Pavarësisht përdorimit të gjerë të rrjeteve Ethernet, teknologjitë e komunikimit të bazuara në DSL mbeten të rëndësishme edhe sot e kësaj dite. Deri më tani, DSL mund të gjendet në rrjetet e fundit të miljes për lidhjen e pajisjeve të abonentëve me rrjetet e ofruesve të internetit, dhe kohët e fundit teknologjia po përdoret gjithnjë e më shumë në ndërtimin e rrjeteve lokale, për shembull, në aplikacionet industriale, ku DSL vepron si një plotësues i Ethernetit. ose rrjete në terren bazuar në RS-232/422/485. Zgjidhje të ngjashme industriale përdoren në mënyrë aktive në vendet e zhvilluara evropiane dhe aziatike.
DSL është një familje standardesh që fillimisht u konceptuan për transmetimin e të dhënave dixhitale përmes linjave telefonike. Historikisht, ajo u bë teknologjia e parë e aksesit në internet me brez të gjerë, duke zëvendësuar DIAL UP dhe ISDN. Shumëllojshmëria e gjerë e standardeve DSL që ekzistojnë aktualisht është për faktin se shumë kompani, duke filluar nga vitet '80, u përpoqën të zhvillonin dhe tregtonin teknologjinë e tyre.
Të gjitha këto zhvillime mund të ndahen në dy kategori të mëdha - teknologjitë asimetrike (ADSL) dhe simetrike (SDSL). Asimetrike i referohet atyre në të cilat shpejtësia e lidhjes hyrëse është e ndryshme nga shpejtësia e trafikut në dalje. Me simetrik nënkuptojmë që shpejtësia e marrjes dhe transmetimit janë të barabarta.
Standardet asimetrike më të njohura dhe më të përhapura janë, në fakt, ADSL (në edicionin e fundit - ADSL2+) dhe VDSL (VDSL2), simetrike - HDSL (profil i vjetëruar) dhe SHDSL. Ata të gjithë ndryshojnë nga njëri-tjetri në atë që funksionojnë në frekuenca të ndryshme dhe përdorin metoda të ndryshme kodimi dhe modulimi në linjën e komunikimit fizik. Metodat e korrigjimit të gabimeve gjithashtu ndryshojnë, duke rezultuar në nivele të ndryshme të imunitetit ndaj zhurmës. Si rezultat, secila teknologji ka kufijtë e saj në shpejtësinë dhe distancën e transmetimit të të dhënave, duke përfshirë në varësi të llojit dhe cilësisë së përcjellësit.
Kufijtë e standardeve të ndryshme DSL
Në çdo teknologji DSL, shpejtësia e transferimit të të dhënave zvogëlohet me rritjen e gjatësisë së kabllit. Në distanca ekstreme është e mundur të merren shpejtësi prej disa qindra kilobitësh, por kur transmetohen të dhëna mbi 200-300 m, është e disponueshme shpejtësia maksimale e mundshme.
Ndër të gjitha teknologjitë, SHDSL ka një avantazh serioz që bën të mundur përdorimin e tij në aplikime industriale - imuniteti i lartë i zhurmës dhe aftësia për të përdorur çdo lloj përcjellësi për transmetimin e të dhënave. Ky nuk është rasti me standardet asimetrike dhe cilësia e komunikimit varet shumë nga cilësia e linjës së përdorur për transmetimin e të dhënave. Në veçanti, rekomandohet përdorimi i një kabllo telefonike të përdredhur. Në këtë rast, një zgjidhje më e besueshme është përdorimi i një kabllo optike në vend të ADSL dhe VDSL.
Çdo çift përcjellësish të izoluar nga njëri-tjetri është i përshtatshëm për SHDSL - bakër, alumin, çelik etj. Mjeti i transmetimit mund të jetë instalime elektrike të vjetra, linja të vjetra telefonike, gardhe me tela me gjemba etj.
