علیرغم استفاده گسترده از شبکه های اترنت، فناوری های ارتباطی مبتنی بر DSL تا به امروز مرتبط هستند. تا به حال، DSL را می توان در شبکه های آخرین مایل برای اتصال تجهیزات مشترک به شبکه های ارائه دهنده اینترنت یافت، و اخیراً این فناوری به طور فزاینده ای در ساخت شبکه های محلی استفاده می شود، به عنوان مثال، در کاربردهای صنعتی، جایی که DSL به عنوان مکمل اترنت عمل می کند. یا شبکه های میدانی مبتنی بر RS-232/422/485. راه حل های صنعتی مشابه به طور فعال در کشورهای توسعه یافته اروپایی و آسیایی استفاده می شود.
DSL خانواده ای از استانداردها است که در ابتدا برای انتقال داده های دیجیتال از طریق خطوط تلفن ابداع شد. از لحاظ تاریخی، اولین فناوری دسترسی به اینترنت پهن باند بود که جایگزین DIAL UP و ISDN شد. تنوع گسترده استانداردهای DSL که در حال حاضر وجود دارد به این دلیل است که بسیاری از شرکت ها از دهه 80 شروع به توسعه و بازاریابی فناوری خود کردند.
همه این پیشرفت ها را می توان به دو دسته بزرگ تقسیم کرد - فناوری های نامتقارن (ADSL) و متقارن (SDSL). نامتقارن به مواردی اطلاق می شود که سرعت اتصال ورودی با سرعت ترافیک خروجی متفاوت است. منظور ما از متقارن این است که سرعت دریافت و انتقال برابر است.
شناخته شده ترین و گسترده ترین استانداردهای نامتقارن در واقع ADSL (در آخرین نسخه - ADSL2+) و VDSL (VDSL2)، متقارن - HDSL (نمایه قدیمی) و SHDSL هستند. همه آنها از این جهت با یکدیگر تفاوت دارند که در فرکانس های مختلف کار می کنند و از روش های کدگذاری و مدولاسیون متفاوتی در خط ارتباط فیزیکی استفاده می کنند. روشهای تصحیح خطا نیز متفاوت است و در نتیجه سطوح مختلفی از مصونیت صوتی ایجاد میشود. در نتیجه، هر فناوری محدودیت های خاص خود را در سرعت و مسافت انتقال داده دارد، از جمله بسته به نوع و کیفیت هادی.
محدودیت های استانداردهای مختلف DSL
در هر فناوری DSL، با افزایش طول کابل، سرعت انتقال داده کاهش می یابد. در فواصل بسیار زیاد می توان سرعت های چند صد کیلوبیتی را بدست آورد، اما هنگام انتقال داده های بیش از 200-300 متر، حداکثر سرعت ممکن در دسترس است.
در بین تمام فناوری ها، SHDSL دارای یک مزیت جدی است که استفاده از آن را در کاربردهای صنعتی ممکن می کند - ایمنی بالای نویز و امکان استفاده از هر نوع رسانا برای انتقال داده. این مورد در مورد استانداردهای نامتقارن صدق نمی کند و کیفیت ارتباطات به شدت به کیفیت خط مورد استفاده برای انتقال داده بستگی دارد. به ویژه توصیه می شود از کابل تلفن پیچ خورده استفاده کنید. در این مورد، راه حل مطمئن تر، استفاده از کابل نوری به جای ADSL و VDSL است.
هر جفت هادی ایزوله شده از یکدیگر برای SHDSL مناسب است - مس، آلومینیوم، فولاد و غیره. رسانه انتقال می تواند سیم کشی برق قدیمی، خطوط تلفن قدیمی، نرده های سیم خاردار و غیره باشد.
