Gagnaflutningur yfir allt að 20 km vegalengd um hefðbundna víra? Það er auðvelt ef það er SHDSL...

Þrátt fyrir útbreidda notkun Ethernet netkerfa er DSL-undirstaða samskiptatækni áfram viðeigandi enn þann dag í dag. Hingað til hefur DSL verið að finna í síðustu mílu netkerfum til að tengja áskrifendabúnað við netkerfi netveitna og nýlega hefur tæknin verið notuð í auknum mæli við uppbyggingu staðarneta, til dæmis í iðnaðarforritum, þar sem DSL virkar sem viðbót við Ethernet eða vettvangsnet byggð á RS-232/422/485. Svipaðar iðnaðarlausnir eru virkir notaðar í þróuðum löndum Evrópu og Asíu.

DSL er fjölskylda staðla sem voru upphaflega hugsaðir til að senda stafræn gögn yfir símalínur. Sögulega varð það fyrsta breiðbandsnetaðgangstæknin sem kom í stað DIAL UP og ISDN. Mikið úrval DSL staðla sem nú er til staðar er vegna þess að mörg fyrirtæki, frá og með níunda áratugnum, reyndu að þróa og markaðssetja sína eigin tækni.

Allri þessari þróun má skipta í tvo stóra flokka - ósamhverfa (ADSL) og samhverfa (SDSL) tækni. Ósamhverfar vísar til þeirra þar sem hraði komandi tengingar er frábrugðinn hraða á útleið. Með samhverfu er átt við að móttöku- og sendingarhraði sé jafn.

Þekktustu og útbreiddustu ósamhverfu staðlarnir eru í raun ADSL (í nýjustu útgáfu - ADSL2+) og VDSL (VDSL2), samhverf - HDSL (úrelt snið) og SHDSL. Þeir eru allir ólíkir hver öðrum að því leyti að þeir starfa á mismunandi tíðnum og nota mismunandi kóðunar- og mótunaraðferðir á líkamlegu samskiptalínunni. Villuleiðréttingaraðferðirnar eru einnig mismunandi, sem leiðir til mismunandi hávaðaónæmis. Þar af leiðandi hefur hver tækni sín takmörk í hraða og fjarlægð gagnaflutnings, þar á meðal eftir gerð og gæðum leiðarans.

Takmörk ýmissa DSL staðla

Í hvaða DSL tækni sem er, minnkar gagnaflutningshraðinn eftir því sem lengd kapalsins eykst. Í mikilli fjarlægð er hægt að ná hraða upp á nokkur hundruð kílóbita, en þegar gögn eru send yfir 200-300 m er hámarkshraðinn fyrir hendi.

Meðal allrar tækni hefur SHDSL alvarlegan kost sem gerir það mögulegt að nota það í iðnaðarforritum - mikið ónæmi fyrir hávaða og getu til að nota hvers kyns leiðara fyrir gagnaflutning. Þetta á ekki við um ósamhverfa staðla og gæði samskipta eru mjög háð gæðum línunnar sem notuð er til gagnaflutninga. Sérstaklega er mælt með því að nota snúna símasnúru. Í þessu tilviki er áreiðanlegri lausn að nota ljósleiðara í stað ADSL og VDSL.

Hvaða leiðarapar sem eru einangruð frá hvor öðrum hentar fyrir SHDSL - kopar, ál, stál o.s.frv. Flutningsmiðillinn getur verið gamlar raflagnir, gamlar símalínur, gaddavírsgirðingar o.fl.

Það er háð SHDSL gagnaflutningshraða eftir fjarlægð og gerð leiðara

Af grafi yfir gagnaflutningshraða á móti fjarlægð og gerð leiðara sem gefið er upp fyrir SHDSL má sjá að leiðarar með stórum þversniði gera þér kleift að senda upplýsingar um lengri fjarlægð. Þökk sé tækninni er hægt að skipuleggja samskipti yfir allt að 20 km fjarlægð á hámarkshraða sem er 15.3 Mb/s fyrir 2-víra snúru eða 30 Mb fyrir 4-víra snúru. Í raunverulegum forritum er hægt að stilla sendingarhraðann handvirkt, sem er nauðsynlegt við aðstæður með sterkum rafsegultruflunum eða lélegum línugæði. Í þessu tilviki, til að auka flutningsfjarlægð, er nauðsynlegt að draga úr hraða SHDSL tækja. Til að reikna nákvæmlega út hraða eftir fjarlægð og gerð leiðara er hægt að nota ókeypis hugbúnað eins og SHDSL reiknivél frá Phoenix Contact.

