Ethernet sareen erabilera hedatua izan arren, DSLn oinarritutako komunikazio-teknologiek gaur egun garrantzitsuak izaten jarraitzen dute. Orain arte, DSL azken kilometroko sareetan aurki daiteke harpidedun ekipoak Internet hornitzaileen sareetara konektatzeko, eta azkenaldian teknologia gero eta gehiago erabiltzen da sare lokalen eraikuntzan, adibidez, industria aplikazioetan, non DSL Ethernet-en osagarri gisa jokatzen duen. edo RS-232/422/485-en oinarritutako eremu-sareak. Antzeko soluzio industrialak aktiboki erabiltzen dira Europako eta Asiako herrialde garatuetan.
DSL estandar familia bat da, jatorriz datu digitalak telefono-lineen bidez transmititzeko sortu zena. Historikoki, banda zabaleko Internetera sartzeko lehen teknologia bihurtu zen, DIAL UP eta RDSI ordezkatuz. Gaur egun dagoen DSL estandar aniztasuna, enpresa asko, 80ko hamarkadan hasita, teknologia propioa garatzen eta merkaturatzen saiatu zirelako da.
Garapen horiek guztiak bi kategoria handitan bana daitezke: teknologia asimetrikoak (ADSL) eta simetrikoak (SDSL). Asimetrikoak sarrerako konexioaren abiadura irteerako trafikoaren abiadura desberdina den horiei deitzen die. Simetrikoarekin harrera eta transmisio abiadurak berdinak direla esan nahi dugu.
Estandar asimetriko ezagunenak eta hedatuenak, hain zuzen ere, ADSL (azken edizioan - ADSL2+) eta VDSL (VDSL2), simetrikoak - HDSL (profil zaharkitua) eta SHDSL dira. Guztiak elkarrengandik desberdinak dira maiztasun desberdinetan funtzionatzen dutelako eta komunikazio-lerro fisikoan kodetze- eta modulazio-metodo desberdinak erabiltzen dituztelako. Erroreak zuzentzeko metodoak ere desberdinak dira, eta ondorioz, zarata-immunitate maila desberdinak sortzen dira. Ondorioz, teknologia bakoitzak bere mugak ditu datuen transmisioaren abiaduran eta distantzian, eroale motaren eta kalitatearen araberakoak barne.
Hainbat DSL estandarren mugak
Edozein DSL teknologiatan, datu-transferentzia-tasa gutxitzen da kablearen luzera handitu ahala. Muturreko distantzietan ehunka kilobiteko abiadura lor daiteke, baina 200-300 m-tik gorako datuak igortzean, ahalik eta abiadura maximoa eskura daiteke.
Teknologia guztien artean, SHDSL-k industria-aplikazioetan erabiltzeko aukera ematen duen abantaila larria du - zarata immunitate handia eta edozein eroale mota erabiltzeko gaitasuna datuak transmititzeko. Ez da hori estandar asimetrikoekin gertatzen, eta komunikazioaren kalitatea datuen transmisiorako erabiltzen den linearen kalitatearen menpe dago oso. Bereziki, telefono-kable bihurritua erabiltzea gomendatzen da. Kasu honetan, irtenbide fidagarriagoa ADSL eta VDSLren ordez kable optiko bat erabiltzea da.
Elkarrengandik isolatutako edozein eroale bikote egokia da SHDSLrako: kobrea, aluminioa, altzairua, etab. Transmisio-euskarria kable elektriko zaharrak, telefono-linea zaharrak, alanbre-hesiak, etab. izan daitezke.
SHDSL datu-transmisio-abiadura distantzia eta eroale motaren menpekotasuna
SHDSLrako emandako datuak transferitzeko abiaduraren eta distantziaren eta eroale motaren grafikotik, sekzio handia duten eroaleek informazioa distantzia handiagoan transmititzeko aukera ematen dutela ikus dezakezu. Teknologiari esker, komunikazioa antola daiteke 20 km-ko distantzian, 15.3 Mb/s-ko gehienezko abiadurarekin 2 hariko kable baterako edo 30 Mb-ko 4 hariko kable baterako. Benetako aplikazioetan, transmisio-abiadura eskuz ezar daiteke, eta hori beharrezkoa da interferentzia elektromagnetiko indartsuen edo linearen kalitate txarreko baldintzetan. Kasu honetan, transmisio distantzia handitzeko, beharrezkoa da SHDSL gailuen abiadura murriztea. Distantziaren eta eroale motaren arabera abiadura zehatz-mehatz kalkulatzeko, software librea erabil dezakezu, esaterako .
Zergatik du SHDSL-k zarata-immunitate handia?
