Meskipun penggunaan jaringan Ethernet meluas, teknologi komunikasi berbasis DSL tetap relevan hingga saat ini. Hingga saat ini DSL dapat ditemukan pada jaringan last-mile untuk menghubungkan peralatan pelanggan ke jaringan penyedia Internet, dan belakangan ini teknologi tersebut semakin banyak digunakan dalam pembangunan jaringan lokal, misalnya pada aplikasi industri, dimana DSL berperan sebagai pelengkap Ethernet. atau jaringan lapangan berdasarkan RS-232/422/485. Solusi industri serupa secara aktif digunakan di negara-negara maju di Eropa dan Asia.
DSL adalah sekumpulan standar yang awalnya dirancang untuk transmisi data digital melalui saluran telepon. Secara historis, ini menjadi teknologi akses Internet broadband pertama, menggantikan DIAL UP dan ISDN. Beragamnya standar DSL yang ada saat ini disebabkan oleh banyaknya perusahaan, mulai tahun 80-an, yang mencoba mengembangkan dan memasarkan teknologinya sendiri.
Semua perkembangan ini dapat dibagi menjadi dua kategori besar - teknologi asimetris (ADSL) dan simetris (SDSL). Asimetris mengacu pada kecepatan koneksi masuk yang berbeda dengan kecepatan lalu lintas keluar. Yang kami maksud dengan simetris adalah kecepatan penerimaan dan transmisi adalah sama.
Standar asimetris yang paling terkenal dan tersebar luas sebenarnya adalah ADSL (dalam edisi terbaru - ADSL2+) dan VDSL (VDSL2), standar simetris - HDSL (profil usang) dan SHDSL. Mereka semua berbeda satu sama lain karena mereka beroperasi pada frekuensi yang berbeda dan menggunakan metode pengkodean dan modulasi yang berbeda pada jalur komunikasi fisik. Metode koreksi kesalahan juga berbeda, sehingga menghasilkan tingkat kekebalan kebisingan yang berbeda. Akibatnya, setiap teknologi memiliki batasan tersendiri dalam kecepatan dan jarak transmisi data, termasuk tergantung pada jenis dan kualitas konduktornya.
Batasan berbagai standar DSL
Dalam teknologi DSL apa pun, kecepatan transfer data menurun seiring bertambahnya panjang kabel. Pada jarak ekstrim dimungkinkan untuk memperoleh kecepatan beberapa ratus kilobit, namun ketika mentransmisikan data lebih dari 200-300 m, kecepatan maksimum yang mungkin tersedia.
Di antara semua teknologi, SHDSL memiliki keunggulan serius yang memungkinkannya digunakan dalam aplikasi industri - kekebalan kebisingan yang tinggi dan kemampuan untuk menggunakan segala jenis konduktor untuk transmisi data. Hal ini tidak terjadi pada standar asimetris, dan kualitas komunikasi sangat bergantung pada kualitas saluran yang digunakan untuk transmisi data. Secara khusus, disarankan untuk menggunakan kabel telepon yang dipilin. Dalam hal ini, solusi yang lebih andal adalah dengan menggunakan kabel optik daripada ADSL dan VDSL.
Sepasang konduktor yang diisolasi satu sama lain cocok untuk SHDSL - tembaga, aluminium, baja, dll. Media transmisi dapat berupa kabel listrik lama, saluran telepon lama, pagar kawat berduri, dll.
Ketergantungan kecepatan transmisi data SHDSL pada jarak dan jenis konduktor
Dari grafik kecepatan transfer data versus jarak dan jenis konduktor yang diberikan untuk SHDSL, Anda dapat melihat bahwa konduktor dengan penampang besar memungkinkan Anda mengirimkan informasi melalui jarak yang lebih jauh. Berkat teknologi ini, komunikasi dapat diatur dalam jarak hingga 20 km dengan kecepatan maksimum 15.3 Mb/s untuk kabel 2-kawat atau 30 Mb untuk kabel 4-kawat. Dalam aplikasi nyata, kecepatan transmisi dapat diatur secara manual, yang diperlukan dalam kondisi interferensi elektromagnetik yang kuat atau kualitas saluran yang buruk. Dalam hal ini, untuk menambah jarak transmisi, perlu dilakukan pengurangan kecepatan perangkat SHDSL. Untuk menghitung kecepatan secara akurat tergantung pada jarak dan jenis konduktor, Anda dapat menggunakan perangkat lunak gratis seperti .
