты, начиная с 30 кГц. При использовании линии ISDN данные ISDN передаются в диапазоне до 80 кГц, ADSL занимает частоты, начиная с 138 кГц. Используя диапазон частот линии, с помощью частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing, FDM) или эхоподавителей модемы создают несколько каналов. FDM разделяет диапазон на две части: одна — для доставки информации к пользователю, а другая — для передачи запросов. Канал доставки разделяется, в свою очередь, на несколько низко­ и высокоскоростных каналов посредством временного мультиплексирования. Для обеспечения передачи в прямом и обратном направлении применяются дифференциальная система и эхокомпенсаторы, рассмотренные в лекции 6, аналогично тому, как это делается в случае аналоговых абонентских линий. Линии ADSL предусматривают несколько вариантов модуляции. В 1993 году Американский национальный институт стандартов (ANSI) принял для использования вариант "дискретной многотональной модуляции" (Discrete MultiTone, DMT) в качестве стандартной для ADSL. Она была рассмотрена ранее в этой главе. Обоснованием такого решения является то, что DMT не имеет проблем с сильными искажениями на медных линиях на определенных диапазонах частот.

Применение DMT, использующей несколько несущих, т.е. нескольких каналов с узкой полосой предполагает следующие преимущества:

По стандарту ANSI система ADSL использует 256 частотных каналов для потока в одну сторону (downstream) и 32 канала для передачи в другую сторону (upstream) данных. Эти каналы в полосе частот расположены непосредственно рядом друг с другом, ширина полосы каждого составляет соответственно 4,3125 КГц. Влияние шума на линии связи зависит, как правило, от частоты, поэтому он влияет только на часть спектра. Благодаря тому, что ADSL разделяет канал на множество индивидуальных интервалов по 4 КГц и использует каждый из них в полном объеме, данная технология эффективно оперирует всем доступным диапазоном частот.

Альтернативой DMT является амплитудно-фазовая модуляция без несущей (Carrierless Amplitude/Phase, CAP). Этот вид модуляции был также рассмотрен в предыдущих разделах этой главы.

ADSL-модемы имеют в своем распоряжении, как правило, так называемый splitter — разделитель, который обеспечивает возможность одновременного разговора по телефону и передачи данных.

Сплиттер представляет собой фильтр низких частот, который предназначен для разделения низкочастотного сигнала обычной телефонной связи (спектр речевых сигналов) и высокочастотного сигнала ADSL. Чтобы обычная телефонная связь могла осуществляться по стандартной общепринятой схеме, сплиттер должен представлять собой пассивное устройство, не требующее питания. В ADSL сплиттеры должны устанавливаться на телефонной линии как на стороне абонента, так и на стороне телефонной станции. Конструктивно сплиттер представляет собой блок, имеющий три гнезда: одно для подключения модема ADSL, другое для подключения телефонного оборудования, а третье для подключения к линии ADSL. В помещении пользователя сплиттер позволяет подключить к одной линии и компьютер, и телефонное оборудование. Он осуществляет разделение спектра сигнала, поступающего по линии DSL, поэтому по одной линии могут передаваться и компьютерные цифровые сигналы, и аналоговые сигналы телефонной связи ( т.е. человеческий голос). Такой же блок сплиттера устанавливается и на телефонной станции и позволяет разделить цифровые и аналоговые сигналы уже на другом конце абонентской линии. Далее аналоговый сигнал подается на коммутационное оборудование телефонной связи, а цифровой сигнал — на мультиплексор доступа DSLAM.

На реальную пропускную способность цифровых абонентских линий влияют следующие факторы:

Примерная скорость связи в зависимости от расстояния при сечении провода 0,4 мм и указана в табл. 13.2 [13.17].

