Hoolimata Etherneti võrkude laialdasest levikust, ei kaota DSL-ühendustehnoloogiad oma tähtsust ka tänapäeval. DSL-i võib endiselt kohata viimase miili võrkudes, et ühendada tellija seadmed internetiteenuse pakkuja võrkudega, ning viimasel ajal on tehnoloogiat üha enam kasutatud kohalike võrkude ülesehitamiseks, näiteks tööstuslikes rakendustes, kus DSL täiendavad Ethernetit või RS-232/422/485 põhiseid väliühendusi. Taolised tööstuslahendused on laialdaselt kasutusel arenenud Euroopa ja Aasia riikides.
DSL on standardite kogum, mis algselt mõeldi digitaalsete andmete edastamiseks telefoniühenduste kaudu. Ajalooliselt sai see esimeseks lairiba internetiühenduse tehnoloogiaks, asendades DIAL UP ja ISDN-i. Suure erinevuse olemasolu praegu tuntud DSL-standardite seas on tingitud paljusid ettevõtteid, kes alates 80ndatest püüdsid välja töötada ja turule tuua oma tehnoloogiat.
Kõik need arendused võib jagada kahte suuremasse kategooriasse – asümmeetrilised (ADSL) ja sümmeetrilised (SDSL) tehnoloogiad. Asümmeetrilised on need, kus sissetuleku kiirus erineb väljamineva liikluse kiirusest. Sümmeetrilised tähendavad, et vastuvõtu ja saatmise kiirus on võrdsed.
Kõige tuntumad ja levinumad asümmeetrilised standardid on tegelikult ADSL (viimases redaktsioonis – ADSL2+) ja VDSL (VDSL2), sümmeetrilised on HDSL (aegunud profiil) ja SHDSL. Need erinevad üksteisest selle poolest, et töötavad erinevatel sagedustel, kasutavad füüsilisel sideteel erinevaid kodeerimis- ja modulatsioonimeetodeid. Samuti erinevad veaparanduse meetodid, mis tagavad erineva taseme segamisvastupidavust. Lõpptulemusena on igal tehnoloogial oma piirangud andmete edastamise kiirusel ja kaugusel, sealhulgas sõltuvalt juhtme tüübist ja kvaliteedist.
Erinevate DSL-standardite piirangud
Igas DSL-tehnoloogias langeb andmete edastuskiirus koos juhtme pikkuse suurenemisega. Piiratud kaugustes on võimalik saavutada kiirus mitme sadade kilobiti, kuid 200–300 m pikkuste andmete edastamisel on maksimaalselt võimalik saada maksimaalne kiirus.
SHDSL-l on kõigi tehnoloogiate seas tõsine eelis, mis võimaldab selle rakendamist tööstuslikes rakendustes – kõrge müra- ja häirekindlus ning andmete edastamiseks sobiva juhtme tüüp. Aasimmeetrilistes standardites seda ei ole ning suhtluse kvaliteet sõltub tugevalt andmete edastamiseks kasutatava liini kvaliteedist. Eriti soovitatakse kasutada keeratud telefonikaablit. Sel juhul osutab võrreldes ADSL ja VDSL-ga tõhusamaks lahenduseks optiline kaabel.
SHDSL-i sobib iga paar isoleeritud juhtmeid – vask-, alumiinium-, teras- jm. Edastuskanalina võivad kasutada vanad elektrijuhtmed, vanad telefoniliinid, traadist aiad jne.
SHDSL-i andmeedastuskiirus sõltub kaugusest ja juhtme tüübist.
SHDSL-i andmeedastuskiirusest sõltuva kauguse ja juhtme tüübi graafikust on näha, et suurema ristlõikega juhtmed võimaldavad edastada informatsiooni suuremale kaugusele. Tänu tehnoloogiale on võimalik luua side kuni 20 km kaugusele maksimaalse võimaliku kiirusena 15.3 Mb/s kahepoolses kaablis või 30 Mb neljapoolses kaablis. Reaalsetes rakendustes saab edastamise kiirus käsitsi seadistada, mis on vajalik tugeva elektromagnetilise häire või kehva liini kvaliteedi korral. Sel juhul edastamise kauguse suurendamiseks tuleb vähendada SHDSL-seadmete töökiirust. Täpse kiirusarvutuse jaoks kauguse ja juhtme tüübi järgi saab kasutada tasuta tarkvaravahendeid, nagu .
