Malgradu l'usu generalizatu di e rete Ethernet, e tecnulugia di cumunicazione basata in DSL restanu pertinenti à questu ghjornu. Finu à avà, DSL pò esse truvatu in e rete di l'ultima milla per cunnette l'equipaggiu di l'abbonatu à e rete di i fornitori di Internet, è recentemente a tecnulugia hè sempre più usata in a custruzzione di rete lucali, per esempiu, in applicazioni industriali, induve DSL agisce cum'è un cumplementu à Ethernet. o rete di campu basati in RS-232/422/485. Soluzioni industriali simili sò attivamente utilizati in i paesi sviluppati europei è asiatichi.
DSL hè una famiglia di standard chì sò stati urigginariamente cuncipiti per a trasmissione di dati digitale nantu à e linee telefoniche. Stòricamente, hè diventatu a prima tecnulugia d'accessu à Internet à banda larga, rimpiazzà DIAL UP è ISDN. A larga varietà di standard DSL chì esiste oghje hè duvuta à u fattu chì parechje cumpagnie, à partesi da l'anni 80, anu pruvatu à sviluppà è cummercializà a so propria tecnulugia.
Tutti issi sviluppi ponu esse divisi in dui grandi categurie - tecnulugii asimmetrici (ADSL) è simmetrici (SDSL). Asimmetricu si riferisce à quelli chì a velocità di a cunnessione entrante hè diversa da a velocità di u trafficu in uscita. Per simmetrica, intendemu chì a velocità di ricezione è di trasmissione sò uguali.
I normi asimmetrici più cunnisciuti è diffusi sò, in fattu, ADSL (in l'ultima edizione - ADSL2+) è VDSL (VDSL2), simmetricu - HDSL (profile anticu) è SHDSL. Tutti sò diffirenti l'una di l'altru in u sensu chì operanu à frequenze diverse è utilizanu metudi di codificazione è modulazione diffirenti nantu à a linea di cumunicazione fisica. I metudi di correzione di l'errore sò ancu diffirenti, risultatu in diversi livelli di immunità à u rumore. In u risultatu, ogni tecnulugia hà i so limiti in a vitezza è a distanza di a trasmissione di dati, ancu secondu u tipu è a qualità di u cunduttore.
Limiti di diversi standard DSL
In ogni tecnulugia DSL, a tarifa di trasferimentu di dati diminuite cum'è a lunghezza di u cable aumenta. À distanzi estremi, hè pussibule di ottene una velocità di parechji cintunari di kilobits, ma quandu si trasmette dati più di 200-300 m, a vitezza massima pussibule hè dispunibule.
Trà tutte e tecnulugii, SHDSL hà un vantaghju seriu chì permette di usà in l'applicazioni industriali - alta immunità di rumore è a capacità di utilizà ogni tipu di cunduttore per a trasmissione di dati. Questu ùn hè micca u casu cù i normi asimmetrici, è a qualità di a cumunicazione hè assai dipendente da a qualità di a linea utilizata per a trasmissione di dati. In particulare, hè cunsigliatu di utilizà un cable di telefuninu torciatu. In questu casu, una soluzione più affidabile hè di utilizà un cable otticu invece di ADSL è VDSL.
Ogni paru di cunduttori isolati l'una di l'altru hè adattatu per SHDSL - ramu, aluminium, steel, etc. U mediu di trasmissione pò esse vechji cablaggi elettrici, vechji linee telefoniche, barbed wire, etc.
Dipendenza di a velocità di trasmissione di dati SHDSL da a distanza è u tipu di cunduttore
Da u graficu di a velocità di trasferimentu di dati versus a distanza è u tipu di cunduttore datu per SHDSL, pudete vede chì i cunduttori cù una grande sezione trasversale permettenu di trasmette infurmazioni nantu à una distanza più grande. Grazie à a tecnulugia, hè pussibule urganizà a cumunicazione nantu à una distanza di 20 km à una velocità massima pussibule di 15.3 Mb/s per un cable 2-wire o 30 Mb per un cable 4-wire. In l'applicazioni reali, a velocità di trasmissione pò esse stabilita manualmente, chì hè necessariu in cundizioni di forte interferenza elettromagnetica o qualità di linea povira. In questu casu, per aumentà a distanza di trasmissione, hè necessariu di riduce a velocità di i dispositi SHDSL. Per calculà accuratamente a velocità secondu a distanza è u tipu di cunduttore, pudete aduprà software gratuitu cum'è .