SHDSL transceptor-aren funtzionamendu-printzipioa bloke-diagrama baten moduan irudika daiteke, eta bertan aplikazioaren ikuspuntutik zati espezifiko eta independente bat (aldaezina) bereizten da. Atal independentea PMD (Erdibide fisikoaren menpekoa) eta PMS-TC (Ertain fisikoaren menpekotasun espezifikoa TC Layer) bloke funtzionalek osatzen dute, eta zati espezifikoak, berriz, TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) geruza eta erabiltzaileen datuen interfazeak ditu.
Transceptoresen arteko lotura fisikoa (STU) pare bakarreko kable edo pare bakarreko kable gisa egon daiteke. Kable-pare anitzen kasuan, STU-k PMS-TC bakar batekin lotutako hainbat PMD independente ditu.
SHDSL transceptor (STU) eredu funtzionala
TPS-TC modulua gailua erabiltzen den aplikazioaren araberakoa da (Ethernet, RS-232/422/485, etab.). Bere zeregina erabiltzailearen datuak SHDSL formatura bihurtzea da, multiplexazioa/desmultiplexazioa eta erabiltzaileen datuen hainbat kanalen denbora doitzea.
PMS-TC mailan, SHDSL fotogramak eratzen eta sinkronizatzen dira, baita nahastea eta deskoderatzea ere.
PMD moduluak informazioaren kodeketa/deskodeketa, modulazioa/desmodulazioa, oihartzuna ezabatzea, parametroen negoziazioa komunikazio-lerroan eta transceptoresen arteko konexioak ezartzeko funtzioak betetzen ditu. PMD mailan egiten dira eragiketa nagusiak SHDSL-ren zarata-immunitate handia bermatzeko, TCPAM kodeketa barne (Trellis kodeketa pultsu analogikoko modulazioarekin), seinalearen eraginkortasun espektrala hobetzen duen kodeketa eta modulazio mekanismo bateratua, bereizi batekin alderatuta. metodoa. PMD moduluaren funtzionamendu-printzipioa diagrama funtzional baten moduan ere irudika daiteke.
PMD moduluaren bloke-diagrama
TC-PAM SHDSL transmisorearen aldean bit sekuentzia erredundantea sortzen duen kodetzaile konboluzional baten erabileran oinarritzen da. Erloju-ziklo bakoitzean, kodetzailearen sarrerara iristen den bit bakoitzari bit bikoitza (dibit) esleitzen zaio irteeran. Horrela, erredundantzia nahiko gutxiren truke, transmisioaren zarataren immunitatea handitzen da. Trellis modulazioa erabiltzeari esker, erabilitako datu-transmisioko banda-zabalera murrizteko eta hardwarea sinplifikatzeko aukera ematen dizu seinale-zarata erlazio berdina mantenduz.
Trellis kodetzailearen funtzionamendu-printzipioa (TC-PAM 16)
Bit bikoitza modulo-2 (esklusiboa-edo) gehiketa eragiketa logiko batek osatzen du sarrerako bitean x1(tn) eta x1(tn-1), x1(tn-2) etab. (gehienez 20 izan daitezke guztira), aurretik kodetzailearen sarreran jaso zirenak eta memoria-erregistroetan gordetzen zirenak. Tn+1 kodetzailearen hurrengo erloju-zikloan, bit-ak memoria-zeluletan desplazatuko dira eragiketa logiko bat egiteko: x1(tn) bit-a memoriara eramango da, bertan gordetako bit-sekuentzia osoa desplazatuz.
Kodegailu konboluzionalaren algoritmoa
2 modulo batuketa eragiketarako egia-taulak
Argitasunerako, komenigarria da kodegailu konboluzional baten egoera-diagrama erabiltzea, eta bertatik ikus daiteke kodetzailea zein egoeratan dagoen momentuetan tn, tn+1, etab. sarrerako datuen arabera. Kasu honetan, kodetzailearen egoerak x1 (tn) sarrerako bitaren eta x1 (tn-1) lehen memoria gelaxkako bitaren balio pare bat esan nahi du. Diagrama bat eraikitzeko, grafiko bat erabil dezakezu, zeinaren erpinetan kodetzailearen egoera posibleak dauden, eta egoera batetik besterako trantsizioak dagozkien sarrerako bitekin x1(tn) eta irteerako dibitekin $inline$y ₀y adierazten dira. ₁(t ₀)$linean$.
