{"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":"Trasferire dati su una distanza fino a 20 km attraverso cavi normali? Facile, se si tratta di SHDSL\u2026","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Nonostante la diffusione generalizzata delle reti Ethernet, le tecnologie di comunicazione basate su DSL mantengono la loro rilevanza anche oggi. La tecnologia DSL \u00e8 ancora spesso utilizzata nelle reti dell'ultima miglio per collegare l'hardware degli utenti ai servizi degli Internet provider, e di recente sta trovando impiego crescente anche nella costruzione di reti locali, ad esempio in applicazioni industriali, dove la DSL funge da complemento alle reti Ethernet o a quelle di campo basate su RS-232\/422\/485. Queste soluzioni industriali sono ampiamente utilizzate nei paesi europei e asiatici sviluppati.<\/a><\/noindex><\/p>\n

DSL \u00e8 un insieme di standard originariamente pensati per la trasmissione di dati digitali su linee telefoniche. Storicamente, \u00e8 stata la prima tecnologia per l'accesso a banda larga a Internet, sostituendo il DIAL UP e l'ISDN. L'ampia variet\u00e0 di standard DSL esistenti oggi \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 tecnologie possono essere suddivise in due grandi categorie: tecnologie asimmetriche (ADSL) e simmetriche (SDSL). Le tecnologie asimmetriche sono quelle in cui la velocit\u00e0 della connessione in ingresso \u00e8 diversa da quella del traffico in uscita. Le tecnologie simmetriche, invece, offrono velocit\u00e0 di ricezione e trasmissione pari.<\/p>\n

I pi\u00f9 noti e diffusi standard asimmetrici sono, appunto, ADSL (nella sua ultima versione \u2013 ADSL2+) e VDSL (VDSL2), mentre quelli simmetrici includono HDSL (profilo obsoleto) e SHDSL. Ognuno di essi si distingue per il fatto di operare su diverse frequenze, utilizzare diversi metodi di codifica e modulazione sulla linea fisica di comunicazione. Differiscono anche nei metodi di correzione degli errori, garantendo diversi livelli di immunit\u00e0 alle interferenze. Di conseguenza, ogni tecnologia ha i propri limiti in termini di velocit\u00e0 e distanza di trasmissione dei dati, a seconda del tipo e della qualit\u00e0 del conduttore.<\/p>\n

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\nParametri limite di diversi standard DSL <\/i><\/p>\n

In any DSL technology, the data transfer rate decreases as the length of the conductor increases. At extreme distances, it is possible to achieve speeds in the hundreds of kilobits, but when transmitting data over 200-300 meters, the maximum possible speed is available. <\/p>\n

Among all technologies, SHDSL has a significant advantage that makes its application in industrial settings possible\u2014high immunity to interference and the ability to use any type of conductor for data transmission. This is not present in asymmetric standards, and the quality of the connection heavily depends on the quality of the line used for data transfer. In particular, using twisted telephone cables is recommended. In this case, a more reliable solution instead of ADSL and VDSL is to use optical fiber.<\/p>\n

Any pair of isolated conductors\u2014copper, aluminum, steel, etc.\u2014is suitable for SHDSL. Old electrical wiring, old telephone lines, barbed wire fences, and others can serve as transmission media.<\/p>\n

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\nThe dependence of the SHDSL data transfer rate on distance and type of conductor.<\/i><\/p>\n

Dal grafico che mostra la relazione tra la velocit\u00e0 di trasmissione dei dati e la distanza e il tipo di conduttore, riportato per SHDSL, \u00e8 evidente che conduttori di maggiore sezione consentono di trasmettere informazioni su distanze maggiori. Grazie alla tecnologia, \u00e8 possibile organizzare una connessione fino a 20 km con una velocit\u00e0 massima di 15,3 Mbit\/s per il cavo a 2 conduttori o di 30 Mbit\/s per quello a 4 conduttori. Nelle applicazioni reali, la velocit\u00e0 di trasmissione pu\u00f2 essere impostata manualmente, il che \u00e8 necessario in condizioni 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 di funzionamento dei dispositivi SHDSL. Per un calcolo preciso della velocit\u00e0 in funzione della distanza e del tipo di conduttore, si possono utilizzare strumenti software gratuiti come il calcolatore SHDSL di Phoenix Contact<\/a><\/noindex>. <\/p>\n

Quali sono le ragioni per cui SHDSL ha un'elevata resistenza alle interferenze?<\/h3>\n

\nIl principio di funzionamento del trasmettitore-ricevitore SHDSL pu\u00f2 essere rappresentato sotto forma di un diagramma a blocchi, in cui si evidenzia una parte specifica e 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 comprende il livello TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) e le interfacce dei dati utente. <\/p>\n

