Технология xDSL

Введение.

xDSL (англ. digital subscriber line, цифровая абонентская линия) — это семейство технологий, позволяющих значительно повысить пропускную способность абонентской линии телефонной сети общего пользования путём использования эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений линии на основе современных достижений микроэлектроники и методов цифровой обработки сигнала.    Технологии хDSL появились в середине 90-х годов как альтернатива цифровому абонентскому окончанию ISDN.  В настоящее время термин DSL полностью потерял былую связь с линией ISDN BRI и означает технологию высокоскоростной передачи дискретных сигналов по физической линии (медным проводам). Технологии хDSL позволяют передавать данные со скоростями, значительно превышающими те скорости, которые доступны даже самым лучшим аналоговым и цифровым модемам. Эти технологии поддерживают передачу голоса, высокоскоростную передачу данных и видеосигналов, создавая при этом значительные преимущества, как для абонентов, так и для провайдеров. Более того, под DSL-линией подразумевается не просто "цифровая абонентская линия", которая организовывается на любом оборудовании. DSL - цифровая линия связи (причем не обязательно абонентская, но и соединительная или магистральная в кампусной сети), которая строится только на xDSL-устройствах, т. е. на оборудовании, основывающемся на различных видах DSL-технологии: высокоскоростной (HDSL), асимметричной (ADSL), с подстройкой скорости (RADSL) и т. д.

           

 

 

 

 

 

          1. К основным типам xDSL относятся ADSL, HDSL, IDSL, MSDSL,  MDSL, RADSL, SDSL, SHDSL, VDSL. Все эти технологии обеспечивают высокоскоростной цифровой доступ по абонентской телефонной линии. Некоторые технологии xDSL являются оригинальными разработками, другие представляют собой просто теоретические модели, в то время как третьи уже стали широко используемыми стандартами. Основным различием данных технологий являются методы модуляции, используемые для кодирования данных. Перечисленные технологии используются для организации как симметричных, так и асимметричных связей. Основные технические характеристики наиболее перспективных технологий даны в таблице 1.

 

                                              

Таблица 1. Основные характеристики технологий xDSL.

Название	Расшифровка	Скорость передачи	Режим передачи
HDSL	High data rate DSL	1,544…2,048 Мбит/с	симметричный
SDSL	Single line DSL	1,544…2,048 Мбит/с	симметричный
ADSL	Asymmetric DSL	1,5…9 Мбит/с (нисх) 16…640 Мбит/с (восх)	асимметричный
VDSL	Very high data rate DSL	13…52 Мбит/с (нисх) 1,5…2,3 Мбит/с (восх)	асимметричный

 

 

           2. 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, 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 таблице 2.

 

 

 

 

                                                  

Таблица 2. Зависимость скорости передачи от длины линии.

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 частотного разделения 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. 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. 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 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.

 

       

Рис. 2 Метод  FDD для разделения потоков.

       

   Для понимания общих принципов доведения видеоконтента до абонентов по медной телефонной паре рассмотрим следующий абстрактный пример. Допустим, в коттеджном поселке, находящемся в зоне неуверенного телевизионного приема, имеется мини-АТС, к которой подключены тысяча телефонных абонентов. Реализовать предоставление телепрограмм и доступ в Интернет по телефонной сети поселка можно с помощью технологии ADSL.

            В удобном месте поселка ставится  высокая мачта для профессиональных  телеантенн приема эфирного телевидения  и размещается 5-8 параболических  антенн для приема телепрограмм  и радиопрограмм со спутников.  Вблизи антенн в необслуживаемом  помещении устанавливается недорогая  головная станция (ГС), формирующая  сигналы 30-40 нужных телепрограмм. По коаксиальному кабелю эти  сигналы поступают в центр  управления сетью (ЦУС). От головной  станции по коаксиальной распределительной  сети можно подать сигналы  телепрограмм в некоторые дома. Это иллюстрируется на рис. 3 стрелкой  СКТ (система кабельного телевидения), но в данном примере распределение телепрограмм идет по ADSL.

 

          

 

Рис. 3. Гипотетический пример организации Triple Play-услуги.

