Реферат: М. А. Бонч-Бруевича Кафедра опдс бочелюк Т. В., Доронин Е. М. «Назначение и примеры использования интегрированного устройства абонентского доступа Flexdsl fg-pam-san-4Eth-R, V1 в компьютерных сетях» Учебное пособие

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Кафедра ОПДС


Бочелюк Т.В., Доронин Е.М.


«Назначение и примеры использования интегрированного устройства абонентского доступа FlexDSL FG-PAM-SAN-4Eth-R, V1 в компьютерных сетях»


Учебное пособие

(электронная версия)


Санкт-Петербург

2008


СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………….4

1. Развитие телекоммуникаций в России ………………………………………..5

1.1. Сетевое передающее оборудование ……………………………………....6

2. Общее понятие о технологиях xDSL …………………………………………..9

2.1. Технология ADSL – Asymmetric DSL (Асимметричная DSL) ……….....9

2.2. Технология IDSL – ISDN Digital Subscriber Line – цифровая

абонентская линия ISDN …………………………………………………..13

2.3. Технология HDSL – High-bit rate DSL (Высоко-скоростная DSL) ……..14

2.4. Технология G.shdsl ………………………………………………………...16

2.5. Основные причины ограничения скорости и дальности передачи

информационного сигнала ………………………………………………..20

3. Алгоритмы модуляции xDSL ………………………………………………….23

3.1. Алгоритм модуляции 2B1Q ……………………………………………….23

3.2. Алгоритм модуляции CAP ………………………………………………...24

3.3. Алгоритм модуляции 2B1Q ……………………………………………….27

3.4. Алгоритм модуляции ТС-РАМ ……………………………………….......28

4. Объединение локальных вычислительных сетей. Доступ в Интернет ……..29

4.1. Структура стека протоколов TCP/IP ………………………………….......29

4.2. Назначение адресов в сетях TCP/IP ……………………………………....31

4.3. Автоматическое назначение IP-адресов ………………………………….34

4.4. Объединение локальных сетей при помощи мостов ………………….....34

4.5. Объединение сетей при помощи маршрутизаторов ……………………..44

4.5.1. Составляющие маршрутизации ……………………………………..44

4.5.2. Передача информации по сети, коммутация ……………………….46

4.6. Алгоритмы маршрутизации, протокол RIP …………………………........47

4.7. Доступ из ЛВС в Интернет, NAT ……………………………………........49

5. Назначение модема ……………………………………………………………51

5.1. Основные особенности …………………………………………………...51

5.2. Описание устройства ……………………………………………………..52

5.2.1. Общие сведения о функционировании …………………………...52

5.2.2. Режимы работы …………………………………………………….54

5.2.3. Описание светодиодов …………………………………………….56

5.2.4. Конструкция ……………………………………………………......57

6. Примеры использования устройства абонентского доступа

FG – PAM – SAN – 4Eth – R, V1 ……………………………………………..58

6.1. Высокоскоростной доступ по модему

FG – PAM – SAN – 4Eth – R, V1 …………………………………………58

6.2. Организация доступа в Internet в корпоративных сетях ………………59

6.3. Устройство абонентского доступа фирмы ZyXEL ……………………60

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………….62

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ …………………………......62

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Список сокращений …………………………………….63


ВВЕДЕНИЕ

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации являются в современном обществе самыми востребованными ресурсами.

Стремительное развитие сетевых технологий породило небывалое многообразие сетевых устройств, предлагаемых десятками производителей оборудования. Рынок сетевого оборудования становится всё более разнообразным. На смену одним устройствам приходят новые, ещё более совершенные.

Сегодня сети представляют собой функциональную структуру, включающую в себя широкий ассортимент сетевого передающего оборудования. Одно сетевое оборудование усиливает передаваемый сигнал, позволяя ему достигнуть других помещений или зданий. Другое оборудование маршрутизирует, направляет сигнал из одной сети в другую в масштабах предприятия или глобальной сети. Третий тип оборудования преобразует данные, позволяя передавать их между сетями различного типа. Так же наблюдается тенденция к интеграции оборудования.

Специфика подготовки специалистов в области телекоммуникаций в высших учебных заведениях связи подразумевает наличие у студентов знаний по всем вопросам, охватывающим телекоммуникационную область, будь то оборудование для организации каналов передачи данных или технологии, по которым данные передаются.

