Malmängude tõusust hoolimata ei kaota DSL-tehnoloogiad oma asjakohasust tänapäeval. DSL-i kasutatakse endiselt viimase miili võrkudes, et ühendada kliendiseadmestikud internetiteenuse pakkujate võrkudega. Viimasel ajal on see tehnoloogia üha enam kasutusele võetud ka kohalikes võrkudes, näiteks tööstuslikes rakendustes, kus DSL täiendab Etherneti või RS-232/422/485 põhiseid välivõrke. Selliseid tööstuslahendusi rakendatakse aktiivselt arenenud Euroopa ja Aasia riikides.
DSL on standardsüsteemide kogum, mis loodi algselt digitaalsete andmete edastamiseks telefoniliinide kaudu. Ajalooliselt oli see esimene lairibainternetitehnoloogia, mis asendas DIAL UP ja ISDN-i. Praeguseks on olemas palju erinevaid DSL-standardeid, kuna paljud ettevõtted, alates 80-ndatest, on püüdnud välja töötada ja turule tuua oma tehnoloogia.
Kõiki neid arendusi saab jagada kaheks suureks kategooriaks – asümeetrilised (ADSL) ja sümmeetrilised (SDSL) tehnoloogiad. Asümeetriliste all peetakse silmas selliseid, kus sissetuleva ühenduse kiirus erineb väljuva andmeliikluse kiirusest. Sümmeetrilistes tehnoloogiates on vastuvõtu ja edastamise kiirus võrdsed.
Tuntumad ja laialdaselt levinud asümeetrilised standardid on ADSL (viimases versioonis ADSL2+) ja VDSL (VDSL2), sümmeetrilised standardid aga HDSL (vananenud profiil) ja SHDSL. Need erinevad üksteisest selle poolest, et nad töötavad erinevatel sagedustel, kasutavad erinevaid kodeerimise ja modulatsiooni meetodeid füüsilisel teel. Samuti erinevad nad vigade korrigeerimise meetodite poolest, mis tagab erineva taseme häirekindluse. Lõppkokkuvõttes on igal tehnoloogial oma piirangud andmeedastuse kiirusel ja kaugusel, sealhulgas sõltuvalt juhtme tüübist ja kvaliteedist.
Erinevate DSL standardite piiri omadused
Igas DSL-tehnoloogias langeb andmeedastuskiirus kaabli pikkuse suurenedes. Piirdistantsidel võib saada kiirus mitu sada kilobitti, kuid 200-300 m andmeedastuse puhul on saadaval maksimaalne võimalik kiirus.
Kuna SHDSL-l on tõsine eelis, mis võimaldab seda kasutada tööstuslikes rakendustes — kõrge müraallikate vastupidavus ja võimalus edastada andmeid igasuguste kaablite kaudu. Aasimmeetrilistes standardites seda ei esine ja side kvaliteet sõltub tugevalt edastamiseks kasutatava joone kvaliteedist. Eriti soovitatakse kasutada keeratud telefonikaablit. Sel juhul on usaldusväärsem lahendus ADSL-i ja VDSL-i asemel kasutada optilist kaablit.
SHDSL sobib igasuguste eraldatud juhtmete paaridega — vask, alumiinium, teras jne. Edastusmediaanina võivad toimida vanad elektrijooned, vanad telefoniliinid, aiakaablid jne.
SHDSL andmeedastuskiirus sõltub kaugusest ja juhtme tüübist.
SHDSL-andmete edastamise kiirus sõltub ühest kaugusest ja kaabli tüübist. Suure ristlõikega kaablid võimaldavad andmete edastamist pikemaid vahemaid. Tänu sellele tehnoloogiale on võimalik korraldada ühendust kuni 20 km kaugusele, maksimaalse võimaliku kiirusena 15.3 Mbit/s kaheetapilise kaabliga või 30 Mbit/s nelja pigiga kaabliga. Reaalsetes rakendustes saab edastuskiirus käsitsi reguleerida, mida on vajalik intensiivsete elektromagnetiliste häirete või halva kaablite kvaliteedi korral. Sel juhul peab edastamise kauguse suurendamiseks SHDSL-seadmete töötamiskiirus olema madalam. Kiiruscalculatsiooni täpse määra leidmiseks vastavalt kaugusele ja kaabli tüübile saab kasutada tasuta tarkvaralahendusi, nagu .
