Walaupun penggunaan rangkaian Ethernet secara meluas, teknologi komunikasi berasaskan DSL kekal relevan sehingga hari ini. Sehingga kini, DSL boleh ditemui dalam rangkaian jarak jauh untuk menyambungkan peralatan pelanggan ke rangkaian pembekal Internet, dan baru-baru ini teknologi semakin digunakan dalam pembinaan rangkaian tempatan, contohnya, dalam aplikasi industri, di mana DSL bertindak sebagai pelengkap kepada Ethernet. atau rangkaian medan berdasarkan RS-232/422/485. Penyelesaian industri yang serupa digunakan secara aktif di negara Eropah dan Asia yang maju.
DSL ialah keluarga piawaian yang pada asalnya dicipta untuk menghantar data digital melalui talian telefon. Dari segi sejarah, ia menjadi teknologi akses Internet jalur lebar pertama, menggantikan DIAL UP dan ISDN. Pelbagai jenis piawaian DSL yang wujud pada masa ini adalah disebabkan oleh fakta bahawa banyak syarikat, bermula pada tahun 80-an, cuba membangunkan dan memasarkan teknologi mereka sendiri.
Semua perkembangan ini boleh dibahagikan kepada dua kategori besar - teknologi asimetri (ADSL) dan simetri (SDSL). Asimetri merujuk kepada kelajuan sambungan masuk berbeza daripada kelajuan trafik keluar. Dengan simetri yang kami maksudkan bahawa penerimaan dan kelajuan penghantaran adalah sama.
Piawaian asimetri yang paling terkenal dan meluas ialah, sebenarnya, ADSL (dalam edisi terkini - ADSL2+) dan VDSL (VDSL2), simetri - HDSL (profil lapuk) dan SHDSL. Kesemuanya berbeza antara satu sama lain kerana ia beroperasi pada frekuensi yang berbeza dan menggunakan kaedah pengekodan dan modulasi yang berbeza pada talian komunikasi fizikal. Kaedah pembetulan ralat juga berbeza, menyebabkan tahap imuniti bunyi yang berbeza. Akibatnya, setiap teknologi mempunyai hadnya sendiri dalam kelajuan dan jarak penghantaran data, termasuk bergantung kepada jenis dan kualiti konduktor.
Had pelbagai piawaian DSL
Dalam mana-mana teknologi DSL, kadar pemindahan data berkurangan apabila panjang kabel meningkat. Pada jarak yang melampau adalah mungkin untuk mendapatkan kelajuan beberapa ratus kilobit, tetapi apabila menghantar data melebihi 200-300 m, kelajuan maksimum yang mungkin tersedia.
Di antara semua teknologi, SHDSL mempunyai kelebihan serius yang memungkinkan untuk menggunakannya dalam aplikasi perindustrian - imuniti hingar yang tinggi dan keupayaan untuk menggunakan sebarang jenis konduktor untuk penghantaran data. Ini tidak berlaku dengan piawaian asimetri, dan kualiti komunikasi sangat bergantung pada kualiti talian yang digunakan untuk penghantaran data. Khususnya, disyorkan untuk menggunakan kabel telefon berpintal. Dalam kes ini, penyelesaian yang lebih dipercayai ialah menggunakan kabel optik dan bukannya ADSL dan VDSL.
Mana-mana pasangan konduktor yang diasingkan antara satu sama lain sesuai untuk SHDSL - kuprum, aluminium, keluli, dll. Medium penghantaran boleh menjadi pendawaian elektrik lama, talian telefon lama, pagar dawai berduri, dsb.
Kebergantungan kelajuan penghantaran data SHDSL pada jarak dan jenis konduktor
Daripada graf kelajuan pemindahan data berbanding jarak dan jenis konduktor yang diberikan untuk SHDSL, anda boleh melihat bahawa konduktor dengan keratan rentas yang besar membolehkan anda menghantar maklumat pada jarak yang lebih jauh. Terima kasih kepada teknologi, adalah mungkin untuk mengatur komunikasi pada jarak sehingga 20 km pada kelajuan maksimum yang mungkin 15.3 Mb/s untuk kabel 2-wayar atau 30 Mb untuk kabel 4-wayar. Dalam aplikasi sebenar, kelajuan penghantaran boleh ditetapkan secara manual, yang diperlukan dalam keadaan gangguan elektromagnet yang kuat atau kualiti talian yang lemah. Dalam kes ini, untuk meningkatkan jarak penghantaran, adalah perlu untuk mengurangkan kelajuan peranti SHDSL. Untuk mengira kelajuan dengan tepat bergantung pada jarak dan jenis konduktor, anda boleh menggunakan perisian percuma seperti .