Kuidas saavutatakse SHDSL-i kõrge müra- ja häirekindlus?
SHDSL-i vastuvõtja ja saatja tööpõhimõtet saab kujutada plokkgraafikuna, kus eristatakse spetsiifiline ja rakenduse poolest sõltumatu (invariandne) osa. Sõltumatu osa koosneb funktsionaalsetest plokkidest PMD (Physical Medium Dependent) ja PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), samas kui spetsiifiline osa hõlmab TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) taset ja kasutajandmete liidesi.
Füüsiline sideliin vastuvõtjate ja saatjate (STU) vahel võib eksisteerida ühe- või mitme paari kaablitena. Mitme paari kaablite korral sisaldab STU mitmeid sõltumatuid PMD bloke, mis on seotud üheainsa PMS-TC-ga.
SHDSL-vastuvõtja ja saatja (STU) funktsionaalne mudel
TPS-TC mooduli töö sõltub rakendusest, mille sees seade kasutatakse (Ethernet, RS-232/422/485 jne). Tema ülesanne on konverteerida kasutaja andmed SHDSL formaati, teostada multiplexerimine/demultiplexerimine ja ajastada mitme kasutaja andmekanali korrigeerimist.
PMS-TC tasandil toimub SHDSL-kaadrikujundus ja nende sünkroniseerimine, samuti skramblerimine ja deskramblerimine.
PMD moodul täidab teabe kodeerimise/dekodeerimise, moduleerimise/demoduleerimise, echoes vähendamise, sideliini parameetrite kooskõlastamise ja ühenduse loomise vastuvõtjate ja saatjate vahel. Just PMD tasandil viiakse läbi põhitoimingud, mis tagavad SHDSL-i kõrge müratõrje, sealhulgas TCPAM kodeerimine (trellise kodeerimine analoogkandjal moduleerimisega), ühisekeerimise ja -moduleerimise mehhanism, mille korral parandatakse signaali spektraalset efektiivsust võrreldes eraldi meetodiga. PMD mooduli tööpõhimõtet saab esitada ka funktsionaalse diagrammina.
PMD mooduli plokkskeem
TC-PAM põhimõte põhineb kasutusel konvolutsioonikooder, mis moodustab SHDSL-saatja poolel liigset bitijada. Igal töölööl seostatakse iga kodeerijale sisenevat bitti väljunde puhul kahekordse bitiga (dibit). Seega suureneb edastuse müratõrje, mis maksab suhteliselt vähe liigset. Trellise moduleerimise kasutamine vähendab edastamiseks vajalikki sagedusala ja lihtsustab riistvara, säilitades samas signaali/salvestuse suhte.
Trellis-kooderi (TC-PAM 16) tööpõhimõte
Kaksikute bitid moodustatakse loogilise mooduli 2 (väljalülitatud „või”) liitmise operatsiooni tulemusena, tuginedes sisendbitile x1(tn) ja bittidele x1(tn-1), x1(tn-2) jne (kuni 20), mis on antud kodeerijale sisendiks ja jäävad mälu registritesse. Järgmise kodeerija töösammuga tn+1 toimub bitideseisundite nihkumine mällu, et teostada loogilist operatsiooni: bitt x1(tn) liigub mälu, nihutades seal salvestatud bitijada.
Konvolutsioonilise kodeerija algoritm
Mooduli 2 liitmise operatsiooni tõejõudude tabelid
Ülevaatlikkuse huvides on mugav kasutada konvolutsioonilise kodeerija olekudiagrammi, mille abil saab näha, millises olekus kodeerija on ajamomentides tn, tn+1 jne, sõltuvalt sisendandmetest. Kodeerija olekuna mõistetakse sel juhul sisendbit x1(tn) ja esimese mäluraku bitti x1(tn-1) paarina. Diagrammi koostamiseks saab kasutada graafi, mille tippudes asuvad kodeerija võimalikud olekud ning üleminekud ühelt olekult teisele on tähistatud vastavate sisendbittide x1(tn) ja väljunddibittidega $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$.
