Технология ADSL

На сегодняшний день основным способом взаимодействия оконечных пользователей с частными сетями и сетями общего пользования является доступ с использованием телефонной линии и модемов, устройств, обеспечивающих передачу цифровой информации по абонентским аналоговым телефонным линиям. Скорость такой связи невелика, максимальная скорость может достигать 56 Кбит/с. Этого пока хватает для доступа в Интернет, однако насыщение страниц графикой и видео, большие объемы электронной почты и документов в ближайшее время снова поставит вопрос о путях дальнейшего увеличения пропускной способности.

Наиболее перспективной в настоящее время является технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Это новая модемная технология, превращающая стандартные абонентские телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа. Технология ADSL позволяет передавать информацию к абоненту со скоростью до 6 Мбит/с. В обратном направлении используется скорость до 640 Кбит/с. Это связанно с тем, что все современный спектр сетевых услуг предполагает весьма незначительную скорость передачи от абонента. Например, для получения видеофоильмов в формате MPEG-1 необходима полоса пропускания 1,5 Мбит/с. Для служебной информации передаваемой от абонента, вполне достаточно 64-128 Кбит/с (Рис. 1).

Рис. 1 Структурная схема технологии ADSL

Принципы организации услуги ADSL

Услуга ADSL (Рис. 1) организуется с помощью модема ADSL, и стойки модемов ADSL, называемой DSL Access Module. Практически все DSLAM оснащаются портом Ethernet 10Base-T. Это позволяет использовать на узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

Ряд производителей начали снабжать DSLAM интерфейсами АТМ, что позволяет напрямую подключать их к ATM-коммутаторам территориально-распределенных сетей. Также ряд производителей создают пользовательские модемы, которые представляют собой ADSL модем, но для программного обеспечения являются адаптерами ATM.

На участке между ADSL модемом и DSLAM функционируют три потока: высокоскоростной поток к абоненту, двунаправленный служебный и речевой канал в стандартном диапазоне частот канала ТЧ (0,3-3,4 Кгц). Частотные разделители (POTS Splitter) выделяют телефонный поток, и направляют его к обычному телефонному аппарату. Такая схема позволяет разговаривать по телефону одновременно с передачей информации и пользоваться телефонной связью в случае неисправности оборудования ADSL. Конструктивно телефонный разделитель представляет собой частотный фильтр, который может быть как интегрирован в модем ADSL, так и быть самостоятельным устройством.

Согласно теореме Шеннона, невозможно с помощью модемов достичь скоростей выше 33,6 Кбит/с. В ADSL технологии цифровая информация передается вне диапазона частот стандартного канала ТЧ. Это приведет к тому, что фильтры, установленные на телефонной станции отсекут частоту выше 4 кГц, поэтому необходимо на каждой телефонной станции установить оборудование доступа к территориально-распределенным сетям (коммутатор или маршрутизатор).

Передача к абоненту осуществляется на скоростях от 1,5 до 6,1 Мбит/с, скорость служебного канала составляет от 15 до 640 Кбит/с. Каждый канал может быть разделен на несколько логических низкоскоростных каналов.

Скорости, предоставляемые модемами ADSL кратны скоростям цифровых каналов T1, E1. В минимальной конфигурации передача ведется на скорости 1,5 или 2,0 Мбит/с. В принципе, сегодня существуют устройства, передающие данные со скоростью до 8 Мбит/с, однако в стандартах такая скорость не определена.

Скорость модемов ADSL в зависимости от числа каналов

Максимально возможная скорость линии зависит от ряда факторов, включающих длину линии и толщину телефонного кабеля. Характеристики линии ухудшаются с увеличением его длины и уменьшении сечения провода. В таблице показаны несколько вариантов зависимости скорости от параметров линии.

ADSL-модем представляет собой устройство, построенное на базе цифрового сигнального процессора (ЦСП или DSP), аналогичное применяемому в обычных модемах (Рис. 2). В общем случае, вся пропускная способность линии делится на два участка. Первый участок предназначен для передачи голоса, и находится в диапазоне 0,3-3,4 КГц. Диапазон сигнала для передачи данных лежит в пределах от 4 Кгц до 1 Мгц. Физические параметры большинства линий не позволяют передавать данные с частотой свыше 1 МГц. К сожалению не все существующие телефонные линии (особенно большой протяженности), имеют даже такие характеристики, поэтому приходится уменьшать полосу пропускания, что влечет за собой уменьшение скорости передачи.