Af hverju hefur SHDSL mikið hávaðaónæmi?

Rekstrarreglu SHDSL senditækisins er hægt að tákna í formi blokkskýringar, þar sem sérstakur og óháður (óbreytilegur) hluti frá notkunarsjónarmiði er aðgreindur. Óháði hlutinn samanstendur af PMD (Physical Medium Dependent) og PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer) virkniblokkum, en sérstakur hlutinn inniheldur TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) lag og notendagagnaviðmót.

Líkamleg tenging milli senditæki (STUs) getur verið til sem eitt par eða margar stakar kaplar. Ef um er að ræða mörg kapalpör, inniheldur STU marga sjálfstæða PMD sem tengjast einum PMS-TC.

Hagnýtur líkan af SHDSL senditæki (STU)

TPS-TC einingin fer eftir forritinu sem tækið er notað í (Ethernet, RS-232/422/485, osfrv.). Verkefni þess er að umbreyta notendagögnum í SHDSL sniðið, framkvæma multiplexing/demultiplexing og tímastillingu á nokkrum rásum notendagagna.

Á PMS-TC stigi eru SHDSL rammar myndaðir og samstilltir, svo og spæna og afrugla.

PMD-einingin sinnir aðgerðum upplýsingakóðun/-afkóðun, mótun/afstýringu, bergmálshættu, breytusamninga á samskiptalínunni og koma á tengingum á milli senditækja. Það er á PMD stigi sem helstu aðgerðir eru gerðar til að tryggja hávaða friðhelgi SHDSL, þar á meðal TCPAM kóðun (Trellis kóðun með hliðrænum púls mótun), sameiginleg kóðun og mótunarkerfi sem bætir litrófsskilvirkni merksins samanborið við aðskilið. aðferð. Starfsreglu PMD mátsins er einnig hægt að tákna í formi hagnýtra skýringarmyndar.

PMD Module Block Skýringarmynd

TC-PAM er byggt á notkun snúningskóðara sem býr til óþarfa bitaröð á SHDSL sendihliðinni. Í hverri klukkulotu er hverjum biti sem kemur að kóðarainntakinu úthlutað tvöföldum bita (dibit) við úttakið. Þannig, á kostnað tiltölulega lítillar offramboðs, eykst ónæmi fyrir flutningshávaða. Notkun Trellis mótunar gerir þér kleift að draga úr notaðri gagnaflutningsbandbreidd og einfalda vélbúnaðinn á sama tíma og þú heldur sama merki-til-hávaða hlutfalli.

Starfsregla Trellis kóðara (TC-PAM 16)

Tvöfaldur bitinn er myndaður af rökrænni modulo-2 (einka-eða) samlagningaraðgerð sem byggir á inntaksbitanum x1(tn) og bitunum x1(tn-1), x1(tn-2) o.s.frv. (þeir geta verið allt að 20 alls), sem voru mótteknir á kóðarainntakinu áður og voru geymdir í minnisskrám. Í næstu klukkulotu kóðarans tn+1, munu bitar færast í minnishólfum til að framkvæma rökræna aðgerð: biti x1(tn) mun færast inn í minnið og færir alla bitaröðina sem eru geymdir þar.

Convolutional encoder algrím

Sannleikstöflur fyrir samlagningaraðgerð modulo 2

Til glöggvunar er þægilegt að nota ástandsmynd af snúningskóðara, þar sem þú getur séð hvaða ástand kóðarinn er í á tímum tn, tn+1 o.s.frv. eftir inntaksgögnum. Í þessu tilviki þýðir kóðaraástandið par af gildum inntaksbitans x1(tn) og bitans í fyrstu minnisklefanum x1(tn-1). Til að búa til skýringarmynd er hægt að nota línurit, á hornpunktum þess eru mögulegar stöður umkóðarans, og umskipti frá einu ástandi í annað eru sýndar með samsvarandi inntaksbitum x1(tn) og úttaksdíbitum $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$.

Ástandsmynd og umbreytingargraf af sveiflukóðara sendis

Í sendinum, byggt á mótteknum fjórum bitum (tveir úttaksbitar umkóðarans og tveir gagnabitar), myndast tákn sem hvert um sig samsvarar eigin amplitude mótunarmerkis hliðræna púlsmótara.

