Ethernet ağlarının yaygın kullanımına rağmen, DSL tabanlı iletişim teknolojileri günümüze kadar geçerliliğini korumaktadır. Şimdiye kadar DSL, abone ekipmanlarını İnternet sağlayıcı ağlarına bağlamak için son mil ağlarında bulunabiliyordu ve son zamanlarda teknoloji, DSL'in Ethernet'i tamamlayıcı olarak görev yaptığı endüstriyel uygulamalar gibi yerel ağların yapımında giderek daha fazla kullanılıyor. veya RS-232/422/485'e dayalı saha ağları. Benzer endüstriyel çözümler gelişmiş Avrupa ve Asya ülkelerinde de aktif olarak kullanılmaktadır.
DSL, başlangıçta dijital verilerin telefon hatları üzerinden iletilmesi için tasarlanmış bir standartlar ailesidir. Tarihsel olarak, DIAL UP ve ISDN'nin yerini alan ilk geniş bant İnternet erişim teknolojisi oldu. Şu anda mevcut olan çok çeşitli DSL standartları, birçok şirketin 80'li yıllardan başlayarak kendi teknolojilerini geliştirmeye ve pazarlamaya çalışmasından kaynaklanmaktadır.
Tüm bu gelişmeler iki büyük kategoriye ayrılabilir: asimetrik (ADSL) ve simetrik (SDSL) teknolojiler. Asimetrik, gelen bağlantının hızının giden trafiğin hızından farklı olduğu durumları ifade eder. Simetrik derken, alım ve iletim hızlarının eşit olduğunu kastediyoruz.
En iyi bilinen ve yaygın asimetrik standartlar aslında ADSL (en son sürümde - ADSL2+) ve VDSL (VDSL2), simetrik - HDSL (eski profil) ve SHDSL'dir. Hepsi birbirinden farklı frekanslarda çalışmaları ve fiziksel iletişim hattında farklı kodlama ve modülasyon yöntemleri kullanmaları nedeniyle farklılık göstermektedir. Hata düzeltme yöntemleri de farklılık gösterir ve bu da farklı düzeyde gürültü bağışıklığı sağlar. Sonuç olarak, iletkenin türüne ve kalitesine bağlı olmak üzere, her teknolojinin veri aktarım hızı ve mesafesi açısından kendi sınırları vardır.
Çeşitli DSL standartlarının sınırları
Herhangi bir DSL teknolojisinde kablo uzunluğu arttıkça veri aktarım hızı düşer. Aşırı mesafelerde birkaç yüz kilobitlik hızlar elde etmek mümkündür, ancak 200-300 m'nin üzerinde veri iletirken mümkün olan maksimum hız mevcuttur.
Tüm teknolojiler arasında SHDSL, endüstriyel uygulamalarda kullanılmasını mümkün kılan ciddi bir avantaja sahiptir - yüksek gürültü bağışıklığı ve veri iletimi için her türlü iletkeni kullanma yeteneği. Asimetrik standartlarda durum böyle değildir ve iletişimin kalitesi büyük ölçüde veri iletimi için kullanılan hattın kalitesine bağlıdır. Özellikle bükümlü telefon kablosunun kullanılması tavsiye edilir. Bu durumda ADSL ve VDSL yerine optik kablo kullanmak daha güvenilir bir çözüm olacaktır.
Birbirinden izole edilmiş herhangi bir iletken çifti SHDSL - bakır, alüminyum, çelik vb. için uygundur. İletim ortamı eski elektrik kabloları, eski telefon hatları, dikenli tel çitler vb. olabilir.