В учебном курсе рассмотрены назначение и примеры использования интегрированного устройства абонентского доступа FlexDSL FG-PAM-SAN-4Eth-R, V1 в компьютерных сетях.

Учебный курс рекомендуется студентам при подготовке по дисциплинам «Системы документальной электросвязи», «Компьютерные сети передачи данных» и «Интернет-технологии».


1. Развитие телекоммуникаций в России

Точкой отсчета современных телекоммуникаций России можно назвать 1991 год, когда в стране начался переход к новым экономическим и политическим отношениям. На смену тоталитарному государству пришло демократическое, жесткая плановая экономика сменилась рыночными отношениями. Реформе подверглись все сферы хозяйственного комплекса страны. В отрасли связи и информатизации Российской Федерации также произошли кардинальные изменения.

Россия уверено шагнула в мировое сообщество: в кратчайшие сроки были освоены современные технологии и большинству жителей страны обеспечен широкий набор современных услуг связи.

В кратчайшие сроки были реализованы крупнейшие проекты, такие как комплекс – Трансроссийская линия связи. Его строительство позволило увеличить количество международных каналов в 30 раз. Были построены волоконно-оптические линии на Данию, Турцию, Японию, Южную Корею, Китай. Это тоже было совершенно новое явление для России: страна через ВОЛС получила доступ к крупнейшим мировым узлам связи.

По оценкам Мининформсвязи России, в стране на конец 2005 года насчитывалось 5 млн. пользователей широкополосного доступа, т.е. доступа со скоростью не менее 2 Мбит/с. Основной технологией, применяемой в России в этих целях, по мнению министерства, является технология DSL.

В 2005 году впервые число пользователей, подключенных в Москве к сети Интернет по широкополосным каналам, превысило число пользователей, подключенных по телефонной линии с помощью модема. Начало 2006 года ознаменовалось активизацией деятельности компаний, оказывающих услуги широкополосного доступа. Рост числа пользователей Интернет в России отражён в табл. 1.1 [1].


Таблица 1.1

Наименование показателей

Число пользователей Интернет в России

По данным мининформ связи

По данным фонда «Общественное мнение»

По данным ROMIR Monitoring

По данным SeoSpider

Число пользователей Интернет (млн.) 2003г.

12,0

11,6

12,2

8,8

Число пользователей Интернет (млн.) 2004г.

18,5

14,2

14,4

10,6

Число пользователей Интернет (млн.) 2005г.

22,0

20,1

18,9

16,5


1.1. Сетевое передающее оборудование

Сеть доступа состоит из системы мультиплексоров доступа в центральном узле (DSLAM) и DSL-модемов в помещении потребителя, соединенных абонентской линией.

Узел доступа выполняет следующие функции: окончание абонентских линий DSL; концентрация/мультиплексирование абонентских линий DSL в региональную широкополосную сеть. Мультиплексор доступа цифровых абонентских линий объединяет трафик большого количества абонентских телефонных линий. С мультиплексора доступа данные в виде пакетов передаются в сеть Интернет и поступают по назначению.

Абонентское оборудование DSL можно разбить на две основные категории: мосты и маршрутизаторы. Мост — это устройство с низким уровнем интеллекта, имеющее входной порт Ethernet и выходной порт DSL, поэтому мосты могут представлять интерес только при подключении сетей, где уже есть средства маршрутизации и защиты трафика. Маршрутизаторы DSL — это обычные сетевые маршрутизаторы с дополнительными платами DSL. Они, со временем, стали обладать рядом специфических возможностей, от которых зависит их стоимость и степень пригодности для нужд конкретного пользователя. К числу таких возможностей относятся: наличие достаточного числа портов Ethernet; гибкое управление IP-адресами с помощью преобразования сетевых адресов (Network Address Translation, NAT) и сервиса DHCP и др.

На абонентской стороне линии, идущие от телефонных аппаратов и, например, компьютеров, подключаются к устройству интегрированного доступа, позволяющего преобразовать аналоговый сигнал телефонной связи в цифровую форму, объединить его с данными, поступающими от компьютеров, и все это передать в виде цифрового высокочастотного сигнала на телефонную станцию.

