ADSL –технология будущего

  Введение

  Российский  рынок услуг передачи данных в  режиме on-line находится в начальной  стадии своего развития. Основным сдерживающим фактором является несоответствие между  большой себестоимостью услуг и  платежеспособностью потребителей, в результате чего такого рода услуги до настоящего времени могли позволить  себе только средние и крупные  корпоративные пользователи.

  Не  секрет, что для снижения себестоимости  услуг важнейшую роль играет выбор  среды передачи данных именно для  организации "последней мили", то есть линий, по которым помещения  абонентов подключаются к точкам доступа оператора. При построении сети, рассчитанной на массового пользователя, выбор технологии для "последней  мили" становится принципиальным с  точки зрения влияния на тарифы.

  В настоящее время известны и широко используются в городских условиях следующие средства для организации "последней мили": телефонные медные провода; волоконно-оптические кабели; телевизионные кабельные сети; радиоэфир (технология "радио-Ethernet"); каналы спутникового телевидения

  Традиционные  технологии, которые были до настоящего времени разработаны для высокоскоростной передачи данных или доступа в  сеть Интернет, достаточно дороги, причем не только на этапе внедрения, но и  при эксплуатации, в то время как  эффективные с экономической  точки зрения технологии не обеспечивали необходимой пользователям скорости передачи данных. Большинство пользователей  все еще вынуждены применять  для получения доступа в сеть Интернет аналоговые модемы, предназначенные  для использования на телефонных линиях.

  Возможности высокоскоростной передачи данных долгие годы не распространялись на миллионы представителей мелкого бизнеса  и частных абонентов, которые  по понятным экономическим соображениям не могут себе позволить содержать  выделенную оптико-волоконную линию. И  хотя потребность этих групп абонентов в технологиях цифровой передачи постоянно росла и растет, до последнего времени им оставалось полагаться только на те средства передачи данных, которые используют линии телефонной сети общего пользования. Технологии DSL(Цифровая абонентская линия) являются одним из главных средств решения проблем такого рода.

  Медная  абонентская телефонная линия находится  в стадии эволюционного перехода от аналоговой сети, предназначенной  только для обеспечения телефонной связи, к широкополосной цифровой сети, способной обеспечить передачу голоса, высокоскоростную передачу данных, а  также работу других не менее важных коммуникационных служб. Поддержание  работы такой сети требует не только наличия соответствующего современного оборудования, но и совершенно нового подхода к управлению работой  кабельной абонентской телефонной сети.

  Сеть, состоящая из пар витых проводов, которая изначально предназначалась  только для обеспечения телефонной связи между различными абонентами, постепенно превращается в сеть широкополосных каналов, способных поддержать высокоскоростную передачу данных и другие широкополосные телекоммуникационные службы. Разработанная  для аналоговых телефонных линий  технология (аналоговые модемы, предназначенные  для передачи по телефонным линиям) имеет очень ограниченную скорость передачи данных - до 56 Кбит/с. Но, благодаря  использованию на абонентской кабельной  сети современных технологий, разработанных  специально для витых пар проводов, те же самые линии, которые ранее  использовались для традиционной телефонной связи и передачи данных могут  поддерживать экономически эффективную  высокоскоростную передачу данных, при  этом сохраняя возможности одновременного использования абонентских линии  и для традиционной телефонной связи. Новую ступень развития удалось  преодолеть благодаря использованию  технологий DSL.

  Для конечных пользователей технологии DSL обеспечивают высокоскоростное и  надежное соединение между сетями или  с сетью Интернет, а телефонные компании получают возможность исключить  потоки данных из своего коммутационного  оборудования, оставляя его исключительно  для традиционной телефонной связи.

  Обеспечение высокоскоростной передачи данных по медной двухпроводной абонентской  телефонной линии достигается установкой оборудования DSL на абонентском конце  линии и на "конечной остановке" магистральной сети высокоскоростной передачи данных, которая должна находится  на телефонной станции, к которой  подключена данная абонентская линия. Если на абонентской линии с использованием технологии DSL организована высокоскоростная передача данных, информация передается в виде цифровых сигналов в полосе гораздо более высоких частот, чем та, которая обычно используется для традиционной аналоговой телефонной связи. Это позволяет значительно  расширить коммуникационные возможности  существующих витых пар телефонных проводов.