Подводя итоги, можно отметить следующие преимущества ADSL:

Принципы работы HDSL

HDSL (высокоскоростная цифровая абонентская линия) обеспечивает симметричную высокоскоростную передачу данных. Среди технологий xDSL HDSL получила наиболее широкое распространение. В отличие от других технологий xDSL, в большинстве случаев HDSL обеспечивает скорость передачи данных 1,5 Мбит/с или 2 Мбит/с в обоих направлениях на расстояния, зависящие от типа применяемого кабеля. Указанные скорости передачи данных соответствуют стандартам Т1 и Е1, и, следовательно, основной сферой использования HDSL являются соединительные линии местных телефонных сетей или выделенные линии связи Т1/Е1 в тех местах, где велика плотность абонентов­организаций (например, в офисных зданиях), когда HDSL используется в качестве замены оборудования первичных ЦСП для передачи цифровых потоков Т1 или линий Е1. Благодаря применению более эффективных линейных кодов 2B1Q и САР, а также метода эхокомпенсации, протяженность линии HDSL в 2-3 раза превышает длину регенерационного участка первичных ЦСП типа Т1/Е1, что позволяет отказаться от применения регенераторов при использовании HDSL на соединительных линиях между АТС местной сети. Для организации выделенных линий большой протяженности в различных модификациях оборудования HDSL предусмотрена возможность применения дистанционно питаемых трех-четырех регенераторов. В настоящее время технология HDSL является наиболее опробованной и широко используемой технологией DSL. Ниже в таблице 13.3 приведены характеристики некоторых типов систем HDSL.

Принципы работы VDSL

VDSL открывает новые возможности в двух ключевых областях:

В обоих случаях VDSL в качестве конечного участка линии передачи использует существующие телефонные линии. При этом данные в существующие телефонные линии будут передаваться от коммутационной сетевой станции по оптико-волоконному кабелю до сетевой стороны узла доступа. К абонентской стороне узла доступа будут подключены существующие медные абонентские линии (АЛ). При длине медного участка абонентской линии порядка 300 метров VDSL обеспечивает скорость передачи данных, более чем в шесть раз превышающую максимально возможную скорость передачи данных ADSL. VDSL (Very-High Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) является более высокой ступенью "лестницы скорости" по сравнению с ADSL. Однако за повышение скорости передачи при использовании технологии VDSL приходится платить сокращением металлического участка смешанной медно­оптической линии абонентского доступа. Кроме того, VDSL, как упоминалось выше, имеет два режима работы: асимметричный и несимметричный. Именно в этом заключается ключевое различие между VDSL и ADSL, представляющей собой асимметричную систему.

При передаче на короткое расстояние VDSL может обеспечить скорость передачи данных в сторону пользователя до 52 Мбит/с. Это несравнимо с той скоростью передачи данных в сторону пользователя, которую может обеспечить ADSL, а именно 8 Мбит/с.

Что же касается скорости передачи данных от пользователя, то асимметричная версия VDSL обеспечивает скорость передачи данных, значительно более низкую, чем при передаче в сторону пользователя, но и эта скорость будет выше, чем та, что обеспечивает система ADSL.

Идеальными областями использования VDSL являются следующие:

VDSL (Very-High Digital Subscriber Line — сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) — это практически то же самое, что и ADSL. Однако, в отличие от ADSL, VDSL может работать в асимметричном, но и в симметричном режиме. По сравнению с ADSL VDSL имеет значительно более высокую скорость передачи данных: от 13 до 52 Мбит/с, в направлении от сети к пользователю, и от 1,5 Мбит/с от пользователя к сети при работе в асимметричном режиме. Максимальная пропускная способность линии VDSL при работе в симметричном режиме составляет примерно 26 Мбит/с в каждом направлении передачи. В зависимости от требуемой пропускной способности и типа кабеля длина линии VDSL лежит в пределах от 300 метров до 1,3 км.

Предоставление пользователю столь высоких пропускных способностей возможно только в смешанной медно­оптической сети доступа, в которой традиционная сеть доступа на металлических кабелях будет мигрировать по мере появления новых приложений и связанного с этим увеличения числа пользователей, нуждающихся в столь высоких пропускных способностях технологии VDSL.

Такая сеть доступа будет практически состоять из двух участков: участка на оптическом кабеле от коммутационного узла до узла доступа и участка на медном кабеле от узла доступа до помещения пользователя.

