Технология ADSL - техническое описание

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) — Асимметричная цифровая абонентская линия) входит в число технологий высокоскоростной передачи данных, известных как технологии DSL (Digital Subscriber Line — Цифровая абонентская линия) и имеющих общее обозначение xDSL. К другим технологиям DSL относятся HDSL (High data rate Digital Subscriber Line — Высокоскоростная цифровая абонентская линия), VDSL (Very high data rate Digital Subscriber Line — Сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) и другие.

Общее название технологий DSL возникло в 1989 году, когда впервые появилась идея использовать аналого-цифровое преобразование на абонентском конце линии, что позволило бы усовершенствовать технологию передачи данных по витой паре медных телефонных проводов. Технология ADSL была разработана для обеспечения высокоскоростного (можно даже сказать мегабитного) доступа к интерактивным видеослужбам (видео по запросу, видеоигры и т.п.) и не менее быстрой передачи данных (доступ в Интернет, удаленный доступ к ЛВС и другим сетям).

Так что же такое ADSL? Прежде всего, ADSL является технологией, позволяющей превратить витую пару телефонных проводов в тракт высокоскоростной передачи данных. Линия ADSL соединяет два модема ADSL, которые подключены к каждому концу витой пары телефонного кабеля (смотрите рисунок 1).

Рисунок 1

При этом организуются три информационных канала — лнисходящий╗ поток передачи данных, лвосходящий╗ поток передачи данных и канал обычной телефонной связи (POTS) (смотрите рисунок 2). Канал телефонной связи выделяется с помощью фильтров, что гарантирует работу вашего телефона даже при аварии соединения ADSL.

Рисунок 2

ADSL является асимметричной технологией — скорость лнисходящего╗ потока данных (т.е. тех данных, которые передаются в сторону конечного пользователя) выше, чем скорость лвосходящего╗ потока данных (в свою очередь передаваемого от пользователя в сторону сети). Сразу же следует сказать, что не следует искать здесь причину для беспокойства. Скорость передачи данных от пользователя (более лмедленное╗ направление передачи данных) все равно значительно выше, чем при использовании аналогового модема. Фактически же она также значительно выше, чем ISDN (Integrated Services Digital Network — Интегральная цифровая сеть связи).

Для сжатия большого объема информации, передаваемой по витой паре телефонных проводов, в технологии ADSL используется цифровая обработка сигнала и специально созданные алгоритмы, усовершенствованные аналоговые фильтры и аналого-цифровые преобразователи. Телефонные линии большой протяженности могут ослабить передаваемый высокочастотный сигнал (например, на частоте 1 МГц, что является обычной скоростью передачи 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 первый взгляд система ADSL достаточно проста — создаются каналы высокоскоростной передачи данных по обычному телефонному кабелю. Но, если детально разобраться в работе ADSL, можно понять, что данная система относится к достижениям современной технологии.

Технология ADSL использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (также называемых несущими). Это позволяет одновременно передавать несколько сигналов по одной линии. Точно такой же принцип лежит в основе кабельного телевидения, когда каждый пользователь имеет специальный преобразователь, декодирующий сигнал и позволяющий видеть на экране телевизора футбольный матч или увлекательный фильм. При использовании ADSL разные несущие одновременно переносят различные части передаваемых данных. Этот процесс известен как частотное уплотнение линии связи (Frequency Division Multiplexing — FDM) (смотрите рисунок 3). При FDM один диапазон выделяется для передачи лвосходящего╗ потока данных, а другой диапазон для лнисходящего╗ потока данных. Диапазон лнисходящего╗ потока в свою очередь делится на один или несколько высокоскоростных каналов и один или несколько низкоскоростных каналов передачи данных. Диапазон лвосходящего╗ потока также делится на один или несколько низкоскоростных каналов передачи данных. Кроме этого может применяться технология эхокомпенсации (Echo Cancellation), при использовании которой диапазоны лвосходящего╗ и лнисходящего╗ потоков перекрываются (смотрите рисунок 3) и разделяются средствами местной эхокомпенсации.