Mengapa SHDSL memiliki kekebalan kebisingan yang tinggi?
Prinsip pengoperasian transceiver SHDSL dapat direpresentasikan dalam bentuk diagram blok, di mana bagian spesifik dan independen (invarian) dibedakan dari sudut pandang aplikasi. Bagian independen terdiri dari blok fungsional PMD (Physical Medium Dependent) dan PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), sedangkan bagian spesifik mencakup lapisan TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) dan antarmuka data pengguna.
Tautan fisik antar transceiver (STU) dapat berupa satu pasang atau beberapa kabel berpasangan tunggal. Dalam kasus beberapa pasangan kabel, STU berisi beberapa PMD independen yang terkait dengan satu PMS-TC.
Model fungsional transceiver SHDSL (STU)
Modul TPS-TC bergantung pada aplikasi yang menggunakan perangkat (Ethernet, RS-232/422/485, dll.). Tugasnya adalah mengubah data pengguna ke dalam format SHDSL, melakukan multiplexing/demultiplexing dan penyesuaian waktu beberapa saluran data pengguna.
Pada level PMS-TC, frame SHDSL dibentuk dan disinkronkan, serta dilakukan pengacakan dan descrambling.
Modul PMD menjalankan fungsi pengkodean/dekode informasi, modulasi/demodulasi, pembatalan gema, negosiasi parameter pada jalur komunikasi dan membangun koneksi antar transceiver. Pada tingkat PMD-lah operasi utama dilakukan untuk memastikan kekebalan kebisingan yang tinggi dari SHDSL, termasuk pengkodean TCPAM (pengkodean Trellis dengan modulasi pulsa analog), mekanisme pengkodean dan modulasi gabungan yang meningkatkan efisiensi spektral sinyal dibandingkan dengan yang terpisah. metode. Prinsip pengoperasian modul PMD juga dapat direpresentasikan dalam bentuk diagram fungsional.
Diagram Blok Modul PMD
TC-PAM didasarkan pada penggunaan encoder konvolusional yang menghasilkan urutan bit redundan di sisi pemancar SHDSL. Pada setiap siklus clock, setiap bit yang tiba pada masukan encoder diberi bit ganda (dibit) pada keluaran. Jadi, dengan biaya redundansi yang relatif kecil, kekebalan terhadap kebisingan transmisi meningkat. Penggunaan modulasi Trellis memungkinkan Anda mengurangi bandwidth transmisi data yang digunakan dan menyederhanakan perangkat keras dengan tetap mempertahankan rasio signal-to-noise yang sama.
Prinsip pengoperasian encoder Trellis (TC-PAM 16)
Bit ganda dibentuk oleh operasi penambahan logis modulo-2 (eksklusif atau) berdasarkan bit masukan x1(tn) dan bit x1(tn-1), x1(tn-2), dll. (Totalnya bisa mencapai 20 buah), yang sebelumnya diterima pada input encoder dan tetap disimpan dalam register memori. Pada siklus jam berikutnya dari pembuat enkode tn+1, bit-bit akan dipindahkan dalam sel memori untuk melakukan operasi logis: bit x1(tn) akan berpindah ke memori, menggeser seluruh urutan bit yang disimpan di sana.
Algoritma encoder konvolusional
Tabel kebenaran untuk operasi penjumlahan modulo 2
Untuk kejelasan, akan lebih mudah untuk menggunakan diagram keadaan encoder konvolusional, yang darinya Anda dapat melihat keadaan encoder pada waktu tn, tn+1, dll. tergantung pada data masukan. Dalam hal ini, status encoder berarti sepasang nilai bit input x1(tn) dan bit di sel memori pertama x1(tn-1). Untuk membuat diagram, Anda dapat menggunakan grafik, pada simpul-simpulnya terdapat kemungkinan keadaan encoder, dan transisi dari satu keadaan ke keadaan lain ditunjukkan oleh bit masukan yang sesuai x1(tn) dan dibit keluaran $inline$y ₀y ₁(t ₀)$baris$.
Diagram keadaan dan grafik transisi encoder konvolusional pemancar
Di pemancar, berdasarkan empat bit yang diterima (dua bit keluaran encoder dan dua bit data), sebuah simbol dibentuk, yang masing-masing sesuai dengan amplitudo sinyal modulasi modulator pulsa analog.