С развитием технологий xDSL развиваются и сетевые устройства. Так, например, интегрированное устройство абонентского доступа FlexDSL FG-PAM-SAN-4Eth-R, V1 разработанное фирмой НАТЕКС – это сетевое устройство, в некоторых случаях исполняющее функции моста, а в других случаях – функции маршрутизатора. Например, такое устройство может работать как мост для определенных протоколов, таких как NetBEUI (поскольку тот является немаршрутизируемым), и как маршрутизатор для других протоколов, например, для TCP/IP. Устройство может выполнять следующие функции:

эффективно управлять пакетами в сети со многими протоколами, включая протоколы, которые являются маршрутизируемыми, и протоколы, которые маршрутизировать нельзя;

уменьшать нагрузку на каналы, изолируя и перенаправляя сетевой трафик;

соединять сети;

обеспечивать безопасность некоторых фрагментов сети, контролируя доступ к ним.

Функции (маршрутизация или пересылка), выполняемые устройством по отношению к некоторому протоколу, зависят от двух причин:

от директив сетевого администратора, заданных для этого протокола;

от того, содержит ли входящий фрейм данные о маршрутизации (если не содержит, то пакеты этого протокола обычно пересылаются во все сети).

Таким образом, сетевое оборудование продолжает развиваться с каждым днём. Разобраться во всём многообразии устройств и выполняемых ими функций даже специалисту достаточно сложно [2].

Учебное пособие в доступной и наглядной форме позволяет познакомиться с новым представителем сетевого оборудования – устройством абонентского доступа FG–PAM–SAN–4Eth– R, V1.

Расшифровка названия:

FG – PAM – признак семейства FlexDSL PAM;

SA – Stand Alone – компактный настольный модуль;

N – NTU – модуль сетевого окончания – предназначен для установки на узлах потребителей услуг;

4Eth – 4 интерфейса Ethernet 10 Base-T, разъём RJ-45;

R – функция встроенного маршрутизатора, поддержка DHCP, NAT, RIP;

V1 – версия.

Таким образом, FG – PAM – SAN – 4Eth – R, V1 – модуль FlexDSL, 1*PAM, Stand Alone, NTU, локальное, сетевой интерфейс 4*Ethernet, “bridge/router”, версия V1.

Производитель фирма НАТЕКС [3].


2. Общее понятие о технологиях xDSL

Для организации цифрового доступа на абонентском участке на первый план выходит семейство технологий xDSL, позволяющее не создавая новой инфраструктуры сети, успешно использовать старую. С разработкой концепции DSL значительно изменилась идеология развития сетей связи. Если раньше широко бытовало мнение, что довести «цифру в каждый дом» можно лишь с помощью массового внедрения оптических кабелей, то после практического использования технологий DSL у операторов связи появилась уверенность в том, что существующая сеть медных кабелей связи ещё долго останется той основой, на которой строится вся телекоммуникационная инфраструктура.

Существует много технологий высокоскоростной передачи данных, объединённых общим названием xDSL (Digital Subscriber Line или ЦАЛ, Цифровая Абонентская Линия, x – префикс, определяющий конкретный тип технологии DSL). Передача речи, подключение компьютеров, объединение локальных сетей, дистанционное обучение и т.п. – всё это возможно при использовании одной их технологий DSL. Применение DSL позволяет перейти на новый технологический уровень использования медных линий, обеспечивающий пропускную способность для любого из предлагаемых пользователю приложений. При этом может быть организована не только выделенная линия с двумя модемами (при использовании HDSL), но и цифровая АЛ, соединяющая станцию с модемом пользователя (ADSL или VDSL) при сохранении возможности использования АЛ для аналоговой телефонии [4].

2.1. Технология ADSL – Asymmetric DSL (Асимметричная DSL)

Технология ADSL разработана в Северной Америке в середине 1990-х годов для предоставления услуг, требующих асимметричной передачи данных (например, видео по запросу, при котором передаётся большой объём данных в сторону пользователя и существенно меньший в противоположную сторону). Для предоставления этих услуг требуется очень высокое качество передачи (коэффициент битовых ошибок BER не менее 10-9), потому что используется передача видеоданных в стандарте MPEG, характеризующимся очень высоким коэффициентом сжатия и низкой избыточностью, когда даже единичные ошибки оказывают значительное влияние на качество изображения. Это потребовало использования метода упреждающей коррекции ошибок FEC и чередования данных, которые никогда не рассматривались по отношению к IDSL или HDSL. Расплачиваться пришлось увеличением времени ожидания. Именно поэтому ранние системы ADSL имели задержку в 20 мс, а в IDSL и HDSL задержки не превышали 1,25 мс.