Igorle-kodegailu konboluzional baten egoera-diagrama eta trantsizio-grafikoa
Igorlean, jasotako lau bitetan oinarrituta (kodegailuaren bi irteera-bit eta bi datu-bit), ikur bat eratzen da, bakoitza pultsu analogikoaren moduladorearen seinale modulatzailearen bere anplitudeari dagokiona.
16 biteko AIM-aren egoera lau biteko karakterearen balioaren arabera
Seinale-hartzailearen alboan, alderantzizko prozesua gertatzen da - x0(tn) kodetzailearen sarrerako bit-sekuentziaren kode erredundantetik (bit bikoitzak y1y1(tn)) desmodulazioa eta hautaketa. Eragiketa hau Viterbi deskodetzaile batek egiten du.
Deskodetze-algoritmoa espero diren kodetzaile-egoera posible guztien errore-metria bat kalkulatzean oinarritzen da. Errore-metria bide posible bakoitzeko jasotako biten eta espero diren biten arteko diferentziari egiten dio erreferentzia. Jasotze-errorerik ez badago, egiazko bide-errorearen metrika 0 izango da, bit-dibergentziarik ez dagoelako. Bide faltsuetarako, metrika zerotik desberdina izango da, etengabe haziko da eta denbora pixka bat igaro ondoren deskodetzaileak bide okerra kalkulatzeari utziko dio, benetakoa bakarrik utziz.
Hartzailearen Viterbi deskodetzaileak kalkulatutako kodetzailearen egoera-diagrama
Baina nola bermatzen du algoritmo honek zarataren immunitatea? Hartzaileak datuak akatsez jaso dituela suposatuz, deskodetzaileak 1 errore-metria duten bi bide kalkulatzen jarraituko du. 0 errore-metria duen bidea ez da gehiago existituko. Baina algoritmoak ondorio bat aterako du zein bide den egia geroago jasotako hurrengo bit bikoitzetan oinarrituta.
Bigarren errorea gertatzen denean, 2. metrika duten bide anitz egongo dira, baina bide zuzena geroago identifikatuko da probabilitate maximoaren metodoaren arabera (hau da, gutxieneko metrika).
Viterbi deskodetzaileak kalkulatutako kodetzailearen egoera-diagrama erroreak dituzten datuak jasotzean
Goian deskribatutako kasuan, adibide gisa, 16 biteko sistema baten algoritmoa hartu dugu (TC-PAM16), zeinak informazio erabilgarria hiru bit eta akatsak babesteko bit gehigarri bat ikur batean igortzea bermatzen duena. TC-PAM16-k 192 eta 3840 kbps arteko datu-tasa lortzen ditu. Bit-sakonera 128ra handituz (sistema modernoek TC-PAM128rekin funtzionatzen dute), ikur bakoitzean sei informazio baliagarri transmititzen dira, eta lor daitekeen gehienezko abiadura 5696 kbps-tik 15,3 Mbps-ra bitartekoa da.
Pultsu analogikoaren modulazioa (PAM) erabiltzeak SHDSL Ethernet estandar ezagun batzuen antzekoa bihurtzen du, hala nola gigabit 1000BASE-T (PAM-5), 10 gigabit 10GBASE-T (PAM-16) edo pare bakarreko Ethernet 2020BASE industriala. -T10L, 1rako itxaropentsua dena (PAM-3).
SHDSL Ethernet sareen bidez
SHDSL modem kudeatu eta kudeatu gabekoak daude, baina sailkapen honek ez du zerikusi handirik existitzen den kudeatu eta kudeatu gabeko gailuetan ohiko banaketarekin, adibidez, Ethernet etengailuetarako. Desberdintasuna konfigurazio eta monitorizazio tresnetan dago. Kudeatutako modemak web-interfaze baten bidez konfiguratzen dira eta SNMP bidez diagnostikatu daitezke, eta kudeatu gabeko modemak, berriz, software gehigarria erabiliz diagnostikatu daitezke kontsolaren atakaren bidez (Phoenix Contact-entzat hau doako PSI-CONF programa eta mini-USB interfazea da). Etengailuek ez bezala, kudeatu gabeko modemek eraztun topologia duten sare batean funtziona dezakete.
Bestela, kudeatutako eta kudeatu gabeko modemak guztiz berdinak dira, funtzionaltasuna eta Plug&Play printzipioan lan egiteko gaitasuna barne, hau da, aurretiazko konfiguraziorik gabe.