Mengapa SHDSL mempunyai imuniti bunyi yang tinggi?
Prinsip operasi transceiver SHDSL boleh diwakili dalam bentuk gambar rajah blok, di mana bahagian khusus dan bebas (invarian) dari sudut pandangan aplikasi dibezakan. Bahagian bebas terdiri daripada blok berfungsi PMD (Physical Medium Dependent) dan PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), manakala bahagian khusus termasuk lapisan TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) dan antara muka data pengguna.
Pautan fizikal antara transceiver (STU) boleh wujud sebagai pasangan tunggal atau berbilang kabel pasangan tunggal. Dalam kes berbilang pasangan kabel, STU mengandungi berbilang PMD bebas yang dikaitkan dengan satu PMS-TC.
Model fungsian SHDSL transceiver (STU)
Modul TPS-TC bergantung pada aplikasi di mana peranti digunakan (Ethernet, RS-232/422/485, dsb.). Tugasnya adalah untuk menukar data pengguna ke dalam format SHDSL, melakukan pemultipleksan/penyahmultipleksan dan pelarasan masa beberapa saluran data pengguna.
Pada peringkat PMS-TC, bingkai SHDSL dibentuk dan disegerakkan, serta berebut dan menyahbongkar.
Modul PMD melaksanakan fungsi pengekodan/penyahkodan maklumat, modulasi/penyahmodulasi, pembatalan gema, rundingan parameter pada talian komunikasi dan mewujudkan sambungan antara transceiver. Di peringkat PMD, operasi utama dilakukan untuk memastikan imuniti hingar tinggi SHDSL, termasuk pengekodan TCPAM (pengekodan Trellis dengan modulasi nadi analog), pengekodan bersama dan mekanisme modulasi yang meningkatkan kecekapan spektrum isyarat berbanding dengan yang berasingan. kaedah. Prinsip pengendalian modul PMD juga boleh diwakili dalam bentuk rajah berfungsi.
Rajah Blok Modul PMD
TC-PAM adalah berdasarkan penggunaan pengekod konvolusi yang menjana jujukan bit yang berlebihan pada bahagian pemancar SHDSL. Pada setiap kitaran jam, setiap bit yang tiba pada input pengekod diberikan bit berganda (dibit) pada output. Oleh itu, dengan kos redundansi yang agak sedikit, imuniti bunyi penghantaran meningkat. Penggunaan modulasi Trellis membolehkan anda mengurangkan lebar jalur penghantaran data yang digunakan dan memudahkan perkakasan sambil mengekalkan nisbah isyarat-ke-bunyi yang sama.
Prinsip pengendalian pengekod Trellis (TC-PAM 16)
Bit berganda dibentuk oleh operasi penambahan modulo-2 (eksklusif-atau) logik berdasarkan bit input x1(tn) dan bit x1(tn-1), x1(tn-2), dsb. (boleh ada sehingga 20 daripadanya secara keseluruhan), yang diterima pada input pengekod sebelum ini dan kekal disimpan dalam daftar ingatan. Pada kitaran jam seterusnya pengekod tn+1, bit akan dialihkan dalam sel memori untuk melaksanakan operasi logik: bit x1(tn) akan berpindah ke ingatan, mengalihkan keseluruhan jujukan bit yang disimpan di sana.
Algoritma pengekod konvolusi
Jadual kebenaran untuk modulo operasi tambah 2
Untuk kejelasan, adalah mudah untuk menggunakan gambar rajah keadaan pengekod konvolusi, dari mana anda boleh melihat keadaan pengekod pada masa tn, tn+1, dsb. bergantung kepada data input. Dalam kes ini, keadaan pengekod bermaksud sepasang nilai bit input x1(tn) dan bit dalam sel memori pertama x1(tn-1). Untuk membina gambar rajah, anda boleh menggunakan graf, di bucunya terdapat kemungkinan keadaan pengekod, dan peralihan dari satu keadaan ke keadaan lain ditunjukkan oleh bit input yang sepadan x1(tn) dan dibit output $inline$y βy β(t β)$inline$.
Nyatakan rajah dan graf peralihan bagi pengekod konvolusi penghantar
Dalam pemancar, berdasarkan empat bit yang diterima (dua bit output pengekod dan dua bit data), simbol terbentuk, setiap satunya sepadan dengan amplitud sendiri isyarat modulasi modulator nadi analog.
