{"id":85741,"date":"2020-06-19T01:42:40","date_gmt":"2020-06-18T23:42:40","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/peredacha-dannyh-na-rasstoyanie-do-20-km-po-obychnym-provodam-legko-esli-eto-shdsl"},"modified":"2020-06-19T01:42:40","modified_gmt":"2020-06-18T23:42:40","slug":"peredacha-dannyh-na-rasstoyanie-do-20-km-po-obychnym-provodam-legko-esli-eto-shdsl","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/peredacha-dannyh-na-rasstoyanie-do-20-km-po-obychnym-provodam-legko-esli-eto-shdsl","title":{"rendered":"Daten\u00fcbertragung \u00fcber eine Strecke von bis zu 20 km mit herk\u00f6mmlichen Kabeln? Kein Problem, wenn es sich um SHDSL handelt...","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Trotz der weit verbreiteten Nutzung von Ethernet-Netzwerken bleibt die DSL-Technologie nach wie vor relevant. DSL wird nach wie vor in letzten Meilen-Netzwerken eingesetzt, um Endger\u00e4te mit den Netzen der Internetanbieter zu verbinden. In letzter Zeit wird diese Technologie zunehmend auch beim Aufbau von lokalen Netzwerken verwendet, beispielsweise in industriellen Anwendungen, wo DSL als Erg\u00e4nzung zu Ethernet oder zu feldbasierten Netzwerken wie RS-232\/422\/485 dient. Solche industriellen L\u00f6sungen finden in entwickelten europ\u00e4ischen und asiatischen L\u00e4ndern breite Anwendung.<\/a><\/noindex><\/p>\n

DSL ist eine Familie von Standards, die urspr\u00fcnglich f\u00fcr die \u00dcbertragung digitaler Daten \u00fcber Telefonleitungen konzipiert wurden. Historisch gesehen ist dies die erste Technologie f\u00fcr den Breitband-Internetzugang, die DIAL UP und ISDN abl\u00f6ste. Die Vielzahl der derzeit bestehenden DSL-Standards resultiert daraus, dass viele Unternehmen seit den 80er Jahren daran gearbeitet haben, ihre eigenen Technologien zu entwickeln und auf den Markt zu bringen.<\/p>\n

Diese Entwicklungen lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen \u2013 asymmetrische (ADSL) und symmetrische (SDSL) Technologien. Bei asymmetrischen Technologien unterscheiden sich die Geschwindigkeiten des eingehenden und des ausgehenden Datenverkehrs. Symmetrische Technologien hingegen bieten gleiche Geschwindigkeiten f\u00fcr Empfang und Sendung.<\/p>\n

Die bekanntesten und am h\u00e4ufigsten verwendeten asymmetrischen Standards sind ADSL (in der neuesten Version ADSL2+) und VDSL (VDSL2), w\u00e4hrend die symmetrischen Standards HDSL (ein veraltetes Profil) und SHDSL sind. Sie unterscheiden sich durch die Frequenzen, die sie nutzen, sowie durch die verschiedenen Kodierungs- und Modulationsmethoden auf der physikalischen Verbindung. Zudem variieren die Fehlerkorrekturverfahren, was zu unterschiedlichen St\u00f6rfestigkeiten f\u00fchrt. Damit hat jede Technologie ihre jeweiligen Grenzen hinsichtlich Geschwindigkeit und \u00dcbertragungsdistanz, auch abh\u00e4ngig von der Art und Qualit\u00e4t des Leiters.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nGrenzwerte verschiedener DSL-Standards <\/i><\/p>\n

Bei jeder DSL-Technologie nimmt die Daten\u00fcbertragungsrate mit zunehmender Kabell\u00e4nge ab. An maximalen Strecken kann die Geschwindigkeit auf einige Hundert Kilobit fallen, doch bei einer Daten\u00fcbertragung \u00fcber 200-300 m ist die maximal m\u00f6gliche Geschwindigkeit verf\u00fcgbar. <\/p>\n