SHDSL veri aktarım hızının mesafeye ve iletken türüne bağlılığı
SHDSL için verilen veri aktarım hızı-mesafe ve iletken türü grafiğinden, geniş kesitli iletkenlerin daha büyük mesafelere bilgi aktarmanıza izin verdiğini görebilirsiniz. Teknoloji sayesinde, 20 telli kablo için mümkün olan maksimum 15.3 Mb/s veya 2 telli kablo için 30 Mb'lik maksimum hızda 4 km'ye kadar mesafe boyunca iletişimi düzenlemek mümkündür. Gerçek uygulamalarda iletim hızı, güçlü elektromanyetik girişim veya zayıf hat kalitesi koşullarında gerekli olan manuel olarak ayarlanabilir. Bu durumda iletim mesafesini arttırmak için SHDSL cihazlarının hızının düşürülmesi gerekmektedir. İletkenin mesafesine ve türüne bağlı olarak hızı doğru bir şekilde hesaplamak için aşağıdaki gibi ücretsiz yazılımları kullanabilirsiniz: .
SHDSL neden yüksek gürültü bağışıklığına sahiptir?
SHDSL alıcı-vericisinin çalışma prensibi, uygulama açısından belirli ve bağımsız (değişmez) bir parçanın ayırt edildiği bir blok diyagram biçiminde gösterilebilir. Bağımsız kısım PMD (Fiziksel Ortama Bağımlı) ve PMS-TC (Fiziksel Ortama Özel TC Katmanı) fonksiyonel bloklarından oluşurken, spesifik kısım TPS-TC (İletim Protokolüne Özel TC Katmanı) katmanını ve kullanıcı veri arayüzlerini içerir.
Alıcı-vericiler (STU'lar) arasındaki fiziksel bağlantı, tek bir çift veya birden fazla tek çift kablo olarak mevcut olabilir. Birden fazla kablo çifti olması durumunda STU, tek bir PMS-TC ile ilişkili birden fazla bağımsız PMD içerir.
SHDSL alıcı-vericisinin (STU) işlevsel modeli
TPS-TC modülü, cihazın kullanıldığı uygulamaya (Ethernet, RS-232/422/485 vb.) bağlıdır. Görevi, kullanıcı verilerini SHDSL formatına dönüştürmek, çoğullama/çoğullama çözme işlemlerini gerçekleştirmek ve çeşitli kullanıcı verileri kanallarında zaman ayarlaması yapmaktır.
PMS-TC seviyesinde, SHDSL çerçeveleri oluşturulur ve senkronize edilir, ayrıca karıştırma ve şifre çözme işlemi yapılır.
PMD modülü, iletişim hattında bilgi kodlama/kod çözme, modülasyon/demodülasyon, yankı iptali, parametre anlaşması ve alıcı-vericiler arasında bağlantı kurma işlevlerini yerine getirir. Ayrı bir koda kıyasla sinyalin spektral verimliliğini artıran bir ortak kodlama ve modülasyon mekanizması olan TCPAM kodlaması (analog darbe modülasyonlu Trellis kodlaması) dahil olmak üzere, SHDSL'nin yüksek gürültü bağışıklığını sağlamak için ana işlemler PMD düzeyinde gerçekleştirilir. yöntem. PMD modülünün çalışma prensibi aynı zamanda fonksiyonel bir diyagram şeklinde de gösterilebilir.
PMD Modülü Blok Şeması
TC-PAM, SHDSL verici tarafında yedekli bir bit dizisi üreten evrişimli bir kodlayıcının kullanımına dayanmaktadır. Her saat döngüsünde, kodlayıcı girişine gelen her bit, çıkışta bir çift bit (dibit) olarak atanır. Böylece nispeten az artıklık pahasına iletim gürültüsü bağışıklığı artırılır. Trellis modülasyonunun kullanılması, kullanılan veri iletim bant genişliğini azaltmanıza ve aynı sinyal-gürültü oranını korurken donanımı basitleştirmenize olanak tanır.
