Ten spyte van die wydverspreide gebruik van Ethernet-netwerke, bly DSL-gebaseerde kommunikasietegnologie tot vandag toe relevant. Tot nou toe kan DSL gevind word in laaste-myl-netwerke om intekenaartoerusting aan internetverskaffernetwerke te koppel, en onlangs word die tegnologie toenemend gebruik in die konstruksie van plaaslike netwerke, byvoorbeeld in industriële toepassings, waar DSL dien as 'n aanvulling tot Ethernet of veldnetwerke gebaseer op RS-232/422/485. Soortgelyke industriële oplossings word aktief gebruik in ontwikkelde Europese en Asiatiese lande.
DSL is 'n familie van standaarde wat oorspronklik ontwerp is vir die oordrag van digitale data oor telefoonlyne. Histories het dit die eerste breëband-internettoegangstegnologie geword, wat DIAL UP en ISDN vervang. Die wye verskeidenheid DSL-standaarde wat tans bestaan, is te danke aan die feit dat baie maatskappye, wat in die 80's begin het, probeer het om hul eie tegnologie te ontwikkel en te bemark.
Al hierdie ontwikkelings kan in twee groot kategorieë verdeel word – asimmetriese (ADSL) en simmetriese (SDSL) tegnologieë. Asimmetries verwys na dié waarin die spoed van die inkomende verbinding verskil van die spoed van uitgaande verkeer. Met simmetries bedoel ons dat die ontvangs- en transmissiespoed gelyk is.
Die mees bekende en wydverspreide asimmetriese standaarde is in werklikheid ADSL (in die jongste uitgawe - ADSL2+) en VDSL (VDSL2), simmetries - HDSL (verouderde profiel) en SHDSL. Hulle verskil almal van mekaar deurdat hulle op verskillende frekwensies werk en verskillende koderings- en modulasiemetodes op die fisiese kommunikasielyn gebruik. Die foutkorreksiemetodes verskil ook, wat lei tot verskillende vlakke van geraasimmuniteit. As gevolg hiervan het elke tegnologie sy eie beperkings in die spoed en afstand van data-oordrag, insluitend afhangende van die tipe en kwaliteit van die geleier.
Limiete van verskeie DSL-standaarde
In enige DSL-tegnologie neem die data-oordragtempo af namate die kabellengte toeneem. Op uiterste afstande is dit moontlik om snelhede van etlike honderde kilobits te verkry, maar wanneer data oor 200-300 m oorgedra word, is die maksimum moontlike spoed beskikbaar.
Onder alle tegnologieë het SHDSL 'n ernstige voordeel wat dit moontlik maak om dit in industriële toepassings te gebruik - hoë geraasimmuniteit en die vermoë om enige tipe geleier vir data-oordrag te gebruik. Dit is nie die geval met asimmetriese standaarde nie, en die kwaliteit van kommunikasie is hoogs afhanklik van die kwaliteit van die lyn wat vir data-oordrag gebruik word. Dit word veral aanbeveel om 'n gedraaide telefoonkabel te gebruik. In hierdie geval is 'n meer betroubare oplossing om 'n optiese kabel in plaas van ADSL en VDSL te gebruik.
Enige paar geleiers wat van mekaar geïsoleer is, is geskik vir SHDSL - koper, aluminium, staal, ens. Die transmissiemedium kan ou elektriese bedrading, ou telefoonlyne, doringdraadheinings, ens.
Afhanklikheid van SHDSL-data-oordragspoed op afstand en tipe geleier
Uit die grafiek van data-oordragspoed teenoor afstand en tipe geleier wat vir SHDSL gegee word, kan jy sien dat geleiers met 'n groot deursnee jou toelaat om inligting oor 'n groter afstand oor te dra. Danksy die tegnologie is dit moontlik om kommunikasie oor 'n afstand van tot 20 km te organiseer teen 'n maksimum moontlike spoed van 15.3 Mb/s vir 'n 2-draad kabel of 30 Mb vir 'n 4-draad kabel. In werklike toepassings kan die transmissiespoed met die hand ingestel word, wat nodig is in toestande van sterk elektromagnetiese interferensie of swak lynkwaliteit. In hierdie geval, om die transmissieafstand te vergroot, is dit nodig om die spoed van SHDSL-toestelle te verminder. Om spoed akkuraat te bereken afhangende van die afstand en tipe geleier, kan jy gratis sagteware soos bv .
Hoekom het SHDSL hoë geraasimmuniteit?