Millised tegurid muudavad SHDSL häirete suhtes vastupidavaks?
SHDSL vastuvõtja ja saatja tööpõhimõte võib olla esitatud plokk-diagrammina, milles eristatakse rakenduse seisukohalt spetsiifilist ja sõltumatut (invarianti) osa. Sõltumatu osa koosneb funktsionaalsetest plokkidest PMD (Physical Medium Dependent) ja PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), samas kui spetsiifiline osa sisaldab taset TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) ja kasutajaandmete liideseid.
Füüsiline sideühendus vastuvõtja ja saatja (STU) vahel võib eksisteerida ühe paari või mitme ühepaari kaabli kujul. Kui on mitu paari kaableid, sisaldab STU mitmeid sõltumatuid PMD blokke, mis on ühendatud ühe PMS-TC-ga.
SHDSL vastuvõtja ja saatja (STU) funktsionaalne mudel
TPS-TC moodul sõltub rakendusest, milles seade on kasutusel (Ethernet, RS-232/422/485 jne). Selle ülesanne on teisendada kasutajaandmeid SHDSL vormingusse, teostada mitme kasutajaandme kanali multipleximine/demultipleximine ja ajakohasuse korrigeerimine.
PMS-TC tasemel toimub SHDSL kaadrikujundus ja nende sünkroniseerimine, samuti skramblerimine ja deskramblerimine.
PMD moodul täidab teavet kodeerimise/dekodeerimise, modulatsiooni/demodulatsiooni, kuminavähenduse, sideparameetrite ühtlustamise ja vastuvõtja-saatjate vahelise ühenduse loomise funktsioone. PMD tasemel toimuvad peamised toimingud, mis tagavad SHDSL kõrge müratundlikkuse, sealhulgas TCPAM kodeerimine (Trellis kodeerimine analoog-impulsi modulatsiooniga), ühise kodeerimise ja modulatsiooni mehhanism, mis parandab signaali spektraalset efektiivsust võrreldes eraldi meetodiga. PMD mooduli toimimise põhimõtet saab samuti esitada funktsionaalse diagrammina.
PMD mooduli plokkgraafik
TC-PAM põhineb konvolutsioonikooderi kasutamisel, mis genereerib SHDSL edastaja poolel üleliigset bitijada. Iga takti jooksul vastab igale kodeerijale sisenevale bitile väljundis kaksibit (dibit). Seeläbi saavutatakse võrreldes väikese üleliigsusega suurem mürakindlus edastamisel. Trellise modulatsiooni kasutamine võimaldab vähendada edastamise sagedusala ja lihtsustada riistvara, säilitades samas signaali\mürasuhted.
Trellis-kooderi (TC-PAM 16) tööpõhimõte
Kaksibit moodustatakse loogilise operatsiooni modulaarne 2 (välistav "või") põhjal, tuginedes sisendbitile x1(tn) ning bittidele x1(tn-1), x1(tn-2) jne (kokku võib neid olla kuni 20), mis on sisenevad olnud kooderisse varem ja jäävad mällu talletatuks. Järgmise takti jooksul tn+1 toimub bititeede nihkumine mälurakkudes loogilise operatsiooni teostamiseks: bit x1(tn) liigub mälu, nihutades kogu seal olevat bitijada.
Konvolutsioonikooderi algoritm
Modulaarse 2 liitmise tõeväärtustabelid
Koodi oleku diagramm on mugav kasutada, et näha, millises olekus kooder on ajamomendil tn, tn+1 jne, olenevalt sisendandmetest. Koodri oleku all mõistetakse antud juhul paari väärtust sisendbit x1(tn) ja esimese mälu raku bitti x1(tn-1). Diagrammi koostamiseks võib kasutada graafi, mille tipud tähistavad võimalikke koodi olekuid ja üleminekud ühest olekust teise on tähistatud vastavate sisendbitidega x1(tn) ja väljunddibittidega $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$.
Koodri edastaja olekud ja ülemineku graaf
Saatejõu põhjal, mis põhineb neljal vastuvõetud bitil (kahel koodri väljundbitil ja kahel andmebitil), moodustatakse sümbol, millele vastab oma modulaatoriga analoog-impulssmodulaatori signaali amplituud.
