Ethernet желілерінің кеңінен қолданылуына қарамастан, DSL негізіндегі коммуникациялық технологиялар бүгінгі күнге дейін өзекті болып қала береді. Осы уақытқа дейін DSL абоненттік жабдықты Интернет-провайдер желілеріне қосуға арналған соңғы миль желілерінде табылуы мүмкін және соңғы уақытта бұл технология жергілікті желілерді құруда, мысалы, DSL Ethernet-ке қосымша ретінде әрекет ететін өнеркәсіптік қосымшаларда көбірек қолданылады. немесе RS-232/422/485 негізіндегі далалық желілер. Ұқсас өнеркәсіптік шешімдер дамыған Еуропа мен Азия елдерінде белсенді қолданылады.
DSL – телефон желілері арқылы цифрлық деректерді беру үшін бастапқыда ойластырылған стандарттар тобы. Тарихи түрде ол DIAL UP және ISDN алмастыратын кең жолақты Интернетке қол жеткізу технологиясы болды. Қазіргі уақытта бар DSL стандарттарының алуан түрлілігі көптеген компаниялардың 80-ші жылдардан бастап өз технологияларын әзірлеуге және нарыққа шығаруға тырысуына байланысты.
Барлық осы әзірлемелерді екі үлкен санатқа бөлуге болады - асимметриялық (ADSL) және симметриялық (SDSL) технологиялар. Асимметриялық деп кіріс қосылымының жылдамдығы шығыс трафик жылдамдығынан өзгеше болатындарды айтады. Симметрия деп қабылдау және беру жылдамдығының тең екендігін айтамыз.
Ең танымал және кең таралған асимметриялық стандарттар, шын мәнінде, ADSL (соңғы басылымда - ADSL2+) және VDSL (VDSL2), симметриялық - HDSL (ескірген профиль) және SHDSL. Олардың барлығы бір-бірінен ерекшеленеді, олар әртүрлі жиілікте жұмыс істейді және физикалық байланыс желісінде әртүрлі кодтау және модуляция әдістерін қолданады. Қателерді түзету әдістері де әртүрлі, нәтижесінде шуға қарсы қорғаныс деңгейі әртүрлі. Нәтижесінде әрбір технологияның деректерді беру жылдамдығы мен қашықтығында, оның ішінде өткізгіштің түрі мен сапасына байланысты өз шектеулері бар.
Әртүрлі DSL стандарттарының шектеулері
Кез келген DSL технологиясында кабель ұзындығы артқан сайын деректерді беру жылдамдығы төмендейді. Төтенше қашықтықта бірнеше жүз килобит жылдамдықтарды алуға болады, бірақ 200-300 м-ден астам деректерді беру кезінде максималды мүмкін жылдамдық қол жетімді.
Барлық технологиялардың ішінде SHDSL оны өнеркәсіптік қолданбаларда қолдануға мүмкіндік беретін маңызды артықшылығы бар - жоғары шуға төзімділік және деректерді беру үшін кез келген түрдегі өткізгіштерді пайдалану мүмкіндігі. Бұл асимметриялық стандарттарда болмайды және байланыс сапасы деректерді беру үшін пайдаланылатын желінің сапасына өте тәуелді. Атап айтқанда, бұралған телефон кабелін пайдалану ұсынылады. Бұл жағдайда ADSL және VDSL орнына оптикалық кабельді пайдалану сенімдірек шешім болып табылады.
SHDSL үшін бір-бірінен оқшауланған өткізгіштердің кез келген жұбы қолайлы - мыс, алюминий, болат және т.б.. Тасымалдау ортасы ескі электр сымдары, ескі телефон желілері, тікенді сымдар және т.б.