Staða 16-bita AIM fer eftir gildi fjögurra bita stafsins

Á hlið merkjamóttakarans á sér stað öfugt ferli - afnám og val úr óþarfa kóða (tvöfaldur bita y0y1(tn)) í nauðsynlegri röð inntaksbita í kóðara x1(tn). Þessi aðgerð er framkvæmd með Viterbi afkóðara.

Afkóðaralgrímið byggist á því að reikna út villumælikvarða fyrir allar hugsanlegar væntanlegar kóðarastöður. Villumælingin vísar til mismunsins á mótteknum bitum og væntanlegum bitum fyrir hverja mögulega leið. Ef það eru engar móttökuvillur, þá verður sanna slóðvillumælingin 0 vegna þess að það er enginn bitamunur. Fyrir rangar slóðir mun mæligildið vera frábrugðið núlli, hækka stöðugt og eftir nokkurn tíma hættir afkóðarinn að reikna út rangu leiðina og skilur aðeins eftir þann sanna.

Skýringarmynd um ástand kóðara reiknað af Viterbi afkóðara móttakara

En hvernig tryggir þetta reiknirit ónæmi fyrir hávaða? Að því gefnu að móttakandinn hafi fengið gögnin í villu mun afkóðarinn halda áfram að reikna tvær leiðir með villumælingunni 1. Slóðin með villumælinguna 0 mun ekki lengur vera til. En reikniritið mun gera niðurstöðu um hvaða leið er sönn síðar út frá næstu tvöföldu bitum sem berast.

Þegar önnur villa kemur upp verða margar leiðir með mælistiku 2, en rétta leiðin verður auðkennd síðar út frá hámarkslíkindaaðferðinni (þ.e. lágmarksmælingunni).

Skýringarmynd um ástand kóðara reiknað af Viterbi afkóðara þegar gögn eru móttekin með villum

Í tilvikinu sem lýst er hér að ofan, sem dæmi, skoðuðum við reiknirit 16 bita kerfis (TC-PAM16), sem tryggir sendingu þriggja bita af gagnlegum upplýsingum og aukabita til villuverndar í einu tákni. TC-PAM16 nær gagnahraða frá 192 til 3840 kbps. Með því að auka bitadýptina í 128 (nútímakerfi vinna með TC-PAM128), eru sex bitar af gagnlegum upplýsingum sendar í hverju tákni og hámarkshraði sem hægt er að ná er á bilinu 5696 kbps til 15,3 Mbps.

Notkun hliðræns púlsmótunar (PAM) gerir SHDSL svipað mörgum vinsælum Ethernet stöðlum, svo sem gígabit 1000BASE-T (PAM-5), 10 gígabit 10GBASE-T (PAM-16) eða iðnaðar eins pars Ethernet 2020BASE -T10L, sem lofar góðu fyrir árið 1 (PAM-3).

SHDSL yfir Ethernet net

Það eru til stýrð og óstýrð SHDSL mótald, en þessi flokkun á lítið sameiginlegt með venjulegri skiptingu í stýrð og óstýrð tæki sem til eru til dæmis fyrir Ethernet rofa. Munurinn liggur í stillingum og eftirlitsverkfærum. Stýrð mótald eru stillt í gegnum vefviðmót og hægt er að greina þau með SNMP, en óstýrð mótald er hægt að greina með því að nota viðbótarhugbúnað í gegnum stjórnborðstengi (fyrir Phoenix Contact er þetta ókeypis PSI-CONF forrit og mini-USB tengi). Ólíkt rofum geta óstýrð mótald starfað í netkerfi með hringafræði.

Annars eru stýrð og óstýrð mótald algjörlega eins, þar á meðal virkni og getu til að vinna eftir Plug&Play meginreglunni, það er, án nokkurrar forstillingar.

Að auki er hægt að útbúa mótald með bylgjuvarnaraðgerðum með getu til að greina þau. SHDSL net geta myndað mjög langa hluta og leiðarar geta keyrt á stöðum þar sem bylgjuspenna (framkallaður hugsanlegur munur af völdum eldinga eða skammhlaups í nærliggjandi kapallínum) getur átt sér stað. Framkölluð spenna getur valdið því að losunarstraumar upp á kílóampera flæða. Þess vegna, til að vernda búnað frá slíkum fyrirbærum, eru SPDs innbyggð í mótald í formi færanlegs borðs, sem hægt er að skipta út ef þörf krefur. SHDSL línan er tengd við tengiklemmuna á þessu borði.

