Вступ

<-На зміст->

5.7 Особливості переходу від АDSL до VDSL

Останні 10-20 років в ТФМЗК швидко поширюються волоконно-оптичні передавальні системи для широковикористовуваних служб ATM/B-ISDN, що стали доступними багатьом домашнім користувачам. Ця тенденція підсилиться в найближчому майбутньому, коли розшириться коло кінцевих пристроїв для таких систем.
Служби потребують усе більшої пропускної здатності, і вони одержать її на основі волоконно-оптичних систем. Ще однією причиною для поширення технології VDSL (високошвидкісна DSL) є доступ "зовнішніх" користувачів до локальних "внутрішніх" мереж.
З огляду на розширення таких мереж перехід до VDSL здається не менш очевидним, ніж перехід від 10 Мбіт/с Ethernet до 100 Мбіт/с і далі до 1 Гбіт/с. Хоча для заміни 10 Мбіт/с Ethernet на 100 Мбіт/с потрібно було не менше десяти років, перехід від ADSL до VDSL буде набагато швидшим.
Швидкості обміну VDSL більше відповідають службам ATM/B-ISDN. Верхня межа для VDSL визначена у 51,84 Мбіт/с (хоча можливі і великі швидкості), що цілком збігається з інтерфейсом ОС-1 SONET мереж ATM. Однак сучасні служби B-ISDN не забезпечують таку швидкість, тому в наш час VDSL використовується скоріше як транспорт SONET при реалізації повномасштабної мережі B-ISDN.
З усього сімейства xDSL тільки ADSL і VDSL служать для реалізації цільових мереж. Немає сенсу перетворювати існуючу систему ADSL у HDSL, SDSL або іншу технологію xDSL, однак перехід від ADSL до VDSL цілком виправданий.
Високошвидкісна цифрова абонентська лінія (VDSL) забезпечує найбільші швидкості вхідного і вихідного потоків серед усіх сучасних технологій DSL. Залежно від відстані вхідний потік має швидкість від 13 до 55 Мбіт/с, а швидкості вихідного потоку починаються від 1,5 Мбіт/с (для ADSL на далекі відстані – це верхня межа) і закінчуються на позначці 26 Мбіт/с. Деякі варіанти VDSL симетричні. У сучасних схемах VDSL кодування виконується методом мультиплексування з поділом за частотами (FDM, frequency division multiplexing), але іноді потрібне лунопридушення, особливо для симетричних режимів на високих швидкостях.
На рис. 5.11 показана базова архітектура VDSL. За одним винятком вона схожа на архітектуру ADSL. Якщо замінити оптичний мережевий пристрій (ONU, optical network unit) на простий пристрій DLC (носій цифрової лінії), подана архітектура стає одним з варіантів ADSL, розглянутих вище. Однак ONU має ширші можливості, ніж DLC, і допускає використання для пересилання даних волоконно-оптичний кабель до місцевої станції. Така схема "підводить" волоконну оптику до будинку ближче, ніж будь-яка інша архітектура. Волоконно-оптичний зв’язок має структуру кільця, тому ONU потенційно може стати NGDLC, однак ми не будемо розглядати ONU як функціональний аналог NGDLC. Присутність розподільників пов’язана з підтримкою існуючих аналогових телефонів у системах ONU/DLC, хоча при переході на цифрові методи обміну в цьому немає необхідності.