Unter allen Technologien hat SHDSL einen entscheidenden Vorteil, der seine Anwendung in industriellen Anwendungen erm\u00f6glicht \u2013 hohe St\u00f6rsicherheit und die M\u00f6glichkeit, f\u00fcr die Daten\u00fcbertragung jede Art von Kabel zu verwenden. Dies fehlt in asymmetrischen Standards, wo die Verbindungsqualit\u00e4t stark von der Qualit\u00e4t der f\u00fcr die Daten\u00fcbertragung verwendeten Leitung abh\u00e4ngt. Insbesondere wird die Verwendung von gedrehtem Telefonkabel empfohlen. In diesem Fall ist es eine zuverl\u00e4ssigere L\u00f6sung, anstelle von ADSL und VDSL ein optisches Kabel zu verwenden.<\/p>\n

F\u00fcr SHDSL eignet sich jedes isolierte Leitungspaar \u2013 aus Kupfer, Aluminium, Stahl usw. Als \u00dcbertragungsmedium k\u00f6nnen alte Elektronikleitungen, alte Telefonleitungen, Stacheldrahtz\u00e4une usw. verwendet werden.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nDie Beziehung zwischen der Daten\u00fcbertragungsrate von SHDSL, der Distanz und dem Kabeltyp<\/i><\/p>\n

Aus dem Diagramm zur Abh\u00e4ngigkeit der Daten\u00fcbertragungsrate von der Entfernung und dem Typ des Leiters, das f\u00fcr SHDSL dargestellt ist, zeigt sich, dass dickere Leiter es erm\u00f6glichen, Informationen \u00fcber gr\u00f6\u00dfere Strecken zu \u00fcbertragen. Dank dieser Technologie ist es m\u00f6glich, Verbindungen \u00fcber Entfernungen von bis zu 20 km bei maximalen Geschwindigkeiten von 15,3 Mbit\/s f\u00fcr ein zweiadriges Kabel oder 30 Mbit\/s f\u00fcr ein vieradriges Kabel herzustellen. In der Praxis kann die \u00dcbertragungsgeschwindigkeit manuell angepasst werden, was bei starken elektromagnetischen St\u00f6rungen oder schlechtem Leitungsqualit\u00e4t notwendig ist. In diesem Fall muss die Geschwindigkeit der SHDSL-Ger\u00e4te reduziert werden, um die \u00dcbertragungsdistanz zu erh\u00f6hen. Zur genauen Berechnung der Geschwindigkeit in Abh\u00e4ngigkeit von der Entfernung und dem Leiter k\u00f6nnen kostenlose Softwaretools wie SHDSL-Rechner von Phoenix Contact<\/a><\/noindex>. <\/p>\n

Warum bietet SHDSL eine hohe St\u00f6rfestigkeit?<\/h3>\n

\nDer Betriebsprinzip des SHDSL-Transceivers l\u00e4sst sich als Blockdiagramm darstellen, in dem der spezifische und der unabh\u00e4ngige (invariante) Teil aus Sicht der Anwendung hervorgehoben werden. Der unabh\u00e4ngige Teil besteht aus den Funktionseinheiten PMD (Physical Medium Dependent) und PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), w\u00e4hrend der spezifische Teil die Ebene TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) und die Benutzeroberfl\u00e4chen umfasst. <\/p>\n

Die physische Verbindungslinie zwischen den Transceivern (STU) kann aus einem Einzeladern- oder mehreren Einzeladern-Kabeln bestehen. Im Falle mehrerer Adern enth\u00e4lt das STU mehrere unabh\u00e4ngige PMD-Module, die mit einem einzigen PMS-TC verbunden sind.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nFunktionales Modell des SHDSL-Transceivers (STU)<\/i><\/p>\n