Keadaan AIM 16-bit bergantung pada nilai aksara empat-bit
Di sisi penerima isyarat, proses terbalik berlaku - penyahmodulatan dan pemilihan daripada kod berlebihan (bit berganda y0y1(tn)) daripada urutan bit input yang diperlukan pengekod x1(tn). Operasi ini dilakukan oleh penyahkod Viterbi.
Algoritma penyahkod adalah berdasarkan pengiraan metrik ralat untuk semua keadaan pengekod yang dijangkakan. Metrik ralat merujuk kepada perbezaan antara bit yang diterima dan bit yang dijangkakan untuk setiap laluan yang mungkin. Jika tiada ralat terima, maka metrik ralat laluan sebenar ialah 0 kerana tiada sedikit perbezaan. Untuk laluan palsu, metrik akan berbeza daripada sifar, sentiasa meningkat, dan selepas beberapa ketika penyahkod akan berhenti mengira laluan yang salah, hanya meninggalkan yang benar.
Gambar rajah keadaan pengekod yang dikira oleh penyahkod Viterbi penerima
Tetapi bagaimanakah algoritma ini memastikan imuniti bunyi? Dengan mengandaikan bahawa penerima menerima data dalam kesilapan, penyahkod akan terus mengira dua laluan dengan metrik ralat 1. Laluan dengan metrik ralat 0 tidak akan wujud lagi. Tetapi algoritma akan membuat kesimpulan tentang laluan mana yang benar kemudian berdasarkan bit berganda seterusnya yang diterima.
Apabila ralat kedua berlaku, akan terdapat berbilang laluan dengan metrik 2, tetapi laluan yang betul akan dikenal pasti kemudian berdasarkan kaedah kemungkinan maksimum (iaitu, metrik minimum).
Gambar rajah keadaan pengekod dikira oleh penyahkod Viterbi apabila menerima data dengan ralat
Dalam kes yang diterangkan di atas, sebagai contoh, kami mempertimbangkan algoritma sistem 16-bit (TC-PAM16), yang memastikan penghantaran tiga bit maklumat berguna dan bit tambahan untuk perlindungan ralat dalam satu simbol. TC-PAM16 mencapai kadar data dari 192 hingga 3840 kbps. Dengan meningkatkan kedalaman bit kepada 128 (sistem moden berfungsi dengan TC-PAM128), enam bit maklumat berguna dihantar dalam setiap simbol, dan kelajuan maksimum yang boleh dicapai berjulat dari 5696 kbps hingga 15,3 Mbps.
Penggunaan modulasi nadi analog (PAM) menjadikan SHDSL serupa dengan beberapa standard Ethernet yang popular, seperti gigabit 1000BASE-T (PAM-5), 10-gigabit 10GBASE-T (PAM-16) atau Ethernet 2020BASE pasangan tunggal industri. -T10L, yang menjanjikan untuk 1 (PAM-3).
SHDSL melalui rangkaian Ethernet
Terdapat modem SHDSL terurus dan tidak terurus, tetapi klasifikasi ini mempunyai sedikit persamaan dengan pembahagian biasa kepada peranti terurus dan tidak terurus yang wujud, sebagai contoh, untuk suis Ethernet. Perbezaannya terletak pada konfigurasi dan alat pemantauan. Modem terurus dikonfigurasikan melalui antara muka web dan boleh didiagnosis melalui SNMP, manakala modem tidak terurus boleh didiagnosis menggunakan perisian tambahan melalui port konsol (untuk Phoenix Contact ini ialah program PSI-CONF percuma dan antara muka mini-USB). Tidak seperti suis, modem tidak terurus boleh beroperasi dalam rangkaian dengan topologi cincin.
Jika tidak, modem terurus dan tidak terurus adalah sama, termasuk kefungsian dan keupayaan untuk bekerja pada prinsip Plug&Play, iaitu, tanpa sebarang konfigurasi awal.
Selain itu, modem boleh dilengkapi dengan fungsi perlindungan lonjakan dengan keupayaan untuk mendiagnosisnya. Rangkaian SHDSL boleh membentuk segmen yang sangat panjang, dan konduktor boleh berjalan di tempat di mana voltan lonjakan (perbezaan potensi teraruh yang disebabkan oleh nyahcas kilat atau litar pintas dalam talian kabel berdekatan) boleh berlaku. Voltan teraruh boleh menyebabkan arus nyahcas kiloampere mengalir. Oleh itu, untuk melindungi peralatan daripada fenomena sedemikian, SPD dibina ke dalam modem dalam bentuk papan boleh tanggal, yang boleh diganti jika perlu. Ia adalah ke blok terminal papan ini bahawa talian SHDSL disambungkan.