Konvolutsioonilise kodeerija saatja olekudiagramm ja üleminekugraaf
Saatjas vormitakse nelja saadud bitti (kaks kodeerija väljundbitti ja kaks andmebitti) põhjal sümbol, millele vastab oma amplituud modulatsioonisignaali analoog-impulsi modulaatoris.
16-bitise AIMS olek nelja-bitise sümboli väärtusest sõltuvalt
Signaali vastuvõtja poolel toimub vastupidine protsess - demodulatsioon ja üleliigsete koodide (kahekordsed bitid y0y1(tn)) vajalikest kodeerija sisendbittidest x1(tn) eraldamine. Seda teostab Viterbi dekooder.
Dekooderi algoritm põhineb vigade metrika arvutamisel jaoks kõikide võimalike eeldatavate kodeerija olekute jaoks. Vigade metrika all mõistetakse erinevust vastuvõetud bittide ja eeldatavate bittide vahel igas võimalikus teed. Kui vastuvõtul pole vigu, on tõelise tee vigade metrika 0, kuna bittide lahknevust ei ole. Vale teede puhul erineb metrika nullist, kasvab pidevalt ja mingi aja pärast lõpetab dekooder vale tee arvutamise, jättes ainult tõelise.
Viterbi vastuvõtja dekodeerija poolt arvutatud kodeerija olekute diagramm
Kuidas tagab see algoritm tõrke jälgimise? Eeldades, et vastuvõtja sai valeandmeid, jätkab dekodeerija kahe tee arvutamist vigade meetriga 1. Tee, mille mõõdik on 0, enam ei eksisteeri. Kuid algoritm määrab hiljem, milline tee on õige, tuginedes järgmistele vastuvõetud kahekordsetele bittidele.
Teise vea ilmnemisel on mitu teed, mille mõõdik on 2, kuid õige tee tuvastatakse hiljem maksimaalse tõenäosuse meetodi (st minimaalne mõõdik) põhjal.
Viterbi dekodeerija poolt vigadega andmete vastuvõtmisel arvutatud kodeerija olekute diagramm
Ülaltoodud näites käsitleti 16-bitist süsteemi algoritmi (TC-PAM16), mis tagab edastuse ühes sümbolis kolme bitti kasulikku teavet ja täiendavat bitti tõrke jälgimiseks. TC-PAM16 on saavutatav edastuskiirus vahemikus 192 kuni 3840 kbit/s. Bitimäärade tõstmisel 128-le (kaasaegsed süsteemid töötavad TC-PAM128-ga) edastatakse igas sümbolis kuus bitti kasulikku teavet, maksimaalne saavutatav kiirus on vahemikus 5696 kbit/s kuni 15,3 Mbit/s.
Analoge eraldusvõime modulaatsioon (PAM) seob SHDSL mitmete populaarsete Etherneti standarditega, nagu gigabitne 1000BASE-T (PAM-5), 10-gigabitine 10GBASE-T (PAM-16) või 2020. aastaks planeeritud tööstuslik ühepaariline Ethernet 10BASE-T1L (PAM-3).
SHDSL Etherneti võrkudes
Erinevad on haldamise ja mittehaldamise SHDSL-modemid, kuid sellisel klassifitseerimisel on vähe ühist tavapärase haldamise ja mittehaldamise seadmete jaotusega, mis eksisteerib näiteks Etherneti lülitite puhul. Erinevus seisneb konfigureerimise ja jälgimise vahendites. Haldatavad modemid seadistatakse veebiliidese kaudu ja neid saab diagnoosida SNMP kaudu, samas kui mittehaldatavaid saab kasutada täiendava tarkvara kaudu konsoolipordi kaudu (Phoenix Contacti puhul on see tasuta programm PSI-CONF ja mini-USB liides). Erinevalt lülititest võivad mittehaldatavad modemid töötada ringikujuliste topoloogiate võrgus.
Muus osas on haldatavad ja mittehaldatavad modemid täiesti identsed, sealhulgas funktsionaalsus ja võimalus töötada Plug&Play põhimõttel, st ilma igasuguse eelneva seadistamiseta.