Keadaan AIM 16-bit tergantung pada nilai karakter empat-bit
Di sisi penerima sinyal, proses sebaliknya terjadi - demodulasi dan pemilihan dari kode redundan (bit ganda y0y1(tn)) dari urutan bit input encoder x1(tn) yang diperlukan. Operasi ini dilakukan oleh decoder Viterbi.
Algoritme dekoder didasarkan pada penghitungan metrik kesalahan untuk semua kemungkinan status encoder yang diharapkan. Metrik kesalahan mengacu pada perbedaan antara bit yang diterima dan bit yang diharapkan untuk setiap jalur yang mungkin. Jika tidak ada kesalahan penerimaan, maka metrik kesalahan jalur sebenarnya akan menjadi 0 karena tidak ada perbedaan bit. Untuk jalur yang salah, metrik akan berbeda dari nol, terus meningkat, dan setelah beberapa waktu dekoder akan berhenti menghitung jalur yang salah, hanya menyisakan jalur yang benar.
Diagram keadaan encoder dihitung oleh decoder Viterbi penerima
Namun bagaimana algoritme ini memastikan kekebalan terhadap kebisingan? Dengan asumsi penerima menerima data dalam keadaan error, decoder akan terus menghitung dua jalur dengan metrik error 1. Jalur dengan metrik error 0 tidak akan ada lagi. Namun algoritma akan membuat kesimpulan tentang jalur mana yang benar nantinya berdasarkan double bit berikutnya yang diterima.
Ketika kesalahan kedua terjadi, akan ada beberapa jalur dengan metrik 2, tetapi jalur yang benar akan diidentifikasi kemudian berdasarkan metode kemungkinan maksimum (yaitu metrik minimum).
Diagram keadaan encoder dihitung oleh decoder Viterbi saat menerima data dengan kesalahan
Dalam kasus yang dijelaskan di atas, sebagai contoh, kami mempertimbangkan algoritme sistem 16-bit (TC-PAM16), yang memastikan transmisi tiga bit informasi berguna dan satu bit tambahan untuk perlindungan kesalahan dalam satu simbol. TC-PAM16 mencapai kecepatan data dari 192 hingga 3840 kbps. Dengan meningkatkan kedalaman bit menjadi 128 (sistem modern bekerja dengan TC-PAM128), enam bit informasi berguna dikirimkan di setiap simbol, dan kecepatan maksimum yang dapat dicapai berkisar antara 5696 kbps hingga 15,3 Mbps.
Penggunaan modulasi pulsa analog (PAM) membuat SHDSL mirip dengan sejumlah standar Ethernet populer, seperti gigabit 1000BASE-T (PAM-5), 10-gigabit 10GBASE-T (PAM-16) atau industrial single-pair Ethernet 2020BASE -T10L yang menjanjikan untuk tahun 1 (PAM-3).
SHDSL melalui jaringan Ethernet
Ada modem SHDSL yang dikelola dan tidak dikelola, namun klasifikasi ini memiliki sedikit kesamaan dengan pembagian biasa menjadi perangkat yang dikelola dan tidak dikelola yang ada, misalnya, untuk switch Ethernet. Perbedaannya terletak pada konfigurasi dan alat pemantauannya. Modem yang dikelola dikonfigurasi melalui antarmuka web dan dapat didiagnosis melalui SNMP, sedangkan modem yang tidak dikelola dapat didiagnosis menggunakan perangkat lunak tambahan melalui port konsol (untuk Phoenix Contact ini adalah program PSI-CONF gratis dan antarmuka mini-USB). Berbeda dengan switch, modem yang tidak dikelola dapat beroperasi di jaringan dengan topologi ring.
Jika tidak, modem yang dikelola dan tidak dikelola benar-benar identik, termasuk fungsionalitas dan kemampuan untuk bekerja berdasarkan prinsip Plug&Play, tanpa konfigurasi awal apa pun.
Selain itu, modem dapat dilengkapi dengan fungsi perlindungan lonjakan arus dengan kemampuan untuk mendiagnosisnya. Jaringan SHDSL dapat membentuk segmen yang sangat panjang, dan konduktor dapat berjalan di tempat di mana tegangan lonjakan (perbedaan potensial yang disebabkan oleh pelepasan petir atau korsleting di jalur kabel terdekat) dapat terjadi. Tegangan induksi tersebut dapat menyebabkan mengalirnya arus pelepasan sebesar kiloamper. Oleh karena itu, untuk melindungi peralatan dari fenomena tersebut, SPD dibangun ke dalam modem dalam bentuk papan yang dapat dilepas, yang dapat diganti jika diperlukan. Ke blok terminal papan inilah jalur SHDSL terhubung.