Varësia e shpejtësisë së transmetimit të të dhënave SHDSL nga distanca dhe lloji i përcjellësit
Nga grafiku i shpejtësisë së transferimit të të dhënave kundrejt distancës dhe llojit të përcjellësit të dhënë për SHDSL, mund të shihni se përçuesit me një seksion kryq të madh ju lejojnë të transmetoni informacion në një distancë më të madhe. Falë teknologjisë, është e mundur të organizohet komunikimi në një distancë deri në 20 km me një shpejtësi maksimale të mundshme prej 15.3 Mb/s për një kabllo me 2 tela ose 30 Mb për një kabllo me 4 tela. Në aplikimet reale, shpejtësia e transmetimit mund të vendoset manualisht, gjë që është e nevojshme në kushtet e ndërhyrjeve të forta elektromagnetike ose cilësisë së dobët të linjës. Në këtë rast, për të rritur distancën e transmetimit, është e nevojshme të zvogëlohet shpejtësia e pajisjeve SHDSL. Për të llogaritur saktë shpejtësinë në varësi të distancës dhe llojit të përcjellësit, mund të përdorni softuer falas si p.sh .
Pse SHDSL ka imunitet të lartë ndaj zhurmës?
Parimi i funksionimit të transmetuesit SHDSL mund të përfaqësohet në formën e një diagrami bllok, në të cilin dallohet një pjesë specifike dhe e pavarur (e pandryshueshme) nga pikëpamja e aplikimit. Pjesa e pavarur përbëhet nga blloqet funksionale PMD (Physical Medium Dependent) dhe PMS-TC (Physical Medium-Specific TC Layer), ndërsa pjesa specifike përfshin shtresën TPS-TC (Transmission Protocol-Specific TC Layer) dhe ndërfaqet e të dhënave të përdoruesit.
Lidhja fizike midis transmetuesve (STU) mund të ekzistojë si një çift i vetëm ose i shumëfishtë kabllove të vetme. Në rastin e çifteve të shumta të kabllove, STU përmban PMD të shumta të pavarura të lidhura me një PMS-TC të vetme.
Modeli funksional i transmetuesit SHDSL (STU)
Moduli TPS-TC varet nga aplikacioni në të cilin përdoret pajisja (Ethernet, RS-232/422/485, etj.). Detyra e tij është të konvertojë të dhënat e përdoruesit në formatin SHDSL, të kryejë multipleksimin/demultipleksimin dhe rregullimin e kohës së disa kanaleve të të dhënave të përdoruesit.
Në nivelin PMS-TC, kornizat SHDSL formohen dhe sinkronizohen, si dhe scrambling dhe descrambling.
Moduli PMD kryen funksionet e kodimit/dekodimit të informacionit, modulimit/demodulimit, anulimit të jehonës, negocimit të parametrave në linjën e komunikimit dhe vendosjes së lidhjeve ndërmjet transmetuesve. Është në nivelin PMD që operacionet kryesore kryhen për të siguruar imunitet të lartë ndaj zhurmës së SHDSL, duke përfshirë kodimin TCPAM (kodimi Trellis me modulim analog të pulsit), një mekanizëm i përbashkët kodimi dhe modulimi që përmirëson efikasitetin spektral të sinjalit në krahasim me një të veçantë. metodë. Parimi i funksionimit të modulit PMD mund të përfaqësohet gjithashtu në formën e një diagrami funksional.
Diagrami i bllokut të modulit PMD
TC-PAM bazohet në përdorimin e një koduesi konvolucional që gjeneron një sekuencë të tepërt të biteve në anën e transmetuesit SHDSL. Në çdo cikël të orës, çdo bit që arrin në hyrjen e koduesit i caktohet një bit i dyfishtë (dibit) në dalje. Kështu, me koston e një tepricë relativisht të vogël, imuniteti ndaj zhurmës së transmetimit rritet. Përdorimi i modulimit Trellis ju lejon të reduktoni gjerësinë e brezit të transmetimit të të dhënave të përdorura dhe të thjeshtoni harduerin duke ruajtur të njëjtin raport sinjal-zhurmë.