  Использование технологий DSL на абонентской телефонной линии позволило превратить абонентскую  кабельную сеть в часть сети высокоскоростной передачи данных. Телефонные компании получили возможность увеличить  свои прибыли, используя существующую кабельную телефонную сеть для предоставления своим абонентам возможности  высокоскоростной передачи данных по доступной цене. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава  1. ADSL –технология будущего 

          Про эту технологию написано много, если не сказать больше. Но мнения авторов статей настолько различны, что неопытному пользователю тяжело сделать выбор "за" или "против". Одни говорят, что по неумолимой статистике у ADSL нет будущего. Другие - что это революционное решение, с которым уйдут все проблемы. Говоря по - другому, спектр мнений очень велик: от божественного превозношения, до полного презрения. Целью этой статьи является ознакомление читателя с технологией ADSL, не особо углубляясь в технические подробности. Но полезна она будет и опытным пользователям. Надеюсь, она поможет вам, наконец - то, решить стоит ли она вашего внимания или нет [5].

         Аббревиатура ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) расшифровывается как "асимметричная цифровая абонентская линия". Асимметричность ADSL, по сути, подразумевает передачу больших объемов информации к абоненту (видео, массивы данных, программы), и небольших - от абонента (в основном, команды и запросы). Технология ADSL разрабатывалась в начале 90-х годов, в 1993 году она появилась в американских телефонных сетях, а широкое распространение в мире получила в 1998 году.

          Начало семейству технологий xDSL (кроме ADSL в него входят HDSL, IDSL, VDSL и другие разновидности) положила двенадцать лет назад компания Bellcore, ныне Telcordia Technologies. В 1994-95 годах сформировались асимметричные модификации цифровой абонентской линии: ADSL. В последующие пять лет микроэлектронные фирмы разработали чипсеты для ADSL-связи, производители оборудования выпустили модемы, провайдеры - согласились их использовать, тем не менее очевидно, что технология внедряется гораздо медленнее, чем ожидалось.  
         Интересно сравнить прогнозы и реальные цифры. Так, авторитетнейшая исследовательская фирма Dataquest в 1997 году "грозила", что к концу 1999-го число xDSL-линий достигнет 5,8 миллиона (всего в мире насчитывается около 800 млн. телефонных пар). И вот наступил конец того самого года, а линий проложено в 3-5 раз меньше. Причем наибольшие разочарования вызывает именно сектор ADSL, который должен был обеспечить массовый рынок высокоскоростным подключением к Интернету.

          Почему же технология цифровой связи, задействующая неиспользованный потенциал существующих телефонных линий, все-таки пробуксовывает? Причин тому несколько.

          Технология ADSL, обещавшая пользователям мегабитные потоки, к моменту выхода на рынок оказалась в жестком конкурентном окружении. Во-первых, за пару лет аналоговые модемы удвоили пропускную способность (а благодаря тайваньским производителям, еще и подешевели до 40-50 долларов), и сегодня скорость 56 кбит/с более чем удовлетворяет многих Web-серферов. Во-вторых, появились и набрали силу другие методы скоростного доступа в Интернет.

         В США главным конкурентом ADSL в области высокоскоростного доступа в Интернет являются кабельные модемы. Подавляющее большинство (96-98%) американских домов подключено к сетям кабельного телевидения (КТВ). Как следствие, тягаться в популярности с кабельными модемами пока не может никто. Так, к началу 1999 года в США было продано 500 тыс. кабельных модемов, а линий ADSL работало только 39 тысяч. (Для справки: всего доступ к Интернету имеют более 30 млн. американских семей.)