SHDSL мәліметтерін жіберу жылдамдығының қашықтыққа және өткізгіш түріне тәуелділігі
SHDSL үшін берілген қашықтыққа және өткізгіш түріне қатысты деректерді беру жылдамдығының графигінен көлденең қимасы үлкен өткізгіштер ақпаратты үлкен қашықтыққа жіберуге мүмкіндік беретінін көруге болады. Технологияның арқасында 20 сымды кабель үшін 15.3 Мб/с немесе 2 сымды кабель үшін 30 Мб максималды мүмкін болатын жылдамдықпен 4 км-ге дейінгі қашықтықта байланысты ұйымдастыруға болады. Нақты қолданбаларда жіберу жылдамдығын қолмен орнатуға болады, бұл күшті электромагниттік кедергі немесе желі сапасының нашар жағдайында қажет. Бұл жағдайда жіберу қашықтығын арттыру үшін SHDSL құрылғыларының жылдамдығын азайту қажет. Өткізгіштің қашықтығы мен түріне байланысты жылдамдықты дәл есептеу үшін сіз тегін бағдарламалық жасақтаманы пайдалана аласыз, мысалы .
Неліктен SHDSL жоғары шуға төзімділікке ие?
SHDSL қабылдағыштың жұмыс принципі блок-схема түрінде ұсынылуы мүмкін, онда қолдану тұрғысынан нақты және тәуелсіз (инварианттық) бөлік ерекшеленеді. Тәуелсіз бөлік PMD (Physical Medium Dependent) және PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer) функционалды блоктарынан тұрады, ал арнайы бөлікке TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) қабаты және пайдаланушы деректерінің интерфейстері кіреді.
Трансиверлер (STU) арасындағы физикалық байланыс бір жұп немесе бірнеше жалғыз жұп кабель ретінде болуы мүмкін. Бірнеше кабельдік жұп болған жағдайда, STU бір PMS-TC-мен байланысты бірнеше тәуелсіз PMD қамтиды.
SHDSL қабылдағыштың функционалдық үлгісі (STU)
TPS-TC модулі құрылғы қолданылатын қолданбаға байланысты (Ethernet, RS-232/422/485, т.б.). Оның міндеті – пайдаланушы деректерін SHDSL пішіміне түрлендіру, мультиплекстеу/демультиплекстеуді орындау және пайдаланушы деректерінің бірнеше арналарының уақытын реттеу.
PMS-TC деңгейінде SHDSL кадрлары қалыптасады және синхрондалады, сонымен қатар шифрлеу және дескрамблинг жүргізіледі.
PMD модулі ақпаратты кодтау/декодтау, модуляция/демодуляция, жаңғырықты жою, байланыс желісіндегі параметрлерді келісу және трансиверлер арасындағы байланыстарды орнату функцияларын орындайды. Дәл PMD деңгейінде SHDSL жоғары шуға төзімділігін қамтамасыз ету үшін негізгі операциялар орындалады, оның ішінде TCPAM кодтауы (аналогтық импульстік модуляциямен треллис кодтау), бөлек сигналмен салыстырғанда сигналдың спектрлік тиімділігін жақсартатын бірлескен кодтау және модуляция механизмі. әдіс. PMD модулінің жұмыс принципі функционалдық диаграмма түрінде де ұсынылуы мүмкін.
PMD модулінің блок диаграммасы
TC-PAM SHDSL таратқыш жағында биттердің артық тізбегін генерациялайтын конволюционды кодтарды қолдануға негізделген. Әрбір тактілік циклде кодер кірісіне келетін әрбір бит шығыста қос разряд (дибит) тағайындалады. Осылайша, салыстырмалы түрде аз резервтеу құнына беріліс шуының иммунитеті артады. Trellis модуляциясын пайдалану бірдей сигнал/шу қатынасын сақтай отырып, пайдаланылатын деректерді беру өткізу қабілеттілігін азайтуға және аппараттық құралды жеңілдетуге мүмкіндік береді.
Trellis кодтарының жұмыс принципі (TC-PAM 16)
Қос разряд x2(tn) кіріс разрядына және x1(tn-1), x1(tn-1) және т.б. негізінде логикалық модуль-2 қосу (ерекше немесе) операциясы арқылы қалыптасады. (олардың барлығы 20-ға дейін болуы мүмкін), олар бұрын шифрлағыш кірісінде қабылданып, жады регистрлерінде сақталған. Кодер tn+1 келесі тактілік циклінде логикалық операцияны орындау үшін жад ұяшықтарында биттер ауыстырылады: x1(tn) биті жадқа ауысады, сонда сақталған биттердің барлық тізбегін ауыстырады.