Рис. 2 Структурная схема передающего узла ADSL модема

Для создания этих потоков используются два метода: метод с частотным разделением каналов и метод эхо компенсации.


Рис. 3 Схемы разделения потоков в полосе пропускания частот телефонной линии

Метод с частотным разделением состоит в том, что каждому из потоков выделяется своя полоса пропускания частот. Высокоскоростной поток может разделяться на один или более низкоскоростных потоков. Передача этих потоков осуществляется методом "дискретной многотональной модуляции" (DMT).

Метод эхо компенсации состоит в том, что диапазоны высокоскоростного и служебного потоков накладываются друг на друга. Разделение потоков осуществляется с помощью дифференциальной системы, встроенной в модем. Этот способ используется в работе современных модемов V.32 и V.34. Высокоскоростной поток может разделяться на один или более низкоскоростных потоков Передача этих потоков осуществляется методом "дискретной многотональной модуляции" (DMT).

При передаче множества потоков происходит разделение каждого из них на блоки. Каждый блок снабжается кодом исправления ошибок (ECC).

Смежные технологии

Существует ряд смежных технологий, одни из которых предназначены для оконечных пользователей, другие для транзитной передачи высокоскоростных потоков. Принцип работы их аналогичен ADSL. Общее название таких технологий xDSL.

High Data-Rate Digital Subscriber Line (HDSL)

HDSL является технологией, обеспечивающей передачу на скорости 1,536 или 2,048 Мбит/с в обоих направлениях. Протяженность линии может достигать 3,7 км. Ориентирована в качестве более дешевой альтернативы выделенным каналам E1, T1. Требует четырехпроводной абонентской линии.

Single-Line Digital Subscriber Line (SDSL)

Аналогичен HDSL, отличается тем, что для организации линии достаточно двухпроводной абонентской линии. Протяженность линии может достигать 3 км.

Very High Data-Rate Digital Subscriber Line (VDSL)

Аналогична HDSL, скорость до 56 Мбит/с. Расстояние до 1,5 км. Технология весьма дорогая, и не находит широкого применения.

Rate Adaptive Digital Subscriber Line (RADSL)

Технология ADSL обладает одним существенным недостатком. Она не позволяет изменять скорость в зависимости от качества линии. В таких модемах выбор скорости, кратной 1,5 или 2 Мбит/с, производится с помощью программного обеспечения. Оборудование, построенное на базе технологии RADSL позволяет автоматически снижать скорость в зависимости от качества линии.

Universal ADSL (UADSL)

Технология ADSL обладает рядом мелких недостатков, препятствующих широкому внедрению технологии на сетях абонентского доступа. Это сложность установки устройств ADSL; они требуют серьезной настройки на конкретную абонентскую линию (как правило, с участием технического сотрудника компании - оператора сети), имеют относительно большую стоимость.

Не так давно появились сообщения о создании новой версии технологии ADSL, которая призвана устранить указанные недостатки. Ее называют Universal ADSL (UADSL), или DSL Lite. Правда, при использовании этой технологии данные передаются на более низких скоростях, чем в ADSL (при длине абонентской линии до 3,5 км скорость составляет 1,5 Мбит/с в направлении к абоненту и 384 кбит/с - в обратном направлении; при длине абонентской линии до 5,5 км обеспечиваются 640 кбит/с по направлению к абоненту и 196 кбит/с - в противоположном). Однако эти устройства легче устанавливать; кроме того, в их составе имеется частотный разделитель, поэтому его не приходится устанавливать отдельно. По существу, достаточно просто подключить UADSL-модем к телефонной розетке, так же как и обычный модем.

Стоимость таких устройств не превышает стоимости обычного модема, поэтому стоит ожидать, что именно эта технология найдет широкое применение в аппаратуре доступа оконечных пользователей.

Стандарты

Американский Национальный Институт Стандартов (ANSI), рабочая группа T1E1.4 недавно одобрила стандарт на ADSL со скоростью передачи до 6,1 Мбит/с (ANSI Стандарт T1.413). ETSI дополнила этот стандарт требованиями для Европы. T1.413 определяет единый терминальный интерфейс со стороны оператора. Вторая версия этого стандарта, разрабатываемая группой T1E1.4, расширила стандарт, в котором определила: мультиплексированный интерфейс со стороны оператора; протоколы конфигурации и управление сетью.