          Понятно, что перспективы ADSL во многом зависят и от производителей компьютеров. Ведь сегодня PC зачастую предлагается с подключением к Интернету (и даже в качестве домашней страницы "прошивается" конкретный портал). В 1998 на выставке "Comdex" фирма Compaq выступила с инициативой Triple Play, предложив широкополосное подключение к Интернету либо через кабельные модемы, либо через ADSL, либо с использованием обычного доступа по коммутируемой линии с турбированием нисходящего трафика через DirecPC. Одновременно Dell выдвинула аналогичную программу ConnectDirect. Обе компании заключили соответствующие договора с крупнейшими телефонными операторами США.  
          Сегодня ПК c ADSL-модемами предлагают такие крупные производители, как Compaq (модемы построены на чипсетах Alcatel Microelectronics и Lucent), Dell (на Lucent и Analog Devices), IBM (на Texas Instruments). Подтолкнет ли сей факт внедрение ADSL?  
          Но не стоит ассоциировать ADSL (равно как и DSL вообще) только с широкополосным доступом в Интернет. Если вспомнить историю, то ADSL изначально создавалась для систем "видео по запросу". Сами системы не прижились, а ADSL получила вторую жизнь только благодаря быстрому развитию Интернета. Так что ADSL - лишь физическая среда для передачи больших потоков информации [5].

          Если ADSL (или ее преемники) все-таки получит распространение, она может оказаться удобной основой мультисервисных сетей. Например, помимо доступа в Интернет, потребителя можно обеспечить дополнительными телефонными линиями (та же SBC обещает своим абонентам вместе с ADSL-услугами до четырех телефонных каналов).  
 
"Дикий Запад стандартизации"

Так назвал один из известных специалистов нынешнее положение дел в сфере xDSL-стандартов. На сегодня не существует единого, утвержденного  Международным телекоммуникационным союзом (ITU) стандарта ADSL, которого бы придерживались производители оборудования. Правда, ITU принял несколько DSL-стандартов: G.Lite, G.dmt и G.hs (G.994). G.dmt - стандарт, определяющий метод модуляции DMT (см. ниже); G.994 - алгоритм "рукопожатия" ADSL-устройств (аналог стандарта V.8 для аналоговых модемов) в потоке 1 кбит/с и рекомендованный для использования во всех видах DSL.

          G.Lite (принятый в этом году) заслуживает особого разговора. Пару лет назад витала идея создания единого стандарта Universal ADSL (UADSL), для чего даже была образована рабочая группа UAWG. Основными требованиями, которые предъявлялись к будущему стандарту, являлась низкая стоимость оборудования, более умеренные скорости (до 1,5 Мбит/с в нисходящем направлении) и возможность отказаться от использования частотных разделителей (splitters). Последние позволяют делить полосу пропускания телефонной линии между обычной телефонией (ТфОП) и сигналом ADSL, что, в свою очередь, дает возможность беспрепятственно пользоваться тем и другим одновременно.

         Принятие стандарта Universal ADSL должно было поставить точку в противоборстве двух алгоритмов модуляции CAP и DMT. CAP (амплитудно-фазовая модуляция с удалением несущей) в ADSL исторически использовалась раньше. DMT (многочастотная модуляция, в G.Lite используется 256 частотных диапазонов шириной по 4 кГц) была запатентована компанией Aware и сегодня все чаще используется в ADSL-оборудовании. DMT имеет ряд преимуществ, например (по крайней мере теоретически) можно освободить первые 4 кГц под канал ТфОП без частотных разделителей. По этой и другим причинам DMT был положен в основу UADSL.

         Не полностью в G.Lite оказалась решенной задача совместного использования ADSL и обычной телефонии. Оказалось, что устройствам G.Lite все равно требуются микрофильтры . В частности, испытания модемов Orckit американским оператором GTE показали, что 81% абонентов теряют скорость при параллельной работе телефона. А двадцати трем процентам абонентов, даже при опущенной трубке, для нормальной связи нужны микрофильтры. В итоге хотя на рынке уже имеются модемы, поддерживающие G.Lite, ни одна американская телефонная компания не стала внедрять их в массовом порядке. Лишь формально такие планы анонсировали Bell South и упомянутая GTE [5].