Topologi
Menggunakan SHDSL melalui Ethernet, adalah mungkin untuk membina rangkaian dengan mana-mana topologi: titik-ke-titik, garisan, bintang dan cincin. Pada masa yang sama, bergantung pada jenis modem, anda boleh menggunakan kedua-dua talian komunikasi 2-wayar dan 4-wayar untuk sambungan.
Topologi rangkaian Ethernet berdasarkan SHDSL
Ia juga mungkin untuk membina sistem teragih dengan topologi gabungan. Setiap segmen rangkaian SHDSL boleh mempunyai sehingga 50 modem dan, dengan mengambil kira keupayaan fizikal teknologi (jarak antara modem ialah 20 km), panjang segmen boleh mencapai 1000 km.
Jika modem terurus dipasang di kepala setiap segmen tersebut, maka integriti segmen boleh didiagnosis menggunakan SNMP. Di samping itu, modem terurus dan tidak terurus menyokong teknologi VLAN, iaitu, ia membolehkan anda membahagikan rangkaian ke dalam subnet logik. Peranti ini juga mampu berfungsi dengan protokol pemindahan data yang digunakan dalam sistem automasi moden (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, dll.).
Tempahan saluran komunikasi menggunakan SHDSL
SHDSL digunakan untuk mencipta saluran komunikasi berlebihan dalam rangkaian Ethernet, selalunya optik.
SHDSL dan antara muka bersiri
Modem SHDSL dengan antara muka bersiri mengatasi had dalam jarak, topologi dan kualiti konduktor yang wujud untuk sistem berwayar tradisional berdasarkan transceiver tak segerak (UART): RS-232 - 15 m, RS-422 dan RS-485 - 1200 m.
Terdapat modem dengan antara muka bersiri (RS-232/422/485) untuk kedua-dua aplikasi universal dan aplikasi khusus (contohnya, untuk Profibus). Semua peranti sedemikian tergolong dalam kategori "tidak terurus", oleh itu ia dikonfigurasikan dan didiagnosis menggunakan perisian khas.
Topologi
Dalam rangkaian dengan antara muka bersiri, menggunakan SHDSL adalah mungkin untuk membina rangkaian dengan topologi point-to-point, garis dan bintang. Dalam topologi linear, adalah mungkin untuk menggabungkan sehingga 255 nod ke dalam satu rangkaian (untuk Profibus - 30).
Dalam sistem yang dibina hanya menggunakan peranti RS-485, tiada sekatan pada protokol pemindahan data yang digunakan, tetapi topologi talian dan bintang adalah tidak tipikal untuk RS-232 dan RS-422, jadi pengendalian peranti akhir pada rangkaian SHDSL dengan topologi yang serupa hanya boleh dilakukan dalam mod separuh dupleks. Pada masa yang sama, dalam sistem dengan RS-232 dan RS-422, pengalamatan peranti mesti disediakan pada tahap protokol, yang tidak tipikal untuk antara muka yang paling kerap digunakan dalam rangkaian titik ke titik.
Apabila menyambungkan peranti dengan pelbagai jenis antara muka melalui SHDSL, adalah perlu untuk mengambil kira hakikat bahawa tiada mekanisme tunggal untuk mewujudkan sambungan (jabat tangan) antara peranti. Walau bagaimanapun, masih mungkin untuk menganjurkan pertukaran dalam kes ini; untuk ini, syarat berikut mesti dipenuhi:
- penyelarasan komunikasi dan kawalan pemindahan data mesti dilakukan pada tahap protokol pemindahan data maklumat bersatu;
- semua peranti akhir mesti beroperasi dalam mod separuh dupleks, yang juga mesti disokong oleh protokol maklumat.
Protokol Modbus RTU, protokol yang paling biasa untuk antara muka tak segerak, membolehkan anda mengelakkan semua had yang diterangkan dan membina satu sistem dengan pelbagai jenis antara muka.
Topologi rangkaian bersiri berdasarkan SHDSL
Apabila menggunakan RS-485 dua wayar pada peralatan Anda boleh membina struktur yang lebih kompleks dengan menggabungkan modem melalui satu bas pada rel DIN. Bekalan kuasa boleh dipasang pada bas yang sama (dalam kes ini, semua peranti dikuasakan melalui bas) dan penukar optik siri PSI-MOS untuk mencipta rangkaian gabungan. Syarat penting untuk operasi sistem sedemikian adalah kelajuan yang sama bagi semua transceiver.