Topologi
Menggunakan SHDSL melalui Ethernet, dimungkinkan untuk membangun jaringan dengan topologi apa pun: point-to-point, line, star, dan ring. Pada saat yang sama, tergantung pada jenis modemnya, Anda dapat menggunakan jalur komunikasi 2 kabel dan 4 kabel untuk koneksi.
Topologi jaringan Ethernet berdasarkan SHDSL
Dimungkinkan juga untuk membangun sistem terdistribusi dengan topologi gabungan. Setiap segmen jaringan SHDSL dapat memiliki hingga 50 modem dan dengan mempertimbangkan kemampuan fisik teknologi (jarak antar modem 20 km), panjang segmen dapat mencapai 1000 km.
Jika modem terkelola dipasang di kepala setiap segmen tersebut, maka integritas segmen tersebut dapat didiagnosis menggunakan SNMP. Selain itu, modem terkelola dan tidak terkelola mendukung teknologi VLAN, yang memungkinkan Anda membagi jaringan menjadi subnet logis. Perangkat ini juga mampu bekerja dengan protokol transfer data yang digunakan dalam sistem otomasi modern (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, dll.).
Reservasi saluran komunikasi menggunakan SHDSL
SHDSL digunakan untuk membuat saluran komunikasi redundan dalam jaringan Ethernet, paling sering optik.
SHDSL dan antarmuka serial
Modem SHDSL dengan antarmuka serial mengatasi keterbatasan jarak, topologi dan kualitas konduktor yang ada untuk sistem kabel tradisional berdasarkan transceiver asinkron (UART): RS-232 - 15 m, RS-422 dan RS-485 - 1200 m.
Ada modem dengan antarmuka serial (RS-232/422/485) untuk aplikasi universal dan khusus (misalnya, untuk Profibus). Semua perangkat tersebut termasuk dalam kategori “tidak dikelola”, oleh karena itu perangkat tersebut dikonfigurasi dan didiagnosis menggunakan perangkat lunak khusus.
Topologi
Dalam jaringan dengan antarmuka serial, menggunakan SHDSL dimungkinkan untuk membangun jaringan dengan topologi point-to-point, line, dan star. Dalam topologi linier, dimungkinkan untuk menggabungkan hingga 255 node menjadi satu jaringan (untuk Profibus - 30).
Dalam sistem yang dibangun hanya menggunakan perangkat RS-485, tidak ada batasan pada protokol transfer data yang digunakan, tetapi topologi garis dan bintang tidak lazim untuk RS-232 dan RS-422, sehingga pengoperasian perangkat akhir pada jaringan SHDSL dengan topologi serupa hanya mungkin dalam mode setengah dupleks. Pada saat yang sama, dalam sistem dengan RS-232 dan RS-422, pengalamatan perangkat harus disediakan pada tingkat protokol, yang tidak umum untuk antarmuka yang paling sering digunakan dalam jaringan point-to-point.
Saat menghubungkan perangkat dengan berbagai jenis antarmuka melalui SHDSL, perlu diingat fakta bahwa tidak ada mekanisme tunggal untuk membuat koneksi (jabat tangan) antar perangkat. Namun pertukaran dalam hal ini masih dimungkinkan, untuk itu syarat-syarat berikut harus dipenuhi:
- koordinasi komunikasi dan pengendalian transfer data harus dilakukan pada tingkat protokol transfer data informasi terpadu;
- semua perangkat akhir harus beroperasi dalam mode setengah dupleks, yang juga harus didukung oleh protokol informasi.
Protokol Modbus RTU, protokol paling umum untuk antarmuka asinkron, memungkinkan Anda menghindari semua batasan yang dijelaskan dan membangun satu sistem dengan berbagai jenis antarmuka.
Topologi jaringan serial berdasarkan SHDSL
Saat menggunakan RS-485 dua kabel pada peralatan Anda dapat membangun struktur yang lebih kompleks dengan menggabungkan modem melalui satu bus pada rel DIN. Catu daya dapat dipasang pada bus yang sama (dalam hal ini, semua perangkat diberi daya melalui bus) dan konverter optik seri PSI-MOS untuk membuat jaringan gabungan. Kondisi penting untuk pengoperasian sistem semacam itu adalah kecepatan yang sama di semua transceiver.