Parimi i funksionimit të koduesit Trellis (TC-PAM 16)
Biti i dyfishtë formohet nga një veprim logjik i mbledhjes modul-2 (ekskluzive-ose) bazuar në bitin hyrës x1(tn) dhe bitin x1(tn-1), x1(tn-2), etj. (gjithsej mund të jenë deri në 20 të tilla), të cilat janë marrë në hyrjen e koduesit më parë dhe kanë mbetur të ruajtura në regjistrat e memories. Në ciklin tjetër të orës së koduesit tn+1, bitet do të zhvendosen në qelizat e memories për të kryer një operacion logjik: biti x1(tn) do të zhvendoset në memorie, duke zhvendosur të gjithë sekuencën e biteve të ruajtura atje.
Algoritmi i koduesit konvolucional
Tabelat e së vërtetës për modulin e veprimit të mbledhjes 2
Për qartësi, është i përshtatshëm të përdorni një diagram të gjendjes së një koduesi konvolucional, nga i cili mund të shihni se në çfarë gjendje është koduesi në momentet tn, tn+1, etj. në varësi të të dhënave hyrëse. Në këtë rast, gjendja e koduesit nënkupton një palë vlerash të bitit të hyrjes x1 (tn) dhe bitit në qelizën e parë të memories x1 (tn-1). Për të ndërtuar një diagram, mund të përdorni një grafik, në kulmet e të cilit ka gjendje të mundshme të koduesit, dhe kalimet nga një gjendje në tjetrën tregohen nga bitat përkatëse hyrëse x1(tn) dhe dibitat e daljes $inline$y ₀y ₁(t ₀)$në linjë$.
Diagrami i gjendjes dhe grafiku i tranzicionit të një koduesi konvolucional të transmetuesit
Në transmetues, bazuar në katër bitet e marra (dy bit dalje të koduesit dhe dy bit të dhënash), formohet një simbol, secila prej të cilave korrespondon me amplituda e vet e sinjalit modulues të modulatorit analog-puls.
Gjendja e AIM 16-bit në varësi të vlerës së karakterit katër-bit
Në anën e marrësit të sinjalit, ndodh procesi i kundërt - demodulimi dhe përzgjedhja nga kodi i tepërt (bitët e dyfishtë y0y1(tn)) të sekuencës së kërkuar të biteve hyrëse të koduesit x1 (tn). Ky operacion kryhet nga një dekoder Viterbi.
Algoritmi i dekoderit bazohet në llogaritjen e një metrike gabimi për të gjitha gjendjet e mundshme të pritshme të koduesit. Metrika e gabimit i referohet ndryshimit midis biteve të marra dhe biteve të pritura për çdo shteg të mundshëm. Nëse nuk ka gabime pranimi, atëherë metrika e vërtetë e gabimit të rrugës do të jetë 0 sepse nuk ka divergjencë bit. Për shtigjet e rreme, metrika do të ndryshojë nga zero, do të rritet vazhdimisht dhe pas njëfarë kohe dekoderi do të ndalojë llogaritjen e rrugës së gabuar, duke lënë vetëm atë të vërtetën.
Diagrami i gjendjes së koduesit i llogaritur nga dekoderi Viterbi i marrësit
Por si e siguron ky algoritëm imunitetin ndaj zhurmës? Duke supozuar se marrësi i ka marrë të dhënat gabimisht, dekoderi do të vazhdojë të llogarisë dy shtigje me një metrikë gabimi 1. Rruga me një metrikë gabimi 0 nuk do të ekzistojë më. Por algoritmi do të nxjerrë një përfundim se cila shteg është e vërtetë më vonë bazuar në bitet e dyfishta të marra.
Kur ndodh gabimi i dytë, do të ketë shtigje të shumta me metrikë 2, por shtegu i saktë do të identifikohet më vonë bazuar në metodën e gjasave maksimale (d.m.th., metrikën minimale).
Diagrami i gjendjes së koduesit të llogaritur nga dekoderi Viterbi gjatë marrjes së të dhënave me gabime
Në rastin e përshkruar më sipër, si shembull, ne morëm parasysh algoritmin e një sistemi 16-bitësh (TC-PAM16), i cili siguron transmetimin e tre biteve të informacionit të dobishëm dhe një bit shtesë për mbrojtjen e gabimeve në një simbol. TC-PAM16 arrin shpejtësi të dhënash nga 192 në 3840 kbps. Duke rritur thellësinë e bitit në 128 (sistemet moderne punojnë me TC-PAM128), në çdo simbol transmetohen gjashtë bit informacione të dobishme dhe shpejtësia maksimale e arritshme varion nga 5696 kbps në 15,3 Mbps.