Рисунок 3

Именно таким образом ADSL может обеспечить, например, одновременную высокоскоростную передачу данных, передачу видеосигнала и передачу факса. И все это без прерывания обычной телефонной связи, для которой используется та же телефонная линия. Технология предусматривает резервирование определенной полосы частот для обычной телефонной связи (или POTS — Plain Old Telephone Service). Удивительно, как быстро телефонная связь превратилась не только в лпростую╗ (Plain), но и в лстарую╗ (Old); получилось что-то вроде лстарой доброй телефонной связи╗. Однако, следует отдать должное разработчикам новых технологий, которые все же оставили телефонным абонентам узенькую полоску частот для живого общения. При этом телефонный разговор можно вести одновременно с высокоскоростной передачей данных, а не выбирать одно из двух. Более того, даже если у вас отключат электричество, обычная лстарая добрая╗ телефонная связь будет работать по-прежнему и с вызовом электрика у вас никаких проблем не возникнет. Обеспечение такой возможности было одним из разделов оригинального плана разработки ADSL. Даже одна эта возможность дает системе ADSL значительное преимущество перед ISDN.

Одним из основных преимуществ ADSL над другими технологиями высокоскоростной передачи данных является использование самых обычных витых пар медных проводов телефонных кабелей. Совершенно очевидно, что таких пар проводов насчитывается гораздо больше (и это еще слабо сказано), чем, например, кабелей, проложенных специально для кабельных модемов. ADSL образует, если можно так сказать, лналоженную сеть╗. При этом дорогостоящей и отнимающей много времени модернизации коммутационного оборудования (как это необходимо для ISDN) не требуется.

ADSL является технологией высокоскоростной передачи данных, но насколько высокоскоростной? Учитывая, что буква лА╗ в названии ADSL означает лasymmetric╗ (асимметричная), можно сделать вывод, что передача данных в одну сторону осуществляется быстрее, чем в другую. Поэтому следует рассматривать две скорости передачи данных: лнисходящий╗ поток (передача данных от сети к вашему компьютеру) и лвосходящий╗ поток (передача данных от вашего компьютера в сеть).

Факторами, влияющими на скорость передачи данных, являются состояние абонентской линии (т.е. диаметр проводов, наличие кабельных отводов и т.п.) и ее протяженность. Затухание сигнала в линии увеличивается при увеличении длины линии и возрастании частоты сигнала, и уменьшается с увеличением диаметра провода. Фактически функциональным пределом для ADSL является абонентская линия длиной 3,5 — 5,5 км при толщине проводов 0,5 мм. В настоящее время ADSL обеспечивает скорость лнисходящего╗ потока данных в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость лвосходящего╗ потока данных от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. Общая тенденция развития данной технологии обещает в будущем увеличение скорости передачи данных, особенно в лнисходящем╗ направлении.

Для того, чтобы оценить скорость передачи данных, обеспечиваемую технологией ADSL, необходимо сравнить ее с той скоростью, которая может быть доступна пользователям, использующим другие технологии. Аналоговые модемы позволяют передавать данные со скоростью от 14,4 до 56 Кбит/с. ISDN обеспечивает скорость передачи данных 64 Кбит/с на канал (обычно пользователь имеет доступ к двум каналам, что в сумме составляет 128 Кбит/с). Различные технологии DSL дают пользователю возможность передавать данные со скоростью 144 Кбит/с (IDSL), 1,544 и 2,048 Мбит/с (HDSL), лнисходящий╗ поток 1,5 — 8 Мбит/с и лвосходящий╗ поток 640 — 1500 Кбит/с (ADSL), лнисходящий╗ поток 13 — 52 Мбит/с и лвосходящий╗ поток 1,5 — 2,3 Мбит/с (VDSL). Кабельные модемы имеют скорость передачи данных от 500 Кбит/с до 10 Мбит/с (при этом следует учитывать, что полоса пропускания кабельных модемов делится между всеми пользователями, одновременно имеющими доступ к данной линии, поэтому число одновременно работающих пользователей оказывает значительное влияние на реальную скорость передачи данных каждого из них). Цифровые линии Е1 и Е3 имеют скорость передачи данных, соответственно, 2,048 Мбит/с и 34 Мбит/с.