Ciri tambahan SHDSL pada rangkaian RS-485
Contoh aplikasi
Teknologi SHDSL digunakan secara aktif dalam utiliti perbandaran di Jerman. Lebih daripada 50 syarikat yang menyediakan perkhidmatan sistem utiliti bandar menggunakan wayar tembaga lama untuk menyambungkan objek yang diedarkan di seluruh bandar dengan satu rangkaian. Sistem kawalan dan perakaunan untuk bekalan air, gas dan tenaga dibina terutamanya di atas SHDSL. Antara bandar tersebut ialah Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder dan banyak lagi.
Sistem berasaskan SHDSL terbesar telah dicipta di bandar LΓΌbeck. Sistem ini mempunyai struktur gabungan berdasarkan Ethernet optik dan SHDSL, menghubungkan 120 objek jauh antara satu sama lain dan menggunakan lebih daripada 50 modem . Keseluruhan rangkaian didiagnosis menggunakan SNMP. Segmen terpanjang dari Kalkhorst ke Lapangan Terbang LΓΌbeck ialah 39 km. Sebab mengapa syarikat pelanggan memilih SHDSL adalah kerana ia tidak berdaya maju dari segi ekonomi untuk melaksanakan projek sepenuhnya pada optik, memandangkan ketersediaan kabel tembaga lama.
Penghantaran data melalui gelang gelincir
Contoh yang menarik ialah pemindahan data antara objek bergerak, seperti yang dilakukan dalam turbin angin atau mesin memutar industri besar. Sistem yang serupa digunakan untuk pertukaran maklumat antara pengawal yang terletak pada pemutar dan pemegun loji. Dalam kes ini, sesentuh gelongsor melalui gelang gelincir digunakan untuk menghantar data. Contoh seperti ini menunjukkan bahawa tidak perlu mempunyai kenalan statik untuk menghantar data melalui SHDSL.
Perbandingan dengan teknologi lain
SHDSL lwn GSM
Jika kita membandingkan SHDSL dengan sistem penghantaran data berdasarkan GSM (3G/4G), maka ketiadaan kos operasi yang berkaitan dengan pembayaran tetap kepada pengendali untuk akses kepada rangkaian mudah alih bercakap memihak kepada DSL. Dengan SHDSL, kami bebas daripada kawasan liputan, kualiti dan kebolehpercayaan komunikasi mudah alih di kemudahan perindustrian, termasuk rintangan kepada gangguan elektromagnet. Dengan SHDSL tidak perlu mengkonfigurasi peralatan, yang mempercepatkan pentauliahan kemudahan. Rangkaian wayarles dicirikan oleh kelewatan yang besar dalam penghantaran data dan kesukaran dalam menghantar data menggunakan trafik multicast (Profinet, Ethernet IP).
Keselamatan maklumat bercakap memihak kepada SHDSL kerana ketiadaan keperluan untuk memindahkan data melalui Internet dan keperluan untuk mengkonfigurasi sambungan VPN untuk ini.
SHDSL lwn Wi-Fi
Kebanyakan perkara yang telah dikatakan untuk GSM juga boleh digunakan untuk Wi-Fi industri. Imuniti hingar yang rendah, jarak penghantaran data yang terhad, pergantungan pada topologi kawasan dan kelewatan dalam penghantaran data bercakap menentang Wi-Fi. Kelemahan yang paling penting ialah keselamatan maklumat rangkaian Wi-Fi, kerana sesiapa sahaja mempunyai akses kepada medium penghantaran data. Dengan Wi-Fi, anda boleh menghantar data Profinet atau Ethernet IP, yang sukar untuk GSM.
SHDSL vs optik
Dalam kebanyakan kes, optik mempunyai kelebihan besar berbanding SHDSL, tetapi dalam beberapa aplikasi SHDSL membolehkan anda menjimatkan masa dan wang untuk memasang dan mengimpal kabel optik, mengurangkan masa yang diperlukan untuk meletakkan kemudahan beroperasi. SHDSL tidak memerlukan penyambung khas, kerana kabel komunikasi hanya disambungkan ke terminal modem. Disebabkan oleh sifat mekanikal kabel optik, penggunaannya terhad dalam aplikasi yang melibatkan pemindahan maklumat antara objek bergerak, di mana konduktor tembaga adalah lebih biasa.
Sumber: www.habr.com