Përdorimi i modulimit analog të pulsit (PAM) e bën SHDSL të ngjashëm me një numër standardesh të njohura Ethernet, të tilla si gigabit 1000BASE-T (PAM-5), 10-gigabit 10GBASE-T (PAM-16) ose Ethernet 2020BASE me një çift industrial. -T10L, e cila është premtuese për vitin 1 (PAM-3).
SHDSL mbi rrjetet Ethernet
Ka modeme SHDSL të menaxhuara dhe të pamenaxhuara, por ky klasifikim ka pak të përbashkëta me ndarjen e zakonshme në pajisje të menaxhuara dhe të pamenaxhuara që ekziston, për shembull, për ndërprerësit Ethernet. Dallimi qëndron në konfigurimin dhe mjetet e monitorimit. Modemët e menaxhuar konfigurohen nëpërmjet një ndërfaqe në internet dhe mund të diagnostikohen nëpërmjet SNMP, ndërsa modemet e pamenaxhuar mund të diagnostikohen duke përdorur softuer shtesë nëpërmjet portit të konsolës (për Phoenix Contact ky është një program falas PSI-CONF dhe një ndërfaqe mini-USB). Ndryshe nga ndërprerësit, modemet e pamenaxhuar mund të funksionojnë në një rrjet me një topologji unazore.
Përndryshe, modemet e menaxhuar dhe të pamenaxhuar janë absolutisht identikë, duke përfshirë funksionalitetin dhe aftësinë për të punuar në parimin Plug&Play, domethënë pa ndonjë konfigurim paraprak.
Për më tepër, modemet mund të pajisen me funksione të mbrojtjes nga mbitensionet me aftësinë për t'i diagnostikuar ato. Rrjetet SHDSL mund të formojnë segmente shumë të gjata dhe përçuesit mund të funksionojnë në vende ku mund të ndodhin tensione të larta (ndryshime të mundshme të shkaktuara nga shkarkimet e rrufesë ose qarqet e shkurtra në linjat kabllore aty pranë). Tensioni i induktuar mund të shkaktojë rrjedhjen e rrymave të shkarkimit prej kiloamperësh. Prandaj, për të mbrojtur pajisjet nga fenomene të tilla, SPD-të janë ndërtuar në modeme në formën e një bordi të lëvizshëm, i cili mund të zëvendësohet nëse është e nevojshme. Linja SHDSL është e lidhur me bllokun e terminalit të këtij bordi.
Topologjitë
Duke përdorur SHDSL mbi Ethernet, është e mundur të ndërtoni rrjete me çdo topologji: pikë-për-pikë, vijë, yll dhe unazë. Në të njëjtën kohë, në varësi të llojit të modemit, mund të përdorni linja komunikimi me 2 dhe 4 tela për lidhje.
Topologjitë e rrjetit Ethernet të bazuara në SHDSL
Është gjithashtu e mundur të ndërtohen sisteme të shpërndara me një topologji të kombinuar. Çdo segment i rrjetit SHDSL mund të ketë deri në 50 modemë dhe, duke marrë parasysh aftësitë fizike të teknologjisë (distanca ndërmjet modemeve është 20 km), gjatësia e segmentit mund të arrijë 1000 km.
Nëse një modem i menaxhuar është instaluar në krye të secilit segment të tillë, atëherë integriteti i segmentit mund të diagnostikohet duke përdorur SNMP. Për më tepër, modemet e menaxhuar dhe të pamenaxhuar mbështesin teknologjinë VLAN, domethënë ato ju lejojnë të ndani rrjetin në nënrrjeta logjike. Pajisjet janë gjithashtu të afta të punojnë me protokollet e transferimit të të dhënave të përdorura në sistemet moderne të automatizimit (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP, etj.).