Die werkingsbeginsel van die SHDSL-senderontvanger kan in die vorm van 'n blokdiagram voorgestel word, waarin 'n spesifieke en onafhanklike (onveranderlike) deel vanuit die toepassingsoogpunt onderskei word. Die onafhanklike deel bestaan uit PMD (Physical Medium Dependent) en PMS-TC (Fisiese Medium-Spesifieke TC Layer) funksionele blokke, terwyl die spesifieke deel die TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) laag en gebruikersdata-koppelvlakke insluit.
Die fisiese skakel tussen transceivers (STU's) kan bestaan as 'n enkele paar of meervoudige enkelpaar kabels. In die geval van veelvuldige kabelpare, bevat die STU verskeie onafhanklike PMD's wat met 'n enkele PMS-TC geassosieer word.
Funksionele model van SHDSL-senderontvanger (STU)
Die TPS-TC-module hang af van die toepassing waarin die toestel gebruik word (Ethernet, RS-232/422/485, ens.). Sy taak is om gebruikersdata in die SHDSL-formaat om te skakel, multipleksing/demultipleksing en tydaanpassing van verskeie kanale van gebruikersdata uit te voer.
Op die PMS-TC-vlak word SHDSL-rame gevorm en gesinchroniseer, sowel as deurmekaar en descrambling.
Die PMD-module voer die funksies uit van inligtingkodering/dekodering, modulasie/demodulasie, eggo-kansellasie, parameteronderhandeling op die kommunikasielyn en die vestiging van verbindings tussen transceivers. Dit is op die PMD-vlak dat die hoofbewerkings uitgevoer word om hoë geraasimmuniteit van SHDSL te verseker, insluitend TCPAM-kodering (Trellis-kodering met analoog pulsmodulasie), 'n gesamentlike kodering en modulasiemeganisme wat die spektrale doeltreffendheid van die sein verbeter in vergelyking met 'n aparte metode. Die werkingsbeginsel van die PMD-module kan ook in die vorm van 'n funksionele diagram voorgestel word.
PMD Module Blokdiagram
TC-PAM is gebaseer op die gebruik van 'n konvolusionele enkodeerder wat 'n oortollige reeks bisse aan die SHDSL-senderkant genereer. By elke kloksiklus word elke bis wat by die enkodeerder-invoer aankom, 'n dubbelbis (dibit) aan die uitset toegeken. Dus, ten koste van relatief min oortolligheid, word transmissiegeraas-immuniteit verhoog. Die gebruik van Trellis-modulasie laat jou toe om die gebruikte data-oordragbandwydte te verminder en die hardeware te vereenvoudig, terwyl dieselfde sein-tot-geraas-verhouding behou word.
Werksbeginsel van die Trellis-enkodeerder (TC-PAM 16)
Die dubbelbis word gevorm deur 'n logiese modulo-2-optelling (eksklusiewe of) bewerking gebaseer op die invoerbis x1(tn) en die bisse x1(tn-1), x1(tn-2), ens. (daar kan tot 20 van hulle in totaal wees), wat voorheen by die enkodeerderinvoer ontvang is en in geheueregisters gestoor gebly het. By die volgende kloksiklus van die enkodeerder tn+1, sal bisse in geheueselle geskuif word om 'n logiese bewerking uit te voer: bis x1(tn) sal na die geheue beweeg, en die hele reeks bisse wat daar gestoor is, verskuif.
Konvolusionele enkodeerder-algoritme
Waarheidstabelle vir optelbewerking modulo 2
Vir duidelikheid is dit gerieflik om 'n toestanddiagram van 'n konvolusie-enkodeerder te gebruik, waaruit jy kan sien in watter toestand die enkodeerder by tye tn, tn+1, ens. afhangende van die invoerdata. Die enkodeerder-toestand beteken in hierdie geval 'n paar waardes van die invoerbis x1(tn) en die bietjie in die eerste geheuesel x1(tn-1). Om 'n diagram te konstrueer, kan jy 'n grafiek gebruik, by die hoekpunte waarvan daar moontlike toestande van die enkodeerder is, en oorgange van een toestand na 'n ander word aangedui deur die ooreenstemmende invoerbisse x1(tn) en uitsetdibitte $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inlyn$.
Noem diagram en oorgangsgrafiek van 'n konvolusie-enkodeerder van die sender
In die sender, gebaseer op die vier bisse wat ontvang is (twee uitsetbisse van die enkodeerder en twee databisse), word 'n simbool gevorm, wat elk ooreenstem met sy eie amplitude van die modulerende sein van die analoog-pulsmodulator.