Fitur tambahan SHDSL pada jaringan RS-485
Contoh aplikasi
Teknologi SHDSL secara aktif digunakan di utilitas kota di Jerman. Lebih dari 50 perusahaan yang melayani sistem utilitas kota menggunakan kabel tembaga tua untuk menghubungkan objek-objek yang tersebar di seluruh kota dengan satu jaringan. Sistem pengendalian dan penghitungan pasokan air, gas, dan energi terutama dibangun di atas SHDSL. Di antara kota-kota tersebut adalah Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder dan banyak lainnya.
Sistem berbasis SHDSL terbesar dibuat di kota Lübeck. Sistem ini memiliki struktur gabungan berdasarkan Ethernet optik dan SHDSL, menghubungkan 120 objek yang berjauhan dan menggunakan lebih dari 50 modem . Seluruh jaringan didiagnosis menggunakan SNMP. Segmen terpanjang dari Kalkhorst ke Bandara Lübeck memiliki panjang 39 km. Alasan mengapa perusahaan klien memilih SHDSL adalah karena tidak layak secara ekonomi untuk mengimplementasikan proyek sepenuhnya pada optik, mengingat ketersediaan kabel tembaga yang sudah tua.
Transmisi data melalui slip ring
Contoh menariknya adalah transfer data antar objek bergerak, seperti yang dilakukan pada turbin angin atau mesin puntir industri besar. Sistem serupa digunakan untuk pertukaran informasi antara pengontrol yang terletak di rotor dan stator pembangkit. Dalam hal ini, kontak geser melalui slip ring digunakan untuk mengirimkan data. Contoh seperti ini menunjukkan bahwa tidak diperlukan kontak statis untuk mengirimkan data melalui SHDSL.
Perbandingan dengan teknologi lain
SHDSL vs GSM
Jika kita membandingkan SHDSL dengan sistem transmisi data berbasis GSM (3G/4G), maka tidak adanya biaya pengoperasian yang terkait dengan pembayaran rutin kepada operator untuk akses ke jaringan seluler mendukung DSL. Dengan SHDSL, kami tidak bergantung pada area jangkauan, kualitas, dan keandalan komunikasi seluler di fasilitas industri, termasuk ketahanan terhadap interferensi elektromagnetik. Dengan SHDSL tidak perlu mengkonfigurasi peralatan, sehingga mempercepat pengoperasian fasilitas. Jaringan nirkabel dicirikan oleh penundaan yang besar dalam transmisi data dan kesulitan dalam transmisi data menggunakan lalu lintas multicast (Profinet, Ethernet IP).
Keamanan informasi mendukung SHDSL karena tidak adanya kebutuhan untuk mentransfer data melalui Internet dan kebutuhan untuk mengkonfigurasi koneksi VPN untuk ini.
SHDSL vs Wi-Fi
Banyak hal yang telah dikatakan tentang GSM juga dapat diterapkan pada Wi-Fi industri. Kekebalan kebisingan yang rendah, jarak transmisi data yang terbatas, ketergantungan pada topologi area, dan penundaan transmisi data merupakan hal yang merugikan Wi-Fi. Kelemahan yang paling penting adalah keamanan informasi jaringan Wi-Fi, karena siapa pun memiliki akses ke media transmisi data. Dengan Wi-Fi, transmisi data Profinet atau IP Ethernet sudah dimungkinkan, yang akan sulit dilakukan dengan GSM.
SHDSL vs optik
Dalam sebagian besar kasus, optik memiliki keunggulan besar dibandingkan SHDSL, namun dalam sejumlah aplikasi, SHDSL memungkinkan Anda menghemat waktu dan uang untuk memasang dan mengelas kabel optik, sehingga mengurangi waktu yang diperlukan untuk mengoperasikan fasilitas. SHDSL tidak memerlukan konektor khusus, karena kabel komunikasi cukup dihubungkan ke terminal modem. Karena sifat mekanik kabel optik, penggunaannya terbatas pada aplikasi yang melibatkan transfer informasi antara benda bergerak, di mana konduktor tembaga lebih umum digunakan.
Sumber: www.habr.com