ATM Forum определил ADSL как физический уровень протокола передачи, то есть технология ADSL для протоколов ATM высокгого уровня будет выглядить как обычное оборудование ATM.

В 1994 году был организован ADSL форум, определяющий концепцию, дальнейшее развитие технологии ADSL, разработку протоколов. В форум входят свыше 200 операторов связи и производителей оборудования. ADSL форумом определена рекомендация "ATM over ADSL", определяющая принципы функционирования протоколов сетей ATM через ADSL.

Послесловие

Этот материал следует рассматривать в качестве ознакомительного. Он не претендует на исчерпывающее объяснение принципов работы технологии ADSL. Я буду рад, если вы сочтете нужным дополнить его, или указать на имеющиеся ошибки. Сыязаться со мной можно по адресу, указанному в конце документа. Дополнительную информацию по технологии ADSL можно найти здесь.

Немного цифр

Расстояния для short range модемов зависят от диаметра медной пары:

1. Telindus Crocus HDSL 2048Kb/s:

2. Telindus Crocus SDSL:

3. Telindus Crocus HS (144Kb/s):

Дополнение1

Статья написана хорошо, все верно, однако есть некоторые комментарии относительно внедрения ADSL в реальной жизни. К сожалению, на обычных российских линиях связи ADSL может применяться лишь в порядке эксперимента, о промышленной эксплуатации пока речи не идет. Для ADSL линии требуется ВИТАЯ пара (а не лапша) причем экранированная, а если это многопарный кабель, то и с соблюдением направления и шага повива.

Можно возразить (С.Ж.), заметив, что лапша идет только на участке от кросса в доме до квартиры, ее замена на витую пару не представляет как технических, так и экономических сложностей. На участке кросс-телефонная станция используются многопарные кабели, где каждая пара является витой.

Вроде бы убедительно НО пробовали-ли вы разбирать телефонный кабель? Снимите метр изоляции с импортного кабеля и с отечественного. Импортный-распустится на витые пары которые не развалятся если даже их потеребить, а отечественный почти сразу превращается в веник и требуется изрядное мастерство чтобы без дополнительных приспособлений разделать его. Замена лапши тоже вроде не выглядит страшной, но ведь лапшой тут не обойдется, потребуется замена КРТ (коробка распределительная телефонная) тем более если она пластмассовая (вспомните как разводятся ЛВС) и стоит она в каждом подьезде и часто не по одной. Направление повива в отечественных многопарных кабелях не соблюдается (разберите для примера наш 50-ти парный кабель или 100 парный), потому, как никто не думал что такие кабели будут использоваться для передачи широкоспектральных высокочастотных сигналов, соответственно и о защите от переходных помех тоже никто не задумывался. У капиталистов, возможно, это благо тоже возникло случайно, потому как там конкуренция и чтобы продукцию покупали, она должна соответствовать даже не обязательным, а рекомендованным всякими комисиями параметрам (потому как эти комиссии не даром свой хлеб едят) и на территории одного района (или даже квартала) могут работать два или более провайдера телефонных услуг. Вооьщем, как всегда благодаря конкуренции получаются качественные товары и услуги.

Для Е1 используется витая пара аж с двумя экранами изолированными друг от друга по длинне кабеля и с регламентированым количеством кабельных пролетов, иначе ни о каком километраже и о стабильной связи говорить не приходится.

Это верно, но на мой взгляд (С.Ж.) технология DSL скорее найдет свое применнеие не в промышленности, а именно в квартирном секторе.

Ага, вот, что могу добавить (И.Ш.), пару лет назад эту технологию предлагали РОСТЕЛЕКОМу для реконструкции коротких магистралей, а магистральный кабель это вам не домашняя разводка по такому кабелю можно и 64 Мбита пропустить и строилась эта модернизация по схеме станция-кабель-станция. Ну так РОСТЕЛЕКОМ не согласился использовать эти технологии, потому как дорого. Сомневаюсь, что сейчас оборудование подешевело настолько, что стоит как эзернетовский хаб? А если я не прав, значит кто-то хочет сильно погреть руки на модернизации кабельных линий и внедрении новой техники.

Ну а теперь представим, что в телефонный кабель запущено 2-6 МБит, а он (кабель) соответствующими параметрами не обладает (часто межпроводная изоляция занижена -- ну подмочили бедолагу, слышали наверно трески и космические переговоры в трубке), в результате наружу полезут наводки. Я думаю, что эти наводки будут следствием комбинаторных частот, причем очень широкого спектра, которые создадут такие помехи телевизионным приемникам, что может начаться настоящая война. Так что на практике пока не все гладко, к сожалению.