La linea di comunicazione fisica tra i trasmettitori-riceventi (STU) pu\u00f2 esistere sotto forma di un singolo cavo a coppia o di pi\u00f9 cavi a coppia. Nel caso di pi\u00f9 coppie di cavi, lo STU contiene diversi blocchi PMD indipendenti, collegati a un unico PMS-TC.<\/p>\n

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\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.). Il suo compito \u00e8 quello di convertire i dati utente nel formato SHDSL, eseguendo la multiplexing\/demultiplexing e la sincronizzazione temporale di pi\u00f9 canali di dati utente.<\/p>\n

A livello di PMS-TC avviene la formazione dei frame SHDSL e la loro sincronizzazione, oltre alla scrambrazione e descrambrazione.<\/p>\n

Il modulo PMD svolge funzioni di codifica\/decodifica delle informazioni, modulazione\/demodulazione, cancellazione dell'eco, sincronizzazione dei parametri sulla linea di comunicazione e stabilimento della connessione tra trasmettitori e ricevitori. \u00c8 a livello PMD che vengono eseguite le operazioni principali che garantiscono un'elevata immunit\u00e0 al rumore per SHDSL, inclusa la codifica TCPAM (codifica Trellis con modulazione analogico-impulsiva), il meccanismo di codifica modulare comune, che migliora l'efficienza spettrale del segnale rispetto al metodo separato. Il principio di funzionamento del modulo PMD pu\u00f2 essere rappresentato anche come un diagramma funzionale.<\/p>\n

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

Alla base di TC-PAM c'\u00e8 l'uso di un codificatore convoluzionale, che genera una sequenza eccessiva di bit dal lato del trasmettitore SHDSL. Ad ogni ciclo operativo, a ciascun bit che entra nel codificatore viene associato un doppio bit (dibit) in uscita. In questo modo, a costo di una relativa sovrabbondanza, si aumenta la resistenza alle interferenze nella trasmissione. L'uso della modulazione Trellis consente di ridurre la banda di frequenze necessaria per la trasmissione dei dati e semplifica il componente hardware mantenendo invariato il rapporto segnale\/rumore.<\/p>\n

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

Il doppio bit \u00e8 formato da 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 20) che sono stati in precedenza inviati al codificatore e sono rimasti memorizzati nei registri di memoria. Al ciclo successivo 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, traslando tutta la sequenza di bit memorizzata.<\/p>\n

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

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\nTabelle di verit\u00e0 per l'operazione di somma modulo 2<\/i><\/p>\n

Per una migliore comprensione, \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., in base ai dati in ingresso. In questo caso, lo stato del codificatore si riferisce a una coppia di valori del bit d'ingresso x1(tn) e del bit nella prima cella di memoria x1(tn-1). Per costruire il diagramma, \u00e8 possibile utilizzare un grafo in cui i vertici rappresentano i possibili stati del codificatore e le transizioni da uno stato all'altro sono indicate dai rispettivi bit d'ingresso x1(tn) e dai bit di uscita $inline$y ₀y ₁(t ₀)$inline$.<\/p>\n

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

Nel trasmettitore, a partire dai quattro bit ottenuti (due bit d'uscita del codificatore e due bit di dati) viene formata un'icona, a ciascuna delle quali corrisponde una propria ampiezza del segnale modulante del modulatore analogico-pulsato. <\/p>\n

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\nStato dell'AIM a 16 bit in base al valore dell'icona a quattro bit<\/i><\/p>\n

Dalla parte del ricevitore, avviene il processo inverso: demodulazione e estrazione dalla codifica ridondante (bit doppi y0y1(tn)) della sequenza necessaria di bit in ingresso del codificatore x1(tn). Questa operazione viene eseguita dal decodificatore di Viterbi.<\/p>\n

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

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\nDiagramma di stato del codificatore calcolato dal decodificatore di Viterbi del ricevitore<\/i><\/p>\n

Ma come garantisce questo algoritmo la tolleranza agli errori? Se si suppone che il ricevitore abbia ricevuto dati errati, il decoder continuer\u00e0 a calcolare due percorsi con una metrica di errore 1. Il percorso con metrica 0 non esister\u00e0 pi\u00f9. Tuttavia, il decoder determiner\u00e0 pi\u00f9 avanti quale sia il percorso corretto in base ai successivi bit doppi ricevuti.<\/p>\n

In caso di un secondo errore, ci saranno pi\u00f9 percorsi con metrica 2, ma il percorso corretto sar\u00e0 identificato successivamente utilizzando il metodo della massima verosimiglianza (ovvero la metrica minima).<\/p>\n

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\nDiagramma degli stati del codificatore calcolato dal decoder di Viterbi durante la ricezione di dati con errori. <\/i><\/p>\n

