Вопросы и ответы к экзамену, страница 9

Благодаря многообразию технологий DSL пользователь может выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных — от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Данные технологии позволяют также использовать обычную телефонную линию для таких широкополосных систем, как видео по запросу или дистанционное обучение. Причем скорость передачи данных зависит только от качества и протяженности линии, соединяющих пользователя и провайдера.

DSL представляет собой набор различных технологий, позволяющих организовать цифровую абонентскую линию. Все технологии DSL (ISDN-BA, ADSL, HDSL, SDSL , VDSL и SHDSL) разработаны для обеспечения высокоскоростной передачи данных по телефонным линиям, изначально предназначенным для осуществления голосовой связи в спектре частот 300 Гц - 3,4 кГц. В качестве предварительно меры, призванной обеспечить нормальную работу технологий DSL, с используемых для высокоскоростной передачи данных телефонных линий должны быть удалены пупиновские катушки. Такие катушки устанавливались на некоторых сетях через определенное расстояние и позволяли повысить качество телефонной связи по длинным линиям. Развитие технологий цифровой обработки сигнала (DSP) в сочетании с новейшими алгоритмами и технологиями кодирования позволили значительно поднять информационную емкость сетей доступа. Ширина используемой полосы частот увеличилась на два порядка за последнее десятилетие: от приблизительно 100 кГц для узкополосной ISDN-ВА до более чем 10 МГц для VDSL. Ниже в таблице показаны зависимости скорости передачи и дальности от технологии.

1. Технология ADSL. Принципы построения. Основные характеристики

Технология ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия) была разработана в Северной Америке в середине 1990-х годов. Она была разработана для предоставления таких услуг, которые требуют асимметричной передачи данных, например, видео по запросу, когда требуется передавать большой поток данных в сторону пользователя, а в сторону сети от пользователя передается гораздо меньший объем данных. При этом организуются три информационных канала — «нисходящий» поток передачи данных, «восходящий» поток передачи данных и канал обычной телефонной связи (ТФОП) (рис.). Канал телефонной связи выделяется с помощью фильтров, что гарантирует работу телефона даже при аварии соединения ADSL.

Данная технология является асимметричной, то есть скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Такая асимметрия, в сочетании с состоянием «постоянно установленного соединения» (когда исключается необходимость каждый раз набирать телефонный номер и ждать установки соединения), делает технологию ADSL идеальной для организации доступа в сеть Интернет, доступа к локальным сетям (ЛВС) и т.п. При организации таких соединений пользователи обычно получают гораздо больший объем информации, чем передают.

Технология ADSL обеспечивает по проводам диаметром 0,5 мм.

• скорость «нисходящего» потока данных от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с ;

• скорость «восходящего» потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с.;

• скорость 1,5 Мбит/с на расстояние до 5,5 км по одной витой паре проводов;

• скорость 6-8 Мбит/с на расстояние не более 3,5 км

Кроме «классической» технологии современное ADSL оборудование поддерживают улучшенные модификации технологии ADSL — ADSL2, ADSL2+.

В ADSL2 увеличена скорость и дальность передачи информации, реализована функция адаптивного изменения скорости. Благодаря этим изменениям стала возможной поддержка большого количества новых приложений и дополнительных услуг. В ADSL2+ увеличена вдвое скорость приема информации на расстояниях до 1,5 км. Кроме того, что технология ADSL обеспечивает крайне асимметричную передачу данных, она также отличается от ISDN-BA тем, что позволяет использовать ту же самую пару проводов для традиционной телефонной связи. Для этого используются специальные устройства разделения сигналов – фильтры (сплиттеры) (рис).

Концепция асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL).

1. Технология HDSL

Стандарт HDSL (высокоскоростная цифровая абонентская линия) берет свое начало от стандарта ISDN-BA. Оригинальная концепция HDSL была разработана в Северной Америке, разработчики DSL пытались повысить тактовую частоту ISDN, чтобы увидеть, насколько далеко и насколько быстро могут работать системы высокоскоростной передачи данных. Следует также учитывать, что одновременно также очень быстро развивалась технология DSP (технология цифровой обработки сигнала).

Исследовательская работа привела к удивительному открытию. Оказывается, даже простая 4-уровневая модуляция PAM (амплитудно-импульсная модуляция) позволяет работать на скоростях до 800 Кбит/с при вполне приемлемой длине линии (в США данная зона называется Carrier Serving Area — зона обслуживания оператора). Была снова использована технология компенсации эхо-сигналов, которая позволила организовать двустороннюю передачу данных со скоростью 784 Кбит/с по одной паре проводов, отвечая при этом всем требованиям по расстоянию передачи и запасу по помехоустойчивости, которые должны быть выполнены для предоставления необходимого качества обслуживания.

Концепция высокоскоростной цифровой абонентской линии (HDSL).

Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Благодаря скорости передачи (1,544 Мбит/с по двум парам проводов и 2,048 Мбит/с по трем парам проводов) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы линиям T1/E1. (Линии Т1 используются в Северной Америке и обеспечивают скорость передачи данных 1,544 Мбит/с, а линии Е1 используются в Европе и обеспечивают скорость передачи данных 2,048 Мбит/с.) Хотя расстояние, на которое система HDSL передает данные (а это порядка 3,5 — 4,5 км), меньше, чем при использовании технологии ADSL, для недорогого, но эффективного, увеличения длины линии HDSL телефонные компании могут установить специальные повторители. Использование для организации линии HDSL двух или трех витых пар телефонных проводов делает эту систему идеальным решением для соединения серверов Интернет, локальных сетей и т.п. Технология HDSL2 является логическим результатом развития технологии HDSL. Данная технология обеспечивает характеристики, аналогичные технологии HDSL, но при этом использует только одну пару проводов.