Perchè SHDSL hà una alta immunità di rumore?
U principiu di u funziunamentu di u transceiver SHDSL pò esse rapprisintatu in a forma di un diagramma di bloccu, in quale si distingue una parte specifica è indipendente (invariante) da u puntu di vista di l'applicazione. A parte indipendente hè custituita da blocchi funzionali PMD (Physical Medium Dependent) è PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), mentre chì a parte specifica include a strata TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) è interfacce di dati d'utilizatori.
U ligame fisicu trà i transceivers (STU) pò esse cum'è una sola coppia o parechje cables unicu paru. In u casu di parechje coppie di cavi, u STU cuntene parechje PMD indipendenti assuciati cù un unicu PMS-TC.
U mudellu funzionale di u transceiver SHDSL (STU)
U modulu TPS-TC dipende da l'applicazione in quale u dispusitivu hè utilizatu (Ethernet, RS-232/422/485, etc.). U so compitu hè di cunvertisce e dati di l'utilizatori in u formatu SHDSL, eseguisce multiplexing / demultiplexing è aghjustamentu di u tempu di parechji canali di dati d'utilizatori.
À u livellu PMS-TC, i frames SHDSL sò furmati è sincronizati, è ancu scrambling è descrambling.
U modulu PMD eseguisce e funzioni di codificazione / decodificazione di l'infurmazioni, modulazione / demodulazione, annullamentu di l'eco, negoziazione di paràmetri nantu à a linea di cumunicazione è stabilisce cunnessione trà transceivers. Hè à u livellu PMD chì l'operazioni principali sò eseguite per assicurà l'immunità alta di rumore di SHDSL, cumpresa a codificazione TCPAM (codificazione Trellis cù modulazione di impulsi analogici), un mecanismu di codificazione è modulazione cumuni chì migliurà l'efficienza spettrale di u segnu cumparatu à un separatu. metudu. U principiu di funziunamentu di u modulu PMD pò ancu esse rapprisintatu in a forma di un diagramma funziunale.
Schema di bloccu di u modulu PMD
TC-PAM hè basatu annantu à l'usu di un codificatore cunvoluzionale chì genera una sequenza redundante di bit da u latu di trasmettitore SHDSL. À ogni ciclu di clock, ogni bit chì arriva à l'ingressu di l'encoder hè assignatu un doppiu bit (dibit) à l'output. Cusì, à u costu di ridondanza relativamente pocu, l'immunità di u rumore di trasmissione hè aumentata. L'usu di a modulazione Trellis permette di riduce a larghezza di banda di trasmissione di dati utilizata è simplificà u hardware mantenendu u listessu rapportu signal-to-noise.
Principiu di funziunamentu di l'encoder Trellis (TC-PAM 16)
U doppiu bit hè furmatu da una operazione logica modulo-2 (esclusiva-o) additiva basata nantu à u bit di input x1 (tn) è i bits x1 (tn-1), x1 (tn-2), etc. (ci pò esse finu à 20 di elli in totale), chì sò stati ricevuti prima à l'ingaghjamentu di codificatore è sò stati guardati in i registri di memoria. À u prossimu ciclu di u clock di l'encoder tn + 1, i bits saranu spostati in e cellule di memoria per fà una operazione logica: u bit x1 (tn) si move in memoria, trasferendu tutta a sequenza di bit almacenati quì.
Algoritmu di codificatore cunvoluzionale
Tabelle di verità per l'operazione di addizzioni modulo 2
Per a chjarità, hè cunvenutu à utilizà un diagramma di statu di un codificatore cunvoluzionale, da quale pudete vede in quale statu si trova l'encoder à volte tn, tn + 1, etc. sicondu i dati di input. In questu casu, u statu di codificatore significa un paru di valori di u bit di input x1 (tn) è u bit in a prima cellula di memoria x1 (tn-1). Per custruisce un diagramma, pudete aduprà un gràficu, à i vertici di quale ci sò stati pussibuli di l'encoder, è e transizioni da un statu à l'altru sò indicati da i bits di input x1(tn) currispondenti è dibiti di output $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$.
Diagramma di statu è graficu di transizione di un codificatore cunvoluzionale di trasmettitore
In u trasmettitore, basatu annantu à i quattru bits ricivuti (dui bits di output di l'encoder è dui bits di dati), hè furmatu un simbulu, ognunu di i quali currisponde à a so propria amplitude di u signale modulante di u modulatore di impulsu analogicu.
