{"id":85741,"date":"2020-06-19T01:42:40","date_gmt":"2020-06-18T23:42:40","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/peredacha-dannyh-na-rasstoyanie-do-20-km-po-obychnym-provodam-legko-esli-eto-shdsl"},"modified":"2020-06-19T01:42:40","modified_gmt":"2020-06-18T23:42:40","slug":"peredacha-dannyh-na-rasstoyanie-do-20-km-po-obychnym-provodam-legko-esli-eto-shdsl","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/administrirovanie\/peredacha-dannyh-na-rasstoyanie-do-20-km-po-obychnym-provodam-legko-esli-eto-shdsl","title":{"rendered":"Trasferimento dati su una distanza fino a 20 km tramite cavi standard? Facile, se si tratta di SHDSL\u2026","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Nonostante la diffusione delle reti Ethernet, le tecnologie di comunicazione basate su DSL rimangono comunque attuali anche oggi. Ancora oggi, la DSL pu\u00f2 essere trovata nelle reti di ultima miglia per collegare le apparecchiature degli utenti alle reti degli Internet provider, e ultimamente la tecnologia viene sempre pi\u00f9 utilizzata nella costruzione di reti locali, ad esempio nelle applicazioni industriali, dove la DSL funge da complemento all'Ethernet o alle reti di campo basate su RS-232\/422\/485. Queste soluzioni industriali vengono adottate attivamente nei paesi sviluppati europei e asiatici.<\/a><\/noindex><\/p>\n

La DSL rappresenta una famiglia di standard pensati inizialmente per la trasmissione di dati digitali su linee telefoniche. Storicamente, \u00e8 stata la prima tecnologia di accesso a banda larga a Internet, subentrando a DIAL UP e ISDN. La grande variet\u00e0 di standard DSL esistenti \u00e8 dovuta al fatto che molte aziende, a partire dagli anni '80, hanno cercato di sviluppare e promuovere sul mercato la propria tecnologia.<\/p>\n

Tutte queste soluzioni possono essere suddivise in due grandi categorie: tecnologie asimmetriche (ADSL) e simmetriche (SDSL). Le asimmetriche sono quelle in cui la velocit\u00e0 della connessione in entrata \u00e8 diversa da quella del traffico in uscita. Le simmetriche, invece, rimandano a situazioni in cui le velocit\u00e0 di ricezione e trasmissione sono uguali.<\/p>\n

Gli standard asimmetrici pi\u00f9 noti e diffusi sono, appunto, ADSL (nell'ultima versione ADSL2+) e VDSL (VDSL2), mentre gli standard simmetrici includono HDSL (profilo obsoleto) e SHDSL. Ognuno di essi si differenzia per il fatto che operano su diverse frequenze e utilizzano diversi metodi di codifica e modulazione sulla linea fisica di comunicazione. Differiscono anche nei metodi di correzione degli errori, il che consente un diverso livello di resistenza alle interferenze. Di conseguenza, ogni tecnologia ha i propri limiti in termini di velocit\u00e0 e distanza di trasmissione dei dati, anche in funzione del tipo e della qualit\u00e0 del conduttore.<\/p>\n

\"Trasferimento
\nParametri limite dei vari standard DSL <\/i><\/p>\n

In qualsiasi tecnologia DSL, la velocit\u00e0 di trasmissione dei dati diminuisce all'aumentare della lunghezza del conduttore. A distanze limite, \u00e8 possibile ottenere una velocit\u00e0 di alcune centinaia di kilobit, ma nella trasmissione di dati a 200-300 m \u00e8 disponibile la massima velocit\u00e0 possibile. <\/p>\n

Tra tutte le tecnologie, SHDSL ha un significativo vantaggio che ne consente l'impiego in applicazioni industriali: l'alta resistenza alle interferenze e la possibilit\u00e0 di utilizzare qualsiasi tipo di conduttore per la trasmissione dei dati. Negli standard asimmetrici ci\u00f2 non \u00e8 presente e la qualit\u00e0 della connessione dipende fortemente dalla qualit\u00e0 della linea utilizzata per la trasmissione dei dati. In particolare, si raccomanda di utilizzare un cavo telefonico intrecciato. In questo caso, una soluzione pi\u00f9 affidabile rispetto a ADSL e VDSL \u00e8 l'utilizzo di un cavo in fibra ottica.<\/p>\n