При использовании технологии ADSL полоса пропускания той линии, с помощью которой конечный пользователь связан с магистральной сетью, принадлежит этому пользователю всегда и целиком. Нужна ли вам линия ADSL? Решать вам, но для того, чтобы вы приняли правильное решение, рассмотрим некоторые преимущества ADSL.

Прежде всего, скорость передачи данных. Цифры были указаны двумя абзацами выше. Причем эти цифры не являются пределом. В новом стандарте ADSL 2 реализованы скорости 10 Мбит/с лнисходящего╗ и 1 Мбит/с лвосходящего╗ потока при дальности до 3 км, а в технологии ADSL 2+, стандарт которой должен быть утверждён в 2003 году, фигурируют скорости лнисходящего╗ потока в 20, 30 и 40 Мбит/с (соответственно по 2,3 и 4 парам).

Для того, чтобы подключиться к сети Интернет или к ЛВС, не нужно набирать телефонный номер. ADSL создает широкополосный канал передачи данных, используя уже существующую телефонную линию. После установки модемов ADSL вы получаете постоянно установленное соединение. Высокоскоростной канал передачи данных всегда готов к работе — в любой момент, когда вам это потребуется.

Полоса пропускания линии принадлежит пользователю целиком. В отличие от кабельных модемов, которые допускают разделение полосы пропускания между всеми пользователями (что в значительной мере оказывает влияние на скорость передачи данных), технология ADSL предусматривает использование линии только одним пользователем.

Технология ADSL позволяет полностью использовать ресурсы линии. При обычной телефонной связи используется около одной сотой пропускной способности телефонной линии. Технология ADSL устраняет этот лнедостаток╗ и использует оставшиеся 99% для высокоскоростной передачи данных. При этом для различных функций используются различные полосы частот. Для телефонной (голосовой) связи используется область самых низких частот всей полосы пропускания линии (приблизительно до 4 кГц), а вся остальная полоса используется для высокоскоростной передачи данных.

Многофункциональность данной системы является не самым последним аргументом в ее пользу. Так как для работы различных функций выделены различные частотные каналы полосы пропускания абонентской линии, ADSL позволяет одновременно передавать данные и говорить по телефону. Вы можете звонить по телефону и отвечать на звонки, передавать и принимать факсы, одновременно с этим находясь в сети Интернет или получая данные из корпоративной сети ЛВС. Все это по одной и той же телефонной линии.

ADSL открывает совершенно новые возможности в тех областях, в которых в режиме реального времени необходимо передавать качественный видеосигнал. К ним относится, например, организация видеоконференций, обучение на расстоянии и видео по запросу. Технология ADSL позволяет провайдерам предоставлять своим пользователям услуги, скорость передачи данных которых более чем в 100 раз превышает скорость самого быстрого на данный момент аналогового модема (56 Кбит/с) и более чем в 70 раз превышает скорость передачи данных в ISDN (128 Кбит/с).

Технология ADSL позволяет телекоммуникационным компаниям предоставлять частный защищенный канал для обеспечения обмена информацией между пользователем и провайдером.
Не следует забывать и о затратах. Технология ADSL эффективна с экономической точки зрения хотя бы потому, что не требует прокладки специальных кабелей, а использует уже существующие двухпроводные медные телефонные линии. То есть, если у вас дома или в офисе есть подключенный телефонный аппарат, вам не нужно прокладывать дополнительные провода для использования ADSL. (Хотя есть и ложка дегтя. Компания, обеспечивающая вам возможность обычной телефонной связи, должна при этом предоставлять и услугу ADSL.)

Для того, чтобы линия ADSL работала, необходимо не так уж много оборудования. На обоих концах линии устанавливаются модемы ADSL: один на стороне пользователя (дома или в офисе), а другой на стороне сети (у провайдера Интернет или на телефонной станции). Причем пользователю совсем не обязательно покупать свой модем, но достаточно взять его у провайдера в аренду. Кроме того, пользователю для того, чтобы модем ADSL работал, необходимо иметь компьютер и интерфейсную плату, например, Ethernet 10baseT.