Полоса частот, используемая для восходящего (от абонента к сети) потока данных в ADSL, значительно уже полосы нисходящего потока (от сети к абоненту). Скорости нисходящего и восходящего потоков изменяются и зависят от длины абонентской телефонной линии и уровня шумов. Обычно скорость передачи восходящего потока колеблется от нескольких сотен кбит/с до 1 Мбит/с. Используя технологию ADSL, при длине линии до 3 км может быть достигнута скорость передачи более 8 Мбит/с в нисходящем направлении, для длины линии 6 км - 1,5 Мбит/с, скорости 52 Мбит/с соответствует длина линии порядка 300 метров, а скорости 13 Мбит/с - примерно 1,5 км. Эта зависимость отражена в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Длина линии

Скорость передачи

в нисходящем направлении

6 км

1,5 Мбит/с

3 км

8 Мбит/с

1,5 км

13 Мбит/с

300 м

52 Мбит/с



Оптимальной для ADSL является абонентская линия длиной 3,5 - 5,5 км при толщине проводов 0,5 мм. Для этой цели используется метод FDD - частотное разделение сигналов для обеспечения дуплексной связи, позволяющий выделить одну полосу частот для восходящего потока данных, а другую – для нисходящего потока. Это позволяет расширить используемую полосу частот приблизительно до 1 МГц. В некоторых вариантах ADSL используется подавление эхо-сигналов, что позволяет еще лучше использовать доступный спектр частот, перекрывая часть диапазона, занятого нисходящим потоком данных, передачей данных в восходящем направлении.

Технология ADSL (рис. 2.1) отличается тем, что позволяет использовать ту же самую пару проводов для традиционной телефонной связи. Это реализуется за счет использования специальных устройств разделения сигналов – сплиттеров, устанавливаемых на окончаниях действующей телефонной линии - один на АТС, другой у пользователя.



Рис. 2.1. Технология ADSL

В технологии ADSL используются специально созданные алгоритмы цифровой обработки сигнала, усовершенствованные аналоговые фильтры и аналого-цифровые преобразователи. Телефонные линии большой протяжённости могут ослабить передаваемый высокочастотный сигнал, например, на частоте 1 МГц (что является обычной скоростью для ADSL) на величину до 90 дБ. Это заставляет аналоговые системы модема ADSL работать с достаточно большой нагрузкой, позволяющей иметь большой динамический диапазон и низкий уровень шумов.

На рис. 2.2 показан пример использования метода FDD для разделения восходящего и нисходящего потоков данных и применение сплиттера. При этом фильтр верхних частот может находиться на входе блока сетевого окончания ADSL. К абонентскому сплиттеру подключаются обычный аналоговый телефон и модем ADSL, который в зависимости от исполнения может выполнять функции маршрутизатора или моста между локальной сетью и маршрутизатором провайдера. При этом работа модема абсолютно не мешает использованию телефонной связи, существующей независимо от того функционирует ли линия ADSL [4].





Рис. 2.2. Метод FDD для разделения потоков

ADSL продолжает развиваться, уже существуют различные её варианты, такие как RADSL и ADSL G.lite.

RADSL (Rate Adaptive DSL, DSL с адаптивной частотой), по сути, является модификацией ADSL, с той разницей, что способна динамически регулировать скорость передачи в зависимости от длины, качества и зашумлённости линии. Технология RADSL позволяет работать на расстояниях, превышающих ограничения ADSL, с допустимой для Интернета скоростью и надёжностью.

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

2.2. Технология IDSL – ISDN Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия ISDN

Раньше всех появилась технология U интерфейса ЦСИО, обеспечивающая дуплексную передачу со скоростью 160 кбит/с по одной паре симметричного кабеля (рис. 2.3). Сокращение DSL изначально использовалось именно по отношению к обеспечению базового доступа к ЦСИО. Затем эта технология получила название IDSL (ISDN Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия сети связи с интеграцией услуг IDSN (Integrated Service Digital Network)). Международные стандарты IDSL в основном определяют аспекты передачи физического уровня для U интерфейса ЦСИО. Передача данных при использовании IDSL осуществляется по двум каналам B и по каналу D, по которому со скоростью 16 кбит/с передаются сигналы управления и служебная информация, иногда он может использоваться для пакетной передачи данных. Это обеспечивает пользователю возможность доступа со скоростью 144 кбит/с, Дополнительный служебный канал в 16 кбит/с предоставляется для ЕОС (встроенного эксплуатационного канала), предназначенного для обмена информацией (например, статистики работы линии передачи данных) между линейным окончанием и сетевым окончанием. Обычно встроенный эксплуатационный канал недоступен конечному пользователю. Дополнительные 32 кбит/с используются для обеспечения синхронизации и служебных функций. Таким образом, общая линейная скорость составляет 192 кбит/с.