Рисунок 5.11 – Архітектура VDSL

Технологія VDSL припускає, що локальні лінії на мідних кручених парах, які ведуть до споживачів, поступово будуть замінятися на волоконно-оптичні кабелі. В наш час уже близько 15% ліній припускають наявність DLC, і згодом їхня частка буде збільшуватися за рахунок систем на основі волоконної оптики, що пов’язано зі зменшенням вартості оптичних кабелів і з появою по всій країні компактних житлових комплексів. Сучасні правила CSA обмежують довжину локальної лінії і використані для неї номери мідних кабелів, що не дозволяє застосовувати системи на кручених парах далі, ніж на кілька кілометрів від місцевої станції. У VDSL можна буде застосувати мідні кабелі довжиною 1,4 км із подальшим їх продовженням волоконно-оптичними системами.
VDSL передбачається використовувати приблизно в тих самих цілях, що й АDSL. Сформовані служби будуть, найімовірніше, містити в собі мультимедіа і відео, наприклад, телемовлення. Високі швидкості обміну будуть поєднуватись з методами ущільнення інформації, яким відведена важлива роль у специфікації VDSL. Технологія VDSL дозволить повністю для всіх абонентів одночасно вирішити проблеми із широкосмуговими службами.
Крім того, ця технологія призначена для споживчих мереж домашніх користувачів і малих офісів. Тенденція "розмивання" міських конгломератів на великі за територією приміські зони ставить безліч екологічних проблем. Одна з них пов’язана з тим, що людям потрібно добиратися до своїх робочих місць. Можливо технологія VDSL дозволить багатьом співробітникам працювати вдома.
У будь-якому випадку VDSL призначена для мереж наступного десятиліття і буде особливо актуальною для країн з погано розвинутою, порівняно з США, інфраструктурою на мідних кабелях.
Технологія VDSL дозволяє використовувати всі переваги сучасних волоконно-оптичних систем з виграшем пари і задовольняти потреби в зростанні величини смуги пропускання для домашніх систем, припускаючи транспортування комірок ATM як уніфікований метод пересилання даних по змішаних носіях. Єдина система має закінчену архітектуру, коли кожна частина є невід’ємною складовою всієї системи. Однак кожний з компонентів може призводити до зниження характеристик системи.
На перший погляд найслабшою частиною буде режим асинхронного передавання (ATM). Технологія ATM займає обмежений сектор ринку. Тому популяризація ATM через VDSL може здатися помилкою. Однак VDSL забезпечує набагато більше можливих режимів роботи.
Документація VDSL визначає п’ять основних транспортних режимів на базі архітектури мідних пар/волоконної оптики. Більшість з них є аналогами відповідних режимів ADSL (див. рис. 5.12). Найпростіший варіант VDSL заснований на синхронному режимі передавання (STM, synchronous transfer mode) або, як його часто іменують, мультиплексуванні з поділом за часом (TDM). Це той самий бітовий конвеєр, що й у синхронному режимі роботи ADSL. Для потоку бітів в обох напрямках виділяється фіксований по смузі пропускання канал на увесь час обміну даними.
У VDSL підтримується і пакетний режим взаємодії. У цьому випадку всі бітові потоки від різних служб і пристроїв створюються за індивідуальними адресами пакетів, що мають змінну довжину. Усі пакети передаються по єдиному каналу з максимальною смугою пропускання. Пакети можуть відповідати IP-протоколу, хоча це і не обумовлено в специфікації VDSL. У VDSL режимі ATM реалізується трьома різними способами. Цей режим подібний до обміну пакетами, у тому сенсі, що кожен окремий бітовий блок має індивідуальну адресу і передається лінією, не розділеною на канали, хоча такі пакети (точніше, комірки) мають набагато менший розмір і фіксовану довжину порівняно з дійсними пакетами. ATM дозволяє одержати доступ до мережевих служб у комбінації з STM і пакетним режимом VDSL. За характеристиками VDSL служить транспортом для пересилання інформації між кінцевим пристроями ATM.
VDSL дає можливість використовувати ATM на стороні служб через ONU і STM (тобто в режимі TDM), оскільки провайдери більш підготовлені до реалізації комутаторів і серверів ATM, ніж звичайні користувачі.

Рисунок 5.12 – Транспортні режими

У цьому випадку ATM стане ідеальним рішенням для об’єднання телефонних розмов, відео і даних, a ONU візьме на себе турботу про взаємне перетворення інформації. Розглянемо комбінацію служб ATM і ONU з пакетним режимом обміну по локальній лінії, що дозволить застосовувати поширені пакети IP для більшості типів розподільних мереж.
Відзначимо, що багато реалізацій перших експериментальних систем VDSL застосовують режим ATM між кінцевими пристроями, хоча це і здається трохи дивним. Однак при розширенні кількості служб і типів трафіку використання ATM втратить всякий зміст як технічний, так і економічний, оскільки VDSL призначається саме для об’єднання різних типів даних.
Технологія ADSL призначається для областей, де велика частина локальних ліній подана однаковими парами мідних провідників, що з’єднують територію споживача з місцевою станцією. 15% (і до 45% у найближчому майбутньому) локальних ліній використовують різні форми підвідних систем, у тому числі і DSL. Частина лінії з виграшем пари на DLC реалізована на волоконно-оптичному кабелі. Це SONET, але необов’язково за кільцевою схемою. На рис. 5.13 показані швидкості і відстані для локальних ліній VDSL і ADSL.
Реалізація VDSL починається там, де закінчуються можливості ADSL. Ha рис. 5.13 порівнюються швидкості і відстані технологій ADSL і VDSL. Відзначимо, що VDSL може використовуватися в поєднанні з ADSL залежно від довжини ділянки на мідній парі. Визначено різні стандартні з’єднання VDSL і ADSL, що дозволяють забезпечити доступ практично до будь-яких додатків для персональних комп’ютерів, включаючи інтерактивне телебачення (у деяких випадках).

Рисунок 5.13 – Перехід від АDSL до VDSL

Технологія VDSL розширює можливості ADSL. Однак системи ADSL можуть працювати в широкому динамічному діапазоні і забезпечують більш загальні можливості при більш контрольованих характеристиках. Пристрої VDSL повинні бути дешевші пристроїв ADSL і споживати менше енергії, а в споживчих пристроях VDSL повинні бути реалізовані на фізичному рівні окремі форми керування доступом до носія (MAC, media access control) для мультиплексування вихідного потоку.
Ключовим моментом для будь-якої технології xDSL, від HDSL2 до ADSL, є кодування сигналів. Для VDSL припустимі чотири методи кодування.