Trellis kodlayıcının çalışma prensibi (TC-PAM 16)
Çift bit, giriş biti x2(tn) ve bitler x1(tn-1), x1(tn-1), vb. temel alınarak mantıksal modülo-2 (hariç-veya) toplama işlemiyle oluşturulur. (toplamda en fazla 20 tane olabilir) kodlayıcı girişinde daha önce alınmış ve bellek kayıtlarında saklanmış olarak kalmıştır. Kodlayıcı tn+1'in bir sonraki saat döngüsünde, mantıksal bir işlemi gerçekleştirmek için bellek hücrelerindeki bitler kaydırılacaktır: bit x1(tn) belleğe taşınacak ve orada depolanan bitlerin tüm sırası kaydırılacaktır.
Evrişimsel kodlayıcı algoritması
Toplama işlemi modulo 2 için doğruluk tabloları
Açıklık sağlamak için, evrişimli kodlayıcının durum diyagramını kullanmak uygundur; buradan kodlayıcının tn, tn+1 vb. anlarda hangi durumda olduğunu görebilirsiniz. giriş verilerine bağlıdır. Bu durumda kodlayıcı durumu, giriş biti x1(tn) ile birinci bellek hücresindeki x1(tn-1) bitinin bir değer çifti anlamına gelir. Bir diyagram oluşturmak için, köşelerinde kodlayıcının olası durumlarının bulunduğu ve bir durumdan diğerine geçişlerin ilgili giriş bitleri x1(tn) ve çıkış dibitleri $inline$y ₀y ile gösterildiği bir grafik kullanabilirsiniz. ₁(t ₀)$satır içi$.
Verici evrişimli kodlayıcının durum diyagramı ve geçiş grafiği
Vericide, alınan dört bit (kodlayıcının iki çıkış biti ve iki veri biti) temelinde, her biri analog darbe modülatörünün modülasyon sinyalinin kendi genliğine karşılık gelen bir sembol oluşturulur.
Dört bitlik karakterin değerine bağlı olarak 16 bitlik AIM'nin durumu
Sinyal alıcı tarafında, ters işlem meydana gelir - kodlayıcı x0(tn)'nin gerekli giriş bitleri dizisinin yedek kodundan (çift bitler y1y1(tn)) demodülasyon ve seçim. Bu işlem Viterbi kod çözücüsü tarafından gerçekleştirilir.
Kod çözücü algoritması, tüm olası beklenen kodlayıcı durumları için bir hata ölçüsünün hesaplanmasına dayanır. Hata ölçüsü, alınan bitler ile her olası yol için beklenen bitler arasındaki farkı ifade eder. Alma hatası yoksa, bit farklılığı olmadığından gerçek yol hatası ölçüsü 0 olacaktır. Yanlış yollar için metrik sıfırdan farklı olacak, sürekli artacak ve bir süre sonra kod çözücü hatalı yolu hesaplamayı bırakıp yalnızca doğru yolu bırakacaktır.
Alıcının Viterbi kod çözücüsü tarafından hesaplanan kodlayıcı durum diyagramı
Peki bu algoritma gürültü bağışıklığını nasıl sağlıyor? Alıcının veriyi hatalı olarak aldığını varsayarak kod çözücü, hata ölçüsü 1 olan iki yolu hesaplamaya devam edecektir. Hata ölçüsü 0 olan yol artık mevcut olmayacaktır. Ancak algoritma daha sonra alınan sonraki çift bitlere dayanarak hangi yolun doğru olduğuna dair bir sonuca varacaktır.
İkinci hata oluştuğunda, metrik 2'ye sahip birden fazla yol olacaktır, ancak doğru yol daha sonra maksimum olabilirlik yöntemine (yani minimum metrik) dayalı olarak tanımlanacaktır.
Hatalı veriler alınırken Viterbi kod çözücü tarafından hesaplanan kodlayıcı durum diyagramı
Yukarıda açıklanan durumda, örnek olarak, üç bitlik yararlı bilginin ve bir sembolde hata koruması için ek bir bitin iletilmesini sağlayan 16 bitlik bir sistemin (TC-PAM16) algoritmasını düşündük. TC-PAM16, 192'den 3840 kbps'ye kadar veri hızlarına ulaşır. Bit derinliğini 128'e çıkararak (modern sistemler TC-PAM128 ile çalışır), her sembolde altı bitlik yararlı bilgi iletilir ve ulaşılabilir maksimum hız 5696 kbps ila 15,3 Mbps arasında değişir.