Per SHDSL \u00e8 adatta qualsiasi coppia di conduttori isolati l'uno dall'altro: rame, alluminio, acciaio, ecc. Come mezzo di trasmissione possono essere utilizzati vecchi impianti elettrici, linee telefoniche obsolete, filo spinato delle recinzioni, ecc.<\/p>\n

\"Trasferimento
\nDipendenza della velocit\u00e0 di trasmissione dei dati SHDSL dalla distanza e dal tipo di conduttore<\/i><\/p>\n

Dal grafico che mostra la dipendenza della velocit\u00e0 di trasmissione dei dati dalla distanza e dal tipo di conduttore per SHDSL, si pu\u00f2 osservare che i conduttori con un maggior diametro consentono di trasmettere informazioni su distanze maggiori. Grazie a questa tecnologia \u00e8 possibile organizzare una connessione su distanze fino a 20 km con una velocit\u00e0 massima di 15,3 Mb\/s per un cavo a 2 conduttori o 30 Mb per un cavo a 4 conduttori. Nelle applicazioni reali, la velocit\u00e0 di trasmissione pu\u00f2 essere impostata manualmente, il che \u00e8 necessario in presenza di forti interferenze elettromagnetiche o scarsa qualit\u00e0 della linea. In questo caso, per aumentare la distanza di trasmissione, \u00e8 necessario ridurre la velocit\u00e0 dei dispositivi SHDSL. Per il calcolo preciso della velocit\u00e0 in base alla distanza e al tipo di conduttore si possono utilizzare strumenti software gratuiti, come il calcolatore SHDSL di Phoenix Contact<\/a><\/noindex>. <\/p>\n

Cosa consente a SHDSL di avere un'alta resistenza alle interferenze?<\/h3>\n

\nIl principio di funzionamento del trasmettitore-ricevitore SHDSL pu\u00f2 essere rappresentato attraverso un diagramma a blocchi, in cui viene evidenziata una parte specifica e una parte indipendente (invariante) dal punto di vista dell'applicazione. La parte indipendente \u00e8 composta dai blocchi funzionali PMD (Physical Medium Dependent) e PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), mentre la parte specifica include il livello TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) e le interfacce dei dati degli utenti. <\/p>\n

La linea fisica di comunicazione tra i trasmettitori e ricevitori (STU) pu\u00f2 esistere sotto forma di un cavo a coppia singola o pi\u00f9 cavi a coppia singola. In caso di pi\u00f9 cavi a coppia, lo STU contiene pi\u00f9 blocchi PMD indipendenti collegati a un'unica PMS-TC.<\/p>\n

\"Trasferimento
\nModello funzionale del trasmettitore\/ricevitore SHDSL (STU)<\/i><\/p>\n

Il modulo TPS-TC dipende dall'applicazione in cui viene utilizzato il dispositivo (Ethernet, RS-232\/422\/485, ecc.). La sua funzione \u00e8 quella di convertire i dati degli utenti nel formato SHDSL, eseguire il multiplexing\/demultiplexing e la correzione temporale di pi\u00f9 canali di dati degli utenti.<\/p>\n

A livello di PMS-TC avviene la formazione dei frame SHDSL e la loro sincronizzazione, nonch\u00e9 la scrambler e descrambler.<\/p>\n

Il modulo PMD esegue le funzioni di codifica\/decodifica delle informazioni, modulazione\/demodulazione, cancellazione dell'eco, adattamento dei parametri sulla linea di comunicazione e stabilimento della connessione tra i trasmettitori e ricevitori. A livello di PMD vengono eseguite le operazioni principali che garantiscono un'elevata resistenza alle interferenze dello SHDSL, inclusa la codifica TCPAM (codifica a Trellis con modulazione analogico-impulsiva), meccanismo di codifica e modulazione congiunta, che migliora l'efficienza spettrale del segnale rispetto al metodo separato. Il principio di funzionamento del modulo PMD pu\u00f2 essere rappresentato anche sotto forma di diagramma funzionale.<\/p>\n