         Так что станет ли все-таки G.Lite стандартом де-факто - неизвестно. Возможно, со временем задача совместимости ADSL-устройств решится сама собой. Дело в том, что чипсеты для них делает ограниченный круг фирм: Alcatel, Analog Devices, Conexant (бывшая Rockwell Semiconductor), Lucent, Motorola, Orckit (в союзе с Fujitsu), STMicroelectronics, Texas Instruments, ZyXEL и еще несколько менее известных. Вдобавок в конце октября Intel лицензировала у Aware технологию модуляции DMT, а решительность Intel в вопросах стандартизации всем хорошо известна.  
          Эксперты предсказывают, что в ближайшие несколько десятилетий по мере распространения кабельных модемов и волоконно-оптических сетей наилучшим выбором для небольших компаний и домашних пользователей станет технология ADSL.

          ADSL (Asymmetric digital subscriber lines) - это телекоммуникационная технология, которая позволит в будущем передавать данные со скоростью до 8 Мбит/с по обычным телефонным линиям. Она может служить недорогим вариантом построения волоконно-оптических сетей (в целом весьма недешевых) и способна обеспечить более эффективное использование кабельных сетей", - рассказывает Уильям Родни, представитель компании Westell Technologies.

        ADSL способна обеспечить передачу информации на скоростях, достаточных для эффективной работы с данными мультимедиа по существующим линиям с медным кабелем. К тому же, в отличие от кабельных модемов и волоконно-оптических линий, которые прокладываются вне или внутри помещений, применение технологии ADSL позволяет переносить аппаратуру в другое место в случае отказа клиента от дальнейшего использования услуг.

         "Кабельные модемы позволяют принимать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, однако, поскольку линия используется всеми жильцами, быстродействие может катастрофически упасть при одновременном подключении к линии большого количества пользователей, - заметил Фил Скеба, менеджер по стратегическим стандартам в телекоммуникационной компании Ameritech. - Традиционный доступ к сетям ISDN не обеспечивает и половины возможностей, которыми обладают самые низкоскоростные кабельные сети и модемы ADSL".

          "Несмотря на определенные трудности, технология ADSL представляется самым перспективным и жизнеспособным решением для высокоскоростных сетей с широкой полосой пропускания в ближайшие 40 лет, - отметил Максвелл. - Замена линий связи с медными кабелями на волоконно-оптические - это долгий процесс, и я думаю, что он растянется лет на 40-50" [4]. 
 
 
 

Глава 2. Технология ADSL

     Последние годы рост объемов передачи информации привел к тому, что наблюдается  дефицит пропускной способности  каналов доступа к существующим сетям. Если на корпоративных уровнях  эта проблема частично решается (арендой  высокоскоростных каналов передачи), то в квартирном секторе, и в секторе  малого бизнеса эти проблемы существуют.

     На  сегодняшний день основным способом взаимодействия оконечных пользователей  с частными сетями и сетями общего пользования является доступ с использованием телефонной линии и модемов, устройств, обеспечивающих передачу цифровой информации по абонентским аналоговым телефонным линиям. Скорость такой связи невелика, максимальная скорость может достигать 56 Кбит/с. Этого пока хватает для  доступа в Интернет, однако насыщение  страниц графикой и видео, большие  объемы электронной почты и документов в ближайшее время снова поставит вопрос о путях дальнейшего увеличения пропускной способности [4].

     Наиболее  перспективной в настоящее время  является технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Это новая модемная технология, превращающая стандартные абонентские  телефонные аналоговые линии в линии  высокоскоростного доступа. Технология ADSL позволяет передавать информацию к абоненту со скоростью до 6 Мбит/с. В обратном направлении используется скорость до 640 Кбит/с. Это связанно с тем, что все современный  спектр сетевых услуг предполагает весьма незначительную скорость передачи от абонента. Например, для получения  видеофоильмов в формате MPEG-1 необходима полоса пропускания 1,5 Мбит/с. Для служебной  информации передаваемой от абонента, вполне достаточно 64-128 Кбит/с.