Rezervimi i kanaleve të komunikimit duke përdorur SHDSL
SHDSL përdoret për të krijuar kanale komunikimi të tepërta në një rrjet Ethernet, më shpesh optik.
SHDSL dhe ndërfaqe serike
Modemët SHDSL me një ndërfaqe serike kapërcejnë kufizimet në distancë, topologji dhe cilësi të përcjellësit që ekzistojnë për sistemet tradicionale me tela të bazuara në transmetuesit asinkron (UART): RS-232 - 15 m, RS-422 dhe RS-485 - 1200 m.
Ka modeme me ndërfaqe serike (RS-232/422/485) si për aplikacionet universale ashtu edhe për ato të specializuara (për shembull, për Profibus). Të gjitha pajisjet e tilla i përkasin kategorisë "të pamenaxhuara", prandaj ato konfigurohen dhe diagnostikohen duke përdorur softuer special.
Topologjitë
Në rrjetet me një ndërfaqe serike, duke përdorur SHDSL është e mundur të ndërtohen rrjete me topologji pikë-për-pikë, linjë dhe yll. Brenda topologjisë lineare, është e mundur të kombinohen deri në 255 nyje në një rrjet (për Profibus - 30).
Në sistemet e ndërtuara duke përdorur vetëm pajisje RS-485, nuk ka kufizime në protokollin e transferimit të të dhënave të përdorur, por topologjitë e linjës dhe yjeve janë atipike për RS-232 dhe RS-422, kështu që funksionimi i pajisjeve fundore në një rrjet SHDSL me topologji të ngjashme është e mundur vetëm në modalitetin gjysmë dupleks. Në të njëjtën kohë, në sistemet me RS-232 dhe RS-422, adresimi i pajisjes duhet të sigurohet në nivel protokolli, gjë që nuk është tipike për ndërfaqet që përdoren më shpesh në rrjetet pikë-për-pikë.
Kur lidhni pajisje me lloje të ndryshme ndërfaqesh përmes SHDSL, është e nevojshme të merret parasysh fakti se nuk ka asnjë mekanizëm të vetëm për vendosjen e një lidhjeje (shtrëngimi duarsh) midis pajisjeve. Sidoqoftë, është ende e mundur të organizohet një shkëmbim në këtë rast; për këtë, duhet të plotësohen kushtet e mëposhtme:
- koordinimi i komunikimit dhe kontrolli i transferimit të të dhënave duhet të kryhet në nivelin e një protokolli të unifikuar të transferimit të të dhënave;
- të gjitha pajisjet fundore duhet të funksionojnë në modalitetin gjysmë dupleks, i cili gjithashtu duhet të mbështetet nga protokolli i informacionit.
Protokolli Modbus RTU, protokolli më i zakonshëm për ndërfaqet asinkrone, ju lejon të shmangni të gjitha kufizimet e përshkruara dhe të ndërtoni një sistem të vetëm me lloje të ndryshme ndërfaqesh.
Topologjitë e rrjeteve serike të bazuara në SHDSL
Kur përdorni RS-485 me dy tela në pajisje Ju mund të ndërtoni struktura më komplekse duke kombinuar modemet përmes një autobusi në një hekurudhë DIN. Një furnizim me energji elektrike mund të instalohet në të njëjtin autobus (në këtë rast, të gjitha pajisjet mundësohen përmes autobusit) dhe konvertuesit optikë të serisë PSI-MOS për të krijuar një rrjet të kombinuar. Një kusht i rëndësishëm për funksionimin e një sistemi të tillë është e njëjta shpejtësi e të gjithë transmetuesve.
Karakteristikat shtesë të SHDSL në një rrjet RS-485
Shembuj aplikimi
Teknologjia SHDSL përdoret në mënyrë aktive në shërbimet komunale në Gjermani. Më shumë se 50 kompani që shërbejnë sistemet e shërbimeve të qytetit përdorin tela të vjetër bakri për të lidhur objektet e shpërndara në të gjithë qytetin me një rrjet. Sistemet e kontrollit dhe të kontabilitetit për furnizimin me ujë, gaz dhe energji janë ndërtuar kryesisht në SHDSL. Ndër qytete të tilla janë Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder dhe shumë të tjerë.
