Цифровые абонентские линии

ISDN

Цифровая связь с абонентом и цифровые модемы

Для большинства лег прошедшего столетия подключение те­лефона абонента к телефонной станции (или «локальный уча­сток линии связи», «последняя миля») осуществлялось медным проводом («витая пара», twisted pair), скрытым в подземных коллекторах или протянутым по воздуху.

Длительное время используемая полоса пропускания не пре­восходила 3 кГц, что ограничивалось аналоговыми оконечными устройствами. Однако, витая пара по своей сути способна к на­много более высоким полосам пропускания, и на коротких рас­стояниях может нести видеосигнал или широкополосные дан­ные. Новые технологии (ISDN и ADSL) были разработаны, что­бы в рамках существующей инфраструктуры обеспечить более высокую производительность.

Кроме того, в 1990-е гг. компании кабельного ТВ вложили значительные капиталы в альтернативные каналы подключения к домам. Здесь использовались как технологии витой пары, так и волоконно-оптические и коаксиальные кабели. В большинстве случаев эти кабельные сети были проведены, чтобы обеспечить трансляцию телевидения. Однако их коммуникационные воз­можности и высокая полоса пропускания могут использоваться также, чтобы организовать другие формы цифровых услуг.

Цифровая сеть с предоставлением комплексных услуг (Integ­rated Services Digital Network — ISDN) могла быть расценена как лучшая слишком долго сохраняемая тайна компьютерного сете­вого мира. ISDN длительное время была скрыта от пользователей телефонных сетей (public switched telephone network — PSTN), по­скольку она обеспечивает только связь между телефонными стан­циями, а абонент со станцией по-прежнему соединялся по анало­говому каналу.

Так что, фактически обычные голосовые телефонные звонки проходят ISDN, но реальные выгоды от ISDN не доступны ко­нечному пользователю через локальный участок связи, который должен быть модернизирован к ISDN.

ISDN была первоначально доступна в двух версиях:

• базовая скорость (Basic Rate ISDN — BRI), которая также известна как ISDN-2. BRI предназначена для домашнего пользователя или мелкого бизнеса, состоит из двух «кана­лов В» (64 Кбит/с) для передачи данных и одного скрытого «канала D» (16 Кбит/с) для информации управления. Два

канала по 64 Кбит/с могут использоваться отдельно или соединяться вместе, чтобы образовать канал 128 Кбит/с;

• первичная скорость (Primary Rate ISDN — PRI) или ISDN-30. PRI состоит из 30 «каналов В» (может быть уста­новлено минимум шесть) по 64 Кбит/с, плюс «канал D» на 64 Кбит/с для данных управления. В-каналы могут объеди­няться в единственный канал на 1,92 Мбит/с.

В конце 1998 г. British Telecomm (БТ) сделала первую серьез­ную попытку предоставить технологию ISDN домашнему поль­зователю с объявлением услуги «Магистраль БТ» (ВТ Highway). Если клиент подписывается на одну из этих услуг, существую­щая телефонная линия сохраняется, но старый главный разъем заменяется модулем Магистрали. Он имеет четыре разъема, два аналоговых и два ISDN, и может поддержать до трех разговоров одновременно. Подписчик сохраняет старый аналоговый теле­фонный номер и получает два дополнительных, один для второ­го аналогового порта и один для линий ISDN. Два главных раз­личия между услугами «для дома» и «для бизнеса» — то, что в последнем случае поддерживается «Множественный абонент» (Multiple Subscriber Numbering — MSN), посредством чего раз­личные устройства, подключенные к одной линии ISDN, могут иметь различные телефонные номера, а также предоставляется новая услуга по передаче данных (ISDNConnect) или постоянно действующая медленная связь, которая использует сигнальный канал ISDN.

В то же самое время Internet-onepaTop ВТ, ВТ Internet, объ­явил поддержку 128 Кбит/с, разрешая пользователям использо­вать две линии ISDN как одну с высокой полосой пропускания.

xDSL — групповое название для разнообразия технологий цифровой абонентской линии (Digital Subscriber Line — DSL), разработанных, чтобы предложить телефонным компаниям путь в бизнес кабельного телевидения. Это — не новая идея — ком­пания Bell Communications Research Inc разработала первую цифровую абонентскую линию еще в 1987 г., чтобы организо­вать поставку «видео по заказу» и интерактивное телевидение по проводной связи. В то время распространение подобных техно­логий было затруднено из-за отсутствия стандартов для всей промышленности.