Gainera, modemak diagnostikatzeko gaitasuna duten gainkarga babesteko funtzioekin horni daitezke. SHDSL sareek oso segmentu luzeak osa ditzakete, eta eroaleek gain-tentsioak (tximista-deskargak edo inguruko kable-lineetan zirkuitulaburrak eragindako potentzial-diferentziak) gerta daitezkeen lekuetan ibil daitezke. Induzitutako tentsioak kiloampereko deskarga-korronteak eragin ditzake. Hori dela eta, ekipoak horrelako fenomenoetatik babesteko, SPD-ak modemetan eraikitzen dira, plaka aldagarri baten moduan, behar izanez gero ordezkatu daitezkeenak. Plaka honen terminal-blokeari dago konektatuta SHDSL linea.
Topologiak
SHDSL Ethernet bidez erabiliz, edozein topologia duten sareak eraiki daitezke: puntuz puntu, lerroa, izarra eta eraztuna. Aldi berean, modem motaren arabera, 2 hari eta 4 hariko komunikazio lerroak erabil ditzakezu konexiorako.
SHDSLn oinarritutako Ethernet sareko topologiak
Topologia konbinatua duten sistema banatuak ere eraiki daitezke. SHDSL sare-segmentu bakoitzak 50 modem izan ditzake eta, teknologiaren gaitasun fisikoak kontuan hartuta (modemen arteko distantzia 20 km-koa da), segmentuaren luzera 1000 km-ra irits daiteke.
Segmentu bakoitzaren buruan kudeatutako modem bat instalatzen bada, orduan segmentuaren osotasuna diagnostikatu daiteke SNMP erabiliz. Gainera, kudeatutako eta kudeatu gabeko modemek VLAN teknologia onartzen dute, hau da, sarea azpisare logikoetan banatzeko aukera ematen dute. Gailuak automatizazio sistema modernoetan (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, etab.) erabiltzen diren datuak transferitzeko protokoloekin lan egiteko gai dira.
SHDSL erabiliz komunikazio-kanalen erreserba
SHDSL Ethernet sare batean komunikazio kanal erredundanteak sortzeko erabiltzen da, gehienetan optikoak.
SHDSL eta serie interfazea
SHDSL modemek serieko interfazea duten distantzia, topologia eta eroaleen kalitatean dauden mugak gainditzen dituzte transceptor asinkronoetan (UART) oinarritutako kabledun sistema tradizionaletan: RS-232 - 15 m, RS-422 eta RS-485 - 1200 m.
Badaude serieko interfazeak dituzten modemak (RS-232/422/485) bai aplikazio unibertsaletarako, bai espezializatuetarako (adibidez, Profibuserako). Gailu horiek guztiak "kudeatu gabeko" kategoriakoak dira, beraz, software berezia erabiliz konfiguratu eta diagnostikatzen dira.
Topologiak
Serial interfazea duten sareetan, SHDSL erabiliz, puntuz puntuko, lerroko eta izar topologiekin sareak eraiki daitezke. Topologia linealaren barruan, 255 nodo gehienez sare batean konbinatu daitezke (Profibus - 30).
RS-485 gailuak soilik erabiliz eraikitako sistemetan, ez dago erabilitako datu-transferentziako protokoloan murrizketarik, baina lerro eta izar topologiak atipikoak dira RS-232 eta RS-422rentzat, beraz, amaierako gailuen funtzionamendua antzeko topologiak dituzten SHDSL sare batean. erdi-duplex moduan bakarrik posible da. Aldi berean, RS-232 eta RS-422 duten sistemetan, gailuen helbideratzea protokolo mailan eman behar da, eta hori ez da ohikoa puntuz puntuko sareetan gehien erabiltzen diren interfazeetan.
SHDSL bidez interfaze mota desberdinak dituzten gailuak konektatzean, kontuan hartu behar da ez dagoela gailuen arteko konexioa (eskua emateko) mekanismo bakarra ez dagoela. Hala ere, oraindik ere posible da truke bat antolatzea kasu honetan; horretarako, baldintza hauek bete behar dira:
- komunikazio-koordinazioa eta datu-transferentziaren kontrola informazio-datuen transferentzia-protokolo bateratu baten mailan egin behar da;
- amaierako gailu guztiek erdi-duplex moduan funtzionatu behar dute, eta informazio protokoloak ere onartu behar du.
Modbus RTU protokoloak, interfaze asinkronoetarako protokolorik ohikoena, deskribatutako muga guztiak saihesteko eta interfaze mota ezberdinekin sistema bakarra eraikitzeko aukera ematen du.
SHDSL-n oinarritutako sare serieko topologiak
Ekipoetan bi hariko RS-485 erabiltzean Egitura konplexuagoak eraiki ditzakezu modemak DIN errail batean autobus baten bidez konbinatuz. Bus berean (kasu honetan, gailu guztiak busaren bidez elikatzen dira) eta PSI-MOS serieko bihurgailu optikoak sare konbinatu bat sortzeko elikadura-iturri bat instalatu daiteke. Sistema horren funtzionamendurako baldintza garrantzitsu bat transceptor guztien abiadura bera da.