Работа линии HDSL основывается на применении эхокомпенсаторов, использующих методы цифровой обработки сигнала. Однако, несмотря на большую корректирующую способность эхокомпенсаторов, их возможности не безграничны.

Физическая цепь линии HDSL, как правило, неоднородна и представляет собой совокупность последовательно включённых отрезков витой пары различной длины и различного диаметра. Как правило, диаметр витой пары увеличивается по мере удаления от коммутационной станции, что диктуется экономическими и конструктивными соображениями. Кроме того, типовая абонентская линия имеет достаточно большое количество паяных соединений, поскольку строительная длина многопарных низкочастотных абонентских кабелей сравнительно невелика. Так, например, многопарные кабели телефонной сети имеют строительные длины 150 м; таким образом, при средней длине абонентской линии 3 км она может содержать примерно 10 сростков. С учётом различия диаметра провода на отдельных участках типовая абонентская линия является очень неоднородной средой передачи.

1. Технология HomePNA.

Технология HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance.) стандартизована в 1998 г. и основывается на протоколе Ethernet. На физическом уровне разработчики были вынуждены считаться с множеством устройств-соседей, которые совместно с HomePNA используют телефонные провода. В частности, необходимо было уйти от интерференции с голосовой связью (до 3,5 kHz), а также разнообразными DSL-модемами (до 1,1 MHz). Именно поэтому в качестве рабочего был выбран диапазон от 4 до 10 MHz. В первой версии HomePNA используется PPM-кодировка (Pulse Position Modulation), которая требует около 6 битов для передачи одного символа. Результирующая производительность составила 1 Mbps.

В роли топологии была избрана схема "звезда" со стандартной длиной сегмента 150 м, что вполне логично, так как каждая квартира или офис, как правило, имеют отдельную телефонную линию. А в общей распределительной коробке можно поставить коммутатор сопряжения LAN/WAN, и здесь важную роль сыграла изначальная ориентация на совместимость с сетями Ethernet.

Впоследствии HomePNA 1.0 была немного доработана: повысили мощность передатчиков, чтобы увеличить максимальную длину сегмента до 800 метров. Эта версия технологии получила промежуточный номер 1.1.

По мере роста популярности домашних сетей родилась и приобрела четкие очертания концепция "умных" бытовых приборов, управляемых по сети и, следовательно, нуждающихся в сетевом подключении. Топология "точка-точка" не соответствует этим требованиям. В 1999 г. на свет появилась вторая версия HomePNA 2.0, взявшая на вооружение архитектуру типа "шина". Базовая пропускная способность сети выросла до 10 Mbps, а максимальная достигла 32 Mbps, при этом производительность зависит только от состояния телефонной проводки и длины сегмента. Стандартная длина сегмента, в котором разрешается размещать до 35 активных устройств, составляет 350 м. Однако, благодаря оригинальной методике варьирования параметров соединения, даже на расстоянии километра удается передавать данные со скоростью до 3,5 Mbps.

На физическом уровне кодировку PPM сменила более совершенная квадратурная амплитудная модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Согласно "установкам по умолчанию" каждый символ несет 2 бита информации, что в совокупности с минимальной скоростью передачи символов - 2 Mbaud - дает пропускную способность 4 Mbps. Но если качество линии позволяет, протокол в состоянии повысить производительность, доведя количество битов на символ с 2 до 8 и увеличив скорость передачи до 4 Mbaud, что обеспечивает пиковую производительность в 32 Mbps.

Следующая особенность технологии HomePNA, - дублирование потоков данных на разных частотах. Методика, придуманная Эриком Ожардом (Eric Ojard), носит название FDQAM или Frequency-diverse QAM. Избыточно широкий диапазон 6 MHz поделен на три поддиапазона по 2MHz, в каждом из которых транслируется копия информационного потока. Таким образом, даже если на какой-то из частот возникает мощный источник помех, то приемник по-прежнему в состоянии считывать сигнал на другой частотной полосе.

1. Технология ISDN-BA. Основные характеристики.

Эта технология использует 4-уровневый линейный код PAM (амплитудно-импульсная модуляция, прямая, немодулированная передача), известный как 2B1Q.

В большинстве своем модемы ISDN-BA используют технологию компенсации эхо-сигналов, которая позволяет организовать полностью дуплексную передачу по одной паре телефонных проводов. Трансиверы ISDN-BA, в которых используется технология эхоподавления, позволяют использовать полосу частот приблизительно от 10 кГц до 100 кГц, а пик спектральной плотности мощности систем DSL, базирующихся на 2B1Q, находится в районе 40 кГц.

Системы ISDN-BA выгодно отличаются тем, что могут использоваться на длинных телефонных линиях, и большая часть абонентских линий допускает использование данных систем. Данная технология уже используется в течение значительного времени, и за последние годы было достигнуто значительное улучшение рабочих характеристик трансиверов.