16-bitise AIM olek neljabitise sümboli väärtuse sõltuvus
Saab signaali vastuvõtja poolel toimub vastupidine protsess – demodulatsioon ja vajalikute sisendbitide järjestuse eraldamine üleküllastatud koodist (topeltbitid y0y1(tn)) koodi jaoks x1(tn). Seda operatsiooni viib läbi Viterbi dekooder.
Dekooderi algoritm põhineb vigade mõõtme arvutamisel kõikide võimalike eeldatavate kooderite olekute jaoks. Vigade mõõde mõistetakse kui erinevus vastuvõetud bitide ja eeldatavate bitide vahel igas võimalikus teekonnas. Kui vastuvõtul pole vigu, siis tõe tee vigade mõõde on 0, sest bitti ei ole. Vale radade puhul on mõõde erinev nullist, pidevalt suureneb ja mõne aja pärast dekooder lõpetab vale tee arvutamise, jättes alles vaid tõe.
Kooderi olekute diagramm, mille arvutab Viterbi dekooder vastuvõtjal.
Kuidas see algoritm tagab häirekindluse? Kui eeldada, et vastuvõtja on andmed vigadega vastu võtnud, jätkab dekrüpteerija kahe tee arvutamist, mille vigade metrika on 1. Tee, mille metrika on 0, ei eksisteeri enam. Kuid algoritm otsustab hiljem, milline tee on õige, tuginedes järgmistele vastu võetud topeltbitidele.
Teise vea ilmnemisel on mitu teed, mille metrika on 2, kuid õige tee tuvastatakse hiljem maksimaalse tõenäosuse meetodi (st minimaalse metrika) põhjal.
Viterbi dekrüpteerija poolt vigadega andmete vastuvõtmisel arvutatud kodeerija olekudiagramm.
Ülaltoodud juhul oli käsitletud 16-bitise süsteemi algoritmi (TC-PAM16), mis tagab kolme bitti kasulikku teavet ja täiendava biti vigade kaitseks ühe sümboli edastamisel. TC-PAM16 saavutab andmeedastuskiirus vahemikus 192 kuni 3840 kbit/s. Kui bitisüvendi suurust tõsta 128-ni (kaasaegsed süsteemid töötavad TC-PAM128-ga), edastatakse iga sümboli korral kuus bitti kasulikku teavet ja maksimaalne saavutatud kiirus on vahemikus 5696 kbit/s kuni 15,3 Mbit/s.
Aanaloge-impulsi modulatsiooni (PAM) kasutamine seondub SHDSL-iga mitmete populaarsete Etherneti standarditega, nagu gigabiti 1000BASE-T (PAM-5), 10-gigabitine 10GBASE-T (PAM-16) või 2020. aastaks planeeritud tööstuslik ühepaari Ethernet 10BASE-T1L (PAM-3).
SHDSL Etherneti võrkudes
Erinevad SHDSL-modemid on hallatavad ja hallatavad; kuid sellisel klassifitseerimisel on vähe ühist tavapärase eristamisega hallatavate ja hallatavate seadmete vahel, mis eksisteerib näiteks Etherneti lülitite puhul. Erinevus seisneb konfigureerimise ja jälgimise vahendites. Hallatavad modemid seadistatakse veebiliidese kaudu ja neid saab diagnostiliselt kontrollida SNMP kaudu, samas kui hallatavad – lisaprogrammi kaudu konsooli porti (Phoenix Contacti jaoks on see tasuta programm PSI-CONF ja mini-USB liides). Erinevalt lülititest võivad hallatavad modemid töötada ringtopoloogiaga võrgus.
Muud aspektid hallatavate ja hallatavate modemite osas on täiesti identsed, sealhulgas funktsionaalsus ja võime töötada Plug&Play põhimõttel, st ilma igasuguste eelsete seadistusteta.
Modemitele võib lisanduda impulsiülekande kaitsefunktsioon, mille diagnostika on võimalik. SHDSL võrgud võivad luua väga pikki segmente, mille kaablid võivad kulgeda kohtades, kus on võimalik impulsiülekande moodustumine (potentsiaalide erinevus, mille põhjustavad äikesetormid või lühised naabruses asuvates kaabliviitudes). Indutseeritud pinge võib tekitada mahutavuse voolu, mille suurus on kiloaamperites. Seetõttu on seadmete kaitsmiseks selliste nähtuste eest modemitesse paigaldatud ÜKIP eemaldatava plaadina, mille vajadusel saab välja vahetada. Just sellele plaadile on ühendatud SHDSL liin.