Nel caso descritto sopra, \u00e8 stato preso in considerazione l'algoritmo di un sistema a 16 bit (TC-PAM16), che consente di trasmettere in un simbolo tre bit di informazioni utili e un bit aggiuntivo per la protezione dagli errori. Nel TC-PAM16 \u00e8 possibile ottenere una velocit\u00e0 di trasmissione dati che va da 192 a 3840 kbit\/s. Aumentando la profondit\u00e0 fino a 128 (sistemi moderni che operano con TC-PAM128), in ogni simbolo vengono trasmessi sei bit di informazioni utili, e la velocit\u00e0 massima raggiungibile \u00e8 compresa tra 5696 kbit\/s e 15,3 Mbit\/s.<\/p>\n

L'uso della modulazione a impulsi analogica (PAM) mette in relazione SHDSL con vari popolari standard Ethernet, come il gigabit 1000BASE-T (PAM-5), il 10-gigabit 10GBASE-T (PAM-16) o l'innovativo Ethernet industriale a coppia singola 10BASE-T1L (PAM-3) previsto per il 2020.<\/p>\n

SHDSL nelle reti Ethernet<\/h3>\n

\nEsistono modem SHDSL gestiti e non gestiti, ma questa classificazione ha poco in comune con la consueta suddivisione in dispositivi gestiti e non gestiti esistente, ad esempio, per gli switch Ethernet. La differenza risiede nei mezzi di configurazione e monitoraggio. I modem gestiti vengono configurati tramite interfaccia web e possono essere diagnosticati tramite SNMP, mentre i non gestiti necessitano di software aggiuntivo tramite la porta seriale (per Phoenix Contact, si tratta del programma gratuito PSI-CONF e dell'interfaccia mini-USB). A differenza degli switch, i modem non gestiti possono operare in una rete con topologia ad anello.<\/p>\n

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

I modem possono avere funzioni di protezione contro le sovratensioni elettriche con possibilit\u00e0 di diagnosi. Le reti SHDSL possono formare segmenti molto lunghi, e i conduttori possono passare in luoghi dove \u00e8 possibile la formazione di sovratensioni (differenze di potenziale indotte, causate da fulmini o cortocircuiti nelle linee di cavo vicine). La tensione indotta pu\u00f2 provocare correnti di scarica dell'ordine dei kiloampere. Pertanto, per proteggere le attrezzature da tali fenomeni, i modem sono dotati di dispositivi di protezione da sovratensione (UZI\u041f) sotto forma di scheda rimovibile, che pu\u00f2 essere sostituita se necessario. \u00c8 proprio al morsetto di questa scheda che 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, per la connessione si possono utilizzare linee a 2 o 4 fili.<\/p>\n

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\nTopologie di rete Ethernet basate su SHDSL<\/i><\/p>\n

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

Se in ciascuno di questi segmenti 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, consentendo di suddividere la rete in sottoreti logiche. Gli apparecchi sono anche in grado di lavorare con i protocolli di trasmissione dati utilizzati nei moderni sistemi di automazione (Profinet, Ethernet\/IP, Modbus TCP, ecc.). <\/p>\n

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\nRiserva dei canali di comunicazione mediante SHDSL<\/i><\/p>\n

SHDSL viene utilizzato per creare canali di comunicazione di emergenza nella rete Ethernet, spesso fibra ottica.<\/p>\n

SHDSL e interfaccia seriale<\/h3>\n

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

Esistono modem con interfacce seriali (RS-232\/422\/485) sia per applicazioni generali che per applicazioni specializzate (ad esempio, per Profibus). Tutti questi dispositivi rientrano nella categoria dei \u00abnon gestiti\u00bb, quindi vengono configurati e diagnosticati tramite software specializzato. <\/p>\n

Topologie<\/h3>\n

\nNelle reti con interfaccia seriale, grazie a SHDSL \u00e8 possibile costruire reti con topologie punto-punto, linea e stella. Nella topologia lineare, \u00e8 possibile connettere fino a 255 nodi in un'unica rete (per Profibus \u2014 30). <\/p>\n

Nei sistemi costruiti utilizzando solo dispositivi con interfaccia RS-485, non ci sono limitazioni riguardo al protocollo di trasmissione dati utilizzato, ma le topologie di tipo linea e stella non sono tipiche 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, a livello di protocollo, deve essere garantita l'indirizzamento dei dispositivi, il che non \u00e8 caratteristico per le interfacce pi\u00f9 comunemente utilizzate nelle reti punto-punto.<\/p>\n

Quando si collegano dispositivi con diversi tipi di interfaccia tramite SHDSL, \u00e8 necessario tenere conto dell'assenza di un meccanismo unico per stabilire la connessione (handshake) tra i dispositivi. Tuttavia, \u00e8 comunque possibile organizzare lo scambio \u2014 \u00e8 necessario che siano soddisfatte le seguenti condizioni:<\/p>\n