Toestand van die 16-bis AIM afhangende van die waarde van die vier-bis karakter
Aan die kant van die seinontvanger vind die omgekeerde proses plaas - demodulasie en seleksie uit die oortollige kode (dubbelbisse y0y1(tn)) van die vereiste volgorde van insetbisse van die enkodeerder x1(tn). Hierdie bewerking word deur 'n Viterbi-dekodeerder uitgevoer.
Die dekodeerderalgoritme is gebaseer op die berekening van 'n foutmetriek vir alle moontlike verwagte enkodeerdertoestande. Die foutmetriek verwys na die verskil tussen die ontvangde bisse en die verwagte bisse vir elke moontlike pad. As daar geen ontvangfoute is nie, sal die ware padfoutmetriek 0 wees omdat daar geen bietjie divergensie is nie. Vir vals paaie sal die metriek van nul verskil, voortdurend toeneem, en na 'n geruime tyd sal die dekodeerder ophou om die foutiewe pad te bereken, en net die ware een oorbly.
Enkodeerdertoestanddiagram bereken deur die ontvanger se Viterbi-dekodeerder
Maar hoe verseker hierdie algoritme geraasimmuniteit? As aanvaar word dat die ontvanger die data foutief ontvang het, sal die dekodeerder voortgaan om twee paaie met 'n foutmetriek van 1 te bereken. Die pad met 'n foutmetriek van 0 sal nie meer bestaan nie. Maar die algoritme sal later 'n gevolgtrekking maak oor watter pad waar is, gebaseer op die volgende dubbelbissies wat ontvang word.
Wanneer die tweede fout voorkom, sal daar veelvuldige paaie met metriek 2 wees, maar die korrekte pad sal later geïdentifiseer word op grond van die maksimum waarskynlikheid metode (d.w.s. die minimum metriek).
Enkodeerdertoestanddiagram bereken deur Viterbi-dekodeerder wanneer data met foute ontvang word
In die geval wat hierbo beskryf is, het ons as voorbeeld die algoritme van 'n 16-bis-stelsel (TC-PAM16) oorweeg, wat die oordrag van drie bisse nuttige inligting en 'n bykomende bis vir foutbeskerming in een simbool verseker. Die TC-PAM16 bereik datasnelhede van 192 tot 3840 kbps. Deur die bisdiepte na 128 te verhoog (moderne stelsels werk met TC-PAM128), word ses stukkies nuttige inligting in elke simbool oorgedra, en die maksimum haalbare spoed wissel van 5696 kbps tot 15,3 Mbps.
Die gebruik van analoog pulsmodulasie (PAM) maak SHDSL soortgelyk aan 'n aantal gewilde Ethernet-standaarde, soos gigabit 1000BASE-T (PAM-5), 10-gigabit 10GBASE-T (PAM-16) of industriële enkelpaar Ethernet 2020BASE -T10L, wat belowend is vir 1 (PAM-3).
SHDSL oor Ethernet-netwerke
Daar is bestuurde en onbestuurde SHDSL-modems, maar hierdie klassifikasie het min gemeen met die gewone verdeling in bestuurde en onbestuurde toestelle wat byvoorbeeld bestaan vir Ethernet-skakelaars. Die verskil lê in die konfigurasie en monitering gereedskap. Bestuurde modems word via 'n webkoppelvlak gekonfigureer en kan via SNMP gediagnoseer word, terwyl onbeheerde modems gediagnoseer kan word met behulp van bykomende sagteware via die konsolepoort (vir Phoenix Contact is dit 'n gratis PSI-CONF-program en 'n mini-USB-koppelvlak). Anders as skakelaars, kan onbeheerde modems in 'n netwerk met 'n ringtopologie werk.
Andersins is bestuurde en onbestuurde modems absoluut identies, insluitend funksionaliteit en die vermoë om op die Plug&Play-beginsel te werk, dit wil sê sonder enige voorlopige konfigurasie.
Boonop kan modems toegerus word met oorstroombeskermingsfunksies met die vermoë om dit te diagnoseer. SHDSL-netwerke kan baie lang segmente vorm, en geleiers kan loop op plekke waar oplewingspannings (geïnduseerde potensiaalverskille veroorsaak deur weerligontladings of kortsluitings in nabygeleë kabellyne) kan voorkom. Die geïnduseerde spanning kan ontladingsstrome van kiloamperes laat vloei. Om toerusting teen sulke verskynsels te beskerm, word SPD's dus in modems ingebou in die vorm van 'n verwyderbare bord, wat vervang kan word indien nodig. Dit is aan die terminaalblok van hierdie bord wat die SHDSL-lyn gekoppel is.