Рис. 2.3. Концепция IDSL

Большинство модемов IDSL используют компенсацию эхо-сигналов, позволяющую организовать полностью дуплексную передачу на скорости 160 кбит/с по одной ненагруженной паре телефонных проводов и четырехуровневый линейный код РАМ (амплитудно-импульсная модуляция, прямая, немодулированная передача), известный как 2BIQ. Трансиверы IDSL с эхоподавлением позволяют использовать полосу частот примерно от 10 до 100 кГц, а пик спектральной плотности мощности систем DSL, базирующихся на методе 2B1Q, находится в районе 40 кГц с первым спектральным нулем на частоте 80 кГц. Системы IDSL выгодно отличаются тем, что могут использоваться на длинных телефонных линиях, и их использование допускает большая часть абонентских линий. Данная технология применяется в течение значительного времени и за последние годы достигнуто улучшение рабочих характеристик трансиверов. IDSL широко распространена и кроме ЦСИО, применяется для создания оборудования уплотнения АЛ на ограниченное расстояние (short-range), однако возможности IDSL ограничиваются только передачей данных [4].

2.3. Технология HDSL – High-bit rate DSL (Высоко-скоростная DSL)

Следующей в ряду xDSL и наиболее распространенной в настоящее время, является технология высокоскоростной цифровой абонентской линии HDSL (High Data-Rate Digital Subscriber Line). Стандарт HDSL основан на стандарте IDSL, Концепция HDSL разработана в США. Разработчики пытались повысить тактовую частоту доступа к ISDN, чтобы увидеть, насколько далеко и быстро могут работать системы высокоскоростной передачи данных. Исследовательская работа привела к удивительному открытию. Оказывается, даже простая 4-уровневая амплитудно-импульсная модуляция РАМ позволяет работать на скоростях до 800 кбит/с при вполне приемлемой длине линии, а использование в такте передачи трех пар абонентского кабеля позволило повысить скорость до скорости первичного доступа, обеспечивая передачу потока Т1 (1,544 Мбит/с) или E1 (2,048 Мбит/с). Развитие цифровых способов обработки сигнала DSP в начале 90-х годов привели к созданию HDSL. Эта технология сочетала в себе линейное кодирование 2B1Q и сложные алгоритмы эхоподавления. Первые варианты HDSL, работающие по двум парам, были созданы в США и быстро вытеснили старые цифровые системы реализующие передачу потока Т1 скоростью 1,544 Мбит/с и имевшие рабочую дальность чуть более 1 км. Это произошло благодаря тому, что HDSL, обеспечивая большую дальность (3,5 км на проводе 0,4 мм), позволила отказаться от регенераторов и существенно снизить затраты на монтаж и эксплуатацию вновь вводимых линий.

В Европе получили распространение варианты HDSL, обеспечивающие передачу потока Е1 (2048 кбит/с). Сначала появился вариант, который для получения большей скорости при той же дальности использовал три кабельных пары (рис. 2.4). При этом скорость передачи по каждой из них была та же, что и у американского варианта (748 кбит/с). Затем стандартизован двухпарный вариант, у которого скорость по каждой из пар выше (1168 кбит/с).



Рис. 2.4. Концепция HDSL

Оборудование HDSL в основном предназначено для применения в корпоративных сетях. Отсутствие поддержки аналоговой телефонной линии компенсируется возможностью передачи речи в цифровом виде через интерфейсы Е1 [4].

2.4. Технология G.shdsl

В 1998 г. в МСЭ-Т стандартизована технология single pair HDSL, SHDSL, т.е. однопарная, предназначенная для двунаправленной передачи потоков 2048 кбит/с по двухпроводной линии на расстояние до 3 км. Иногда, что не совсем верно, название SHDSL расшифровывают как Symmetric DSL, подчеркивая тем самым симметричность потоков информации. Стандарт G.991.2, описывающий эту технологию, назван G.shdsl и утвержден в 2001 г, его европейской версией является спецификация TS 101 524.