Конволюциялық кодтаудың алгоритмі
Қосу амалының 2 модулі үшін ақиқат кестелері
Түсінікті болу үшін конволюционды кодтаушының күй диаграммасын қолдану ыңғайлы, одан tn, tn+1 және т.б. уақытта кодтаушының қандай күйде екенін көруге болады. кіріс деректеріне байланысты. Кодер күйі бұл жағдайда кіріс биті x1(tn) мен бірінші жад ұяшығындағы x1(tn-1) бит мәндерінің жұбын білдіреді. Диаграмманы тұрғызу үшін графикті қолдануға болады, оның шыңдарында кодтаушының мүмкін күйлері болады және бір күйден екінші күйге өтулер сәйкес кіріс биттері x1(tn) және шығыс дибиттері $inline$y ₀y арқылы көрсетіледі. ₁(t ₀)$inline$.
Таратқыштың конволюционды кодтаушының күй диаграммасы және ауысу графигі
Таратқышта алынған төрт бит негізінде (кодердің екі шығыс биті және екі деректер биті) әрқайсысы аналогтық-импульстік модулятордың модуляциялық сигналының өзіндік амплитудасына сәйкес келетін символ қалыптасады.
Төрт разрядты таңбаның мәніне байланысты 16-биттік AIM күйі
Сигнал қабылдағыштың жағында кері процесс жүреді – демодуляция және кодтаушының x0(tn) кіріс биттерінің қажетті тізбегінің артық кодынан (қос разрядтар y1y1(tn)) таңдау. Бұл операция Viterbi декодері арқылы орындалады.
Декодер алгоритмі барлық ықтимал күтілетін кодер күйлері үшін қате метрикасын есептеуге негізделген. Қате метрикасы әрбір мүмкін жол үшін алынған бит пен күтілетін бит арасындағы айырмашылықты білдіреді. Қабылдау қателері болмаса, онда нақты жол қатесінің метрикасы 0 болады, себебі биттік алшақтық жоқ. Жалған жолдар үшін метрика нөлден ерекшеленеді, үнемі өседі және біраз уақыттан кейін декодер қате жолды есептеуді тоқтатады, тек ақиқат жолды қалдырады.
Ресивердің Viterbi декодерімен есептелген кодтаушы күй диаграммасы
Бірақ бұл алгоритм шуға қарсы иммунитетті қалай қамтамасыз етеді? Қабылдаушы деректерді қателікпен алды деп есептесек, декодер 1 қателік көрсеткіші бар екі жолды есептеуді жалғастырады. Қателік көрсеткіші 0 болатын жол енді болмайды. Бірақ алгоритм алынған келесі қос биттердің негізінде қай жолдың ақиқат екендігі туралы қорытынды жасайды.
Екінші қате орын алған кезде, 2-метрикасы бар бірнеше жол болады, бірақ дұрыс жол максималды ықтималдық әдісіне (яғни, ең төменгі көрсеткіш) негізделген кейінірек анықталады.
Қателері бар деректерді қабылдау кезінде Viterbi дешифраторымен есептелген кодтаушы күй диаграммасы
Жоғарыда сипатталған жағдайда, мысал ретінде біз үш бит пайдалы ақпараттың және бір символда қатеден қорғау үшін қосымша биттің берілуін қамтамасыз ететін 16 биттік жүйенің (TC-PAM16) алгоритмін қарастырдық. TC-PAM16 деректер жылдамдығына 192-ден 3840 кбит/с дейін жетеді. Биттік тереңдікті 128-ге дейін ұлғайту арқылы (қазіргі жүйелер TC-PAM128-мен жұмыс істейді), әр таңбада алты бит пайдалы ақпарат беріледі және максималды қол жеткізу жылдамдығы 5696 кбит/с-тан 15,3 Мбит/с-қа дейін жетеді.