وابستگی سرعت انتقال داده SHDSL به فاصله و نوع هادی
از نمودار سرعت انتقال داده در مقابل فاصله و نوع هادی که برای SHDSL داده شده است، می توانید ببینید که هادی هایی با سطح مقطع بزرگ به شما امکان می دهند اطلاعات را در فاصله بیشتری انتقال دهید. به لطف این فناوری، امکان سازماندهی ارتباطات در فاصله 20 کیلومتری با حداکثر سرعت ممکن 15.3 مگابیت بر ثانیه برای یک کابل 2 سیمه یا 30 مگابایت برای یک کابل 4 سیم وجود دارد. در کاربردهای واقعی، سرعت انتقال را می توان به صورت دستی تنظیم کرد که در شرایط تداخل الکترومغناطیسی قوی یا کیفیت پایین خط ضروری است. در این صورت برای افزایش فاصله انتقال باید سرعت دستگاه های SHDSL را کاهش داد. برای محاسبه دقیق سرعت بسته به فاصله و نوع هادی می توانید از نرم افزارهای رایگانی مانند .
چرا SHDSL دارای ایمنی بالای نویز است؟
اصل عملکرد فرستنده گیرنده SHDSL را می توان در قالب یک بلوک دیاگرام نشان داد که در آن یک بخش خاص و مستقل (غیر متغیر) از نقطه نظر کاربرد متمایز می شود. بخش مستقل شامل بلوک های عملکردی PMD (وابسته به محیط فیزیکی) و PMS-TC (لایه TC مخصوص محیط فیزیکی) است، در حالی که بخش خاص شامل لایه TPS-TC (لایه TC خاص پروتکل انتقال) و رابط های داده کاربر است.
پیوند فیزیکی بین فرستنده گیرنده ها (STU) می تواند به صورت یک جفت یا چند کابل تک جفت وجود داشته باشد. در مورد چندین جفت کابل، STU حاوی چندین PMD مستقل مرتبط با یک PMS-TC است.
مدل عملکردی فرستنده گیرنده SHDSL (STU)
ماژول TPS-TC بستگی به برنامه ای دارد که دستگاه در آن استفاده می شود (اترنت، RS-232/422/485، و غیره). وظیفه آن تبدیل داده های کاربر به فرمت SHDSL، انجام مالتی پلکس/دی مولتی پلکس و تنظیم زمان چندین کانال از داده های کاربر است.
در سطح PMS-TC، فریمهای SHDSL شکل میگیرند و همگامسازی میشوند و همچنین درهمآمیزی و دسکرامبل میشوند.
ماژول PMD عملکردهای رمزگذاری/رمزگشایی اطلاعات، مدولاسیون/دمودولاسیون، لغو اکو، مذاکره پارامتر در خط ارتباطی و برقراری ارتباط بین فرستنده گیرنده را انجام می دهد. در سطح PMD است که عملیات اصلی برای اطمینان از ایمنی بالای نویز SHDSL انجام می شود، از جمله کدگذاری TCPAM (کدگذاری Trellis با مدولاسیون پالس آنالوگ)، یک مکانیسم کدگذاری مشترک و مدولاسیون که کارایی طیفی سیگنال را در مقایسه با یک سیگنال جداگانه بهبود می بخشد. روش. اصل عملکرد ماژول PMD را می توان در قالب یک نمودار عملکردی نیز نشان داد.
دیاگرام بلوک ماژول PMD
TC-PAM مبتنی بر استفاده از یک رمزگذار کانولوشن است که یک توالی اضافی از بیت ها را در سمت فرستنده SHDSL ایجاد می کند. در هر چرخه ساعت، به هر بیتی که به ورودی رمزگذار می رسد، یک بیت دوگانه (dibit) در خروجی اختصاص می یابد. بنابراین، به قیمت افزونگی نسبتاً کمی، ایمنی نویز انتقال افزایش می یابد. استفاده از مدولاسیون Trellis به شما امکان می دهد پهنای باند انتقال داده استفاده شده را کاهش دهید و سخت افزار را ساده کنید و در عین حال نسبت سیگنال به نویز یکسان را حفظ کنید.
اصل عملیات رمزگذار Trellis (TC-PAM 16)
بیت دوگانه توسط یک عملیات جمع منطقی مدول-2 (انحصاری-یا) بر اساس بیت ورودی x1(tn) و بیت های x1(tn-1)، x1(tn-2) و غیره تشکیل می شود. (در مجموع می تواند تا 20 مورد وجود داشته باشد)، که قبلاً در ورودی رمزگذار دریافت شده و در رجیسترهای حافظه ذخیره می شوند. در چرخه ساعت بعدی رمزگذار tn+1، بیت ها برای انجام یک عملیات منطقی در سلول های حافظه جابجا می شوند: بیت x1(tn) به حافظه منتقل می شود و کل دنباله بیت های ذخیره شده در آنجا را جابجا می کند.