Statu di l'AIM 16-bit secondu u valore di u caratteru di quattru bit
Da u latu di u ricevitore di u signale, si verifica u prucessu inversu - demodulazione è selezzione da u codice redundante (bits doppiu y0y1(tn)) di a sequenza necessaria di bit di input di l'encoder x1 (tn). Sta operazione hè fatta da un decoder Viterbi.
L'algoritmu di decodificatore hè basatu annantu à u calculu di una metrica d'errore per tutti i stati di codificatori previsti. A metrica d'errore si riferisce à a diffarenza trà i bits ricevuti è i bits previsti per ogni percorsu pussibule. Se ùn ci sò micca riceve errori, allora a vera metrica di l'errore di u percorsu serà 0 perchè ùn ci hè micca divergenza di bit. Per i percorsi falsi, a metrica differiscerà da cero, aumentà constantemente, è dopu à qualchì tempu u decodificatore cesserà di calculà a strada errata, lascendu solu u veru.
Diagramma di statu di codificatore calculatu da u decoder Viterbi di u ricevitore
Ma cumu questu algoritmu assicura l'immunità di u rumore? Assuminendu chì u receptore hà ricivutu i dati in errore, u decodificatore hà da cuntinuà à calculà dui percorsi cù una metrica d'errore di 1. A strada cù una metrica d'errore di 0 ùn esiste più. Ma l'algoritmu farà una cunclusione nantu à quale u percorsu hè veru dopu basatu annantu à i prossimi doppiu bit ricevuti.
Quandu u sicondu errore si trova, ci saranu parechje strade cù a metrica 2, ma u percorsu currettu serà identificatu dopu basatu annantu à u metudu di probabilità massima (vale à dì, a metrica minima).
Diagramma di statu di codificatore calculatu da u decoder Viterbi quandu riceve dati cù errori
In u casu discritta sopra, cum'è un esempiu, avemu cunsideratu l'algoritmu di un sistema di 16-bit (TC-PAM16), chì assicura a trasmissione di trè bit di infurmazione utili è un bit supplementu per a prutezzione di l'errore in un simbulu. U TC-PAM16 ottene una velocità di dati da 192 à 3840 kbps. Aumentendu a prufundità di bit à 128 (i sistemi muderni travaglianu cù TC-PAM128), sei bits d'infurmazioni utili sò trasmessi in ogni simbulu, è a velocità massima raggiungibile varieghja da 5696 kbps à 15,3 Mbps.
L'usu di a modulazione di impulsi analogici (PAM) rende SHDSL simile à una quantità di standard Ethernet famosi, cum'è gigabit 1000BASE-T (PAM-5), 10-gigabit 10GBASE-T (PAM-16) o Ethernet 2020BASE di coppia unica industriale. -T10L, chì hè prumessa per 1 (PAM-3).
SHDSL nantu à e rete Ethernet
Ci sò modem SHDSL amministrati è micca gestiti, ma sta classificazione hà pocu in cumunu cù a divisione abituale in i dispositi amministrati è micca gestiti chì esiste, per esempiu, per i switch Ethernet. A diferenza si trova in i strumenti di cunfigurazione è di monitoraghju. I modems gestiti sò cunfigurati via una interfaccia web è ponu esse diagnosticati via SNMP, mentre chì i modems senza gestione ponu esse diagnosticati utilizendu software supplementari via u portu di a cunsola (per Phoenix Contact hè un prugramma PSI-CONF gratuitu è una interfaccia mini-USB). A cuntrariu di i switches, i modems unmanaged ponu operà in una reta cù una topologia anellu.
Altrimenti, i modem amministrati è micca gestiti sò assulutamente identici, cumprese a funziunalità è a capacità di travaglià nantu à u principiu Plug & Play, vale à dì senza cunfigurazione preliminare.
Inoltre, i modems ponu esse equipati di funzioni di prutezzione di u surge cù a capacità di diagnostichi. E rete SHDSL ponu formate segmenti assai longu, è i cunduttori ponu curriri in i lochi induve i surge voltages (differenze potenziale indotte causate da scarichi di fulmini o cortu circuiti in linee di cable vicini) ponu accade. A tensione indotta pò causà correnti di scaricamentu di kiloampere à flussu. Per quessa, per prutege l'equipaggiu da tali fenomeni, i SPD sò integrati in modem in forma di una scheda amovibile, chì pò esse rimpiazzata se ne necessariu. Hè à u bloccu terminale di sta scheda chì a linea SHDSL hè cunnessa.