Analog darbe modülasyonunun (PAM) kullanılması, SHDSL'yi gigabit 1000BASE-T (PAM-5), 10 gigabit 10GBASE-T (PAM-16) veya endüstriyel tek çift Ethernet 2020BASE gibi bir dizi popüler Ethernet standardına benzer hale getirir -T10L, 1 için umut verici (PAM-3).
Ethernet ağları üzerinden SHDSL
Yönetilen ve yönetilmeyen SHDSL modemler vardır, ancak bu sınıflandırmanın, örneğin Ethernet anahtarları için mevcut olan, yönetilen ve yönetilmeyen cihazlara yönelik olağan bölünmeyle çok az ortak yanı vardır. Fark, yapılandırma ve izleme araçlarında yatmaktadır. Yönetilen modemler bir web arayüzü aracılığıyla yapılandırılır ve SNMP aracılığıyla teşhis edilebilir; yönetilmeyen modemler ise konsol portu aracılığıyla ek yazılım kullanılarak teşhis edilebilir (Phoenix Contact için bu ücretsiz bir PSI-CONF programı ve mini USB arayüzüdür). Yönetilmeyen modemler, anahtarların aksine, halka topolojisine sahip bir ağda çalışabilir.
Aksi takdirde, yönetilen ve yönetilmeyen modemler, işlevsellik ve Tak ve Çalıştır ilkesiyle, yani herhangi bir ön yapılandırmaya gerek kalmadan çalışma yeteneği de dahil olmak üzere tamamen aynıdır.
Ek olarak modemler, tanılama özelliğine sahip aşırı gerilim koruma fonksiyonlarıyla donatılabilir. SHDSL ağları çok uzun bölümler oluşturabilir ve iletkenler, aşırı gerilimlerin (yıldırım deşarjlarının veya yakındaki kablo hatlarındaki kısa devrelerin neden olduğu indüklenen potansiyel farklar) meydana gelebileceği yerlerde çalışabilir. İndüklenen voltaj kiloamperlik deşarj akımlarının akmasına neden olabilir. Bu nedenle, ekipmanı bu tür olaylardan korumak için SPD'ler, gerektiğinde değiştirilebilen çıkarılabilir bir kart biçiminde modemlerin içine yerleştirilmiştir. SHDSL hattının bağlandığı yer bu kartın terminal bloğudur.
topolojiler
Ethernet üzerinden SHDSL kullanarak herhangi bir topolojiye sahip ağlar oluşturmak mümkündür: noktadan noktaya, çizgi, yıldız ve halka. Aynı zamanda modemin tipine göre bağlantı için hem 2 telli hem de 4 telli iletişim hatlarını kullanabilirsiniz.
SHDSL'ye dayalı Ethernet ağ topolojileri
Birleşik topolojiye sahip dağıtılmış sistemler oluşturmak da mümkündür. Her SHDSL ağ segmentinde 50'ye kadar modem bulunabilir ve teknolojinin fiziksel yetenekleri de dikkate alındığında (modemler arasındaki mesafe 20 km'dir) segment uzunluğu 1000 km'ye ulaşabilir.
Bu tür her bir bölümün başına yönetilen bir modem takılıysa, bölümün bütünlüğü SNMP kullanılarak teşhis edilebilir. Ayrıca yönetilen ve yönetilmeyen modemler VLAN teknolojisini destekler, yani ağı mantıksal alt ağlara bölmenize olanak tanır. Cihazlar aynı zamanda modern otomasyon sistemlerinde kullanılan veri aktarım protokolleri (Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP vb.) ile de çalışabilmektedir.
SHDSL kullanarak iletişim kanallarının rezervasyonu
SHDSL, bir Ethernet ağında çoğunlukla optik olmak üzere yedek iletişim kanalları oluşturmak için kullanılır.
