Нягледзячы на паўсюднае распаўсюджванне сетак Ethernet, тэхналогіі сувязі на аснове DSL не губляюць сваёй актуальнасці і дагэтуль. Да гэтага часу DSL можна сустрэць у сетках апошняй мілі для падлучэння абаненцкага абсталявання да сетак Інтэрнэт-правайдэра, а ў апошні час тэхналогія ўсё гушчару выкарыстоўваецца пры пабудове лакальных сетак, напрыклад, у прамысловых прыкладаннях, дзе DSL выступае ў якасці дадатку да Ethernet або да палявых. сеткам на аснове RS-232/422/485. Падобныя прамысловыя рашэнні актыўна прымяняюцца ў развітых еўрапейскіх і азіяцкіх краінах.
DSL уяўляе сабой сямейства стандартаў, якія першапачаткова задумваліся для перадачы лічбавых дадзеных па тэлефонных лініях сувязі. Гістарычна гэта стала першай тэхналогіяй шырокапалоснага доступу ў Інтэрнэт, прыйдучы на змену DIAL UP і ISDN. Вялікая разнастайнасць існуючых у сапраўдны момант стандартаў DSL звязана з тым, што многія кампаніі, пачынаючы з 80-х гадоў, імкнуліся распрацаваць і прасунуць на рынак уласную тэхналогію.
Усе гэтыя распрацоўкі можна падзяліць на дзве вялікія катэгорыі - асіметрычныя (ADSL) і сіметрычныя (SDSL) тэхналогіі. Пад асіметрычнымі разумеюцца тыя, у якіх хуткасць уваходнага злучэння адрозніваецца ад хуткасці выходнага трафіку. Пад сіметрычнымі разумеецца, што хуткасці на прыём і перадачу роўныя.
Найбольш вядомымі і распаўсюджанымі асіметрычнымі стандартамі з'яўляюцца, уласна, ADSL (у апошняй рэдакцыі - ADSL2 +) і VDSL (VDSL2), сіметрычнымі - HDSL (састарэлы профіль) і SHDSL. Адзін ад аднаго ўсе яны адрозніваюцца тым, што працуюць на розных частотах, выкарыстоўваюць розныя спосабы кадавання і мадуляцыі на фізічнай лініі сувязі. Таксама адрозніваюцца спосабы карэкцыі памылак, дзякуючы чаму забяспечваецца розны ўзровень перашкодаўстойлівасці. Як вынік, кожная тэхналогія мае свае межы ў хуткасці і дыстанцыі перадачы даных, у тым ліку ў залежнасці ад тыпу і якасці правадыра.
Лімітавыя параметры розных стандартаў DSL
У любой DSL-тэхналогіі хуткасць перадачы дадзеных падае з павелічэннем даўжыні правадыра. На лімітавых дыстанцыях можна атрымаць хуткасць у некалькі соцень кілабіт, але пры перадачы дадзеных на 200-300 м даступная максімальна магчымая хуткасць.
Сярод усіх тэхналогій у SHDSL ёсць сур'ёзная перавага, якое робіць магчымым яе ўжыванне ў прамысловых прыкладаннях, – высокая перашкодаўстойлівасць і магчымасць выкарыстання для перадачы дадзеных любога тыпу правадыра. У асіметрычных стандартах такога няма, і якасць сувязі моцна залежыць ад якасці лініі, якая выкарыстоўваецца для перадачы дадзеных. У прыватнасці, рэкамендуецца выкарыстоўваць вітай тэлефонны кабель. У гэтым выпадку больш надзейным рашэннем замест ADSL і VDSL аказваецца выкарыстоўваць аптычны кабель.
Для SHDSL падыходзіць любая пара ізаляваных сябар ад сябра правадыроў – медных, алюмініевых, сталёвых і інш. У якасці асяроддзя перадачы можа выступаць старая электраправодка, старыя тэлефонныя лініі, калючы дрот платоў і інш.