Das Modul TPS-TC h\u00e4ngt von der Anwendung ab, in der das Ger\u00e4t verwendet wird (Ethernet, RS-232\/422\/485 usw.). Es \u00fcbernimmt die Aufgabe, Benutzerdaten in das SHDSL-Format umzuwandeln, f\u00fchrt Multiplexing\/Demultiplexing durch und synchronisiert mehrere Kan\u00e4le von Benutzerdaten.<\/p>\n

Auf der PMS-TC-Ebene erfolgt die Bildung von SHDSL-Frames und deren Synchronisation sowie die Verschr\u00e4nkung und Entschr\u00e4nkung.<\/p>\n

Das PMD-Modul \u00fcbernimmt Funktionen zur Kodierung\/Dekodierung von Informationen, Modulation\/Demodulation, Echounterdr\u00fcckung, Parameterabstimmung auf der Kommunikationslinie und zur Einrichtung der Verbindung zwischen Sendern und Empf\u00e4ngern. Auf der Ebene des PMD werden die grundlegenden Operationen durchgef\u00fchrt, die eine hohe St\u00f6rfestigkeit von SHDSL gew\u00e4hrleisten, einschlie\u00dflich TCPAM-Kodierung (Trellis-Kodierung mit analoger Impulsmodulation), ein Verfahren zur gemeinsamen Kodierung und Modulation, das die spektrale Effizienz des Signals im Vergleich zur separaten Methode verbessert. Der Arbeitsprinzip des PMD-Moduls kann auch in Form eines Funktionsdiagramms dargestellt werden.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nBlockdiagramm des PMD-Moduls<\/i><\/p>\n

Die Grundlage von TC-PAM besteht in der Verwendung eines Faltungscoders, der eine redundante Bitfolge auf der Seite des SHDSL-Transmitters erzeugt. In jedem Takt, in dem der Code arbeitet, wird jedem Bit, das dem Encoder zugef\u00fchrt wird, ein doppeltes Bit (Dibit) am Ausgang zugeordnet. Auf diese Weise wird die St\u00f6rfestigkeit der \u00dcbertragung durch einen vergleichsweise geringen Redundanzaufwand erh\u00f6ht. Die Verwendung von Trellis-Modulation erm\u00f6glicht es, die zur \u00dcbertragung von Daten verwendete Frequenzbandbreite zu reduzieren und die Hardware zu vereinfachen, w\u00e4hrend das Verh\u00e4ltnis von Signal zu Rausch bleibt gleich.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nFunktionsweise des Trellis-Coders (TC-PAM 16)<\/i><\/p>\n

Das doppelte Bit wird durch eine logische Addition modulo 2 (exklusives \u201eODER\u201c) basierend auf dem Eingangssignal x1(tn) und den Signalen x1(tn-1), x1(tn-2) usw. (insgesamt k\u00f6nnen bis zu 20 verwendet werden) gebildet, die zuvor dem Encoder zugef\u00fchrt wurden und in Speicheregistern gespeichert sind. Im n\u00e4chsten Takt des Encoders tn+1 erfolgt eine Verschiebung der Bits in den Speichereinheiten, um die logische Operation auszuf\u00fchren: Das Bit x1(tn) wird in den Speicher verschoben und schiebt dabei die gesamte dort gespeicherte Bitfolge.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nAlgorithmus des Faltungscoders<\/i><\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nWahrheitstabellen der Addition modulo 2<\/i><\/p>\n

Zur Veranschaulichung ist es hilfreich, ein Zustandsdiagramm des Faltungscoders zu verwenden, in dem man sehen kann, in welchem Zustand sich der Codierer zu den Zeitpunkten tn, tn+1 usw. in Abh\u00e4ngigkeit von den Eingangsdaten befindet. Unter dem Zustand des Codierers versteht man in diesem Fall das Paar von Werten des Eingangsbits x1(tn) und des Bits im ersten Speicherelement x1(tn-1). F\u00fcr den Aufbau des Diagramms kann man einen Graphen verwenden, dessen Knoten die m\u00f6glichen Zust\u00e4nde des Codierers darstellen, w\u00e4hrend die \u00dcberg\u00e4nge von einem Zustand in einen anderen durch die entsprechenden Eingangsbits x1(tn) und die Ausgangs-Dibits $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$ gekennzeichnet sind.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung \"Daten\u00fcbertragung
\nZustandsdiagramm und \u00dcbergangsgraph des Faltungscoders des Senders<\/i><\/p>\n