Modemitele võib lisaks määrata ka impulsiülevaatusfunktsioone koos diagnostika võimalusega. SHDSL-võrgud võivad luua väga pikad segmendid, ja kaablid võivad kulgeda kohtades, kus võivad tekkida impulsiülevaatused (võrgu potentsiaali erinevus, mis on põhjustatud äikesetõukest või lühist külgnevates kaablikonstruktsioonides). Kokkulepitud pinge võib põhjustada maandustokkude voolu, mille suurus on kilovattides. Seetõttu sisestatakse seadmete kaitsmiseks selliste nähtuste eest modemitesse ÜZIPlased eemaldataval plaadil, mida vajadusel saab asendada. Just sellele plaadile on ühendatud SHDSL-joon.
Topoloogiad
SHDSL-i abil on Ethernetis võimalik luua võrke igasuguste topoloogiate jaoks: punkt-punkt, joon, täht ja ring. Sõltuvalt modemite tüübist saab ühendamiseks kasutada nii 2- kui ka 4-juhtmelisi suhtlusliine.
SHDSL-põhised Etherneti võrgu topoloogiad
Samuti on võimalik luua jaotatud süsteeme kombineeritud topoloogiaga. Iga SHDSL-võrgu segment võib sisaldada kuni 50 modemit ja, arvestades tehnoloogia füüsilisi võimalusi (modemite kaugus 20 km), võib segmendi pikkus ulatuda 1000 km-ni.
Kui iga sellise segmendi alguses on paigaldatud hallatav modem, saab segmenti terviklikkust diagnoosida SNMP abil. Lisaks toetavad hallatavad ja hallatavad modemid VLAN-tehnoloogiat, mis võimaldab jagada võrgus loogilisi alamsüsteeme. Seadmed suudavad töötada ka andmeedastusprotokollidega, mida kasutatakse kaasaegsetes automatiseerimissüsteemides (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP jne).
Sidekanalite reserveerimine SHDSL-i kaudu
SHDSL-i kasutatakse Etherneti-võrgus reservsidekanalite loomiseks, sagedamini optiliste.
SHDSL ja järjestikune liides
SHDSL-modemid järjestikuse liidese abil võimaldavad ületada kauguse, topoloogia ja juhtme kvaliteedi piiranguid, mis esinevad traditsioonilistes juhtme süsteemides, mis põhinevad asünkroonsetel saatjatel (UART): RS-232 — 15 m, RS-422 ja RS-485 — 1200 m.
On olemas modemeid, millel on järjestikused liidesed (RS-232/422/485), nii universaalsete rakenduste kui ka spetsialiseeritud rakenduste jaoks (nt Profibus). Kõik sellised seadmed kuuluvad kategooriasse 'haldamata', seega konfigureeritakse ja diagnostitakse neid spetsiaalse tarkvara abil.
Topoloogiad
Järjestikuse liidese süsteemides on SHDSL abil võimalik luua võrke, mille topoloogiad on punkt-punkt, rida ja täht. Lineaarse topoloogia korral on võimalik ühendada ühte võrku kuni 255 sõlme (Profibusel — 30).
RS-485 liidesega seadmete süsteemides ei ole andmeedastusprotokolli kasutamise osas mingeid piiranguid, kuid rida- ja tähttopoloogiad ei ole RS-232 ja RS-422 jaoks tüüpilised, seetõttu on lõppseadmete töö SHDSL-võrgus sellistes topoloogiates võimalik ainult pooldupleksrežiimis. Samuti peab RS-232 ja RS-422 süsteemides andmeprotokolli tasemel olema seadmete adresseerimine, mis ei ole iseloomulik punkt-punkt võrkudele sagedasti kasutatavatele liidesele.
SHDSL-i kaudu erinevate liidestega seadmete ühendamisel tuleb arvesse võtta, et seadmete vahel ei ole ühtset mehhanismi ühenduse loomise (kätlemine) jaoks. Siiski on nende vahelise suhtluse korraldamine endiselt võimalik — selleks on vajalik järgmiste tingimuste täitmine:
- side kokkulepe ja andmeedastuse juhtimine peab toimuma ühesugusel andmeedastusprotokolli tasemel;
- kõik lõppseadmed peavad töötama pooldupleksrežiimis, mida peab samuti toetama andmeprotokoll.