Залежнасць хуткасці перадачы даных SHDSL ад дыстанцыі і тыпу правадыра
З графіка залежнасці хуткасці перадачы дадзеных ад дыстанцыі і тыпу правадыра, прыведзенага для SHDSL, можна ўбачыць, што правадыры з вялікім перасекам дазваляюць перадаваць інфармацыю на вялікую дыстанцыю. Дзякуючы тэхналогіі магчыма арганізаваць сувязь на дыстанцыю да 20 км пры максімальна магчымай хуткасці 15.3/2 Мб / с для 30-праваднога кабеля або 4 Мб для XNUMX-праваднога. У рэальных прыкладаннях хуткасць перадачы можа быць выстаўлена ўручную, што неабходна ва ўмовах моцных электрамагнітных перашкод ці дрэннай якасці лініі. У гэтым выпадку для павелічэння дыстанцыі перадачы неабходна зменшыць хуткасць працы SHDSL-прылад. Для дакладнага разліку хуткасці ў залежнасці ад дыстанцыі і тыпу правадыра можна выкарыстоўваць бясплатныя праграмныя сродкі, такія як .
За кошт чаго SHDSL валодае высокай перашкодаўстойлівасцю?
Прынцып працы прыёмаперадатчыка SHDSL можна прадставіць у выглядзе блок-дыяграмы, у якой вылучаюць спецыфічную і незалежную (інварыянтную) з пункта гледжання прыкладання частка. Незалежная частка складаецца з функцыянальных блокаў PMD (Physical Medium Dependent) і PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), у той час як спецыфічная частка ўключае ўзровень TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) і інтэрфейсы карыстацкіх дадзеных.
Фізічная лінія сувязі паміж прыёмаперадатчыкамі (STU) можа існаваць у выглядзе аднапарнага або некалькіх аднапарных кабеляў. У выпадку некалькіх пар кабеляў STU змяшчае некалькі незалежных блокаў PMD, злучаных з адзіным PMS-TC.
Функцыянальная мадэль SHDSL-прымача перадатчыка (STU)
Модуль TPS-TC залежыць ад прыкладання, у якім выкарыстоўваецца прылада (Ethernet, RS-232/422/485 і інш.). У яго задачу ўваходзіць пераўтварэнне карыстацкіх дадзеных у фармат SHDSL, выконваецца мультыплексаванне/дэмультыплексаванне і карэкціроўка па часе некалькіх каналаў карыстацкіх дадзеных.
На ўзроўні PMS-TC вырабляецца фармаванне кадраў SHDSL і іх сінхранізацыя, а таксама скремблирование і дескремблирование.
Модуль PMD выконвае функцыі кадавання/дэкадаванні інфармацыі, мадуляцыі/дэмадуляцыі, эхопадушэння, узгадненні параметраў на лініі сувязі і ўсталяванні злучэння паміж прыёмаперадатчыкамі. Менавіта на ўзроўні PMD выконваюцца асноўныя аперацыі, якая забяспечвае высокую перашкодаўстойлівасць SHDSL, уключаючы TCPAM кадаваньне (Трэліс кадаваньне з аналога-імпульснай мадуляцыяй), механізм сумеснага кадавання і мадуляцыі, пры якім паляпшаецца спектральная эфектыўнасць сігналу ў параўнанні з паасобным спосабам. Прынцып працы модуля PMD таксама можна ўявіць у выглядзе функцыянальнай дыяграмы.
Блок-дыяграма модуля PMD
У аснове TC-PAM ляжыць выкарыстанне згортачнага кодэра, які фармуе залішнюю паслядоўнасць бітаў на боку SHDSL-перадатчыка. На кожным такце працы кожнаму біту, які паступае на ўваход кодэра, ставіцца ў адпаведнасць падвойны біт (дыбіт) на вынахадзе. Такім чынам, коштам параўнальна невялікай надмернасці павялічваецца помехоустойчивость перадачы. Выкарыстанне Треллис-мадуляцыі дазваляе паменшыць выкарыстоўваную паласу частату перадачы дадзеных і спрасціць апаратную частку пры нязменным стаўленні сігнал/шум.