Im Sender wird aus den erhaltenen vier Bits (zwei Ausgangsbits des Codierers und zwei Datenbits) ein Symbol gebildet, das jeweils einer bestimmten Amplitude des modulierten Signals des analogen Impulsmodulators entspricht. <\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nZustand des 16-Bit-AIMP in Abh\u00e4ngigkeit vom Wert des vierbitigen Symbols<\/i><\/p>\n

Auf der Empfangsseite des Signals erfolgt der umgekehrte Prozess \u2013 Demodulation und Extraktion der ben\u00f6tigten Eingangsbits aus dem \u00fcberfl\u00fcssigen Code (doppelte Bits y0y1(tn)) des Codierers x1(tn). Diese Operation wird vom Viterbi-Dekodierer durchgef\u00fchrt.<\/p>\n

Der Algorithmus des Dekodierers basiert auf der Berechnung der Fehlerkennzahl f\u00fcr alle m\u00f6glichen angenommenen Zust\u00e4nde des Codierers. Unter der Fehlerkennzahl versteht man den Unterschied zwischen den empfangenen Bits und den angenommenen Bits f\u00fcr jeden m\u00f6glichen Weg. Gibt es keine Fehler beim Empfang, betr\u00e4gt die Fehlerkennzahl des richtigen Weges 0, da es keine Abweichungen bei den Bits gibt. F\u00fcr falsche Wege wird die Kennzahl von null abweichen, stetig wachsen, und nach einer gewissen Zeit wird der Dekodierer aufh\u00f6ren, den fehlerhaften Weg zu berechnen und nur den richtigen beibehalten.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung \"Daten\u00fcbertragung
\nZustandsdiagramm des Codierers, berechnet vom Viterbi-Dekodierer des Empf\u00e4ngers<\/i><\/p>\n

Wie sorgt dieser Algorithmus f\u00fcr Fehlertoleranz? Angenommen, der Empf\u00e4nger hat die Daten mit einem Fehler empfangen, wird der Dekoder weiterhin zwei Wege mit einer Fehlermetrik von 1 berechnen. Der Weg mit der Metrik 0 wird nicht mehr existieren. Der Algorithmus wird jedoch sp\u00e4ter auf Basis der n\u00e4chsten empfangenen dualen Bits entscheiden, welcher Weg der richtige ist.<\/p>\n

Wenn der zweite Fehler auftritt, wird es mehrere Wege mit einer Metrik von 2 geben, doch der korrekte Weg wird sp\u00e4ter anhand des Maximum-Likelihood-Verfahrens (also der minimalen Metrik) ermittelt.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nZustandsdiagramm des Encoders, wie es vom Viterbi-Dekoder bei Empfang fehlerhafter Daten berechnet wird. <\/i><\/p>\n

Im oben beschriebenen Fall wurde der Algorithmus des 16-Bit-Systems (TC-PAM16) betrachtet, der die \u00dcbertragung von drei Bits n\u00fctzlicher Informationen und einem zus\u00e4tzlichen Bit zum Schutz vor Fehlern in einem Symbol erm\u00f6glicht. Mit TC-PAM16 sind Daten\u00fcbertragungsraten von 192 bis 3840 kbit\/s erreichbar. Bei Erh\u00f6hung der Bitanzahl auf 128 (moderne Systeme verwenden TC-PAM128) werden in jedem Symbol sechs Bits n\u00fctzlicher Informationen \u00fcbertragen, und die maximal erreichbare Geschwindigkeit liegt zwischen 5696 kbit\/s und 15,3 Mbit\/s.<\/p>\n