الگوریتم رمزگذار کانولوشن
جداول حقیقت برای مدول عملیات جمع 2
برای وضوح، استفاده از نمودار حالت یک رمزگذار کانولوشن راحت است، که از آن می توانید ببینید که رمزگذار در زمان های tn، tn+1 و غیره در چه وضعیتی است. بسته به داده های ورودی حالت رمزگذار در این مورد به معنای یک جفت مقدار بیت ورودی x1 (tn) و بیت در اولین سلول حافظه x1 (tn-1) است. برای ساختن یک نمودار، میتوانید از نموداری استفاده کنید که در راس آن حالتهای ممکن رمزگذار وجود دارد و انتقال از یک حالت به حالت دیگر با بیتهای ورودی x1(tn) و دوبیتهای خروجی $inline$y ₀y نشان داده میشود. ₁(t ₀)$داخلی$.
نمودار حالت و نمودار انتقال یک رمزگذار کانولوشن فرستنده
در فرستنده، بر اساس چهار بیت دریافتی (دو بیت خروجی رمزگذار و دو بیت داده)، نمادی تشکیل می شود که هر کدام مربوط به دامنه خود سیگنال تعدیل کننده مدولاتور پالس آنالوگ است.
وضعیت AIM 16 بیتی بسته به مقدار کاراکتر چهار بیتی
در سمت گیرنده سیگنال، فرآیند معکوس رخ می دهد - دمدولاسیون و انتخاب از کد اضافی (بیت های دوگانه y0y1 (tn)) دنباله مورد نیاز بیت های ورودی رمزگذار x1 (tn). این عملیات توسط رسیور Viterbi انجام می شود.
الگوریتم رمزگشا بر اساس محاسبه یک متریک خطا برای همه حالت های رمزگذار مورد انتظار ممکن است. متریک خطا به تفاوت بین بیت های دریافتی و بیت های مورد انتظار برای هر مسیر ممکن اشاره دارد. اگر هیچ خطای دریافتی وجود نداشته باشد، متریک خطای مسیر واقعی 0 خواهد بود زیرا واگرایی بیتی وجود ندارد. برای مسیرهای نادرست، متریک با صفر متفاوت است، دائماً افزایش مییابد و پس از مدتی رمزگشا محاسبه مسیر اشتباه را متوقف میکند و تنها مسیر واقعی را باقی میگذارد.
نمودار وضعیت رمزگذار محاسبه شده توسط رسیور Viterbi گیرنده
اما چگونه این الگوریتم ایمنی نویز را تضمین می کند؟ با فرض اینکه گیرنده داده ها را به اشتباه دریافت کرده است، رمزگشا به محاسبه دو مسیر با متریک خطای 1 ادامه می دهد. مسیر با متریک خطای 0 دیگر وجود نخواهد داشت. اما الگوریتم بعداً بر اساس بیت های دوبل بعدی دریافتی، نتیجه گیری می کند که کدام مسیر درست است.
هنگامی که خطای دوم رخ می دهد، چندین مسیر با متریک 2 وجود خواهد داشت، اما مسیر صحیح بعدا بر اساس روش حداکثر احتمال (یعنی حداقل متریک) شناسایی می شود.
نمودار وضعیت رمزگذار محاسبه شده توسط رسیور Viterbi هنگام دریافت داده با خطا
در موردی که در بالا توضیح داده شد، به عنوان مثال، الگوریتم یک سیستم 16 بیتی (TC-PAM16) را در نظر گرفتیم که انتقال سه بیت اطلاعات مفید و یک بیت اضافی برای محافظت از خطا را در یک نماد تضمین می کند. TC-PAM16 به سرعت داده از 192 تا 3840 کیلوبیت بر ثانیه دست می یابد. با افزایش عمق بیت به 128 (سیستم های مدرن با TC-PAM128 کار می کنند)، شش بیت اطلاعات مفید در هر نماد منتقل می شود و حداکثر سرعت قابل دستیابی از 5696 کیلوبیت بر ثانیه تا 15,3 مگابیت در ثانیه است.