Прынцып працы Трэліс-кодэра (TC-PAM 16)
Падвойны біт фармуецца ў выніку лагічнай аперацыі складання па модулі 2 (выключальнае "або") на аснове ўваходнага біта x1(tn) і бітаў x1(tn-1), x1(tn-2) і г.д. (усяго іх можа быць да 20), якія паступалі на ўваход кодэра да гэтага і засталіся захоўвацца ў рэгістрах памяці. На наступным такце працы кодэра tn+1 адбудзецца зрушэнне бітаў у вочках памяці для выканання лагічнай аперацыі: біт x1(tn) перамесціцца ў памяць, ссунуўшы ўсю якая захоўваецца тамака паслядоўнасць бітаў.
Алгарытм згортачнага кодэра
Табліцы праўдзівасці аперацыі складання па модулі 2
Для нагляднасці зручна выкарыстоўваць дыяграму стану згортачнага кодэра, па якой можна ўбачыць, у якім стане знаходзіцца кодэр у моманты часу tn, tn+1 і г.д. у залежнасці ад уваходных дадзеных. Пад станам кодэра ў гэтым выпадку маюць на ўвазе пару значэнняў уваходнага біта x1(tn) і біта ў першым вочка памяці x1(tn-1). Для пабудовы дыяграмы можна выкарыстоўваць граф, у вяршынях якога знаходзяцца магчымыя станы кодэра, а пераходы з аднаго стану ў іншы пазначаныя адпаведнымі ўваходнымі бітамі x1(tn) і выходнымі дыбітамі $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$.
Дыяграма станаў і граф пераходаў скруткавага кодэра перадатчыка
У перадатчыку на аснове атрыманых чатырох бітаў (двух выходных бітаў кодэра і двух бітаў дадзеных) фармуецца знак, кожнаму з якіх адпавядае свая амплітуда які мадулюе сігналу аналога-імпульснага мадулятара.
Стан 16-разраднага АІМ у залежнасці ад значэння чатырохбітавага сімвала
На боку прымача сігналу адбываецца зваротны працэс - дэмадуляцыя і вылучэнне з залішняга кода (двайных бітаў y0y1(tn)) патрэбнай паслядоўнасці ўваходных бітаў кодэра x1(tn). Гэтую аперацыю выконвае дэкодэр Вітэрбі.
Алгарытм дэкодэра заснаваны на разліку метрыкі памылак для ўсіх магчымых меркаваных станаў кодэра. Пад метрыкай памылак разумеюць розніцу паміж прымаемымі бітамі і меркаванымі бітамі для кожнага магчымага шляху. Калі памылак на прыёме няма, то метрыка памылак сапраўднага шляху будзе 0, таму што няма разыходжанні па бітах. Для ілжывых шляхоў метрыка будзе адрознівацца ад нуля, увесь час нарастаць і праз нейкі час дэкодэр перастане разлічваць памылковы шлях, пакінуўшы толькі праўдзівы.
Дыяграма станаў кодэра, вылічаная дэкодэрам Вітэрбі прымача
Але як гэты алгарытм забяспечвае перашкодаўстойлівасць? Калі выказаць здагадку, што прымач прыняў дадзеныя з памылкай, дэкодэр працягне разлічваць два шляхі з метрыкай памылак 1. Шляхі з метрыкай 0 ужо не будзе існаваць. Але выснова аб тым, які шлях праўдзівы, алгарытм зробіць пазней на аснове наступных падвойных бітаў.
Пры з'яўленні другой памылкі, будзе некалькі шляхоў з метрыкай 2, але правільны шлях выявіцца пазней на аснове метаду найбольшага праўдападабенства (гэта значыць мінімальнай метрыкі).
Дыяграма станаў кодэра, вылічаная дэкодэрам Вітэрбі, пры прыёме дадзеных з памылкамі
У апісаным вышэй выпадку для прыкладу быў разгледжаны алгарытм 16-разраднай сістэмы (TC-PAM16), якая забяспечвае перадачу ў адным знаку трох біт карыснай інфармацыі і дадатковага біта для абароны ад памылак. У TC-PAM16 дасягальная хуткасць перадачы дадзеных ад 192 да 3840 кбіт/з. Пры павелічэнні разраднасці да 128 (сучасныя сістэмы працуюць з TC-PAM128) у кожным знаку перадаецца шэсць біт карыснай інфармацыі, а максімальна дасягальная хуткасць складае ад 5696 кбіт/з да 15,3 Мб/з.