Topulugie
Utilizendu SHDSL nantu à Ethernet, hè pussibule di custruisce rete cù qualsiasi topulugia: puntu à puntu, linea, stella è anellu. À u listessu tempu, secondu u tipu di modem, pudete aduprà e linee di cumunicazione 2-wire è 4-wire per a cunnessione.
Topologie di rete Ethernet basate nantu à SHDSL
Hè ancu pussibule di custruisce sistemi distribuiti cù una topulugia cumminata. Ogni segmentu di rete SHDSL pò avè finu à 50 modem è, tenendu in contu e capacità fisiche di a tecnulugia (a distanza trà i modem hè 20 km), a lunghezza di u segmentu pò ghjunghje à 1000 km.
Se un modem amministratu hè stallatu à u capu di ogni segmentu, allura l'integrità di u segmentu pò esse diagnosticata cù SNMP. Inoltre, i modems amministrati è micca gestiti supportanu a tecnulugia VLAN, vale à dì, permettenu di dividisce a reta in subnets logichi. I dispusitivi sò ancu capaci di travaglià cù protokolli di trasferimentu di dati utilizati in sistemi d'automatizazione muderni (Profinet, Ethernet / IP, Modbus TCP, etc.).
Riservazione di canali di cumunicazione cù SHDSL
SHDSL hè utilizatu per creà canali di cumunicazione redundante in una reta Ethernet, più spessu otticu.
SHDSL è interfaccia seriale
I modem SHDSL cù una interfaccia seriale superanu e limitazioni in distanza, topologia è qualità di cunduttore chì esistenu per i sistemi cablati tradiziunali basati in transceivers asincroni (UART): RS-232 - 15 m, RS-422 è RS-485 - 1200 m.
Ci sò modem cù interfacce seriali (RS-232/422/485) sia per l'applicazioni universali sia per l'applicazioni specializate (per esempiu, per Profibus). Tutti tali dispusitivi appartenenu à a categuria "unmanaged", per quessa, sò cunfigurati è diagnosticati cù un software speciale.
Topulugie
In e rete cù una interfaccia seriale, usendu SHDSL hè pussibule di custruisce rete cù topologie point-to-point, line è stella. In a topologia lineale, hè pussibule cumminà sin'à 255 nodi in una reta (per Profibus - 30).
In i sistemi custruiti cù solu dispositi RS-485, ùn ci sò micca restrizioni à u protocolu di trasferimentu di dati utilizatu, ma e topologie di linea è stella sò atipichi per RS-232 è RS-422, cusì l'operazione di i dispositi finali in una reta SHDSL cù topologie simili. hè pussibule solu in modu half-duplex. À u listessu tempu, in i sistemi cù RS-232 è RS-422, l'indirizzu di u dispositivu deve esse furnitu à u livellu di u protokollu, chì ùn hè micca tipicu per l'interfacce più spessu usati in e rete puntu à puntu.
Quandu si cunnetta i dispusitivi cù diversi tipi di interfacce via SHDSL, hè necessariu di piglià in contu u fattu chì ùn ci hè micca un mecanismu unicu per stabilisce una cunnessione (handshake) trà i dispositi. Tuttavia, hè sempre pussibule urganizà un scambiu in questu casu; per questu, deve esse cumpletu i seguenti cundizioni:
- a coordinazione di a cumunicazione è u cuntrollu di u trasferimentu di dati deve esse realizatu à u livellu di un protocolu di trasferimentu di dati unificati;
- tutti i dispositi finali deve esse operatu in modu half-duplex, chì deve ancu esse supportatu da u protocolu di l'infurmazioni.
U protocolu Modbus RTU, u protocolu più cumuni per l'interfacce asincrone, permette di evità tutte e limitazioni descritte è di custruisce un sistema unicu cù diversi tipi d'interfacce.
Topologie di rete seriale basate in SHDSL
Quandu si usa RS-485 à dui fili nantu à l'equipaggiu Pudete custruisce strutture più cumplesse cumminendu modem per un busu nantu à una ferrovia DIN. Un alimentatore pò esse installatu nantu à u stessu bus (in questu casu, tutti i dispositi sò alimentati via l'autobus) è cunvertitori ottici di a serie PSI-MOS per creà una reta cumminata. Una cundizione impurtante per u funziunamentu di un tali sistema hè a stessa velocità di tutti i transceivers.