Технологии xDSL предлагают скорости входящей передачи (загрузки) до 52 Мбит/с и исходящей (разгрузки) — от 64 Кбит/с до 2 Мбит/с (и более) и имеют ряд модификаций:

• асимметричная линия (ADSL);

• одиночная линия (SDSL);

• очень высокая скорость передачи данных (HDSL).

Практика показывает, что линии ADSL (Асимметричная

Цифровая абонентская линия) наиболее перспективны для бы­тового применения.

ADSL. Технология ADSL подобна ISDN — обе требуют, чтобы проводные телефонные линии были свободны, и могут использо­ваться только на ограниченном расстоянии от местной телефон­ной компании. В большинстве случаев ADSL может работать по соединениям типа витой пары, не нарушая существующие теле­фонные подключения, это означает, что местные телефонные компании не должны проводить специальные линии, чтобы обес­печить обслуживание ADSL.

ADSL использует тот факт, что поскольку голосовая связь не занимает полностью полосу пропускания, доступную для стан­дартной витой пары, то можно организовать высокоскоростную передачу данных в то же самое время. С этой целью ADSL раз­бивает максимальную полосу пропускания проводного подклю­чения в 1 МГц на каналы по 4 кГц, из которых один канал ис­пользуется для простой телефонной системы (обычная телефон­ная сеть — plain old telephone system — POTS) — голосовая связь, факсимильные и аналоговые модемные данные. Другие 256 дос­тупных каналов используются для параллельной цифровой свя­зи. Связь асимметрична: 192 канала по 4 кГц используются для передачи входящей информации и только 64 — для исходящей.

ADSL может рассматриваться как преобразования последо­вательной строки цифровых данных в параллельную строку, та­ким образом увеличивается пропускная способность. Методика модуляции известна как дискретная многочастотная (Discrete Multitone — DMT), кодирование и декодирование выполняются соответственно, тем же самым способом, как и обычным мо­демом.

Более ранняя система, названная Carrierless Amplitude Phase (САР), была способна использовать всю полосу пропускания выше 4 кГц как единственный канал передачи и имела то пре-

ПЭВМ

Мультиплексор

Модем ADSL з

^яв^ Коммутатор

Обычная телефонная сеть

Ethernet

Обычная телефонная сеть Высокоскоростная магистраль

Муршрутизатор Телефонная станция

Аналоговый телефон

Абонент

фиш

Телефонная сеть общего назначения

Internet или локальная сеть

Рис. 3.9. Сеть с подключением через ADSL-модем: / — телефонный вход; 2 — аналоговый выход; 3 — цифровой выход

имущество, что она близка методике квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude Modulation — QAM), исполь­зуемой высокоскоростными модемами при скоростях более чем 9,6 Кбит/с, а также более дешева для осуществления. Однако DMT — более надежная, сложная и гибкая технология — оказа­лась более подходящей для универсально принятого стандарта.

Когда обслуживание начало быть коммерчески доступным, единственным оборудованием, которое должны были использо­вать подписчики ADSL, был специальный модем. Аппарат имеет три соединения — телефонный вход (рис. 3.9, /); стандартное телефонное гнездо RJ11 для обслуживания аналогового телефона (рис. 3.9, 2) и соединитель витой пары Ethernet, который под­ключает модем ADSL к ПЭВМ (рис. 3.9, 3).

На стороне пользователя модем ADSL собирает высокочас­тотные цифровые данные и транслирует их для передачи на ПК или в сеть. На стороне телефонной службы мультиплексор до­ступа к цифровой абонентской линии (Digital Subscriber Line Access Multiplexer — DSLAM) подключает пользователя ADSL к высокоскоростному Internet, агрегируя входящие линии ADSL в единственное подключение для передачи голоса или данных. Те­лефонные сигналы направляются на коммутируемую телефон­ную сеть, а цифровые — в Internet через высокоскоростную ма­гистраль (стекловолокно, асинхронную передачу данных, или цифровую абонентскую линию).

В настоящее время существуют различные конструкции мо­демов ADSL. Некоторые соединяются с PC через USB-порт, другие — через кабель Ethernet. Большинство устройств позволя­
ет разделить подключение Internet между несколькими ПК. Ин­тегрированный модем/маршрутизатор поддерживает сеть ПК, некоторые включают интегрированную систему сетевой защиты (брандмауэр), чтобы обеспечить различные уровни защиты про­тив неуполномоченного доступа.