Die Verwendung der Pulse Amplitude Modulation (PAM) verbindet SHDSL mit mehreren beliebten Ethernet-Standards, wie dem Gigabit 1000BASE-T (PAM-5), dem 10-Gigabit 10GBASE-T (PAM-16) oder dem zukunftsweisenden industriellen Einzelader-Ethernet 10BASE-T1L (PAM-3), das f\u00fcr 2020 geplant ist.<\/p>\n

SHDSL in Ethernet-Netzwerken<\/h3>\n

\nEs wird zwischen verwalteten und nicht verwalteten SHDSL-Modems unterschieden, jedoch hat diese Klassifizierung nur wenig mit der g\u00e4ngigen Einteilung in verwaltete und nicht verwaltete Ger\u00e4te zu tun, wie sie z.B. f\u00fcr Ethernet-Switches existiert. Der Unterschied liegt in den Konfigurations- und \u00dcberwachungsmethoden. Verwaltete Modems werden \u00fcber eine Web-Oberfl\u00e4che konfiguriert und k\u00f6nnen \u00fcber SNMP diagnostiziert werden, w\u00e4hrend nicht verwaltete Modems mithilfe zus\u00e4tzlicher Software \u00fcber einen Konsolenport eingerichtet werden (f\u00fcr Phoenix Contact ist dies das kostenlose Programm PSI-CONF und die mini-USB-Schnittstelle). Im Gegensatz zu Switches k\u00f6nnen nicht verwaltete Modems in einem Netz mit Ringtopologie arbeiten.<\/p>\n

Abgesehen davon sind verwaltete und nicht verwaltete Modems v\u00f6llig identisch, einschlie\u00dflich der Funktionalit\u00e4t und der M\u00f6glichkeit, nach dem Plug-and-Play-Prinzip zu arbeiten, also ohne jegliche vorherige Konfiguration.<\/p>\n

Zus\u00e4tzlich k\u00f6nnen Modems Funktionen zum Schutz vor \u00dcberspannungen mit Diagnosem\u00f6glichkeiten \u00fcbernehmen. SHDSL-Netzwerke k\u00f6nnen sehr ausgedehnte Segmente bilden, und Leitungen k\u00f6nnen in Bereichen verlaufen, wo \u00dcberspannungen entstehen k\u00f6nnen (induzierte Potentialunterschiede, die durch Blitzeinschl\u00e4ge oder Kurzschl\u00fcsse in nahestehenden Kabelanlagen hervorgerufen werden). Induziertes Spannungen k\u00f6nnen Entladungstr\u00f6me im Kiloampere-Bereich hervorrufen. Daher werden zum Schutz der Ger\u00e4te vor solchen Ph\u00e4nomenen in die Modems \u00dcberspannungsschutzger\u00e4te (\u00dcSG) in Form einer steckbaren Platine integriert, die bei Bedarf ausgetauscht werden kann. Die SHDSL-Leitung wird an die Klemmen dieser Platine angeschlossen.<\/p>\n

Topologien<\/h3>\n

\nMit SHDSL in Ethernet k\u00f6nnen Netzwerke mit beliebiger Topologie aufgebaut werden: Punkt-zu-Punkt, Linie, Stern und Ring. Je nach Modemtyp k\u00f6nnen sowohl 2-Draht- als auch 4-Draht-Verbindungen verwendet werden.<\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nTopologien von Ethernet-Netzen basierend auf SHDSL<\/i><\/p>\n

Es ist auch m\u00f6glich, verteilte Systeme mit einer kombinierten Topologie zu erstellen. Jedes Segment eines SHDSL-Netzes kann bis zu 50 Modems umfassen, und unter Ber\u00fccksichtigung der physikalischen M\u00f6glichkeiten der Technologie (eine Distanz von 20 km zwischen Modems) kann die L\u00e4nge eines Segments bis zu 1000 km betragen. <\/p>\n