Принципы организации  услуги ADSL.

     Услуга ADSL (Рис. 1) организуется с помощью  модема ADSL, и стойки модемов ADSL, называемой DSL Access Module. Практически все DSLAM оснащаются портом Ethernet 10Base-T. Это позволяет  использовать на узлах доступа обычные  концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

     Ряд производителей начали снабжать DSLAM интерфейсами АТМ, что позволяет напрямую подключать их к ATM-коммутаторам территориально-распределенных сетей. Также ряд производителей создают пользовательские модемы, которые  представляют собой ADSL модем, но для  программного обеспечения являются адаптерами ATM [3].

     На  участке между ADSL модемом и DSLAM функционируют  три потока: высокоскоростной поток  к абоненту, двунаправленный служебный  и речевой канал в стандартном  диапазоне частот канала ТЧ (0,3-3,4 Кгц). Частотные разделители (POTS Splitter) выделяют телефонный поток, и направляют его к обычному телефонному аппарату. Такая схема позволяет разговаривать по телефону одновременно с передачей информации и пользоваться телефонной связью в случае неисправности оборудования ADSL. Конструктивно телефонный разделитель представляет собой частотный фильтр, который может быть как интегрирован в модем ADSL, так и быть самостоятельным устройством.

     Согласно  теореме Шеннона, невозможно с помощью модемов достичь скоростей выше 33,6 Кбит/с. В ADSL технологии цифровая информация передается вне диапазона частот стандартного канала ТЧ. Это приведет к тому, что фильтры, установленные на телефонной станции отсекут частоту выше 4 кГц, поэтому необходимо на каждой телефонной станции установить оборудование доступа к территориально-распределенным сетям (коммутатор или маршрутизатор).

     Передача  к абоненту осуществляется на скоростях  от 1,5 до 6,1 Мбит/с, скорость служебного канала составляет от 15 до 640 Кбит/с. Каждый канал может быть разделен на несколько  логических низкоскоростных каналов.

     Скорости, предоставляемые модемами ADSL кратны скоростям цифровых каналов T1, E1. В  минимальной конфигурации передача ведется на скорости 1,5 или 2,0 Мбит/с. В принципе, сегодня существуют устройства, передающие данные со скоростью до 8 Мбит/с, однако в стандартах такая  скорость не определена.

     Скорость  модемов ADSL в зависимости от числа  каналов 

     Максимально возможная скорость линии зависит  от ряда факторов, включающих длину  линии и толщину телефонного  кабеля. Характеристики линии ухудшаются с увеличением его длины и уменьшении сечения провода. В таблице показаны несколько вариантов зависимости скорости от параметров линии [3].

     ADSL-модем  представляет собой устройство, построенное на базе цифрового  сигнального процессора (ЦСП или  DSP), аналогичное применяемому в  обычных модемах (Рис. 2). В общем  случае, вся пропускная способность  линии делится на два участка.  Первый участок предназначен  для передачи голоса, и находится  в диапазоне 0,3-3,4 КГц. Диапазон  сигнала для передачи данных  лежит в пределах от 4 Кгц до 1 Мгц. Физические параметры большинства  линий не позволяют передавать  данные с частотой свыше 1 МГц.  К сожалению не все существующие  телефонные линии (особенно большой  протяженности), имеют даже такие  характеристики, поэтому приходится  уменьшать полосу пропускания,  что влечет за собой уменьшение  скорости передачи.  

     Для создания этих потоков используются два метода: метод с частотным  разделением каналов и метод  эхо компенсации.

     Метод с частотным разделением состоит  в том, что каждому из потоков  выделяется своя полоса пропускания  частот. Высокоскоростной поток может  разделяться на один или более  низкоскоростных потоков. Передача этих потоков осуществляется методом "дискретной многотональной модуляции" (DMT) [3].