استفاده از مدولاسیون پالس آنالوگ (PAM) باعث می شود SHDSL شبیه به تعدادی از استانداردهای رایج اترنت مانند گیگابیتی 1000BASE-T (PAM-5)، 10 گیگابیتی 10GBASE-T (PAM-16) یا اترنت تک جفت صنعتی 2020BASE باشد. -T10L، که برای سال 1 امیدوار کننده است (PAM-3).
SHDSL روی شبکه های اترنت
مودمهای SHDSL مدیریتشده و مدیریتنشدهای وجود دارند، اما این طبقهبندی با تقسیمبندی معمول به دستگاههای مدیریتشده و مدیریتنشده که مثلاً برای سوئیچهای اترنت وجود دارد، اشتراک چندانی ندارد. تفاوت در پیکربندی و ابزارهای نظارت است. مودم های مدیریت شده از طریق یک رابط وب پیکربندی می شوند و می توان آنها را از طریق SNMP تشخیص داد، در حالی که مودم های مدیریت نشده را می توان با استفاده از نرم افزار اضافی از طریق پورت کنسول تشخیص داد (برای Phoenix Contact این یک برنامه رایگان PSI-CONF و یک رابط mini-USB است). برخلاف سوئیچ ها، مودم های مدیریت نشده می توانند در شبکه ای با توپولوژی حلقه ای کار کنند.
در غیر این صورت، مودم های مدیریت شده و مدیریت نشده کاملاً یکسان هستند، از جمله عملکرد و توانایی کار بر اساس اصل Plug&Play، یعنی بدون هیچ گونه پیکربندی اولیه.
علاوه بر این، مودم ها را می توان به عملکردهای حفاظت از نوسانات با قابلیت تشخیص آنها مجهز کرد. شبکههای SHDSL میتوانند بخشهای بسیار طولانی را تشکیل دهند و هادیها میتوانند در مکانهایی عبور کنند که موجها (تفاوتهای پتانسیل ناشی از تخلیه رعد و برق یا اتصال کوتاه در خطوط کابل مجاور) ممکن است رخ دهد. ولتاژ القایی می تواند باعث جاری شدن جریان های تخلیه کیلو آمپری شود. بنابراین، برای محافظت از تجهیزات در برابر چنین پدیده هایی، SPD ها در مودم هایی به شکل یک برد قابل جابجایی تعبیه می شوند که در صورت لزوم می توان آنها را تعویض کرد. خط SHDSL به بلوک ترمینال این برد متصل می شود.
توپولوژی ها
با استفاده از SHDSL از طریق اترنت، می توان شبکه هایی با هر توپولوژی ایجاد کرد: نقطه به نقطه، خط، ستاره و حلقه. در عین حال بسته به نوع مودم می توانید از دو خط ارتباطی ۲ سیمه و ۴ سیمه برای اتصال استفاده کنید.
توپولوژی های شبکه اترنت مبتنی بر SHDSL
همچنین امکان ساخت سیستم های توزیع شده با توپولوژی ترکیبی وجود دارد. هر بخش شبکه SHDSL می تواند تا 50 مودم داشته باشد و با در نظر گرفتن قابلیت های فیزیکی فناوری (فاصله بین مودم ها 20 کیلومتر است) طول سگمنت می تواند به 1000 کیلومتر برسد.
اگر یک مودم مدیریت شده در سر هر بخش نصب شده باشد، یکپارچگی بخش را می توان با استفاده از SNMP تشخیص داد. علاوه بر این، مودم های مدیریت شده و مدیریت نشده از فناوری VLAN پشتیبانی می کنند، یعنی به شما امکان می دهند شبکه را به زیر شبکه های منطقی تقسیم کنید. این دستگاه ها همچنین قادر به کار با پروتکل های انتقال داده مورد استفاده در سیستم های اتوماسیون مدرن (Profinet، Ethernet/IP، Modbus TCP و غیره) هستند.