Аналогтық импульстік модуляцияны (PAM) пайдалану SHDSL-ді гигабит 1000BASE-T (PAM-5), 10-гигабит 10GBASE-T (PAM-16) немесе өнеркәсіптік бір жұпты Ethernet 2020BASE сияқты танымал Ethernet стандарттарына ұқсас етеді. -T10L, бұл 1 жылға перспективалы (PAM-3).
Ethernet желілері арқылы SHDSL
Басқарылатын және басқарылмайтын SHDSL модемдері бар, бірақ бұл классификацияның, мысалы, Ethernet қосқыштары үшін бар басқарылатын және басқарылмайтын құрылғыларға әдеттегі бөлінумен ортақтығы шамалы. Айырмашылық конфигурация мен бақылау құралдарында. Басқарылатын модемдер веб-интерфейс арқылы конфигурацияланады және оларды SNMP арқылы диагностикалауға болады, ал басқарылмайтын модемдерді консоль порты арқылы қосымша бағдарламалық құрал арқылы диагностикалауға болады (Phoenix Contact үшін бұл тегін PSI-CONF бағдарламасы және шағын USB интерфейсі). Коммутаторлардан айырмашылығы, басқарылмайтын модемдер сақиналы топологиясы бар желіде жұмыс істей алады.
Әйтпесе, басқарылатын және басқарылмайтын модемдер мүлдем бірдей, оның ішінде функционалдылық және Plug&Play принципі бойынша жұмыс істеу мүмкіндігі, яғни алдын ала конфигурациясыз.
Сонымен қатар, модемдер диагностикалау мүмкіндігі бар асқын кернеуден қорғау функцияларымен жабдықталуы мүмкін. SHDSL желілері өте ұзын сегменттерді құра алады, ал өткізгіштер асқын кернеулер (найзағай разрядтары немесе жақын орналасқан кабельдік желілердегі қысқа тұйықталулардан туындаған потенциалдық айырмашылықтар) пайда болуы мүмкін жерлерде жұмыс істей алады. Индукцияланған кернеу килоампердің разрядтық токтарының ағуына әкелуі мүмкін. Сондықтан жабдықты мұндай құбылыстардан қорғау үшін SPD модемдерге алынбалы тақта түрінде салынған, қажет болған жағдайда оны ауыстыруға болады. Дәл осы тақтаның терминалдық блогына SHDSL желісі қосылған.
Топологиялар
Ethernet арқылы SHDSL көмегімен кез келген топологиямен желілерді құруға болады: нүктеден нүктеге, сызыққа, жұлдызшаға және сақинаға. Бұл ретте модемнің түріне байланысты қосылу үшін 2 сымды да, 4 сымды да байланыс желілерін пайдалануға болады.
SHDSL негізіндегі Ethernet желісі топологиялары
Сонымен қатар біріктірілген топологиясы бар үлестірілген жүйелерді құруға болады. Әрбір SHDSL желісі сегментінде 50 модемге дейін болуы мүмкін және технологияның физикалық мүмкіндіктерін ескере отырып (модемдер арасындағы қашықтық 20 км), сегмент ұзындығы 1000 км-ге жетуі мүмкін.
Әрбір осындай сегменттің басында басқарылатын модем орнатылған болса, онда сегменттің тұтастығын SNMP көмегімен диагностикалауға болады. Сонымен қатар, басқарылатын және басқарылмайтын модемдер VLAN технологиясын қолдайды, яғни олар желіні логикалық ішкі желілерге бөлуге мүмкіндік береді. Сондай-ақ құрылғылар заманауи автоматтандыру жүйелерінде (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP және т.б.) қолданылатын деректерді беру протоколдарымен жұмыс істей алады.
SHDSL көмегімен байланыс арналарын резервтеу
SHDSL Ethernet желісіндегі артық байланыс арналарын жасау үшін пайдаланылады, көбінесе оптикалық.