Topologieë
Deur SHDSL oor Ethernet te gebruik, is dit moontlik om netwerke met enige topologie te bou: punt-tot-punt, lyn, ster en ring. Terselfdertyd, afhangende van die tipe modem, kan jy beide 2-draad en 4-draad kommunikasie lyne gebruik vir verbinding.
Ethernet-netwerktopologieë gebaseer op SHDSL
Dit is ook moontlik om verspreide stelsels met 'n gekombineerde topologie te bou. Elke SHDSL-netwerksegment kan tot 50 modems hê en, met inagneming van die fisiese vermoëns van die tegnologie (die afstand tussen modems is 20 km), kan die segmentlengte 1000 km bereik.
As 'n bestuurde modem aan die hoof van elke sodanige segment geïnstalleer is, kan die integriteit van die segment met behulp van SNMP gediagnoseer word. Boonop ondersteun bestuurde en onbestuurde modems VLAN-tegnologie, dit wil sê, hulle laat jou toe om die netwerk in logiese subnette te verdeel. Die toestelle is ook in staat om te werk met data-oordragprotokolle wat in moderne outomatiseringstelsels gebruik word (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, ens.).
Bespreking van kommunikasiekanale deur gebruik te maak van SHDSL
SHDSL word gebruik om oortollige kommunikasiekanale in 'n Ethernet-netwerk te skep, meestal opties.
SHDSL en seriële koppelvlak
SHDSL-modems met 'n seriële koppelvlak oorkom die beperkings in afstand, topologie en geleierkwaliteit wat bestaan vir tradisionele bedrade stelsels gebaseer op asynchrone transceivers (UART): RS-232 - 15 m, RS-422 en RS-485 - 1200 m.
Daar is modems met seriële koppelvlakke (RS-232/422/485) vir beide universele toepassings en gespesialiseerde toepassings (byvoorbeeld vir Profibus). Alle sulke toestelle behoort aan die kategorie "onbestuurde" en daarom word hulle met spesiale sagteware gekonfigureer en gediagnoseer.
Topologieë
In netwerke met 'n seriële koppelvlak, met behulp van SHDSL is dit moontlik om netwerke te bou met punt-tot-punt-, lyn- en stertopologieë. Binne die lineêre topologie is dit moontlik om tot 255 nodusse in een netwerk te kombineer (vir Profibus - 30).
In stelsels wat slegs RS-485-toestelle gebruik, is daar geen beperkings op die data-oordragprotokol wat gebruik word nie, maar lyn- en stertopologieë is atipies vir RS-232 en RS-422, dus die werking van eindtoestelle op 'n SHDSL-netwerk met soortgelyke topologieë is slegs moontlik in halfdupleksmodus. Terselfdertyd, in stelsels met RS-232 en RS-422, moet toesteladressering op die protokolvlak verskaf word, wat nie tipies is vir koppelvlakke wat die meeste in punt-tot-punt-netwerke gebruik word nie.
Wanneer toestelle met verskillende tipes koppelvlakke via SHDSL verbind word, is dit nodig om die feit in ag te neem dat daar geen enkele meganisme is om 'n verbinding (handdruk) tussen toestelle te vestig nie. Dit is egter steeds moontlik om 'n uitruil in hierdie geval te reël; hiervoor moet aan die volgende voorwaardes voldoen word:
- kommunikasiekoördinering en data-oordragbeheer moet uitgevoer word op die vlak van 'n verenigde inligtingdata-oordragprotokol;
- alle eindtoestelle moet in halfdupleksmodus werk, wat ook deur die inligtingsprotokol ondersteun moet word.
Die Modbus RTU-protokol, die mees algemene protokol vir asinchroniese koppelvlakke, laat jou toe om al die beskryfde beperkings te vermy en 'n enkele stelsel met verskillende tipes koppelvlakke te bou.