Funzioni supplementari di SHDSL in una rete RS-485
Esempi di applicazione
A tecnulugia SHDSL hè attivamente aduprata in i servizii municipali in Germania. Più di 50 cumpagnie chì servenu i sistemi di utilità di a cità utilizanu vechji fili di rame per cunnette l'uggetti distribuiti in tutta a cità cù una rete. I sistemi di cuntrollu è di cuntabilità per l'approvvigionamentu di acqua, gasu è energia sò principalmente custruiti nantu à SHDSL. Frà tali cità sò Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder è assai altri.
U più grande sistema basatu in SHDSL hè statu creatu in a cità di Lubecca. U sistema hà una struttura cumminata basata nantu à Ethernet otticu è SHDSL, cunnetta 120 oggetti remoti l'una di l'altru è usa più di 50 modem. . A reta sana hè diagnosticata cù SNMP. U segmentu più longu da Kalkhorst à l'aeroportu di Lübeck hè longu 39 km. U mutivu per quessa chì a cumpagnia di u cliente hà sceltu SHDSL era chì ùn era micca economicamente viable per implementà u prughjettu sanu in l'ottica, datu a dispunibilità di vechji cables di cobre.
Trasmissione di dati via slip ring
Un esempiu ntirissanti hè u trasferimentu di dati trà l'uggetti muvimenti, cum'è hè fattu in turbine di ventu o grande macchine torcia industriale. Un sistema simili hè utilizatu per u scambiu d'infurmazioni trà i cuntrolli situati nantu à u rotore è u stator di e piante. In questu casu, un cuntattu sliding attraversu un anellu slip hè utilizatu per trasmette dati. Esempii cum'è questu mostranu chì ùn hè micca necessariu avè un cuntattu staticu per trasmette dati nantu à SHDSL.
Comparazione cù altre tecnulugia
SHDSL vs GSM
Se paragunemu SHDSL cù sistemi di trasmissione di dati basati in GSM (3G / 4G), allora l'absenza di costi operativi assuciati cù pagamentu regulare à l'operatore per l'accessu à a reta mobile parla in favore di DSL. Cù SHDSL, simu indipindenti di l'area di copertura, a qualità è l'affidabilità di e cumunicazioni mobili in un stabilimentu industriale, cumprese a resistenza à l'interferenza elettromagnetica. Cù SHDSL ùn hè micca bisognu di cunfigurà l'equipaggiu, chì accelerà a cumissioni di a facilità. E rete wireless sò carattarizati da grandi ritardi in a trasmissione di dati è difficultà in a trasmissione di dati cù u trafficu multicast (Profinet, Ethernet IP).
A sicurità di l'infurmazioni parla in favore di SHDSL per l'absenza di a necessità di trasfiriri dati nantu à Internet è a necessità di cunfigurà e cunnessione VPN per questu.
SHDSL vs Wi-Fi
A maiò parte di ciò chì hè statu dettu per GSM pò ancu esse appiicata à u Wi-Fi industriale. L'immunità à pocu rumore, a distanza di trasmissione di dati limitata, a dipendenza da a topologia di l'area, è i ritardi in a trasmissione di dati parlanu contru à Wi-Fi. U svantaghju più impurtante hè a sicurità di l'infurmazioni di e rete Wi-Fi, perchè qualchissia hà accessu à u mediu di trasmissione di dati. Cù Wi-Fi hè digià pussibule di trasmette dati Profinet o Ethernet IP, chì saria difficiule per GSM.
SHDSL vs ottica
In a maiò parte di i casi, l'ottica hà un grande vantaghju annantu à SHDSL, ma in una quantità di applicazioni SHDSL permette di risparmià tempu è soldi nantu à a stallazione è a saldatura di cavi ottici, riducendu u tempu di mette in opera una facilità. SHDSL ùn hà micca bisognu di cunnessori speciali, perchè u cable di cumunicazione hè simplicemente cunnessu à u terminal modem. A causa di e proprietà meccaniche di i cavi ottici, u so usu hè limitatu in l'applicazioni chì implicanu u trasferimentu di l'infurmazioni trà l'uggetti in muvimentu, induve i cunduttori di cobre sò più cumuni.
Source: www.habr.com