Эволюционная стратегия увеличения пропускной способности линий абонентского доступа путем введения в сеть абонентского доступа оптических кабелей носит название FITL (Fiber In The Loop — буквально "оптическое волокно в абонентской линии"). В зависимости от конкретных условий могут применяться различные способы FITL — от FTTA до FTTZ:

FTTA (Fiber To The Apartment) — доведение оптического кабеля волокна до квартиры жилого дома;

FTTB (Fiber To The Building) — доведение оптического кабеля волокна до здания;

FTTC (Fiber To The Curb) — доведение оптического кабеля до места установки кабельного шкафа;

FTTH (Fiber To The Home) — доведение оптического кабеля до жилого дома;

FTTO (Fiber To The Office) — доведение оптического кабеля до офиса;

FTTOpt (Fiber To The Optimum) — доведение оптического кабеля до оптимальной для оператора и/или пользователя точки;

FTTR (Fiber To The Remote) — доведение оптического кабеля до удаленного пользователя, концентратора, мультиплексора или УПАТС;

FTTZ (Fiber To The Zone) — доведение оптического волокна до центра некоторой зоны абонентского доступа.

По этой причине VDSL рассматривается (по сравнению с другими технологиями xDSL) как технология будущего. Эта технология получит широкое применение только тогда, когда такая высокая скорость передачи (и, соответственно, широкая полоса частот) потребуется на практике, причем с развитием технологии FTTC (Fiber to the Curb), когда оптико-волоконный кабель будет подведен почти до каждого абонента. Кроме того, жесткое ограничение расстояния работы VDSL не позволяет во многих случаях использовать данную технологию (кроме условий высокой плотности передачи данных).

Сохранение участка металлического кабеля в смешанной медно­оптической среде доступа объясняется еще и тем, что замена металлического кабеля оптическим на последних нескольких сотнях метров абонентской линии требует больших затрат, поскольку, во-первых, этот последний участок является индивидуальным для каждого абонента и, во-вторых, необходима полная замена абонентской проводки в помещении каждого пользователя.

Принципы работы RDSL

В ближайшее время станут выигрывать аппаратные платформы, которые реализуют возможность использования всех основных технологий в рамках единой системы. Именно они позволят оператору выбирать для подключения абонента ту xDSL-технологию, которая оптимально подходит для существующих условий и решаемых задач.

Одна из них — технология RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения) позволяет адаптироваться к постоянно изменяющимся характеристикам абонентской линии. Фактически, RADSL способна адаптироваться к изменениям характеристик линии в процессе появления этих изменений.

В принципе под RADSL понимается любой xDSL-модем, имеющий функцию автоматической подстройки скорости соединения. Такой модем может автоматически настраивать скорость передачи в соответствии с электрическими параметрами линии. Если модем подключается к протяженной линии, он автоматически понижает скорость передачи данных, обеспечивая установку соединения с наивысшей возможной скоростью передачи данных. Благодаря своей адаптивности технология RADSL устраняет большое количество проблем, которые могут возникнуть при использовании DSL. Технология RADSL призвана обеспечить гибкость в предоставлении услуг пользователям. Данная технология производит автоматическую подстройку скорости передачи данных по линии, которая базируется на проведении серии начальных тестов, позволяющих определить максимально возможную скорость передачи данных по конкретной телефонной линии. Скорость передачи данных при использовании технологии ADSL зависит от многих условий, и в первую очередь — от длины абонентской линии и типа при меняемых кабелей. Как правило, длина абонентских линий (т.е. расстояние от телефонной станции до абонента) может различаться в достаточно широких пределах, причем на длине абонентской линии часто используются кабели с проводниками различного сечения. Поэтому электрические характеристики абонентских линий (и особенно их затухание) могут иметь значительный разброс. Даже такой фактор, как изменение температуры кабеля, может влиять на допустимую скорость передачи данных, с которой может осуществляться передача по определенной телефонной линии. Так как RADSL позволяет автоматически получить максимально возможную скорость передачи данных по каждой конкретной линии, то нет необходимости в трудоёмкой ручной настройки линии ADSL.

Основными преимуществами RADSL являются:

Краткие итоги

Задачи и упражнения