     Метод эхо компенсации состоит в  том, что диапазоны высокоскоростного  и служебного потоков накладываются  друг на друга. Разделение потоков осуществляется с помощью дифференциальной системы, встроенной в модем. Этот способ используется в работе современных модемов V.32 и V.34. Высокоскоростной поток может разделяться на один или более низкоскоростных потоков Передача этих потоков осуществляется методом "дискретной многотональной модуляции" (DMT).

     При передаче множества потоков происходит разделение каждого из них на блоки. Каждый блок снабжается кодом исправления  ошибок (ECC).  

Смежные технологии.

     Существует  ряд смежных технологий, одни из которых предназначены для оконечных  пользователей, другие для транзитной передачи высокоскоростных потоков. Принцип  работы их аналогичен ADSL. Общее название таких технологий xDSL.

High Data-Rate Digital Subscriber Line (HDSL)

     HDSL является технологией, обеспечивающей  передачу на скорости 1,536 или 2,048 Мбит/с в обоих направлениях. Протяженность  линии может достигать 3,7 км. Ориентирована  в качестве более дешевой альтернативы  выделенным каналам E1, T1. Требует  четырехпроводной абонентской линии. 

Single-Line Digital Subscriber Line (SDSL)

     Аналогичен HDSL, отличается тем, что для организации  линии достаточно двухпроводной  абонентской линии. Протяженность линии может достигать 3 км.

Very High Data-Rate Digital Subscriber Line (VDSL)

     Аналогична HDSL, скорость до 56 Мбит/с. Расстояние до 1,5 км. Технология весьма дорогая, и  не находит широкого применения.

Rate Adaptive Digital Subscriber Line (RADSL)

     Технология ADSL обладает одним существенным недостатком. Она не позволяет изменять скорость в зависимости от качества линии. В таких модемах выбор скорости, кратной 1,5 или 2 Мбит/с, производится с  помощью программного обеспечения. Оборудование, построенное на базе технологии RADSL позволяет автоматически снижать скорость в зависимости от качества линии.

Universal ADSL (UADSL)

     Технология ADSL обладает рядом мелких недостатков, препятствующих широкому внедрению  технологии на сетях абонентского доступа. Это сложность установки устройств ADSL; они требуют серьезной настройки  на конкретную абонентскую линию (как  правило, с участием технического сотрудника компании - оператора сети), имеют  относительно большую стоимость.

     Не  так давно появились сообщения  о создании новой версии технологии ADSL, которая призвана устранить указанные  недостатки. Ее называют Universal ADSL (UADSL), или DSL Lite. Правда, при использовании  этой технологии данные передаются на более низких скоростях, чем в ADSL (при длине абонентской линии  до 3,5 км скорость составляет 1,5 Мбит/с  в направлении к абоненту и 384 кбит/с - в обратном направлении; при  длине абонентской линии до 5,5 км обеспечиваются 640 кбит/с по направлению  к абоненту и 196 кбит/с - в противоположном). Однако эти устройства легче устанавливать; кроме того, в их составе имеется  частотный разделитель, поэтому  его не приходится устанавливать  отдельно. По существу, достаточно просто подключить UADSL-модем к телефонной розетке, так же как и обычный  модем.

     Стоимость таких устройств не превышает  стоимости обычного модема, поэтому  стоит ожидать, что именно эта  технология найдет широкое применение в аппаратуре доступа оконечных  пользователей [2]. 

Стандарты.

     Американский  Национальный Институт Стандартов (ANSI), рабочая группа T1E1.4 недавно одобрила стандарт на ADSL со скоростью передачи до 6,1 Мбит/с (ANSI Стандарт T1.413). ETSI дополнила этот стандарт требованиями для Европы. T1.413 определяет единый терминальный интерфейс со стороны оператора. Вторая версия этого стандарта, разрабатываемая группой T1E1.4, расширила стандарт, в котором определила: мультиплексированный интерфейс со стороны оператора; протоколы конфигурации и управление сетью.

     ATM Forum определил ADSL как физический уровень протокола передачи, то есть технология ADSL для протоколов ATM высокгого уровня будет выглядить как обычное оборудование ATM [1].