Выкарыстанне аналога-імпульснай мадуляцыі (PAM) родніць SHDSL з шэрагам папулярных стандартаў Ethernet, такіх як гігабітны 1000BASE-T (PAM-5), 10-гігабітны 10GBASE-T (PAM-16) або перспектыўны на 2020 год прамысловы аднапарны (PAM-10).
SHDSL у сетках Ethernet
Адрозніваюць кіраваныя і некіравальныя SHDSL-мадэмы, але ў падобнай класіфікацыі мала агульнага са звыклым падзелам на кіраваныя і некіравальныя прылады, якое існуе, напрыклад, для Ethernet-камутатараў. Розніца заключаецца ў сродках канфігуравання і маніторынгу. Кіраваныя мадэмы наладжваюцца праз вэб-інтэрфейс і могуць дыягнаставацца па SNMP, а некіравальныя - пры дапамозе дадатковага ПА праз кансольны порт (для Phoenix Contact гэта бясплатная праграма PSI-CONF і mini-USB інтэрфейс). У адрозненні ад камутатараў некіравальныя мадэмы могуць працаваць у сеткі з кальцавой тапалогіяй.
У астатнім кіраваныя і некіравальныя мадэмы з'яўляюцца абсалютна ідэнтычнымі, уключаючы функцыянал і магчымасць працаваць па прынцыпе Plug&Play, гэта значыць без усялякага папярэдняга канфігуравання.
Дадаткова на мадэмы могуць ускладацца функцыі абароны ад імпульсных перанапружанняў c магчымасцю яе дыягностыкі. Сеткі SHDSL могуць утвараць вельмі працяглыя сегменты, і правадыры могуць праходзіць у месцах, дзе магчыма адукацыя імпульсных перанапружанняў (наведзенай рознасці патэнцыялаў, выкліканай навальнічнымі разрадамі або кароткімі замыканнямі ў бліжэйшых кабельных лініях). Наведзеная напруга можа выклікаць праходжанне разрадных токаў велічынёй у кілаамперы. Таму для абароны абсталявання ад падобных з'яў у мадэмы ўбудоўваюцца УЗІП у выглядзе здымнай платы, якая ў выпадку неабходнасці можа быць заменена. Менавіта да клемніка гэтага поплатка падлучаецца лінія SHDSL.
Тапалогіі
З дапамогай SHDSL у Ethernet магчыма будаваць сеткі з любой тапалогіяй: кропка-кропка, лінія, зорка і кольца. Пры гэтым, у залежнасці ад тыпу мадэма для падлучэння можна выкарыстоўваць як 2-правадныя, так і 4-правадныя лініі сувязі.
Тапалогіі сеткі Ethernet на аснове SHDSL
Таксама можна будаваць размеркаваныя сістэмы з камбінаванай тапалогіяй. Кожны сегмент SHDSL-сеткі можа налічваць да 50 мадэмаў і, улічваючы фізічныя магчымасці тэхналогіі (адлегласць паміж мадэмамі ў 20 км), даўжыня сегмента можа дасягаць 1000 км.
Калі ў галаве кожнага такога сегмента ўсталяваць кіраваны мадэм, то цэласнасць сегмента можна дыягнаставаць па SNMP. Акрамя гэтага, кіраваныя і некіравальныя мадэмы падтрымліваюць тэхналогію VLAN, гэта значыць дазваляюць разбіваць сетку на лагічныя падсеткі. Таксама прылады здольныя працаваць з пратаколамі перадачы дадзеных, якія выкарыстоўваюцца ў сучасных сістэмах аўтаматызацыі (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP і інш.).
Рэзерваванне каналаў сувязі з дапамогай SHDSL
SHDSL выкарыстоўваюць для стварэння рэзервовых каналаў сувязі ў сетцы Ethernet, часцей за ўсё аптычнага.