\"Trasferimento
\nDiagramma a blocchi del modulo PMD<\/i><\/p>\n

Alla base del TC-PAM c'\u00e8 l'uso di un codificatore convoluzionale, che genera una sequenza ridondante di bit sul lato del trasmettitore SHDSL. Ad ogni ciclo di funzionamento, ad ogni bit in entrata al codificatore viene associato un bit doppio (dibit) in uscita. In questo modo, a fronte di una relativa piccola ridondanza, si aumenta la resistenza alle interferenze della trasmissione. L'uso della modulazione Trellis permette di ridurre la banda passante utilizzata per la trasmissione dei dati e semplificare la parte hardware mantenendo invariato il rapporto segnale\/rumore.<\/p>\n

\"Trasferimento
\nPrincipio di funzionamento del codificatore Trellis (TC-PAM 16)<\/i><\/p>\n

Un doppio bit si forma a seguito di un'operazione logica di somma modulo 2 (esclusivo \u00abo\u00bb) basata sul bit in ingresso x1(tn) e sui bit x1(tn-1), x1(tn-2) e cos\u00ec via (fino a un massimo di 20), che sono stati inviati al codificatore in precedenza e sono memorizzati nei registri di memoria. Nel successivo ciclo di funzionamento del codificatore tn+1 avverr\u00e0 uno spostamento dei bit nelle celle di memoria per eseguire l'operazione logica: il bit x1(tn) verr\u00e0 spostato in memoria, spostando l'intera sequenza di bit ivi memorizzata.<\/p>\n

\"Trasferimento
\nAlgoritmo del codificatore convoluzionale<\/i><\/p>\n

\"Trasferimento
\nTabelle di verit\u00e0 dell'operazione di somma modulo 2<\/i><\/p>\n

Per chiarezza, \u00e8 utile utilizzare un diagramma di stato del codificatore convoluzionale, che mostra in quale stato si trova il codificatore nei momenti di tempo tn, tn+1, ecc., a seconda dei dati in ingresso. In questo caso, lo stato del codificatore \u00e8 rappresentato dalla coppia di valori del bit in ingresso x1(tn) e del bit nella prima cella di memoria x1(tn-1). Per costruire il diagramma, si pu\u00f2 utilizzare un grafo, nei cui vertici si trovano i possibili stati del codificatore, e le transizioni da uno stato all'altro sono contrassegnate dai corrispondenti bit in ingresso x1(tn) e dai bit di uscita $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$.<\/p>\n

\"Trasferimento \"Trasferimento
\nDiagramma degli stati e grafo delle transizioni del codificatore convoluzionale del trasmettitore<\/i><\/p>\n

Nel trasmettitore, a partire dai quattro bit ricevuti (due bit d'uscita del codificatore e due bit di dati) viene formato un simbolo, a ciascuno dei quali corrisponde una specifica ampiezza del segnale modulante del modulatore analogico-impulsivo. <\/p>\n

\"Trasferimento
\nStato di un AIM a 16 bit in base al valore del simbolo a 4 bit<\/i><\/p>\n

Dalla parte del ricevitore avviene un processo inverso: demodulazione ed estrazione dalla codifica ridondante (doppie bits y0y1(tn)) della necessaria sequenza di bit in ingresso del codificatore x1(tn). Questa operazione \u00e8 eseguita dal decodificatore di Viterbi.<\/p>\n