Амплітудно-фазова модуляція без несучої (САР). Цей метод відповідає заглушенню несучої в QAM для ADSL, але адаптований до VDSL. Для пасивних NID метод САР використовує квадратурний фазовий зсув (QPSK) у вихідному потоці й одну з форм TDMA для мультиплексування. Реально САР не забороняє застосування FDM для мультиплексування вихідного потоку, але більший зміст має метод TDMA.
Дискретне тонове кодування (DMT). Подібно до систем ADSL, DMT у середовищі з декількома носіями і з застосуванням дискретного перетворення Фур’є (не більш ніж наближення до DCT) дозволяє створювати і демодулювати окремі носії. У пасивних NID з DMT застосовується FDM для мультиплексування вихідного потоку, хоча, на відміну від CAP, DMT не обмежується тільки TDMA.
Дискретне багатотонове вейвлет-кодування (DWMT, discrete wavelet multitone). Це одна з форм систем з декількома несучими, що використовує перетворення вейвлетів для створення і демодулювання окремих носіїв. Як і DMT, кодування DWMT буде використовувати FDM для вихідного потоку, але дозволено і мультиплексування TDMA.
Просте кодування лінії (SLC). Це один з видів чотирирівневого несучого сигналу. У приймачах SLC виконується фільтрація основного сигналу і відновлення його вихідної форми. У пасивних NID кодування SLC, можливо, буде використовувати TDMA для вихідного потоку (як у САР), хоча припустиме застосування FDM.

У наведеному списку перераховані передбачувані для VDSL методи кодування. На сьогоднішній день уже специфіковані застосування в VDSL методів DWMT і SLC, а відносно DMT і САР/QAM продовжуються суперечки.
Очікується використання в перших реалізаціях VDSL методу FDM для поділу вхідного і вихідного потоків, так само як і для відділення цих потоків від аналогових телефонних сигналів і ISDN, якщо вони будуть підтримуватися. Безсумнівне застосування заглушення луносигналу в системах із симетричним співвідношенням швидкостей. Для створення простих і ефективних аналогових розподільників потрібно вибирати між інформаційними каналами VDSL-сервісу й аналоговими телефонами при передаванні на великі відстані.
Метод FEC у VDSL використовує той самий тип перекриття для корекції імпульсних перешкод, що й у ADSL. Хоча структура корекції помилок подібна до специфікації Т1.413 для ADSL, виникає питання, чи будуть надлишкові дані FEC (близько 8%) передаватися в інформаційному потоці або цілком виділятися в окремий перевірний сигнал. У першому випадку скорочується корисне навантаження, але зберігається стандартний спосіб обробки сигналу. В другому варіанті зберігається корисне навантаження, але дещо скорочується продуктивність у точці приймання сигналу. Як ми уже відзначали, у VDSL FEC виділений з основного сигналу в спеціальну частину суперкадру.
Технологія VDSL ще не досягла зрілості ADSL і знаходиться в стані вироблення специфікацій. Існує ще дуже мало попередніх продуктів VDSL. Потрібно проробити велику роботу для підготовки локальних ліній, оцінювання перешкод, удосконалення технології мультиплексування і щодо інших аспектів VDSL для встановлення єдиних стандартів. Найважливішим питанням залишається оцінювання відстані, на якій VDSL буде стійко функціонувати при заданих швидкостях обміну. На нових технологіях, подібних до VDSL, сильно позначається недолік знань про роботу реальних локальних ліній на швидкостях VDSL. Більш того, навіть невеликих рівнобіжних відводів або незадіяних відгалужень, що ніяк не позначаються на функціонуванні аналогового телефону, ISDN або ADSL, буде цілком достатньо для повного припинення операцій у VDSL.

Контрольні запитання

Пояснити архітектуру технології ADSL.
Навести характеристики технології ADSL.
Які основні компоненти мережі ADSL?
Які методи кодування можна використовувати в ADSL та їх характеристика.
Пояснити природу виникнення зворотного сигналу та методи його усунення.
Дати характеристику дискретного багатотонового кодування типу DMT з точки зору його використання в мережах абонентського доступу.
Пояснити структуру кадру ADSL.
Навести можливі мережеві архітектури ADSL та дати їх порівняльну характеристику.
Пояснити використання ADSL для TCP/IP.
Навести структурну схему VDSL та пояснити принцип її функціонування.
Обгрунтувати необхідність використання волоконно-оптичних ліній зв’язку в архітектурі VDSL.
Виконати вибір швидкостей доступу до різних джерел інформації за допомогою технології ADSL.
Дати означення луносигналу.
Вказати методи нейтралізації дії луносигналу.
Яка природа виникнення перехідних завад при передаванні цифрових сигналів?
У яких випадках доцільно використовувати лунопридушення?
Дати порівняльну характеристику методів кодування CAP i DMT при їх використанні у мережах абонентського доступу.