Wenn in jedem solchen Segment ein verwaltetes Modem installiert ist, kann die Integrit\u00e4t des Segments \u00fcber SNMP diagnostiziert werden. Dar\u00fcber hinaus unterst\u00fctzen sowohl verwaltete als auch nicht verwaltete Modems die VLAN-Technologie, was bedeutet, dass das Netzwerk in logische Subnetze unterteilt werden kann. Au\u00dferdem k\u00f6nnen die Ger\u00e4te mit den Daten\u00fcbertragungsprotokollen arbeiten, die in modernen Automatisierungssystemen verwendet werden (Profinet, Ethernet\/IP, Modbus TCP usw.). <\/p>\n

\"Daten\u00fcbertragung
\nRedundanz von Kommunikationskan\u00e4len mit SHDSL<\/i><\/p>\n

SHDSL wird zur Erstellung von redundanten Kommunikationskan\u00e4len im Ethernet-Netzwerk verwendet, meist im Zusammenhang mit optischen \u00dcbertragungswegen.<\/p>\n

SHDSL und serielle Schnittstelle<\/h3>\n

\nSHDSL-Modems mit serieller Schnittstelle erm\u00f6glichen es, die Einschr\u00e4nkungen hinsichtlich Distanz, Topologie und Leitungsqualit\u00e4t zu \u00fcberwinden, die f\u00fcr traditionelle leitungsgebundene Systeme auf Basis asynchroner \u00dcbertragungsger\u00e4te (UART) bestehen: RS-232 \u2013 15 m, RS-422 und RS-485 \u2013 1200 m.<\/p>\n

Es gibt Modems mit seriellen Schnittstellen (RS-232\/422\/485) sowohl f\u00fcr universelle Anwendungen als auch f\u00fcr spezialisierte (z. B. f\u00fcr Profibus). Alle diese Ger\u00e4te fallen in die Kategorie \"nicht verwaltete\" und werden daher mit spezieller Software konfiguriert und diagnostiziert. <\/p>\n

Topologien<\/h3>\n

\nIn Netzwerken mit serieller Schnittstelle ist es mit SHDSL m\u00f6glich, Netzwerke mit Punkt-zu-Punkt-, Linien- und Stern-Topologie aufzubauen. Innerhalb der linienbasierten Topologie k\u00f6nnen bis zu 255 Knoten in einem Netzwerk vereint werden (f\u00fcr Profibus \u2014 30). <\/p>\n

In Systemen, die ausschlie\u00dflich mit Ger\u00e4ten \u00fcber die RS-485-Schnittstelle arbeiten, gibt es keine Einschr\u00e4nkungen bez\u00fcglich des verwendeten Daten\u00fcbertragungsprotokolls. Allerdings sind Linien- und Stern-Topologien f\u00fcr RS-232 und RS-422 untypisch, weshalb der Betrieb von Endger\u00e4ten in einem SHDSL-Netz mit solchen Topologien nur im Halbduplex-Modus m\u00f6glich ist. Gleichzeitig muss in Systemen mit RS-232 und RS-422 auf Protokollebene die Adressierung der Ger\u00e4te gew\u00e4hrleistet sein, was f\u00fcr Schnittstellen, die h\u00e4ufig in Punkt-zu-Punkt-Netzen verwendet werden, untypisch ist.<\/p>\n

Beim Verbinden von Ger\u00e4ten \u00fcber SHDSL mit unterschiedlichen Schnittstellentypen ist zu beachten, dass es keinen einheitlichen Mechanismus f\u00fcr die Verbindung (Handshake) zwischen den Ger\u00e4ten gibt. Dennoch ist der Austausch in diesem Fall m\u00f6glich, wenn die folgenden Bedingungen erf\u00fcllt sind:<\/p>\n