L'algoritmo del decodificatore si basa sul calcolo della metrica degli errori per tutti i possibili stati presunti del codificatore. Con metrica degli errori si intende la differenza tra i bit ricevuti e i bit stimati per ciascun possibile percorso. Se non ci sono errori nella ricezione, la metrica degli errori del percorso reale sar\u00e0 0, poich\u00e9 non ci sono discrepanze nei bit. Per i percorsi errati la metrica sar\u00e0 diversa da zero, aumenter\u00e0 costantemente e dopo un certo periodo il decodificatore smetter\u00e0 di calcolare il percorso errato, mantenendo solo quello reale.<\/p>\n

\"Trasferimento \"Trasferimento
\nDiagramma di stato del codificatore, calcolata dal decodificatore Viterbi del ricevitore<\/i><\/p>\n

Ma come garantisce questo algoritmo la resistenza alle interferenze? Supponiamo che il ricevitore abbia ricevuto dati errati, il decodificatore continuer\u00e0 a calcolare due percorsi con una metrica di errore 1. Non esister\u00e0 pi\u00f9 il percorso con metrica 0. Tuttavia, il decodificatore determiner\u00e0, in seguito, quale percorso \u00e8 quello corretto, sulla base dei successivi bit doppi ricevuti.<\/p>\n

Quando si verifica un secondo errore, ci saranno diversi percorsi con metrica 2, ma il percorso corretto verr\u00e0 identificato in seguito basandosi sul metodo della massima verosimiglianza (cio\u00e8 metrica minima).<\/p>\n

\"Trasferimento
\nDiagramma di stato del codificatore, calcolata dal decodificatore Viterbi, durante la ricezione di dati errati <\/i><\/p>\n

Nell'esempio di cui sopra \u00e8 stato considerato l'algoritmo di un sistema a 16 bit (TC-PAM16), che consente la trasmissione di tre bit di informazione utile e un bit aggiuntivo per la protezione dagli errori in un simbolo. In TC-PAM16 si pu\u00f2 raggiungere una velocit\u00e0 di trasmissione dei dati che varia da 192 a 3840 kbit\/s. Aumentando la profondit\u00e0 a 128 (i sistemi moderni utilizzano TC-PAM128), in ciascun simbolo vengono trasmessi sei bit di informazione utile, e la velocit\u00e0 massima raggiungibile va da 5696 kbit\/s a 15,3 Mbit\/s.<\/p>\n

L'uso della modulazione a impulsi analogici (PAM) avvicina lo SHDSL a diversi standard Ethernet popolari, come il gigabit 1000BASE-T (PAM-5), il 10-gigabit 10GBASE-T (PAM-16) o l'industriale monofilo Ethernet 10BASE-T1L (PAM-3), previsto per il 2020.<\/p>\n

SHDSL nelle reti Ethernet<\/h3>\n

\nEsistono modem SHDSL gestiti e non gestiti, ma in tale classificazione c'\u00e8 poco in comune con la tradizionale distinzione tra dispositivi gestiti e non gestiti, come nel caso degli switch Ethernet. La differenza concerne i mezzi di configurazione e monitoraggio. I modem gestiti vengono configurati tramite interfaccia web e possono essere diagnosticati tramite SNMP, mentre quelli non gestiti \u2013 tramite software aggiuntivo attraverso una porta console (per Phoenix Contact, si tratta del programma gratuito PSI-CONF e dell'interfaccia mini-USB). A differenza degli switch, i modem non gestiti possono funzionare in una rete a topologia anulare.<\/p>\n

Per il resto, i modem gestiti e non gestiti sono assolutamente identici, comprese le funzionalit\u00e0 e la possibilit\u00e0 di operare secondo il principio Plug & Play, ossia senza alcuna configurazione preliminare.<\/p>\n

In aggiunta, i modem possono assumere funzioni di protezione contro le sovratensioni impulsi con la possibilit\u00e0 di diagnosticarle. Le reti SHDSL possono formare segmenti molto lunghi, e i cavi possono passare in luoghi dove \u00e8 possibile la formazione di sovratensioni impulsi (differenza di potenziale indotta, causata da fulmini o cortocircuiti nelle linee cablate vicine). La tensione indotta pu\u00f2 causare il passaggio di correnti di scarico dell'ordine dei kiloampere. Pertanto, per proteggere le apparecchiature da tali fenomeni, i modem sono dotati di SPD sotto forma di scheda rimovibile, che pu\u00f2 essere sostituita se necessario. Proprio al morsettiero di questa scheda si collega la linea SHDSL.<\/p>\n

