Страница 56 из 64
Рис. 2.29. Зависимости пропускной способности от расстояния для DSL по UTP категории 3
Службы xDSL разрабатывались с определенной целью. Во-первых, они должны были работать на существующих местных линиях, представляющих собой витые пары категории 3. Во-вторых, они не должны были влиять на работу аппаратуры абонента вроде телефона и факса. В-третьих, скорость работы должна была быть выше 56 Кбит/с. Наконец, в-четвертых, они должны были предоставлять постоянное подключение, и услуги при этом должны были оплачиваться только в виде фиксированной ежемесячной абонентской платы, но никак не поминутно.
Чтобы удовлетворить техническим целям, доступный спектр на 1,1 МГц на местной линии разделен на 256 независимых каналов 4312,5 Гц каждый. Это распределение показано на рис. 2.30. Первое предложение ADSL исходило от компании AT&T и работало за счет разделения спектра местной линии, который составляет примерно 1,1 МГц, на три частотных диапазона.
Схема OFDM, которую мы рассматривали в предыдущем разделе, посылала данные по этим каналам, поэтому получила, в контексте ADSL, название дискретная мультитональная модуляция, DMT (Discrete MultiTone). Канал 0 используется для POTS (Plain Old Telephone Service — обычной телефонной сети). Каналы с 1 по 5 не используются, чтобы голосовой сигнал не имел возможности интерферировать с информационным. Из оставшихся 250 каналов один занят контролем передачи в сторону провайдера, один — в сторону пользователя, а все прочие доступны для передачи пользовательских данных.
Рис. 2.30. Работа ADSL с использованием дискретной мультитональной модуляции
В принципе, каждый из свободных каналов может быть использован для полнодуплексной передачи, однако из-за помех, взаимной интерференции и так далее практически это не реализуется. Провайдер может самостоятельно определять, сколько каналов использовать для входящего трафика, сколько для исходящего. Технически возможно осуществлять такое разделение в пропорции 50/50, но фактически большинство провайдеров предоставляет 80-90 % пропускной способности для передачи в сторону абонентов, так как большинство пользователей скачивают гораздо больше данных, чем загружают. Обычно под исходящий трафик пользователю отводится 32 канала, по всем остальным информационным каналам он может принимать данные. В целях увеличения пропускной способности можно несколько последних каналов сделать дуплексными, однако это потребует введения в строй дополнительных схем, исключающих образование эха.
В 1999 году был одобрен международный стандарт ADSL, известный как G.dmt. Он позволяет принимать входящий трафик со скоростью 8 Мбит/с и отправлять исходящий со скоростью 1 Мбит/с. Его сменило в 2002 году второе поколение, названное ADSL2, с различными усовершенствованиями, что дало скорость целых 12 Мбит/с для входящего трафика и 1 Мбит/с для исходящего. Теперь существует ADSL2+, который удваивает нисходящую скорость (от провайдера к клиенту) до 24 Мбит/с, удваивая пропускную способность, чтобы использовать полосу 2,2 МГц по витой паре.
Однако числа, приведенные здесь, являются скоростями лучшего случая для хороших линий близко (в пределах 1-2 км) к оконечной телефонной станции. Немного линий поддерживают эти скорости, и немного провайдеров предлагают эти скорости. Как правило, провайдеры предлагают приблизительно 1 Мбит/с к клиенту и 256 Кбит/с от клиента (стандартный сервис), соответственно 4 Мбит/с и 1 Мбит/с (улучшенный сервис) и 8 Мбит/с и 2 Мбит/с (премиум-сервис).
В пределах каждого канала модуляция QAM используется на скорости примерно 4000 символов/с. Качество линии в каждом канале постоянно проверяется, и скорость передачи данных корректируется при использовании большей или меньшей совокупности, как на рис. 2.19. У различных каналов могут быть различные скорости передачи данных, начиная с 15 бит на символ, посланными на канале с высоким отношением сигнал/шум, и снижаться до 2, 1 или 0 бит на символ, посланный на канале с низким отношением сигнал/шум в зависимости от стандарта.