SHDSL і паслядоўны інтэрфейс
SHDSL-мадэмы з паслядоўным інтэрфейсам дазваляюць пераадолець абмежаванні па дыстанцыі, тапалогіі і якасці правадыра, якія існуюць для традыцыйных правадных сістэм на аснове асінхронных прыёмаперадатчыкаў (UART): RS-232 – 15 м, RS-422 і RS-485 – 1200 м.
Існуюць мадэмы з паслядоўнымі інтэрфейсамі (RS-232/422/485) як для ўніверсальных прыкладанняў, так і для спецыялізаваных (напрыклад, для Profibus). Усе падобныя прылады ставяцца да катэгорыі "некіравальных", таму наладжваюцца і дыягнастуюцца пры дапамозе спецыяльнага ПЗ.
Тапалогіі
У сетках з паслядоўным інтэрфейсам пры дапамозе SHDSL можна будаваць сеткі з тапалогіяй кропка-кропка, лінія і зорка. У рамках лінейнай тапалогіі можна аб'яднаць у адну сетку да 255 вузлоў (для Profibus – 30).
У сістэмах, пабудаваных з выкарыстаннем толькі прылад на інтэрфейсе RS-485, адсутнічаюць якія-небудзь абмежаванні па ўжывальным пратаколе перадачы дадзеных, але тапалогіі тыпу лінія і зорка з'яўляюцца нетыповымі для RS-232 і RS-422, таму праца канчатковых прылад у SHDSL-сеткі з падобнымі тапалогіямі магчымая толькі ў полудуплексном рэжыме. Адначасова ў сістэмах з RS-232 і RS-422 на ўзроўні пратакола павінна забяспечвацца адрасаванне прыбораў, што нехарактэрна для інтэрфейсаў, часцей за ўсё прымяняюцца ў сетках кропка-кропка.
Пры аб'яднанні праз SHDSL прылад з рознымі тыпамі інтэрфейсаў неабходна ўлічваць факт адсутнасці адзінага механізму для ўсталявання злучэння (поціску рукі) паміж прыладамі. Аднак арганізаваць абмен у гэтым выпадку ўсё роўна магчыма - для гэтага неабходна выкананне наступных умоў:
- узгадненне сувязі і кіраванне перадачай даных павінна выконвацца на ўзроўні адзінага інфармацыйнага пратакола перадачы даных;
- усе канчатковыя прылады павінны функцыянаваць у паўдуплексным рэжыме, што таксама павінна падтрымлівацца інфармацыйным пратаколам.
Найболей часта сустракаемы для асінхронных інтэрфейсаў пратакол Modbus RTU дазваляе пазбегнуць усіх апісаных абмежаванняў і будаваць адзіную сістэму з рознымі тыпамі інтэрфейсаў.
Тапалогіі сеткі з паслядоўным інтэрфейсам на аснове SHDSL
Пры выкарыстанні двухправоднага RS-485 на абсталяванні можна будаваць больш складаныя структуры, аб'ядноўваючы мадэмы праз адну шыну на DIN-рэйцы. На гэтай жа шыне можа быць усталяваны крыніца сілкавання (у такім выпадку сілкаванне ўсіх прылад ажыццяўляецца праз шыну) і аптычныя пераўтваральнікі серыі PSI-MOS для стварэння камбінаванай сеткі. Важнай умовай работы такой сістэмы з'яўляецца аднолькавая скорасць усіх прыёмаперадатчыкаў.
Дадатковыя магчымасці SHDSL у сетцы RS-485
Прыклады прымянення
SHDSL-тэхналогія актыўна прымяняецца ў гарадской камунальнай гаспадарцы ў Германіі. Больш за 50 кампаній, якія абслугоўваюць гарадскія камунальныя сістэмы, выкарыстоўваюць старыя медныя правады, каб звязаць адной сеткай размеркаваныя па горадзе аб'екты. На SHDSL будуюцца ў першую чаргу сістэмы кіравання і ўліку ў вода-, газа-і энергазабеспячэнні. Сярод такіх гарадоў - Ульм, Магдэбург, Інгальштадт, Білефельд, Франкфурт-на-Одэры і многія іншыя.