Topoloogiad
SHDSL abil on Ethernetis võimalik luua võrke mis tahes topoloogiaga: punkt-punkt, joon, tähekene ja ring. Olenevalt modemist saab ühendamiseks kasutada nii 2-juhtmelisi kui ka 4-juhtmelisi sideliine.
Etherneti võrgutopoloogiad SHDSL põhjal
Samuti on võimalik luua jaotatud süsteeme, millel on kombineeritud topoloogia. Iga SHDSL võrgu segment võib sisaldada kuni 50 mootori ja arvestades tehnoloogia füüsilisi võimalusi (mootorite vahemaa 20 km), võib segmendi pikkus ulatuda 1000 km.
Kui iga sellise segmendi pähe paigaldatakse hallatav modem, saab segmendi terviklikkust diagnostika abil jälgida SNMP kaudu. Lisaks toetavad hallatavad ja hallatavad modemid VLAN-tehnoloogiat, mis tähendab, et need võivad jagada võrku loogilisteks alamvõrkudeks. Seadmed suudavad samuti töötada andmeedastusprotokollidega, mis on rakendatud kaasaegsetes automatiseerimissüsteemides (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP jne).
Sidekanalite reserveerimine SHDSL abil
SHDSL-i kasutatakse varukoopiate loomiseks Ethernet-võrgus, kõige sagedamini optiliste kanalite kaudu.
SHDSL ja järjestikune liides
SHDSL-modemid järjestikuse liidesega võimaldavad ületada kauguse, topoloogia ja juhtme kvaliteedi piiranguid, mis eksisteerivad traditsiooniliste juhtmeta süsteemide puhul, mis põhinevad asünkroonsetel vastuvõtjal (UART): RS-232 — 15 m, RS-422 ja RS-485 — 1200 m.
On olemas modemeid, millel on serialliidesed (RS-232/422/485), nii universaalseteks rakendusteks kui ka spetsialiseeritud rakendusteks (näiteks Profibus). Kõik sellised seadmed kuuluvad «haldamata» seadmete kategooriasse, seega seadistatakse ja diagnostiseeritakse neid spetsiaalsete programmide abil.
Topoloogiad
Sarnaselt SHDSL-iga saab luua ka serialliidese võrkude kaudu punkt-punkt, ring- ja tähtvõrgu topoloogiad. Lineaarse topoloogia raames on võimalik ühendata üheks võrguks kuni 255 sõlme (Profibus puhul — 30).
RS-485 liidese seadmetel põhinevates süsteemides puuduvad andmeedastuse protokollide rakendamisel piirangud, kuid liini ja tähe tüüpi topoloogiad ei ole RS-232 ja RS-422 puhul tüüpilised. Seetõttu on SHDSL-võrgus sellistes topoloogiates lõppseadmete töö võimalik ainult pooldupleksrežiimis. Samal ajal tuleb RS-232 ja RS-422 süsteemides protokolli tasemel seadmete aadressimist tagada, mis ei ole tüüpiline liideste puhul, mida tavaliselt kasutatakse punkt-punkt võrkudes.
SHDSL-seadmete ühendamisel erinevat tüüpi liidesega tuleb arvestada, et seadmete vahel ei ole ühtset mehhanismi ühenduse loomise (käepigistus) jaoks. Kuid andmevahetuse korraldamine on siiski võimalik — selleks on vajalik järgmiste tingimuste täitmine:
- ühenduse kooskõlastamine ja andmeedastuse juhtimine peab toimuma ühtse andmeedastuse infoprotokolli tasandil;
- kõik lõpp-seadmed peavad töötama pooldupleksrežiimis, mida peab toetama ka infoprotokoll.
Klientide seas on kõige levinum asünkroonsete liideste protokoll Modbus RTU, mis võimaldab vältida kõiki kirjeldatud piiranguid ja luua ühtse süsteemi erinevate liidestega.
SHDSL-põhise järjestikuse liidese võrgu topoloogiad
Kaksjuhtmelise RS-485 kasutamise korral seadmetes võimalik on ehitada keerukamaid struktuure, ühendades modemid ühe DIN-railile paigaldatud bussiga. Samal bussil võib olla ka toiteallikas (sellisel juhul toimub kõigi seadmete toide bussi kaudu) ning PSI-MOS seeria optilised muundurid kombinatsioonivõrgu loomiseks. Sellise süsteemi toimimise oluline tingimus on, et kõikide vastuvõtja- ja saateseadmete kiirus oleks sama.