Sistemi më i madh i bazuar në SHDSL u krijua në qytetin e Lübeck. Sistemi ka një strukturë të kombinuar të bazuar në Ethernet optik dhe SHDSL, lidh 120 objekte në distancë nga njëri-tjetri dhe përdor më shumë se 50 modema . I gjithë rrjeti diagnostikohet duke përdorur SNMP. Segmenti më i gjatë nga Kalkhorst në Aeroportin e Lübeck është 39 km i gjatë. Arsyeja pse kompania kliente zgjodhi SHDSL ishte se nuk ishte ekonomikisht e qëndrueshme zbatimi i projektit tërësisht në optikë, duke pasur parasysh disponueshmërinë e kabllove të vjetra të bakrit.
Transmetimi i të dhënave përmes unazës rrëshqitëse
Një shembull interesant është transferimi i të dhënave ndërmjet objekteve në lëvizje, siç bëhet në turbinat me erë ose makinat e mëdha industriale gjarpëruese. Një sistem i ngjashëm përdoret për shkëmbimin e informacionit midis kontrollorëve të vendosur në rotor dhe stator të impianteve. Në këtë rast, një kontakt rrëshqitës përmes një unaze rrëshqitëse përdoret për të transmetuar të dhëna. Shembuj të tillë tregojnë se nuk është e nevojshme të keni një kontakt statik për të transmetuar të dhëna përmes SHDSL.
Krahasimi me teknologjitë e tjera
SHDSL vs GSM
Nëse krahasojmë SHDSL me sistemet e transmetimit të të dhënave të bazuara në GSM (3G/4G), atëherë mungesa e kostove operative që lidhen me pagesat e rregullta ndaj operatorit për akses në rrjetin celular flet në favor të DSL. Me SHDSL, ne jemi të pavarur nga zona e mbulimit, cilësia dhe besueshmëria e komunikimeve celulare në një objekt industrial, duke përfshirë rezistencën ndaj ndërhyrjeve elektromagnetike. Me SHDSL nuk ka nevojë të konfiguroni pajisje, gjë që përshpejton vënien në punë të objektit. Rrjetet me valë karakterizohen nga vonesa të mëdha në transmetimin e të dhënave dhe vështirësi në transmetimin e të dhënave duke përdorur trafikun multicast (Profinet, Ethernet IP).
Siguria e informacionit flet në favor të SHDSL për shkak të mungesës së nevojës për të transferuar të dhëna përmes Internetit dhe nevojës për të konfiguruar lidhjet VPN për këtë.
SHDSL vs Wi-Fi
Pjesa më e madhe e asaj që është thënë për GSM mund të zbatohet edhe për Wi-Fi industrial. Imuniteti i ulët i zhurmës, distanca e kufizuar e transmetimit të të dhënave, varësia nga topologjia e zonës dhe vonesat në transmetimin e të dhënave flasin kundër Wi-Fi. Pengesa më e rëndësishme është siguria e informacionit të rrjeteve Wi-Fi, sepse çdokush ka akses në mediumin e transmetimit të të dhënave. Me Wi-Fi tashmë është i mundur transmetimi i të dhënave IP të Profinet ose Ethernet, gjë që do të ishte e vështirë me GSM.
SHDSL kundër optikës
Në shumicën dërrmuese të rasteve, optika ka një avantazh të madh ndaj SHDSL, por në një numër aplikimesh SHDSL ju lejon të kurseni kohë dhe para për vendosjen dhe saldimin e kabllove optike, duke reduktuar kohën që duhet për të vënë në punë një objekt. SHDSL nuk kërkon lidhës të veçantë, sepse kablloja e komunikimit është thjesht e lidhur me terminalin e modemit. Për shkak të vetive mekanike të kabllove optike, përdorimi i tyre është i kufizuar në aplikimet që përfshijnë transferimin e informacionit ndërmjet objekteve në lëvizje, ku përçuesit e bakrit janë më të zakonshëm.
Burimi: www.habr.com