SHDSL ve seri arayüz
Seri arayüze sahip SHDSL modemler, asenkron alıcı-vericilere (UART) dayalı geleneksel kablolu sistemler için mevcut olan mesafe, topoloji ve iletken kalitesi sınırlamalarının üstesinden gelir: RS-232 - 15 m, RS-422 ve RS-485 - 1200 m.
Hem evrensel uygulamalar hem de özel uygulamalar (örneğin Profibus için) için seri arayüzlere (RS-232/422/485) sahip modemler vardır. Bu tür cihazların tümü "yönetilmeyen" kategorisine aittir, bu nedenle özel bir yazılım kullanılarak yapılandırılır ve teşhis edilir.
topolojiler
Seri arayüze sahip ağlarda SHDSL kullanılarak noktadan noktaya, hat ve yıldız topolojilerine sahip ağlar oluşturmak mümkündür. Doğrusal topolojide, 255'e kadar düğümü tek bir ağda birleştirmek mümkündür (Profibus için - 30).
Yalnızca RS-485 cihazları kullanılarak oluşturulan sistemlerde, kullanılan veri aktarım protokolünde herhangi bir kısıtlama yoktur, ancak hat ve yıldız topolojileri RS-232 ve RS-422 için atipiktir, dolayısıyla benzer topolojilere sahip bir SHDSL ağı üzerindeki uç cihazların çalışması yalnızca yarı çift yönlü modda mümkündür. Aynı zamanda, RS-232 ve RS-422'ye sahip sistemlerde, noktadan noktaya ağlarda en sık kullanılan arayüzler için tipik olmayan, cihaz adreslemesinin protokol düzeyinde sağlanması gerekir.
Farklı arayüz türlerine sahip cihazları SHDSL aracılığıyla bağlarken, cihazlar arasında bağlantı (el sıkışma) kurmaya yönelik tek bir mekanizma olmadığı gerçeğini dikkate almak gerekir. Ancak bu durumda da takas düzenlemek mümkündür, bunun için aşağıdaki şartların yerine getirilmesi gerekir:
- iletişim koordinasyonu ve veri aktarım kontrolü, birleşik bir bilgi veri aktarım protokolü düzeyinde gerçekleştirilmelidir;
- tüm uç cihazların, bilgi protokolü tarafından da desteklenmesi gereken yarı çift yönlü modda çalışması gerekir.
Asenkron arayüzler için en yaygın protokol olan Modbus RTU protokolü, açıklanan tüm sınırlamalardan kaçınmanıza ve farklı arayüz türlerine sahip tek bir sistem oluşturmanıza olanak tanır.
SHDSL'ye dayalı seri ağ topolojileri
Ekipmanda iki kablolu RS-485 kullanıldığında Modemleri bir DIN rayı üzerindeki tek bir veri yolu üzerinden birleştirerek daha karmaşık yapılar oluşturabilirsiniz. Birleşik bir ağ oluşturmak için aynı veri yoluna bir güç kaynağı (bu durumda tüm cihazlara veri yolu üzerinden güç verilir) ve PSI-MOS serisinin optik dönüştürücüleri takılabilir. Böyle bir sistemin çalışması için önemli bir koşul, tüm alıcı-vericilerin aynı hızıdır.
RS-485 ağında SHDSL'nin ek özellikleri
Uygulama örnekleri
SHDSL teknolojisi Almanya'daki belediye hizmetlerinde aktif olarak kullanılmaktadır. Şehir kamu hizmetleri sistemlerine hizmet veren 50'den fazla şirket, şehir genelinde dağıtılan nesneleri tek bir ağ ile birbirine bağlamak için eski bakır kabloları kullanıyor. Su, gaz ve enerji tedarikine yönelik kontrol ve muhasebe sistemleri öncelikle SHDSL üzerine kurulmuştur. Bu şehirler arasında Ulm, Magdeburg, Ingolstadt, Bielefeld, Frankfurt an der Oder ve daha birçokları bulunmaktadır.