SHDSL және сериялық интерфейс
Сериялық интерфейсі бар SHDSL модемдері асинхронды қабылдағыштарға (UART) негізделген дәстүрлі сымды жүйелер үшін бар қашықтық, топология және өткізгіш сапасы бойынша шектеулерді еңсереді: RS-232 - 15 м, RS-422 және RS-485 - 1200 м.
Әмбебап қолданбалар үшін де, арнайы қолданбалар үшін де (мысалы, Profibus үшін) сериялық интерфейстері бар модемдер бар (RS-232/422/485). Мұндай құрылғылардың барлығы «басқарылмайтын» санатқа жатады, сондықтан олар арнайы бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы конфигурацияланады және диагностикаланады.
Топологиялар
Сериялық интерфейсі бар желілерде SHDSL көмегімен нүктеден нүктеге, сызықтық және жұлдызша топологиялары бар желілерді құруға болады. Сызықтық топология шеңберінде бір желіге 255 түйінді біріктіруге болады (Profibus - 30 үшін).
Тек RS-485 құрылғыларын пайдаланып құрастырылған жүйелерде пайдаланылатын деректерді беру протоколында шектеулер жоқ, бірақ сызықтық және жұлдызша топологиялары RS-232 және RS-422 үшін атипті, сондықтан ұқсас топологиялары бар SHDSL желісіндегі соңғы құрылғылардың жұмысы жартылай дуплексті режимде ғана мүмкін. Сонымен қатар, RS-232 және RS-422 жүйелері бар жүйелерде құрылғыны адрестеу протокол деңгейінде қамтамасыз етілуі керек, бұл нүктелік желілерде жиі қолданылатын интерфейстерге тән емес.
SHDSL арқылы интерфейстердің әртүрлі типтері бар құрылғыларды қосқанда, құрылғылар арасында байланыс (қол алысу) орнатудың бірыңғай механизмі жоқ екенін ескеру қажет. Дегенмен, бұл жағдайда алмасуды ұйымдастыруға әлі де болады, ол үшін келесі шарттар орындалуы керек:
- байланысты үйлестіру және деректерді беруді бақылау ақпаратты деректерді берудің бірыңғай хаттамасы деңгейінде орындалуы керек;
- барлық соңғы құрылғылар жартылай дуплексті режимде жұмыс істеуі керек, оны ақпараттық хаттама да қолдауы керек.
Modbus RTU протоколы, асинхронды интерфейстерге арналған ең кең тараған протокол, барлық сипатталған шектеулерді болдырмауға және интерфейстердің әртүрлі типтері бар бір жүйені құруға мүмкіндік береді.
SHDSL негізіндегі тізбекті желі топологиялары
Жабдықта екі сымды RS-485 пайдаланған кезде DIN рельсіндегі бір автобус арқылы модемдерді біріктіру арқылы күрделі құрылымдарды құруға болады. Бір шинаға қуат көзін орнатуға болады (бұл жағдайда барлық құрылғылар шина арқылы қоректенеді) және біріктірілген желіні құру үшін PSI-MOS сериясының оптикалық түрлендіргіштері. Мұндай жүйенің жұмыс істеуінің маңызды шарты барлық қабылдағыштардың бірдей жылдамдығы болып табылады.
RS-485 желісіндегі SHDSL қосымша мүмкіндіктері
Қолдану мысалдары
SHDSL технологиясы Германияда муниципалдық коммуналдық қызметтерде белсенді түрде қолданылады. Қаланың коммуналдық жүйелеріне қызмет көрсететін 50-ден астам компания қала бойынша таралған нысандарды бір желіге қосу үшін ескі мыс сымдарды пайдаланады. Сумен, газбен және энергиямен қамтамасыз етуді бақылау және есепке алу жүйелері негізінен SHDSL негізінде құрылған. Мұндай қалалардың қатарында Ульм, Магдебург, Ингольштадт, Билефельд, Франкфурт-Одер және басқалары бар.