 

          В помещении  ЦУС находятся АТС, телефонный  кросс, мультиплексор доступа  DSLAM и некая стойка с оборудованием (о котором пока преждевременно говорить, чтобы «не бежать впереди паровоза»). Назовем эту стойку УФКБИП (устройство формирования, кодирования, биллинга Интернет-потоков). В этом УФКБИП предположительно находится следующая аппаратура: транскодеры и стримеры, нужные для превращения каждой телепрограммы в IP-поток; маршрутизатор для обеспечения многоадресной (multicast) рассылки; серверы для обеспечения доступа абонентов в Интернет; видеосервер с видеоархивом (файл-сервером) для обеспечения услуги видео по требованию и услуги «виртуальный кинотеатр»; аппаратура для кодирования эксклюзивных телеканалов и видео по требованию; сервер управления системой со специализированным программным обеспечением middleware (термин будет объяснен в последующем); сервер общей системы биллинга (если таковая не включена в middleware). В помещении каждого абонента находится ADSL-модем (М) и телевизионная приставка (STB). Модем М имеет телефонный выход для подключения персонального компьютера (PC) и выход для подключения телеприставки STB. На рис. 3 к STB подключены два телевизора, но на практике для каждого телевизора обычно используют свою STB-приставку, так как телевизоры размещаются в разных комнатах и они принимают разные программы. Рассмотренная модель подключения коттеджа к ADSL-сети внесла гармонию в семью: сын говорит по телефону, папа через Skype бесплатно осуществляет видеоконференцсвязь с подопечной фирмой, жена смотрит сериал, а теща смотрит «Поле чудес». Заканчивая описание этой гипотетической сети, отметим, что ADSL-технологии во всем мире являются самым популярным инструментом для одновременного предоставления абонентам Интернет-телевидения, скоростного Интернета и телефонии.     

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

 

      2.1R-ADSL (Rate-Adaptive Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия с адаптацией скорости соединения) 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. R ADSL-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. С ростом его компании клиент может постепенно повышать быстродействие канала, сохраняя сделанные когда-то инвестиции. Иначе говоря, с ростом потребностей ему не надо приобретать новое оборудование. Это позволяет использовать на АТС и других узлах доступа обычное оборудование. Таким образом, перенаправление DSL-трафика в сети , frame relay или в каналы E1 не вызывает дополнительных сложностей. На объектах пользователей DSL-модемы легко подключаются к локальным сетям. 

              

        2.2 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. МСЭ-Т ввёл для этой версии ADSL обозначение ADSL G.Lite. Использует ту же схему модуляции, что и ADSL, но без разделительного фильтра на стороне абонента, что приводит к уменьшению пропускной способности линии ADSL G.Lite вследствие повышения уровня помех. Технология ADSL G.Lite позволяет передавать данные по более длинным линиям, чем ADSL, более проста в установке и имеет меньшую стоимость, что обеспечивает ее привлекательность для массового пользователя.

     

          2.3 В 2002 г. появилась технология ADSL2, а в 2003 г. — ADSL2+. Стандарт ADSL2 специально разрабатывался для увеличения битовой скорости и дальности действия ADSL. Битовые скорости «нисходящего» и «восходящего» потоков ADSL2 могут достигать 12 и 1 Мбит/с соответственно за счет повышения эффективности модуляции, снижения перегрузок от кадрирования и обеспечения усовершенствованных алгоритмов обработки сигналов.

           Технология  ADSL2+ удваивает (по сравнению с ADSL2) полосу пропускания с 1,1 до 2,2 МГц. Максимальные битовые скорости по телефонной линии при этом увеличиваются до 20 Мбит/с на расстояние до 1500 м. «Восходящая» битовая скорость ADSL2+ равна примерно 1 Мбит/с в зависимости от состоянии линии. Чипсеты ADSL2+ совместимы с ADSL и ADSL2.

          ADSL2+ позволяет операторам модернизировать свои сети для поддержки расширенного спектра услуг, например гибкой доставки видео в рамках единого решения для коротких и длинных линий связи. Будут сохранены все функции и преимущества по производительности спецификации ADSL2 с обеспечением взаимодействия с унаследованным (устаревшим) оборудованием. Технологию ADSL2+ можно применять для снижения перекрестных наводок, так как она позволяет использовать только тоновые сигналы между 1,1 и 2,2 МГц за счет маскирования нисходящих частот менее 1,1 МГц.

         Технологии  ADSL2 и ADSL2+ являются модификациями "классической" технологии ADSL. Они разрабатывались с учетом возросших требований провайдеров и конечных пользователей. В ADSL2 и ADSL 2+ при практически той же дальности передачи, что и в ADSL, скорости увеличены до 12 и 25 Мбит/с соответственно. Кроме того, реализована функция адаптивного изменения скорости. Благодаря этим изменениям стала возможной поддержка большого количества новых приложений и дополнительных услуг (видео, мультимедиа и др.).