В основу SHDSL были положены основные идеи HDSL2, при этом была поставлена задача, используя те же способы линейного кодирования, что и в HDSL2, снизить взаимное влияние на соседние линии ADSL при скоростях передачи выше 784 кбит/с. Так же предусмотрена возможность выбора скорости в диапазоне 192 - 2320 кбит/с. За счет расширения набора скоростей передачи оператор может более точно удовлетворить потребности клиентов. Кроме того, уменьшая скорость можно добиться увеличения дальности в тех случаях, когда установка регенераторов невозможна. Так, если при максимальной скорости рабочая дальность составляет около 2 км (для провода 0,4 мм), то при минимальной – свыше 6 км (рис. 2.5).



Рис. 2.5. Дальность действия систем SHDSL

Кроме этого в SHDSL предусмотрена возможность использования для передачи двух пар одновременно, что позволяет увеличить скорость передачи до 4624 кбит/с. Но главное, можно удвоить максимальную скорость на реальном кабеле. По сравнению с двухпарными, однопарные варианты SHDSL обеспечивают существенный выигрыш по аппаратным затратам и, соответственно надежности изделия. Ресурс снижения стоимости составляет до 30 % для модемов и до 40 % для регенераторов – каждая из пар требует приемопередатчика HDSL, линейных цепей, элементов защиты и т.п. Исходя из основных показателей, можно сказать, что SHDSL, по сравнению с однопарным вариантом 2B1Q HDSL позволяет на 35 – 45 % увеличить скорость передачи при той же дальности или на 15 – 20% увеличить дальность при той же скорости. Кроме того, в SHDSL заложены базовые возможности для использования в сетях доступа к базовым сетям, использующим технологии передачи с ИКМ, ATM, IP, FR. Благодаря этому SHDSL имеет широкую область применения и явное преимущество по сравнению с HDSL по соотношению цена/качество услуги.

Для обеспечения совместимости оборудования разных производителей в стандарт G.shdsl инкорпорирован стандарт G.hs.bis (рек. G.844.1), описывающий процедуру инициализации соединения. Предусмотрено два варианта такой процедуры. В первом установленное на АТС линейное окончание диктует параметры соединения сетевому оборудованию клиента, во втором – оба устройства "договариваются" о скорости передачи с учетом состояния линии. Учитывая неизвестные начальные условия, при обмене данными во время инициализации для гарантированного установления соединения применяется низкая скорость передачи и один из классических методов модуляции (DPSK).

Кроме выбора скорости, G.shdsl описывает и порядок выбора протокола в процессе установления соединения. Чтобы обеспечить совместимость со всеми используемыми на сегодня услугами, формирователь потока в модеме SHDSL должен реализовать возможность работы с протоколами E1, ATM, IP, PCM, ISDN. Для обеспечения гарантированной работоспособности приложений реального времени, стандартом G.shdsl ограничена максимальная задержка данных в канале передачи (не более 500 мс). Наиболее используемыми приложениями этого вида для SHDSL являются передача голоса VoDSL во всех ее разновидностях (обычный цифровой канал телефонии, VoIP – речь через IP и VoATM – речь через ATM) и видеоконференцсвязь (рис. 2.6).



Рис. 2.6. Варианты применения SHDSL

За счет оптимального выбора протокола во время инициализации в SHDSL удается дополнительно снизить задержки в канале передачи. Например, для трафика IP устанавливается соответствующий протокол, что позволяет отказаться от передачи избыточной информации, по сравнению с пакетами IP, инкапсулированными в ячейки ATM. А для передачи цифровых телефонных каналов в формате ИКМ непосредственно выделяется часть полосы канала DSL. Стоит отметить, что упомянутые выше передача голоса и видеоконференцсвязь требуют передачи симметричных потоков данных в обе стороны. Симметричная передача необходима и для подключения локальных сетей корпоративных пользователей, которые используют удаленный доступ к серверам с информацией. Поэтому в отличие от других высокоскоростных технологий (ADSL и VDSL), SHDSL как нельзя лучше подходит для организации абонентского доступа. Так, при максимальной скорости она обеспечивает передачу 36 стандартных телефонных каналов. Тогда как ADSL, где ограничивающим фактором является низкая скорость передачи от абонента к сети (640 кбит/с), позволяет организовать лишь 9 телефонных каналов, не оставляя места для передачи данных.