Kõige sagedamini esinev asünkroonne liideset protokoll Modbus RTU võimaldab vältida kõiki ülalkirjeldatud piiranguid ja luua ühtse süsteemi erinevate liidestega.
Järjestikuse liidese võrgu topoloogiad, mis põhinevad SHDSL
Kaksikaablilise RS-485 kasutamine seadmete juures On DIN rail, you can build more complex structures by connecting modems through a single bus. A power supply can be installed on the same bus (in this case, all devices are powered through the bus) and PSI-MOS series optical converters for creating a combined network. An important condition for the operation of such a system is that all transmitters and receivers must operate at the same speed.
Additional SHDSL features in the RS-485 network
Application examples
The SHDSL technology is actively used in urban utilities in Germany. More than 50 companies servicing municipal systems utilize old copper wires to connect distributed facilities throughout the city into a single network. SHDSL is primarily used for management and accounting systems in water, gas, and energy supply. Such cities include Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt (Oder), and many others.
The largest SHDSL-based system was created in the city of Lübeck. The system has a combined structure based on optical Ethernet and SHDSL, integrating 120 remote objects and using over 50 modems. . The entire network is diagnosed via SNMP. The longest segment from the municipality of Kalkhorst to Lübeck airport is 39 km long. The reason the client company chose SHDSL was that implementing the project entirely on fiber optics was economically unviable given the presence of old copper cables.
Data transmission through the contact ring
An interesting example is the data transmission between moving objects, as is done in wind turbines or large industrial twisting machines. Such a system is used for information exchange between controllers located on the rotor and stator of the installations. In this case, data is transmitted using a sliding contact through a contact ring. Such examples show that it is not necessary to have a static contact for data transmission over SHDSL.
Comparison with other technologies
SHDSL vs GSM
SHDSL võrrelduna GSM-põhiste andmeedastus süsteemidega (3G/4G) räägib DSL-i kasuks selle, et puuduvad kasutuskulud, mis on seotud regulaarse maksega operaatorile mobiilivõrgu juurdepääsu eest. SHDSL-is ei sõltu me katvuse piirkonnast, mobiilsideteenuse kvaliteedist ja usaldusväärsusest tööstusobjektil, sealhulgas elektromagnetiliste häirete taluvusest. SHDSL ei nõua seadmete konfigureerimist, mis kiirendab objekti käivitamist. Traadita võrkude puhul on iseloomulikud suured edastusviivitused ja keerukus andmete edastamisel, kasutades multikaistavat liiklust (Profinet, Ethernet IP).
SHDSL-i kasuks räägib teabe turvalisus, kuna ei ole vaja andmeid edastada Interneti kaudu ega konfigureerida VPN-ühendusi.
SHDSL vs Wi-Fi
Palju sellest, mis on öeldud GSM-i kohta, kehtib ka tööstusliku Wi-Fi puhul. Wi-Fi vastu räägib madal häiretaluvus, piiratud edastuskaugus, sõltuvus maastiku topoloogiast ja edastusviivitused. Peamine puudus on Wi-Fi võrkude teabe turvalisus, kuna igaühel on juurdepääs edastuskeskkonnale. Wi-Fi abil on juba võimalik edastada Profinet või Ethernet IP andmeid, mis oleks GSM-i puhul keeruline.
SHDSL vs optika
Optika enamikus juhtudel omab SHDSL-i ees suurt eelist, kuid teatud rakendustes võimaldab SHDSL säästa aega ja raha optilise kaabli paigaldamisel ja keevitamisel, lühendades objekti käivitamise aega. SHDSL-i jaoks ei ole vaja spetsiaalseid pistikuid, kuna sidekaabel on lihtsalt modemi klemmidesse ühendatud. Optiliste kaablikomponentide mehaaniliste omaduste tõttu on nende kasutamine piiratud rakendustes, mis on seotud teabe edastamisega liikuvate objektide vahel, kus on enam levinud vasest juhtmed.
Allikas: habr.com