Именно поэтому, лично я считаю (С.Ж.), что гораздо более актуальным является внедрение UADSL с маленькими скоростями (до 640 Кбит/с). Все указаные эффекты в этой технологии будут выражены в гораздо меньшей степени.

Я думаю (И.Ш.), что все равно, цена такого внедрения будет на данном этапе слишком высока, чтобы в серьез думать о нем. Так что, тут больше проблем, чем кажется на первый взгляд и в любом случае требуется более серьезный подход.

А вот моя информация (С.Ж.): провайдеры, в частности Роснет, не разделяют Ваших взглядов на проблемы технического плана и могут предоставить оборудование ADSL. Установка модема, настройка, подключение, обходится примерно в $2,500. При этом обеспечивается скорость до 640 Кбит/с. Месячная абонентская плата составляет около $300.

Модемы ADSL сейчас стоят в районе $800-1500. Модемы UADSL должны стоить примерно $250-500, что более приемлимо.

Как только на каждом телефонном узле будет установлено оборудования доступа к сетям передачи данных, подобный вид услуг значительно подешевеет, а внедрение такого оборудования доступа напрямую связано с внедрением ATM.

Дополнение2

В статье Станислав Журавлев хорошо излагает теоретический аспект, но не затрагивает специфику применения этой технологии в России. В первом дополнеии ликвидированы некоторые пробелы, но есть несколько неточностей:

Во-первых, хDSL технологии были разработаны исследовательским подразделением корпорации Bell именно для применения на существующей инфраструктуре медных проводов, которая даже в USA отличается преклонным возрастом и построена на обычной медной телефонной паре, а не на экранированной витой.

Во-вторых "лапша" действительно не годится для хDSL линий, но "лапша" используется на участке от распределительной телефонной коробки до абонентской розетки, что составляет обычно порядка 5-15 метров. В действительности есть два ограничения, которые при заданном сопротивлении линии (обычно 1-1.5 кОм) не позволяют использовать хDSL устройства, это пупинизация и сборка из проводов различного сечения. Пупинизация линии - это введение индуктивной составляющей в линию с целью уменьшения затухания сигнала, но в России такие линии почти не используются. Вторая проблема встречается довольно часто, но если станционная часть оборудования находится на ближайшей к вам АТС то вероятность возникновения подобной проблемы мала, в любом случае эту проблему можно решить с местным телефонным узлом. Однако, если нужен прямой канал, к примеру для соединения двух локальных сетей, то и это не проблема. В Москве существует достаточно большое количество прямых каналов работающих по меди на расстояние 5-7 км и сопротивлением 1-1.5 кОм.

Широкое распространение хDSL технологий в России сдерживается, прежде всего, не недостаточным количеством телефонных пар с приемлемыми параметрами (пока количество установленных линий по Москве исчисляется десятками или сотнями), а ценой оборудования, $2000-3000 за комплект из станционной и абонентской частей, ценой на подключение и стоимостью выделенного канала (посмотрите ради любопытства у любого из провайдеров сколько стоит синхронный канал 64К канал цены вас неприятно поразят). Скорость уже установленных линий обычно колеблется в пределах 64-512К. хDSL линии работающих на скорости больше 2МБит по меди я вообще не встречал и думаю в ближайшее время их появление маловероятно. Объясняется это тем, что стоимость 2МБит потока велика настолько, что позволить его себе могут либо очень крупные коммерческие фирмы, либо телекоммуникационные компании, сами занимающиеся провайдингом, а для них очень важен такой критерий как вероятность ошибки на канале. Наименьшую же вероятность ошибки обеспечивает оптическое волокно, стабильность работы которого будет в любом случае на несколько порядков выше чем хDSL линии.

Наиболее радужные перспективы мне кажется имеет оборудование рассчитанное на скорости 64-512К, особенно созданное в соответствии со стандартом UDSL, который должен быть принят до конца этого года. Производители обещают цену на абонентский UDSL модем не более $300-400. Если предоставлением xDSL услуг заинтересуются крупные телекоммуникационные компании (идеальный случай МГТС :--) ), которые смогут разместить за свой счет станционные комплекты оборудования на большом количестве телефонных узлов, нас ожидает в ближайшее время резкий рост количества используемых хDSL линий.