Технология SHDSL находит применение, как в сфере бизнеса, так и в квартирном секторе, что создает ей высокую потенциальную ценность. Технология SHDSL может использоваться в виде встроенных линейных карт, способных передавать 2 канала В коммутируемого трафика через коммутационную сеть. Кроме обеспечения быстрого доступа в Интернет, параллельно с телефонными услугами по одной симметричной паре, назначение SHDSL состоит в том, чтобы нагрузку Интернет отделить от телефонной нагрузки. Любые другие возможности высокоскоростного доступа выводятся из коммутируемой сети в некоммутируемую сеть высокоскоростной передачи данных. Технология SHDSL может использоваться в качестве дополнения к таким технологиям доступа как HDSL, ADSL и VDSL.

Еще одна задача, которая успешно решена в SHDSL - снижение энергопотребления. Поскольку для дистанционного питания используется одна пара, важность этой задачи трудно переоценить. Еще одна положительная сторона - снижение рассеиваемой мощности. Она открывает путь к созданию высокоинтегрированного станционного оборудования.

Оборудование SHDSL предлагают даже небольшие компании. Это связано с тем, что речь идет об оборудовании, частично выполняющем требования стандарта G.shdsl. Благодаря тому, что оно реализует не все описанные в стандарте функции или делает это с использованием упрощенных нестандартных алгоритмов, оно стоит недорого. Обычно, в таких устройствах совместимость со стандартом ограничена применением линейного кодирования ТС-РАМ [2].


2.5.Основные причины ограничения скорости и дальности передачи информационного сигнала

Технологии DSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия) используют для передачи данных медные провода, которые первоначально были предназначены для подключения абонентов к АТС. При передаче информации по медным проводам различного диаметра отсутствует основной фактор, ограничивающий скорость передачи данных через АТС, - полоса частот передаваемых по линии сигналов более не ограничена диапазоном 3-4 кГц. Связь между модемами в таких случаях осуществляется по схеме точка - точка и, в общем случае, между передатчиком и приемником находится только медный провод. Следовательно, по крайней мере, теоретически, по такой линии можно передавать информацию со сколь угодно высокой скоростью. Однако реальные линии, с которыми приходится иметь дело DSL-устройствам, существенно отличаются от упрощенной математической модели и имеют ряд особенностей, без учета которых невозможно построение современной высокопроизводительной системы передачи данных.

Ослабление (затухание) сигнала

Ослабление сигналов при передаче вызвано наличием потерь в линии. Чем меньше диаметр провода и больше его длина, тем меньший уровень сигнала получит приемник. Следовательно, принятый сигнал сложнее будет распознать на фоне шума и возрастет уровень ошибок. В качестве характеристики качества принятого сигнала в системах передачи данных используют отношение сигнал/шум (Signal-Noise Ratio – SNR), которое вычисляется в децибелах (dB). Уровень сигналов принято указывать в виде отношения к милливатту, которое также вычисляется в децибелах (dBm).



Рис. 2.7. Диаграмма зависимости величины затухания сигналов от длины линии

Наиболее часто для передачи сигналов DSL используются линии с диаметром проводников 0.4 мм и 0.5 мм. На рис. 2.7 приведена диаграмма, где представлены зависимости величины затухания сигналов в линии от протяженности линии (зелёная линия – 300 м; розовая – 1000 м) и частоты передаваемого сигнала. Сплошными линиями на диаграмме отображены зависимости, которые соответствуют диаметру провода 0.5 мм, пунктирные линии соответствуют диаметру 0.4 мм.

Перекрестные помехи соседних каналов

Теоретически значение отношения сигнал/шум можно увеличить, если поднять уровень передаваемого сигнала. Однако в этом случае возрастет и уровень помех, которые данный сигнал будет давать в соседние каналы. Поэтому стандарты DSL четко определяют максимальный уровень сигнала, который может передаваться в линию - обычно этот уровень соответствует значению -13.5 dBm. Помимо электрических наводок от внешних источников электромагнитного излучения (атмосферные разряды, коммутация сильноточных цепей и т.д.), наибольшее влияние на принимаемый сигнал оказывают как раз те помехи, которые вызваны высокоскоростной передачей данных по остальным парам многожильного кабеля. В терминологии DSL такие помехи называются NEXT (Near End Cross talk). Значение NEXT увеличивается с ростом числа пар кабеля, используемых для передачи данных, и при увеличении частоты передаваемых сигналов. Обеспечение спектральной совместимости является одной из наиболее важных задач, решаемых при разработке и реализации различных алгоритмов линейного кодирования данных.