Самая маштабная сістэма на аснове SHDSL была створана ў горадзе Любеку. Сістэма мае камбінаваную структуру на аснове аптычнага Ethernet і SHDSL, аб'ядноўвае 120 выдаленых сябар ад сябра аб'ектаў і выкарыстоўвае больш за 50 мадэмаў . Уся сетка дыягнастуецца па SNMP. Самы працяглы сегмент ад камуны Калькхорст да аэрапорта Любека мае даўжыню 39 км. Прычына, па якой кампанія-заказчык выбрала SHDSL, заключалася ў тым, што рэалізацыя праекта цалкам на оптыцы была эканамічна невыгодная з улікам наяўнасці старых медных кабеляў.
Перадача даных праз кантактнае кольца
Цікавым прыкладам з'яўляецца перадача дадзеных паміж аб'ектамі, якія рухаюцца, як напрыклад, гэта зроблена ў ветрагенератарах або ў буйных прамысловых круцільных машынах. Падобная сістэма выкарыстоўваецца для інфармацыйнага абмену паміж кантролерамі, размешчанымі на ротары і статары установак. У гэтым выпадку для перадачы дадзеных выкарыстоўваецца слізгальны кантакт праз кантактнае кольца. Падобныя прыклады паказваюць, што неабавязкова мець статычны кантакт для перадачы даных па SHDSL.
Параўнанне з іншымі тэхналогіямі
SHDSL vs GSM
Калі параўноўваць SHDSL з сістэмамі перадачы дадзеных на аснове GSM (3G/4G), то ў карысць DSL кажа адсутнасць эксплуатацыйных выдаткаў, злучаных з рэгулярнай платай аператару за доступ да мабільнай сеткі. Пры SHDSL мы не залежым ад зоны пакрыцця, якасці і надзейнасці мабільнай сувязі на прамысловым аб'екце, уключаючы ўстойлівасць да электрамагнітных перашкод. У SHDSL адсутнічае неабходнасць у канфігураванні абсталявання, што паскарае ўвод аб'екта ў эксплуатацыю. Для бесправадных сетак характэрны вялікія затрымкі ў перадачы даных і складанасць з перадачай даных, якія выкарыстоўваюць мультыкаставы трафік (Profinet, Ethernet IP).
На карысць SHDSL кажа інфармацыйная бяспека ў сілу адсутнасці неабходнасці перадачы даных праз Інтэрнэт і неабходнасці канфігуравання для гэтага VPN-злучэнняў.
SHDSL vs Wi-Fi
Многае са сказанага для GSM можна аднесці і да прамысловага Wi-Fi. Супраць Wi-Fi кажа нізкая перашкодаўстойлівасць, абмежаваная дыстанцыя перадачы дадзеных, залежнасць ад тапалогіі мясцовасці, затрымкі пры перадачы дадзеных. Самы галоўны недахоп - інфармацыйная бяспека сетак Wi-Fi, таму як любы чалавек мае доступ да асяроддзя перадачы дадзеных. Пры дапамозе Wi-Fi ужо можна перадаваць дадзеныя Profinet або Ethernet IP, што было б цяжка для GSM.
SHDSL vs оптыка
Оптыка ў пераважнай большасці валодае вялікай перавагай перад SHDSL, але ў шэрагу прыкладанняў SHDSL дазваляе эканоміць час і сродкі на пракладку і зварку аптычнага кабеля, скарачаючы час на ўвод аб'екта ў эксплуатацыю. Для SHDSL не патрабуецца спецыяльных раздымаў, таму як кабель сувязі проста падключаецца на клему мадэма. З-за механічных уласцівасцяў аптычных кабеляў іх ужыванне абмежавана ў прыкладаннях, звязаных з перадачай інфармацыі паміж аб'ектамі, якія рухаюцца, дзе большае распаўсюджванне атрымалі медныя праваднікі.
Крыніца: habr.com