По мере того, как телефонные компании постепенно вступают на еще неосвоенное поле передачи данных форматов видео и мультимедиа конечному пользователю, технология ADSL продолжает играть большую роль. Разумеется, через какое-то время широкополосная кабельная сеть охватит всех потенциальных пользователей. Но успех этих новых систем будет зависеть от того, какое количество пользователей будет вовлечено в процесс использования новых технологий уже сейчас. Принося кинофильмы и телевидение, видеокаталоги и Интернет в дома и офисы, ADSL делает данный рынок жизнеспособным и прибыльным как для телефонных компаний, так и для других компаний, предоставляющих услуги в различных областях.

Стандарты xDSL

Мы не откроем большого секрета, если скажем, что основной целью стандартизации является обеспечение совместимости аппаратуры разных производителей в рамках единой сети связи. Для решения задач стандартизации существуют и активно работают специальные как национальные, так и международные организации. В силу глобального характера телекоммуникаций критически важной является в первую очередь роль именно международных организаций по стандартизации и их эффективное взаимодействие с национальными организациями по стандартизации ведущих промышленных стран мира. В области телекоммуникаций такой ведущей международной организацией по стандартизации является Сектор Стандартизации Телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи ( ITU – T ). Он несёт основную ответственность за разработку, согласование и утверждение международных телекоммуникационных стандартов, которые обычно называют Рекомендациями. Авторитет ITU – T как главной международной организации в области стандартизации телекоммуникаций столь велик, что несоответствие параметров конкретной аппаратуры или системы связи этим рекомендациям считается, как правило, серьёзным недостатком этой аппаратуры или системы связи.

Все рекомендации ITU – T имеют краткие обозначения, первым символом которых обычно является заглавная буква римского алфавита, которая обычно дополняется несколькими арабскими цифрами. Например, рекомендации ITU – T серии V являются стандартами модемов коммутируемой сети общего пользования ТФОП. В то же время стандарты ITU – T модемов х DSL имеют индекс “ G ”. Отнесение модемов xDSL к рекомендациям серии “ G ”, является вполне логичным, поскольку рекомендации этой серии стандартизуют практически все системы передачи, работающие по кабельным линиям связи. Именно такой системой передачи является любая кабельная линия, окончаниями которой являются два модема типа xDSL .

Ведущими национальными организациями по разработке и внедрению телекоммуникационных стандартов в мире являются Американский Национальный Институт Стандартов ANSI и E вропейский Институт Телекоммуникационных стандартов ETSI . Кроме того, как ANSI , так и ETSI принимают самое активное участие в разработке, апробации, согласовании и утверждении стандартов ITU – T . Кроме трёх указанных организаций активно работают в области стандартизации технологий xDSL Форум ADSL ( ADSLF ) и Рабочая Группа Универсальной ADSL ( UAWG ).

Ниже приводятся функции и результаты работы указанных организаций по стандартизации.

1.  ITU – T (МСЭ-Т).

Рекомендации ITU – T , касающиеся сетей абонентского доступа, изложены в рекомендациях ITU – T серий G , I , Q и Y . Рекомендации ITU – T , касающиеся технологий xDSL , как уже упоминалось, входят в раздел рекомендаций серии G . Основополагающей рекомендацией этого раздела, относящейся к абонентскому доступу, является рекомендация G .902 “Framework Recommendation on functional access networks (AN). Architecture and functions, access types, management and service node access ”, посвящённая архитектуре сети доступа AN ( Acess Network ), выполняемым ею функциям, видам доступа, техническому обслуживанию и назначению узла, предоставляющего услуги связи. Рекомендация G .902 была утверждена в ноябре 1995 г. Ведущей рабочей группой ( Study Group - SG ) по стандартизации абонентского доступа (в том числе и модемов xDSL ) является SG 15.

Остановимся более подробно на рассмотрении рекомендации G .902.