Seriële netwerktopologieë gebaseer op SHDSL
Wanneer twee-draad RS-485 op toerusting gebruik word Jy kan meer komplekse strukture bou deur modems deur een bus op 'n DIN-spoor te kombineer. 'n Kragtoevoer kan op dieselfde bus geïnstalleer word (in hierdie geval word alle toestelle via die bus aangedryf) en optiese omsetters van die PSI-MOS-reeks om 'n gekombineerde netwerk te skep. 'n Belangrike voorwaarde vir die werking van so 'n stelsel is dieselfde spoed van alle transceivers.
Bykomende kenmerke van SHDSL op 'n RS-485-netwerk
Toepassingsvoorbeelde
SHDSL-tegnologie word aktief in munisipale nutsdienste in Duitsland gebruik. Meer as 50 maatskappye wat stadsnutsstelsels bedien, gebruik ou koperdrade om voorwerpe wat deur die stad versprei is, met een netwerk te verbind. Beheer- en rekeningkundige stelsels vir water-, gas- en energievoorsiening word hoofsaaklik op SHDSL gebou. Onder sulke stede is Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder en vele ander.
Die grootste SHDSL-gebaseerde stelsel is in die stad Lübeck geskep. Die stelsel het 'n gekombineerde struktuur gebaseer op optiese Ethernet en SHDSL, verbind 120 voorwerpe ver van mekaar af en gebruik meer as 50 modems . Die hele netwerk word met SNMP gediagnoseer. Die langste segment van Kalkhorst na Lübeck-lughawe is 39 km lank. Die rede waarom die kliëntmaatskappy SHDSL gekies het, was dat dit nie ekonomies lewensvatbaar was om die projek geheel en al op optika te implementeer nie, gegewe die beskikbaarheid van ou koperkabels.
Data-oordrag via sleepring
'n Interessante voorbeeld is die oordrag van data tussen bewegende voorwerpe, soos wat in windturbines of groot industriële draaimasjiene gedoen word. 'n Soortgelyke stelsel word gebruik vir inligting-uitruiling tussen beheerders wat op die rotor en stator van die aanlegte geleë is. In hierdie geval word 'n glykontak deur 'n glipring gebruik om data oor te dra. Voorbeelde soos hierdie wys dat dit nie nodig is om 'n statiese kontak te hê om data oor SHDSL te stuur nie.
Vergelyking met ander tegnologieë
SHDSL vs GSM
As ons SHDSL vergelyk met data-oordragstelsels gebaseer op GSM (3G/4G), dan spreek die afwesigheid van bedryfskoste wat verband hou met gereelde betalings aan die operateur vir toegang tot die mobiele netwerk ten gunste van DSL. Met SHDSL is ons onafhanklik van die dekkingsarea, kwaliteit en betroubaarheid van mobiele kommunikasie by 'n industriële fasiliteit, insluitend weerstand teen elektromagnetiese interferensie. Met SHDSL is dit nie nodig om toerusting te konfigureer nie, wat die ingebruikneming van die fasiliteit bespoedig. Draadlose netwerke word gekenmerk deur groot vertragings in data-oordrag en probleme met die oordrag van data met behulp van multicast-verkeer (Profinet, Ethernet IP).
Inligtingsekerheid spreek ten gunste van SHDSL weens die afwesigheid van die behoefte om data oor die internet oor te dra en die behoefte om VPN-verbindings hiervoor op te stel.
SHDSL vs Wi-Fi
Baie van wat vir GSM gesê is, kan ook op industriële Wi-Fi toegepas word. Lae geraas-immuniteit, beperkte data-oordragafstand, afhanklikheid van die topologie van die gebied en vertragings in data-oordrag spreek teen Wi-Fi. Die belangrikste nadeel is die inligtingsekuriteit van Wi-Fi-netwerke, want enigiemand het toegang tot die data-oordragmedium. Met Wi-Fi is dit reeds moontlik om Profinet- of Ethernet IP-data oor te dra, wat moeilik vir GSM sou wees.
SHDSL vs optika
In die oorgrote meerderheid van gevalle het optika 'n groot voordeel bo SHDSL, maar in 'n aantal toepassings laat SHDSL jou tyd en geld bespaar op die lê en sweis van optiese kabels, wat die tyd wat dit neem om 'n fasiliteit in werking te stel, verminder. SHDSL benodig nie spesiale verbindings nie, want die kommunikasiekabel is eenvoudig aan die modemterminaal gekoppel. As gevolg van die meganiese eienskappe van optiese kabels, is die gebruik daarvan beperk in toepassings wat die oordrag van inligting tussen bewegende voorwerpe behels, waar kopergeleiers meer algemeen voorkom.
Bron: will.com