Topologies

Með því að nota SHDSL yfir Ethernet er hægt að byggja upp netkerfi með hvaða staðfræði sem er: punkt-til-punkt, línu, stjörnu og hring. Á sama tíma, allt eftir gerð mótalds, er hægt að nota bæði 2-víra og 4-víra samskiptalínur fyrir tengingu.

Ethernet netkerfi byggðar á SHDSL

Einnig er hægt að byggja dreifð kerfi með samsettri staðfræði. Hver SHDSL nethluti getur haft allt að 50 mótald og að teknu tilliti til líkamlegrar getu tækninnar (fjarlægðin á milli mótalda er 20 km) getur hlutalengdin orðið 1000 km.

Ef stýrt mótald er sett upp í höfuð hvers slíks hluta, þá er hægt að greina heilleika hlutans með SNMP. Að auki styðja stýrð og óstýrð mótald VLAN tækni, það er að segja þau gera þér kleift að skipta netinu í rökrétt undirnet. Tækin eru einnig fær um að vinna með gagnaflutningssamskiptareglum sem notaðar eru í nútíma sjálfvirknikerfum (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, osfrv.).

Bókun á samskiptaleiðum með SHDSL

SHDSL er notað til að búa til óþarfa samskiptarásir í Ethernet neti, oftast sjónrænum.

SHDSL og raðviðmót

SHDSL mótald með raðviðmóti sigrast á takmörkunum í fjarlægð, staðfræði og leiðaragæðum sem eru fyrir hefðbundin kerfi með snúru sem byggjast á ósamstilltum sendimóttökum (UART): RS-232 - 15 m, RS-422 og RS-485 - 1200 m.

Það eru mótald með raðtengi (RS-232/422/485) fyrir bæði alhliða forrit og sérhæfð (til dæmis fyrir Profibus). Öll slík tæki tilheyra flokknum „óstýrð“, þess vegna eru þau stillt og greind með sérstökum hugbúnaði.

Topologies

Í netkerfum með raðviðmóti, með því að nota SHDSL, er hægt að byggja upp netkerfi með punkt-til-punkt, línu og stjörnu svæðisfræði. Innan línulegrar staðfræði er hægt að sameina allt að 255 hnúta í eitt net (fyrir Profibus - 30).

Í kerfum sem eru byggð með eingöngu RS-485 tækjum eru engar takmarkanir á gagnaflutningssamskiptareglum sem notaðar eru, en línu- og stjörnustærðfræði er óhefðbundin fyrir RS-232 og RS-422, þannig að rekstur endatækja á SHDSL neti með svipaða staðfræði er aðeins mögulegt í hálf tvíhliða stillingu. Á sama tíma, í kerfum með RS-232 og RS-422, verður að gefa upp vistföng tækja á samskiptastigi, sem er ekki dæmigert fyrir tengi sem oftast eru notuð í punkt-til-punkt netum.

Þegar tæki með mismunandi gerðum viðmóta eru tengd í gegnum SHDSL er nauðsynlegt að taka tillit til þess að það er enginn einn búnaður til að koma á tengingu (handabandi) á milli tækja. Hins vegar er enn hægt að skipuleggja skipti í þessu tilfelli; til þess þarf að uppfylla eftirfarandi skilyrði:

• samhæfing samskipta og eftirlit með gagnaflutningi verður að fara fram á stigi samræmdrar samskiptareglur um gagnaflutning;
• öll endatæki verða að starfa í hálf tvíhliða stillingu, sem verður einnig að vera studd af upplýsingasamskiptareglunum.

Modbus RTU samskiptareglan, algengasta samskiptareglan fyrir ósamstillt viðmót, gerir þér kleift að forðast allar þær takmarkanir sem lýst er og byggja upp eitt kerfi með mismunandi gerðum viðmóta.

Raðkerfissvæðifræði byggt á SHDSL

Þegar tvívíra RS-485 er notað á búnaði Phoenix samband Þú getur smíðað flóknari mannvirki með því að sameina mótald í gegnum eina rútu á DIN járnbrautum. Hægt er að setja aflgjafa á sama strætó (í þessu tilfelli eru öll tæki knúin í gegnum strætó) og ljósbreytum í PSI-MOS röðinni til að búa til samsett net. Mikilvægt skilyrði fyrir virkni slíks kerfis er sami hraði allra senditækja.