Ең үлкен SHDSL негізіндегі жүйе Любек қаласында құрылды. Жүйе оптикалық Ethernet және SHDSL негізінде біріктірілген құрылымға ие, бір-бірінен қашықтағы 120 объектіні қосады және 50-ден астам модемді пайдаланады. . Бүкіл желі SNMP көмегімен диагностикаланады. Калхорсттан Любек әуежайына дейінгі ең ұзын сегменттің ұзындығы 39 км. Клиенттік компанияның SHDSL таңдауының себебі, ескі мыс кабельдердің бар екендігін ескере отырып, жобаны толығымен оптика бойынша жүзеге асыру экономикалық тұрғыдан тиімсіз болды.
Слип сақинасы арқылы деректерді беру
Қызықты мысал - жел турбиналарында немесе ірі өнеркәсіптік бұрау машиналарында орындалатын сияқты қозғалатын объектілер арасындағы деректерді беру. Осыған ұқсас жүйе қондырғылардың роторында және статорында орналасқан контроллерлер арасында ақпарат алмасу үшін қолданылады. Бұл жағдайда деректерді беру үшін сырғанау сақинасы арқылы сырғымалы контакт қолданылады. Осы сияқты мысалдар деректерді SHDSL арқылы жіберу үшін статикалық контактінің болуы қажет емес екенін көрсетеді.
Басқа технологиялармен салыстыру
SHDSL және GSM
Егер SHDSL-ді GSM (3G/4G) негізіндегі деректерді беру жүйелерімен салыстыратын болсақ, онда ұялы желіге кіру үшін операторға тұрақты төлемдермен байланысты операциялық шығындардың жоқтығы DSL пайдасына айтады. SHDSL көмегімен біз өнеркәсіптік нысандағы ұялы байланыстың қамту аймағына, сапасы мен сенімділігіне, соның ішінде электромагниттік кедергілерге төзімділікке тәуелсізбіз. SHDSL көмегімен жабдықты конфигурациялаудың қажеті жоқ, бұл нысанды іске қосуды тездетеді. Сымсыз желілер деректерді берудегі үлкен кідірістермен және мультикасттық трафикті (Profinet, Ethernet IP) пайдалану арқылы деректерді беру қиындықтарымен сипатталады.
Ақпараттық қауіпсіздік Интернет арқылы деректерді тасымалдау қажеттілігінің болмауына және бұл үшін VPN қосылымдарын конфигурациялау қажеттілігіне байланысты SHDSL пайдасына сөйлейді.
SHDSL және Wi-Fi
GSM туралы айтылғандардың көпшілігін өнеркәсіптік Wi-Fi үшін де қолдануға болады. Төмен шуға төзімділік, деректерді берудің шектеулі қашықтығы, аймақ топологиясына тәуелділік және деректерді берудегі кешігулер Wi-Fi-ға қарсы сөйлейді. Ең маңызды кемшілік Wi-Fi желілерінің ақпараттық қауіпсіздігі болып табылады, себебі кез келген адам деректерді тасымалдау ортасына қол жеткізе алады. Wi-Fi арқылы Profinet немесе Ethernet IP деректерін жіберу қазірдің өзінде мүмкін, бұл GSM-де қиын болар еді.
SHDSL оптикаға қарсы
Жағдайлардың басым көпшілігінде оптиканың SHDSL-ге қарағанда үлкен артықшылығы бар, бірақ бірқатар қосымшаларда SHDSL оптикалық кабельдерді төсеуге және дәнекерлеуге уақыт пен ақшаны үнемдеуге мүмкіндік береді, бұл объектіні пайдалануға беру уақытын қысқартады. SHDSL арнайы қосқыштарды қажет етпейді, өйткені байланыс кабелі модем терминалына жай ғана қосылған. Оптикалық кабельдердің механикалық қасиеттеріне байланысты, мыс өткізгіштер жиі кездесетін қозғалатын объектілер арасында ақпаратты беруді қамтитын қолданбаларда оларды пайдалану шектелген.
Ақпарат көзі: www.habr.com