192 канала по 4 кГц обеспечивают максимальную полосу пропускания 8 Мбит/с. Тот факт, что услуги ADSL ограничены пределом в 2 Мбит/с, объясняется искусственным сужением по­лосы и тем, что фактические уровни работы зависят от ряда внешних условий. Они включают длину проводки, количество проводов датчика, «висящие пары» и взаимные помехи. Ослабле­ние сигнала увеличивается с длиной линии и частотой и умень­шается с увеличением диаметра проводов. «Висящая пара» — не­замкнутая проводная пара, которая находится параллельно ос­новной проводной паре, например, каждое неиспользованное телефонное гнездо представляет собой висящую пару.

Если игнорировать влияние висящих пар, производитель­ность ADSL может быть представлена так, как это выглядит в табл. 3.11.

Таблица 3.11.Производительность ADSL-связи

Скорость передачи, Мбит/с	Число проводов в кабеле	Диаметр провода, мм	Расстояние, км
1,5-2		0,5	5,5
1,5-2		0,4	4,6
6,1		0,5	3,7
6,1		0,4	2,7

В 1999 г. по предложениям Intel, Microsoft, Compaq и других производителей оборудования была разработана спецификация, которая была принята Международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union — ITU) как универсаль­ный индустриальный стандарт ADSL, известный как G.922.2 или G.lite. Стандарт предполагает, что пользователи могут делать обычные голосовые телефонные звонки одновременно с переда­чей цифровых данных. Вносятся некоторые ограничения на ско­рость — 1,5 Мбит/с по приему данных и 400 Кбит/с по передаче.

ADSL2. В июле 2002 г. Международный союз электросвязи закончил два новых стандарта асимметричной цифровой або­нентской линии, определяемых как G992.3 и G992.4 для асим­метричной цифровой абонентской линии (известных в дальней­шем как ADSL2).

Новый стандарт был спроектирован, чтобы улучшить быст­родействие и дальность асимметричной цифровой абонентской линии, достигая лучшей эффективности на длинных линиях в условиях узкополосной интерференции. Скорость ADSL2 для входящего и выходящего информационных потоков достигает соответственно 12 и 1 Мбит/с в зависимости от дальности связи и других обстоятельств.

Повышение эффективности достигалось за счет следующих факторов:

• улучшенной технологии модуляции — сочетания четырех­мерной треллис-модуляции (на 16 состояний) и 1-битовой квадратурной амплитудной модуляции (QAM), что дает, в частности, повышение устойчивости по отношению к по­мехам со стороны AM радиовещания;

• использования переменного количества служебных битов (которые в ADSL постоянно занимают полосу в 32 Кбит/с) — от 4 до 32 Кбит/с;

• более эффективного кодирования (на основе метода Ри­да-Соломона — Reed-Solomon code).

ADSL2+. В январе 2003 г. ITU вводит стандарт G992.5 (ADSL2+) — рекомендация удваивает ширину полосы входящего информационного потока, таким образом, увеличивая скорость передачи данных на телефонных линиях короче, чем приблизи­тельно 1,5 км.

В то время как стандарты ADSL2 определяют диапазон час­тот входящего информационного потока в 1,1 МГц и 552 кГц соответственно, ADSL2+ увеличивает эту частоту до 2,2 МГц. Результат — существенное увеличение скоростей передачи дан­ных нисходящего информационного потока на более коротких телефонных линиях.

ADSL2+ также позволяет уменьшить взаимные помехи. Это может быть особенно полезным, если провода асимметричной цифровой абонентской линии как от центральной станции, так и от удаленного терминала находятся в одной связке, когда они подводятся к домам абонентов. Взаимные помехи могут значи­тельно вредить скоростям передачи данных на линии.

ADSL2+ может исправить эту проблему путем использова­ния частот ниже 1,1 МГц от центральной станции до удаленного терминала и частот между 1,1 и 2,2 МГц от удаленного термина­ла до абонентского пункта. Это устранит большинство переход­ных помех между службами и сохранит скорости передачи дан­ных на линии от центральной станции.