رزرو کانال های ارتباطی با استفاده از SHDSL
SHDSL برای ایجاد کانال های ارتباطی اضافی در یک شبکه اترنت، اغلب نوری استفاده می شود.
SHDSL و رابط سریال
مودمهای SHDSL با رابط سریال بر محدودیتهای فاصله، توپولوژی و کیفیت رسانا که برای سیستمهای سیمی سنتی مبتنی بر فرستنده ناهمزمان (UART) وجود دارد، غلبه میکنند: RS-232 - 15 m، RS-422 و RS-485 - 1200 m.
مودم هایی با رابط های سریال (RS-232/422/485) هم برای کاربردهای جهانی و هم برای موارد تخصصی (به عنوان مثال برای Profibus) وجود دارد. همه چنین دستگاه هایی متعلق به دسته "مدیریت نشده" هستند، بنابراین با استفاده از نرم افزار ویژه پیکربندی و تشخیص داده می شوند.
توپولوژی ها
در شبکه های دارای رابط سریال، با استفاده از SHDSL می توان شبکه هایی با توپولوژی نقطه به نقطه، خط و ستاره ساخت. در توپولوژی خطی، امکان ترکیب حداکثر 255 گره در یک شبکه وجود دارد (برای Profibus - 30).
در سیستم هایی که فقط با استفاده از دستگاه های RS-485 ساخته شده اند، هیچ محدودیتی در پروتکل انتقال داده استفاده شده وجود ندارد، اما توپولوژی های خط و ستاره برای RS-232 و RS-422 غیر معمول هستند، بنابراین عملکرد دستگاه های پایانی در یک شبکه SHDSL با توپولوژی های مشابه فقط در حالت نیمه دوبلکس امکان پذیر است. در عین حال، در سیستمهای دارای RS-232 و RS-422، آدرسدهی دستگاه باید در سطح پروتکل ارائه شود، که برای رابطهایی که اغلب در شبکههای نقطه به نقطه استفاده میشوند، معمول نیست.
هنگام اتصال دستگاه ها با انواع رابط های مختلف از طریق SHDSL، باید این واقعیت را در نظر گرفت که مکانیسم واحدی برای برقراری ارتباط (دست دادن) بین دستگاه ها وجود ندارد. با این حال، هنوز هم امکان سازماندهی یک مبادله در این مورد وجود دارد، شرایط زیر باید رعایت شود:
- هماهنگی ارتباط و کنترل انتقال داده باید در سطح یک پروتکل یکپارچه انتقال اطلاعات انجام شود.
- تمام دستگاه های پایانی باید در حالت نیمه دوبلکس کار کنند که باید توسط پروتکل اطلاعات نیز پشتیبانی شود.
پروتکل Modbus RTU، رایج ترین پروتکل برای رابط های ناهمزمان، به شما امکان می دهد از تمام محدودیت های توصیف شده اجتناب کنید و یک سیستم واحد با انواع مختلف اینترفیس بسازید.
توپولوژی شبکه های سریال بر اساس SHDSL
هنگام استفاده از دو سیم RS-485 بر روی تجهیزات شما می توانید با ترکیب مودم ها از طریق یک اتوبوس روی ریل DIN، ساختارهای پیچیده تری بسازید. برای ایجاد یک شبکه ترکیبی، می توان یک منبع تغذیه (در این حالت، همه دستگاه ها از طریق اتوبوس تغذیه می شوند) و مبدل های نوری سری PSI-MOS نصب کرد. یک شرط مهم برای عملکرد چنین سیستمی سرعت یکسان همه فرستندهها است.
ویژگی های اضافی SHDSL در شبکه RS-485
نمونه های کاربردی
فناوری SHDSL به طور فعال در خدمات شهری در آلمان استفاده می شود. بیش از 50 شرکت خدمات رسانی به سیستم های شهری از سیم های مسی قدیمی برای اتصال اشیاء توزیع شده در سراسر شهر با یک شبکه استفاده می کنند. سیستم های کنترل و حسابداری برای تامین آب، گاز و انرژی در درجه اول بر روی SHDSL ساخته شده اند. از جمله این شهرها می توان به اولم، ماگدبورگ، اینگولشتات، بیله فلد، فرانکفورت آندر اودر و بسیاری دیگر اشاره کرد.