SHDSL-ren ezaugarri gehigarriak RS-485 sare batean
Aplikazio-adibideak
SHDSL teknologia aktiboki erabiltzen da Alemaniako udal zerbitzuetan. Hiriko zerbitzu-sistemak zerbitzatzen dituzten 50 enpresa baino gehiagok kobrezko hari zaharrak erabiltzen dituzte hiri osoan banatutako objektuak sare batekin konektatzeko. Uraren, gasaren eta energiaren hornikuntzaren kontrol eta kontabilitate sistemak batez ere SHDSLen eraikitzen dira. Halako hirien artean Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder eta beste asko daude.
SHDSLn oinarritutako sistemarik handiena Lübeck hirian sortu zen. Sistemak Ethernet optiko eta SHDSLn oinarritutako egitura konbinatua du, elkarrengandik urrun dauden 120 objektu konektatzen ditu eta 50 modem baino gehiago erabiltzen ditu. . Sare osoa SNMP erabiliz diagnostikatzen da. Kalkhorst-etik Lübeck-eko aireportura arteko zatirik luzeena 39 km-koa da. Enpresa bezeroak SHDSL aukeratu izanaren arrazoia izan zen ez zela ekonomikoki bideragarria proiektua optikan guztiz ezartzea, kobrezko kable zaharren erabilgarritasuna ikusita.
Datuen transmisioa eraztun irristagarriaren bidez
Adibide interesgarri bat mugitzen diren objektuen arteko datuen transferentzia da, hala nola aerosorgailuetan edo biradura-makina industrial handietan egiten dena. Antzeko sistema bat erabiltzen da zentraletako errotorean eta estatorean kokatutako kontrolagailuen artean informazioa trukatzeko. Kasu honetan, eraztun irristagarri baten bidez kontaktu irristakorra erabiltzen da datuak transmititzeko. Horrelako adibideek erakusten dute ez dela beharrezkoa kontaktu estatikorik edukitzea datuak SHDSL bidez transmititzeko.
Beste teknologia batzuekin alderatzea
SHDSL vs GSM
SHDSL GSMn (3G/4G) oinarritutako datu-transmisio-sistemekin konparatzen badugu, orduan operadoreari sare mugikorrera sartzeko ohiko ordainketekin lotutako kostu operatiborik ez egoteak DSLren alde hitz egiten du. SHDSLrekin, industria-instalazio bateko komunikazio mugikorren estaldura-eremutik, kalitatetik eta fidagarritasunetik independenteak gara, interferentzia elektromagnetikoekiko erresistentzia barne. SHDSLrekin ez dago ekipamenduak konfiguratu beharrik, eta horrek instalazioaren abian jartzea azkartzen du. Haririk gabeko sareek datuen transmisioan atzerapen handiak eta multicast trafikoa erabiliz datuak transmititzeko zailtasunak dituzte (Profinet, Ethernet IP).
Informazioaren segurtasuna SHDSLren alde hitz egiten du Interneten datuak transferitzeko beharrik ez dagoelako eta horretarako VPN konexioak konfiguratu beharra dagoelako.
SHDSL vs Wi-Fi
GSMrako esandakoaren zati handi bat wifi industrialari ere aplika daiteke. Zarata-immunitate baxua, datu-transmisiorako distantzia mugatua, eremuaren topologiaren menpekotasuna eta datu-transmisioaren atzerapenak Wi-Fiaren aurka hitz egiten dute. Eragozpen garrantzitsuena Wi-Fi sareen informazioaren segurtasuna da, edonork baitauka sarbidea datuak transmititzeko bitartekora. Wi-Fi-rekin dagoeneko posible da Profinet edo Ethernet IP datuak transmititzea, eta hori zaila izango litzateke GSMrentzat.
SHDSL vs optika
Kasu gehienetan, optikak abantaila handia du SHDSLren aldean, baina hainbat aplikaziotan SHDSL-k denbora eta dirua aurrezteko aukera ematen du kable optikoak jarri eta soldatzeko, instalazio bat martxan jartzeko behar den denbora murriztuz. SHDSL-k ez du konektore berezirik behar, komunikazio-kablea modem terminalera konektatu besterik ez baitago. Kable optikoen propietate mekanikoak direla eta, haien erabilera mugatua da mugitzen diren objektuen artean informazioa transferitzeko aplikazioetan, non kobrezko eroaleak ohikoagoak diren.
Iturria: www.habr.com