SHDSL täiendavad võimalused RS-485 võrgus
Rakenduse näited
SHDSL-tehnoloogiat rakendatakse aktiivselt Saksamaa linnade kommunaalteenustes. Üle 50 ettevõtte, mis teenindavad linna kommunaalsüsteeme, kasutavad vanu vaskkaableid, et ühendada linna erinevaid objekte ühte võrku. SHDSL-põhised süsteemid rajatakse eelkõige veevärgi, gaasi ja elektri tarnimise juhtimise ja arvestamise süsteemide jaoks. Nende linnade hulka kuuluvad Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt Oderis ja paljud teised.
Suurim SHDSL-põhine süsteem loodi Lübeckis. Süsteemil on kombineeritud struktuur, mis põhineb optilisel Ethernetil ja SHDSL-il, ühendades 120 omavahel kaugel asuvat objekti ning kasutades rohkem kui 50 modemi. . Kogu võrk diagnostitakse SNMP abil. Kõige pikem segmend ühendab Kalkhorsti kommuuni Lübecki lennujaamaga, mille pikkus on 39 km. Klientide põhjendus, miks nad kasutasid SHDSL-i, oli see, et kogu projekti teostamine optilisel sidevõrgul oleks vanade vaskkaablite arvestamisega olnud majanduslikult ebasoodne.
Andmete edastamine kontaktõnge kaudu
Huvitav näide on andmete edastamine liikuvate objektide vahel, nagu näiteks tuulegeneraatorites või suurtes tööstuslikes pöördemasinate puhul. Sarnast süsteemi kasutatakse teabe vahetamiseks kontrollerite vahel, mis asuvad generaatori rootori ja statori vahel. Sellisel juhul kasutatakse andmete edastamiseks libisevat kontakti kontaktõnge kaudu. Sellised näited näitavad, et SHDSL-i andmete edastamiseks ei pea olema staatilist kontakti.
Võrdlus teiste tehnoloogiatega
SHDSL vs GSM
Kui võrrelda SHDSL-i GSM-põhiste andmeedastus süsteemidega (3G/4G), siis SHDSL-i kasuks räägib, et puuduvad tegevuskulud, mis on seotud regulaarselt operaatorile mobiilivõrgu juurdepääsu eest tasumisega. SHDSL puhul ei ole meil sõltuvust levialast, mobiilside kvaliteedist ja usaldusväärsusest tööstusobjektil, sealhulgas elektromagnetiliste häirete taluvusest. SHDSL ei nõua seadmete konfigureerimist, mis kiirendab objekti käiku laskmist. Traadita võrkude omaduseks on suurendatud edastusviivitused ja keerukus andmete edastamisel, mis kasutavad multikaast liiklust (Profinet, Ethernet IP).
SHDSL-i kasuks räägib ka infoturbe aspekt, kuna puudub vajadus edastada andmeid Interneti kaudu ning seadistada selleks VPN-ühendusi.
SHDSL vs Wi-Fi
Palju sellest, mis on öeldud GSM-i kohta, kehtib ka tööstusliku Wi-Fi kohta. Wi-Fi puuduseks on madal müra taluvus, piiratud andmete edastamise vahemaa, sõltuvus maastiku topoloogiast ja andmete edastamise viivitused. Kõige olulisem puudus on Wi-Fi võrkude andmeturbe probleem, kuna igaühel on juurdepääs edastuskanalile. Wi-Fi kaudu on juba võimalik edastada Profinet või Ethernet IP andmeid, mis oleks GSM-i puhul keeruline.
SHDSL vs optika
Optikal on enamikul juhtudel SHDSL-i ees suur eelis, kuid teatud rakendustes võimaldab SHDSL säästa aega ja raha optilise kaabli paigaldamisel ja keevitamisel, lühendades objekti valmimise aega. SHDSL ei vaja spetsiaalseid pistikuid, kuna sidekaabel lihtsalt ühendatakse modemi klemmiga. Optiliste kaablite mehaaniliste omaduste tõttu on nende kasutamine piiratud rakendustes, mis on seotud teabe edastamisega liikuvate objektide vahel, kus on laiemalt levinud vaskjuhtmed.
Allikas: habr.com