Topologie<\/h3>\n

\nCon SHDSL in Ethernet \u00e8 possibile costruire reti con qualsiasi topologia: punto-punto, linea, stella e anello. A seconda del tipo di modem, \u00e8 possibile utilizzare linee a 2 o 4 fili per la connessione.<\/p>\n

\"Trasferimento
\nTopologie della rete Ethernet basate su SHDSL<\/i><\/p>\n

\u00c8 possibile anche costruire sistemi distribuiti con topologia combinata. Ogni segmento della rete SHDSL pu\u00f2 contenere fino a 50 modem e, considerando le capacit\u00e0 fisiche della tecnologia (distanza tra i modem di 20 km), la lunghezza del segmento pu\u00f2 raggiungere i 1000 km. <\/p>\n

Se all'inizio di ciascun segmento viene installato un modem gestito, l'integrit\u00e0 del segmento pu\u00f2 essere diagnosticata tramite SNMP. Inoltre, i modem gestiti e non gestiti supportano la tecnologia VLAN, ovvero consentono di suddividere la rete in sottoreti logiche. Le apparecchiature sono anche in grado di lavorare con protocolli di trasmissione dati utilizzati nei moderni sistemi di automazione (Profinet, Ethernet\/IP, Modbus TCP, ecc.). <\/p>\n

\"Trasferimento
\nRidondanza dei canali di comunicazione tramite SHDSL<\/i><\/p>\n

SHDSL viene utilizzato per creare canali di comunicazione di riserva nella rete Ethernet, pi\u00f9 frequentemente ottici.<\/p>\n

SHDSL e interfaccia seriale<\/h3>\n

\nI modem SHDSL con interfaccia seriale consentono di superare le limitazioni di distanza, topologia e qualit\u00e0 del conduttore, che esistono per i tradizionali sistemi cablati basati su trasmettitori e ricevitori asincroni (UART): RS-232 \u2014 15 m, RS-422 e RS-485 \u2014 1200 m.<\/p>\n

Esistono modem con interfacce seriali (RS-232\/422\/485) sia per applicazioni generali che per quelle specializzate (ad esempio, per Profibus). Tutti questi dispositivi rientrano nella categoria dei \"non gestiti\", quindi vengono configurati e diagnosticati tramite software specializzato. <\/p>\n

Topologie<\/h3>\n

\nNelle reti con interfaccia seriale, grazie all'SHDSL \u00e8 possibile costruire reti con topologie punto-punto, linea e stella. Nell'ambito della topologia lineare \u00e8 possibile collegare fino a 255 nodi in una rete (per Profibus \u2014 30). <\/p>\n

Nei sistemi costruiti utilizzando solo dispositivi con interfaccia RS-485, non ci sono limitazioni relative al protocollo di trasmissione dati utilizzato, ma le topologie tipo linea e stella sono atipiche per RS-232 e RS-422, quindi il funzionamento dei dispositivi finali in una rete SHDSL con tali topologie \u00e8 possibile solo in modalit\u00e0 half-duplex. Allo stesso tempo, nei sistemi con RS-232 e RS-422, deve essere garantita l'indirizzamento dei dispositivi a livello di protocollo, cosa che non \u00e8 caratteristica per le interfacce pi\u00f9 comunemente utilizzate nelle reti punto-punto.<\/p>\n

Quando si collegano tramite SHDSL dispositivi con differenti tipi di interfacce, \u00e8 necessario tenere presente l'assenza di un meccanismo unificato per l'instaurazione della connessione (handshake) tra i dispositivi. Tuttavia, \u00e8 possibile organizzare lo scambio in questo caso \u2014 per farlo \u00e8 necessario soddisfare le seguenti condizioni:<\/p>\n