بزرگترین سیستم مبتنی بر SHDSL در شهر Lübeck ایجاد شد. این سیستم دارای ساختار ترکیبی مبتنی بر اترنت نوری و SHDSL است، 120 شیء را از راه دور از یکدیگر متصل می کند و از بیش از 50 مودم استفاده می کند. . کل شبکه با استفاده از SNMP تشخیص داده می شود. طولانی ترین بخش از کلخورست تا فرودگاه لوبک 39 کیلومتر طول دارد. دلیل اینکه شرکت مشتری SHDSL را انتخاب کرد این بود که با توجه به در دسترس بودن کابل های مسی قدیمی، اجرای پروژه به طور کامل بر روی اپتیک از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود.
انتقال داده ها از طریق حلقه لغزشی
یک مثال جالب، انتقال داده بین اجسام متحرک است، مانند آنچه در توربینهای بادی یا ماشینهای پیچش صنعتی بزرگ انجام میشود. سیستم مشابهی برای تبادل اطلاعات بین کنترلرهای واقع در روتور و استاتور نیروگاه ها استفاده می شود. در این حالت از یک کنتاکت کشویی از طریق یک حلقه لغزنده برای انتقال داده ها استفاده می شود. مثالهایی مانند این نشان میدهند که برای انتقال دادهها از طریق SHDSL، نیازی به تماس ثابت نیست.
مقایسه با سایر فناوری ها
SHDSL در مقابل GSM
اگر SHDSL را با سیستم های انتقال داده مبتنی بر GSM (3G/4G) مقایسه کنیم، عدم وجود هزینه های عملیاتی مرتبط با پرداخت های منظم به اپراتور برای دسترسی به شبکه تلفن همراه به نفع DSL صحبت می کند. با SHDSL، ما مستقل از منطقه پوشش، کیفیت و قابلیت اطمینان ارتباطات سیار در یک مرکز صنعتی، از جمله مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی هستیم. با SHDSL نیازی به پیکربندی تجهیزات نیست، که راه اندازی تسهیلات را سرعت می بخشد. شبکه های بی سیم با تاخیر زیاد در انتقال داده ها و مشکل در انتقال داده ها با استفاده از ترافیک چندپخشی (Profinet، Ethernet IP) مشخص می شوند.
امنیت اطلاعات به دلیل عدم نیاز به انتقال داده از طریق اینترنت و نیاز به پیکربندی اتصالات VPN برای این امر به نفع SHDSL صحبت می کند.
SHDSL در مقابل Wi-Fi
بسیاری از مواردی که در مورد GSM گفته شد را می توان در وای فای صنعتی نیز اعمال کرد. ایمنی کم نویز، فاصله انتقال داده محدود، وابستگی به توپولوژی منطقه و تاخیر در انتقال داده ها مخالف Wi-Fi هستند. مهم ترین ایراد، امنیت اطلاعات شبکه های وای فای است، زیرا هرکسی به رسانه انتقال داده دسترسی دارد. با Wi-Fi امکان انتقال داده های IP Profinet یا Ethernet وجود دارد که برای GSM دشوار است.
SHDSL در مقابل اپتیک
در اکثر موارد، اپتیک مزیت بزرگی نسبت به SHDSL دارد، اما در تعدادی از کاربردها، SHDSL به شما امکان می دهد در زمان و هزینه در گذاشتن و جوشکاری کابل های نوری صرفه جویی کنید و زمان لازم برای راه اندازی یک تاسیسات را کاهش دهید. SHDSL به اتصال دهنده های خاصی نیاز ندارد، زیرا کابل ارتباطی به سادگی به ترمینال مودم متصل می شود. با توجه به خواص مکانیکی کابلهای نوری، استفاده از آنها در کاربردهایی که شامل انتقال اطلاعات بین اجسام متحرک است، که در آن هادیهای مسی رایجتر هستند، محدود است.
منبع: www.habr.com