Точка UNI (user-network interface) является точкой интерфейса пользователь-сеть. Рекомендация ITU – T I.112 определяет UNI как интерфейс между оконечным оборудованием пользователя и сетевым окончанием NT, где используются аппаратные средства и протоколы доступа, поддерживающие доступ пользователя к услугам сети. Далее следует непосредственно сеть доступа AN, которая через интерфейс сетевого узла доступа SNI (Service Node Interface) обеспечивает непосредственный доступ пользователя к сетевым услугам. Верхний фрагмент рис.1 представляет собой сеть технической эксплуатации сети электросвязи TMN (Telecommunications Management Network), выполнение функций которой поддерживается показанными на рис.1 интерфейсами Q3.

В табл.1 представлены рекомендации ITU – T , являющиеся практическими стандартами для семейства цифровых абонентских линий xDSL

2. ANSI

В США Комитет ANSI T1 отвечает за национальные телекоммуникационные стандарты и участвует в работе МСЭ-Т по созданию международных стандартов.

Подкомитет Т1Е1 подкомитета Т1 ANSI занимается стандартами, относящимися к интерфейсам, пропускной способности и защите сетей.

Рабочая группа Т1Е1.4 подкомитета Т1Е1 отвечает за технологии DSL. Эта группа разработала первый стандарт ADSL, известный как Т1.413, основанный на использовании линейного кода DMT и одобренный в 1995 году. Этот стандарт выдержал ряд редакций, называемых версиями (issues). Последняя версия известна под названием “T1.413 Issue 2” или просто “Т1.413i2”. Она была одобрена в 1998 году. В 2001 году было выпущено дополнение к T 1.413-1998, озаглавленное T 1.423 a (определение идентификационного номера вендора ADSL ).

Первая редакция Т1.413 стандарта ADSL содержала наиболее важные свойства и параметры модемов ADSL, включая эхокомпенсацию, модуляцию с использованием решётчатого кода, два канала задержки сигнала (dual latency), поддерживающих как чувствительный к задержке трафик (например, телефонный и интерактивное видео), так и нечувствительный к задержке трафик (например, трафик данных). Вторая редакция этого стандарта Т1.413i2 определяет дополнительные возможности ADSL (передачу эталонного синхросигнала, использование для транспортирования сигналов способов TDM и/или АТМ, а также режима сокращённого служебного заголовка)

Первая редакция T1.413 (Issue I) стандарта ADSL была ограничена одним интерфейсом в помещении пользователя (СРЕ). Вторая редакция этого стандарта T1.413i2 расширила возможности доступа пользователя путём введения в оборудование пользователя специального интерфейса мультиплексирования, протоколов конфигурации и управления сетью, а также целого ряда других улучшений.

В настоящее время рабочая группа Т1Е1.4 работает над 3-ей редакцией стандарта Т1.413, который учитывает требования международных стандартов (и в первую очередь рекомендаций МСЭ-Т G992.1 и G.992.2). Поэтому эта последняя редакция Т1Е1.4 13 имеет все основания претендовать на роль международного стандарта для технологий ADSL.

3. ETSI

ETSI отвечает за разработку европейских телекоммуникационных стандартов и участвует в работе МСЭ-Т по созданию международных стандартов.

В ETSI имеется Технический комитет по технике передачи и мультиплексированию (ТМ), отвечающий за стандартизацию функций и характеристик транспортных сетей и их элементов. В его состав входит рабочая группа ТМ6, областью деятельности которой являются технологии хDSL. В частности, ETSI TM6 занимается адаптацией стандарта ANSI T1.413i2 к европейским условиям.

Нормативные документы ETSI, относящиеся к технологиям xDSL, приведены в Табл.2.

Таблица 2 Нормативные документы ETSI, относящиеся к технологиям xDSL

Примечание.

В таблице 2 следует обратить внимание на техническую спецификацию ETSI TS 101 388, которая стандартизует линию ADSL, обеспечивающую совместную передачу сигналов ADSL и сигналов основного доступа ISDN (ISDN-BA) по одной паре.

Эта спецификация особенно актуальна для стран Западной Европы (и в первую очередь Германии и Швейцарии), где широко используется основной доступ ISDN. Быстрая разработка этого стандарта прекрасно иллюстрирует стремление операторов связи защитить уже сделанные инвестиции в ISDN.