Viðbótar eiginleikar SHDSL á RS-485 neti

Dæmi um notkun

SHDSL tækni er virk notuð í sveitarfélögum í Þýskalandi. Meira en 50 fyrirtæki sem þjóna borgarveitukerfi nota gamla koparvíra til að tengja hluti sem dreifast um borgina með einu neti. Eftirlits- og bókhaldskerfi fyrir vatns-, gas- og orkuveitu eru fyrst og fremst byggð á SHDSL. Meðal slíkra borga eru Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder og margar aðrar.

Stærsta SHDSL-undirstaða kerfið var búið til í borginni Lübeck. Kerfið hefur samsetta uppbyggingu sem byggir á optísku Ethernet og SHDSL, tengir 120 hluti fjarlæga hvor öðrum og notar meira en 50 mótald Phoenix samband. Allt netið er greint með SNMP. Lengsti hluti frá Kalkhorst til Lübeck flugvallar er 39 km langur. Ástæðan fyrir því að viðskiptavinurinn valdi SHDSL var sú að ekki var þjóðhagslega hagkvæmt að útfæra verkefnið alfarið á ljósfræði, þar sem gamlir koparkaplar voru til staðar.

Gagnaflutningur með sleppahring

Áhugavert dæmi er flutningur gagna á milli hluta á hreyfingu, eins og gert er í vindmyllum eða stórum iðnaðar snúningsvélum. Svipað kerfi er notað fyrir upplýsingaskipti milli stýringa sem staðsettir eru á snúningi og statori verksmiðjanna. Í þessu tilviki er rennasnerting í gegnum rennihring notað til að senda gögn. Dæmi eins og þetta sýna að það er ekki nauðsynlegt að hafa kyrrstæðan tengilið til að senda gögn yfir SHDSL.

Samanburður við aðra tækni

SHDSL vs GSM

Ef við berum SHDSL saman við gagnaflutningskerfi sem byggja á GSM (3G/4G), þá talar það fyrir DSL að ekki sé rekstrarkostnaður sem fylgir reglulegum greiðslum til rekstraraðila fyrir aðgang að farsímakerfinu. Með SHDSL erum við óháð útbreiðslusvæði, gæðum og áreiðanleika farsímasamskipta í iðnaðaraðstöðu, þar með talið viðnám gegn rafsegultruflunum. Með SHDSL er engin þörf á að stilla búnað, sem flýtir fyrir gangsetningu aðstöðunnar. Þráðlaus net einkennast af miklum töfum á gagnaflutningi og erfiðleikum við að senda gögn með fjölvarpsumferð (Profinet, Ethernet IP).

Upplýsingaöryggi talar fyrir SHDSL vegna þess að ekki er þörf á að flytja gögn yfir netið og þarf að stilla VPN-tengingar fyrir það.

SHDSL vs Wi-Fi

Margt af því sem hefur verið sagt um GSM er einnig hægt að nota á iðnaðar Wi-Fi. Lítið hávaðaónæmi, takmörkuð gagnaflutningsfjarlægð, háð staðfræði svæðisins og tafir á gagnaflutningi tala gegn Wi-Fi. Mikilvægasti gallinn er upplýsingaöryggi Wi-Fi netkerfa, því hver sem er hefur aðgang að gagnaflutningsmiðlinum. Með Wi-Fi er nú þegar hægt að senda Profinet eða Ethernet IP gögn, sem væri erfitt fyrir GSM.

SHDSL vs ljósfræði

Í langflestum tilfellum hefur ljósfræði mikla yfirburði fram yfir SHDSL, en í mörgum forritum gerir SHDSL þér kleift að spara tíma og peninga við lagningu og suðu ljósleiðara, sem dregur úr þeim tíma sem tekur að taka aðstöðu í notkun. SHDSL krefst ekki sérstakra tengi, því samskiptasnúran er einfaldlega tengd við mótaldsútstöðina. Vegna vélrænna eiginleika ljósleiðara er notkun þeirra takmörkuð í forritum sem fela í sér flutning upplýsinga á milli hluta á hreyfingu, þar sem koparleiðarar eru algengari.

Heimild: www.habr.com