Типичная организация ADSL-линии показана на рис. 2.31. На схеме видно, что телефонная компания установила в помещении у абонента специальное устройство сопряжения с сетью, NID (Network Interface Device). Эта маленькая пластмассовая коробочка маркирует окончание зоны владений телефонной компании и начало частной собственности абонента. Недалеко от этого устройства (а иногда вообще в одном блоке с ним) расположен разветвитель, который представляет собой аналоговый фильтр, отделяющий полосу POTS (0-4000 Гц) от каналов данных. Сигналы, проходящие по POTS, передаются на имеющийся телефон или факс, а все остальные отправляются на ADSL-модем, который использует цифровой сигнальный процессор для выполнения OFDM. Поскольку большинство модемов ADSL — внешние, то требуется организовать высокоскоростное соединение модема с системным блоком компьютера. Обычно это делается с помощью сетевой карты Ethernet, USB-кабеля или 802.11.
Рис. 2.31. Типичная конфигурация оборудования ADSL
На противоположном конце кабеля, на оконечной коммутационной станции, также установлен разветвитель. Здесь голосовая составляющая сигнала отделяется от информационной и пересылается на обычный телефонный коммутатор. Сигнал, передающийся на частотах, превышающих 26 кГц, отправляется на устройство нового типа, которое называется мультиплексором доступа к DSL, DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), в состав которого в качестве ADSL-модема входит сигнальный процессор того же типа, что и у абонента. По мере восстановления по цифровому сигналу битовой последовательности формируются пакеты, отсылающиеся провайдеру.
Полное разделение голосовой связи и системы передачи данных позволило телефонным компаниям без особых проблем внедрить ADSL. Требуется всего лишь приобрести DSLAM и разветвитель и подсоединить абонентов ADSL к этому разветвителю. Прочие системы с высокой пропускной способностью (например, ISDN) требуют гораздо больших усилий для их внедрения и согласования с имеющимся коммутационным оборудованием.
Одним из недостатков представленной на рис. 2.31 системы является наличие NID и разветвителя в жилище пользователя. Установить это оборудование может только технический специалист телефонной компании, что выражается, прежде всего, в высокой стоимости выездных услуг. По этой причине был стандартизован другой вариант комплектации, неофициально названный G.lite, в котором отсутствует разветвитель. Фактически это та же самая показанная на рис. 2.31 схема, но без разветвителя у пользователя. Имеющаяся телефонная линия используется как есть. Единственное, что пользователю необходимо сделать, это вставить в разъем каждого телефонного аппарата специальный микрофильтр, который в итоге должен оказаться в схеме между телефоном или ADSL-модемом и телефонной линией. Телефонный микрофильтр вырезает сигналы, частоты которых превышают 3400 Гц. Что же касается фильтра для ADSL-модема, то он, напротив, пропускает только высокие частоты, вырезая диапазон от 0 до 26 кГц. Однако система с разветвителем является более надежной, поэтому максимальная скорость работы G.lite — только 1,5 Мбит/с (против 8 Мбит/с в системах с разветвителем). Более подробно об ADSL можно узнать в Starr (2003).
Волокно до дома
Развернутые медные местные линии ограничивают производительность ADSL и телефонных модемов. Чтобы позволить им обеспечивать более быстрый и качественный сетевой сервис, телефонные компании обновляют местные линии при любой возможности, устанавливая оптоволокно на всем пути до зданий и офисов. Результат называют FTTH (Fiber To The Home — Волокно до дома). Хотя технология FTTH была уже доступна в течение некоторого времени, развертывание только начало расти в 2005 году с ростом спроса на высокоскоростной Интернет у клиентов, привыкших к DSL и кабелю, которые хотели загрузить фильмы. Приблизительно 4 % американских зданий теперь соединены с FTTH со скоростями доступа к Интернету до 100 Мбит/с.