Другие технологии xDSL (табл. 3.12)

RADSL. В 2001 г. была введена спецификация адаптивной скорости передачи (Rate Adaptive Digital Subscriber Line — RADSL), где предусмотрена коррекция скорости передачи со­гласно длине и качеству местной линии. Ранее подписчики должны были располагаться в пределах 3,5 км от местной теле­фонной станции, чтобы можно было подключить ADSL. Для RADSL дальность расширена до 5,5 км, а шумовые допуски уве­личились от 41 до 55 дБ.

Таблица 3.12.Характеристики технологий xDSL

Тип сети	Скорость связи, Мбит/с	Расстояние, км
Исходящий поток	Входящий поток
RDSL	128 Кбит/с.1	600 Кбит/с 7	3,5 5,5
HDSL	2,048	4,0
SDSL	1,544-2,048	3,0
		12,96	1,5
VDSL	1,6-2,3	25,82 51,84	1,0 0,3

HDSL. Технология HDSL симметрична, это означает, что обеспечивается одна и та же полоса пропускания для выходного и входного потока данных. Здесь используется проводка с 2—3 и более витыми парами в кабеле. Хотя типичная дальность (3 км) ниже, чем для ADSL, но могут быть установлены повторители сигнала несущей, что позволяет удлинить связь на 1 — 1,5 км.

SDSL. Технология аналогична HDSL, но с двумя исключе­ниями: используется единственная проводная пара и максималь­ная длина ограничена 3 км.

VDSL. Это самая быстрая технология цифровой абонентской линии. Скорость входного потока 13—52 Мбит/с, а выходного — 1,6—2,3 Мбит/с по единственной проводной паре. Однако мак­симальная дистанция связи составляет только 300—1500 м и оборудование ADSL и VDSL несовместимы, хотя и используют­ся сходные алгоритмы сжатия и технологии модуляции.

Кабельные модемы. Кабель-модемы предлагают перспективу быстрого доступа к Internet, используя существующие широко­полосные сети кабельного телевидения. Технология соответству­ет скорее домашним, нежели офисным применениям, так как обычно жилые кварталы более охвачены кабельной связью.

Типичные устройства, изготовленные, например, такими про­давцами, как Bay Networks или Motorola, — внешние модули, при­соединяемые к клиентским ПЭВМ через интерфейсы Ethernet, USB или FireWire. В большинстве случаев кабельному модему пользователя назначается единственный IP-адрес, но могут быть либо поставлены дополнительные адреса IP для нескольких ком­пьютеров, либо несколько ПК могут совместно эксплуатировать единственный адрес IP, используя прокси-сервер. Кабельный мо­дем использует один или два канала телевидения на 6 МГц.

Поскольку сеть кабельного телевидения имеет шинную то­пологию, каждый кабельный модем в окрестности совместно ис­пользует доступ к единственной коаксиальной кабельной маги­страли (рис. 3.10).

Функция кабельного модема состоит в модуляции и демоду­ляции сигнала в поток данных; но подобие с аналоговыми моде­мами на этом заканчивается. Кабельные модемы также включа­ют блок настройки (чтобы отделить сигнал данных от остальной части широковещательного потока); компоненты сетевых адап-

Internet

Домашний коаксиальный кабель

ПРОВАЙДЕР КАБЕЛЬНОГО ТВ Высоко- скоростная связь вш

Оптический

кабель

Концентратор

Домашний концентратор

АБОНЕНТ 3
Кабельный	■
—rtHftjj------- ----------------	S§g|Jj§~|
модем	ПЭВМ

Рис. 3.10. Системы связи с использованием кабельных модемов

теров, мостов и маршрутизаторов (чтобы соединяться с несколь­кими ПК); программное обеспечение управления сетью (чтобы провайдер кабельной связи мог контролировать операции) и уст­ройства кодирования (чтобы поток данных не прерывался и не был бы послан адресату по ошибке).

Кабель имеет ряд практических недостатков по сравнению с xDSL — не все дома снабжены кабельным телевидением (а неко­торые и не будут никогда); кроме того, для многих пользовате­лей, которые подсоединены, все же более вероятно размещение ПК поблизости от телефонного гнезда, нежели у телевизора или кабельного ввода. Однако для многих домашних пользователей кабель дает перспективу быстрого доступа к Internet по доступ­ной цене. Теоретически возможны скорости до 30 Мбит/с. Практически кабельные компании устанавливают скорости ис­ходящего потока в 512 Кбайт/с, а входящего — 128 Кбайт/с.

Дата добавления: 2014-11-29