En büyük SHDSL tabanlı sistem Lübeck şehrinde oluşturuldu. Sistem, optik Ethernet ve SHDSL tabanlı kombine bir yapıya sahip olup, birbirinden uzak 120 nesneyi birbirine bağlar ve 50'den fazla modem kullanır. . Ağın tamamı SNMP kullanılarak teşhis edilir. Kalkhorst'tan Lübeck Havalimanı'na kadar olan en uzun bölüm 39 km uzunluğundadır. Müşteri şirketin SHDSL'yi seçmesinin nedeni, eski bakır kabloların mevcudiyeti göz önüne alındığında, projenin tamamen optik üzerine uygulanmasının ekonomik açıdan uygun olmamasıydı.
Kayma halkası aracılığıyla veri aktarımı
İlginç bir örnek, rüzgar türbinlerinde veya büyük endüstriyel büküm makinelerinde olduğu gibi, hareketli nesneler arasında veri aktarımıdır. Benzer bir sistem, tesislerin rotor ve statorunda bulunan kontrolörler arasında bilgi alışverişi için kullanılır. Bu durumda, verileri iletmek için bir kayar halka üzerinden kayan bir kontak kullanılır. Bunun gibi örnekler, SHDSL üzerinden veri aktarımı için statik kontağa gerek olmadığını göstermektedir.
Diğer teknolojilerle karşılaştırma
SHDSL ve GSM
SHDSL'yi GSM (3G/4G) tabanlı veri iletim sistemleriyle karşılaştırırsak, mobil ağa erişim için operatöre yapılan düzenli ödemelerle ilişkili işletme maliyetlerinin olmaması DSL'in lehine konuşur. SHDSL ile endüstriyel bir tesisteki mobil iletişimin kapsama alanından, kalitesinden ve güvenilirliğinden, elektromanyetik girişime karşı direnç de dahil olmak üzere bağımsız oluyoruz. SHDSL ile ekipmanın yapılandırılmasına gerek kalmaz, bu da tesisin devreye alınmasını hızlandırır. Kablosuz ağlar, veri aktarımında büyük gecikmeler ve çok noktaya yayın trafiği (Profinet, Ethernet IP) kullanılarak veri aktarımındaki zorluklarla karakterize edilir.
Bilgi güvenliği, İnternet üzerinden veri aktarma ihtiyacının olmaması ve bunun için VPN bağlantılarını yapılandırma ihtiyacının olmaması nedeniyle SHDSL lehine konuşuyor.
SHDSL ve Wi-Fi
GSM için söylenenlerin çoğu endüstriyel Wi-Fi'ye de uygulanabilir. Düşük gürültü bağışıklığı, sınırlı veri aktarım mesafesi, alanın topolojisine bağımlılık ve veri aktarımındaki gecikmeler Wi-Fi'ye aykırıdır. En önemli dezavantajı Wi-Fi ağlarının bilgi güvenliğidir, çünkü veri iletim ortamına herkes erişebilir. Wi-Fi ile GSM için zor olan Profinet veya Ethernet IP verilerini iletmek zaten mümkün.
SHDSL ve optik
Çoğu durumda optik, SHDSL'e göre büyük bir avantaja sahiptir, ancak bazı uygulamalarda SHDSL, optik kabloların döşenmesi ve kaynaklanması sırasında zamandan ve paradan tasarruf etmenizi sağlayarak bir tesisin işletmeye alınması için gereken süreyi azaltır. İletişim kablosu modem terminaline kolayca bağlandığından SHDSL özel konektörlere ihtiyaç duymaz. Optik kabloların mekanik özellikleri nedeniyle, bakır iletkenlerin daha yaygın olduğu, hareketli nesneler arasında bilgi aktarımını içeren uygulamalarda kullanımları sınırlıdır.
Kaynak: habr.com