Совместное использование линии

Как было отмечено выше, технологии DSL используют для передачи данных провода, предназначенные для подключения абонентов к АТС. С точки зрения конечного пользователя, гораздо удобнее, если при использовании линии для высокоскоростной передачи данных сохраняется возможность телефонной связи по той же линии. Поэтому обеспечение совместного использования линии для передачи данных и телефонной связи является одной из важных задач, которые должны быть решены разработчиками DSL-систем передачи данных.

Способы решения проблем передачи данных по абонентской линии

Для привлечения пользователей технология должна обеспечить как можно более высокую скорость передачи данных. Однако, повышение скорости передачи ведет к снижению качества принимаемого сигнала и росту уровня помех, которые данный канал вносит в работу соседних каналов. Для решения этих проблем в совокупности применяются специальные методы линейного кодирования (алгоритмы модуляции), позволяющие передавать данные с достаточно высокими скоростями. При этом передаваемые в линию сигналы имеют такие параметры, которые обеспечивают возможность достоверного приема и не оказывают катастрофического влияния на работу соседних информационных каналов [5].


3. Алгоритмы модуляции xDSL

3.1. Алгоритм модуляции 2B1Q

Линейное кодирование 2B1Q (2 Binary 1 Quandary) было разработано для использования в качестве протокола физического уровня в точке сопряжения U BRI-интерфейса сетей ISDN. Алгоритм 2B1Q представляет собой один из вариантов реализации амплитудно-импульсной модуляции с четырьмя уровнями выходного напряжения без возвращения к нулевому уровню. Алгоритм формирования кода приведен в табл. 3.1

Таблица 3.1

Кодовая группа

Кодовое напряжение

00

- 2,5 В

01

- 0,833 В

10

+ 2,5 В

11

+ 0,833 В


Для формирования линейного кода входной информационный поток делится на кодовые группы по два бита в каждой. Положительная полярность означает, что первый бит равен 1, а отрицательная, что он равен 0. Второй бит интерпретируется как 1 при низких уровнях напряжения и как 0 при высоких уровнях.

Таким образом, закодированный в соответствии с правилами 2B1Q сигнал представляет собой последовательность скачкообразно изменяющихся напряжений с 4 возможными уровнями (рис. 3.1) [6].



Рис. 3.1. Пример формирования кода 2В1Q


3.2. Алгоритм модуляции CAP

Алгоритм амплитудно-фазовой модуляции с подавлением несущей carrier (CAP) является одним из наиболее широко используемых в настоящее время на DSL-линиях методов модуляции. Алгоритм CAP представляет собой одну из разновидностей алгоритма QAM, его особенность заключается в специальной обработке модулированного информационного сигнала перед его отправкой в линию. В процессе этой обработки из спектра модулированного сигнала исключается составляющая, которая соответствует частоте несущей QAM. После того, как приемник принимает сигнал, он сначала восстанавливает несущую частоту, а после этого - поток данных. Такие манипуляции со спектром выполняются для того, чтобы уменьшить долю неинформативной составляющей в спектре передаваемого сигнала. Это, в свою очередь, делается для того, чтобы обеспечить большую дальность распространения сигнала и уменьшить уровень перекрестных помех между сигналами, которые передаются по одному кабелю.


Описание алгоритма

Из модулированного сигнала предлагается исключить именно ту гармоническую составляющую, которая должна была использоваться для переноса полезного сигнала. Однако, если более подробно рассмотреть схему формирования сигнала, станет понятно, что алгоритм CAP в части формирования линейного кода практически ничем не отличается от классических алгоритмов гармонической амплитудной модуляции.

Синим цветом на рис. 3.2 отмечен спектр передаваемого полезного сигнала. Максимальная частота этого сигнала имеет значение fmax. Частота модулирующего колебания-носителя имеет значение fc. После выполнения процедуры гармонической амплитудной модуляции спектр полезного сигнала переносится в область частоты fc и приобретает зеркальные составляющие. На рисунке этот спектр помечен зеленым цветом. Для восстановления переданного сигнала на приемной стороне достаточно передать только одну из зеркальных компонент спектра модулированного сигнала. Гармоника с частотой fc также является компонентом спектра модулированного сигнала, однако при восстановлении сигнала без неё также можно обойтись. Теоретически, амплитуда этой гармоники несет информацию об уровне постоянной составляющей передаваемого сигнала (составляющая спектра сигнала с частотой = 0). В силу этого данная гармоника не является в полной мере информативной, и её потеря не повлияет на кач