DSL является достаточно новой технологией, позволяющей значительно расширить полосу пропускания старых медных телефонных линий, соединяющих телефонные станции с индивидуальными абонентами. По сравнению со своими предшественниками (телефонными модемами, ИКМ - и ISDN-оборудованием, модемами для физических линий и т. п.), xDSL-техника более эффективно использует возможности медной транспортной среды. Любой абонент, пользующийся в настоящий момент обычной телефонной связью, имеет возможность с помощью технологии DSL значительно увеличить скорость своего соединения, например с сетью Интернет. Следует помнить, что для организации линии DSL используются именно существующие телефонные линии; данная технология тем и хороша, что не требует прокладывания дополнительных телефонных кабелей. В результате вы получаете круглосуточный доступ в сеть Интернет с сохранением нормальной работы обычной телефонной связи. Никто из ваших друзей больше не пожалуется, что часами не может к вам прозвониться. Благодаря многообразию технологий DSL пользователь может выбрать подходящую именно ему скорость передачи данных - от 32 Кбит/с до более чем 50 Мбит/с. Данные технологии позволяют также использовать обычную телефонную линию для таких широкополосных систем, как видео по запросу или дистанционное обучение. Современные технологии DSL дают возможность организовать высокоскоростной доступ в Интернет из каждого дома или на каждом предприятии среднего и малого бизнеса, превращая обычные телефонные кабели в высокоскоростные цифровые каналы. Причем скорость передачи данных зависит только от качества и протяженности линий, соединяющих пользователя и провайдера. При этом провайдеры обычно дают возможность пользователю самому выбрать скорость передачи, наиболее соответствующую его индивидуальным потребностям.
Как работает DSL?
Телефонный аппарат, установленный у вас дома или в офисе, соединяется с оборудованием телефонной станции с помощью витой пары медных проводов. Традиционная телефонная связь предназначена для обычных телефонных разговоров с другими абонентами телефонной сети. При этом по сети передаются аналоговые сигналы. Телефонный аппарат воспринимает акустические колебания (являющиеся естественным аналоговым сигналом) и преобразует их в электрический сигнал, амплитуда и частота которого постоянно изменяется. Так как вся работа телефонной сети построена на передаче аналоговых сигналов, проще всего, конечно же, использовать для передачи информации между абонентами или абонентом и провайдером именно такой метод. Именно поэтому вам пришлось прикупить в дополнение к вашему компьютеру еще и модем, который позволяет демодулировать аналоговый сигнал и превратить его в последовательность нулей и единиц цифровой информации, воспринимаемой компьютером.
При передаче аналоговых сигналов используется только небольшая часть полосы пропускания витой пары медных телефонных проводов; при этом максимальная скорость передачи, которая может быть достигнута с помощью обычного модема, составляет около 56 Кбит/с. DSL представляет собой технологию, которая исключает необходимость преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую форму и наоборот. Цифровые данные передаются на ваш компьютер именно как цифровые данные, что позволяет использовать гораздо более широкую полосу частот телефонной линии. При этом существует возможность одновременно использовать и аналоговую телефонную связь, и цифровую высокоскоростную передачу данных по одной и той же линии, разделяя спектры этих сигналов.
Эволюция и история развития
xDSL-технологий
Совсем недавно системы высокоскоростной цифровой передачи по медным абонентским линиям были диковинкой. Прошло всего десятилетие - и уже далеко не всякий специалист по телекоммуникациям уверенно ориентируется в разнообразии их характеристик, поэтому начнем с истории.
ISDN-BA (DSL)
Сокращение DSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия) изначально использовалось по отношению к ISDN-BA (доступ базового уровня цифровой сети связи с интеграцией услуг).
В основе ISDN-BA модемов лежит 4-уровневый линейный код PAM (амплитудно-импульсная модуляция), известный как 2B1Q. Кроме того, в большинстве своем модемы ISDN-BA используют технологию компенсации эхо-сигналов, которая позволяет организовать полностью дуплексную передачу на скорости 160 Кбит/с по одной ненагруженной паре телефонных проводов. Трансиверы ISDN-BA, в которых используется технология эхоподавления, позволяют использовать полосу частот приблизительно от 10 КГц до 100 КГц, а пик спектральной плотности мощности систем DSL, базирующихся на 2B1Q, находится в районе 40 КГц с первым спектральным нулем на частоте 80 КГц.
Системы ISDN-BA выгодно отличаются тем, что могут использоваться на длинных телефонных линиях, и большая часть абонентских линий допускает использование данных систем. Данная технология уже используется в течение значительного времени, и за последние годы было достигнуто значительное улучшение рабочих характеристик трансиверов.
Передача данных по линии DSL обычно осуществляется по двум каналам "В" (каналам передачи информации) со скоростью 64 Кбит/с по каждому, плюс по каналу "D" (служебному каналу), по которому со скоростью 16 Кбит/с передаются сигналы управления и служебная информация, иногда он может использоваться для пакетной передачи данных. Это обеспечивает пользователю возможность доступа со скоростью 128 Кбит/с (плюс передача служебной информации - итого 144 Кбит/с). Дополнительный служебный канал в 16 Кбит/с предоставляется для EOC (встроенного эксплуатационного канала), который предназначен для обмена информацией (например, статистики работы линии передачи данных) между LT (линейным окончанием) и NT (сетевым окончанием). Обычно встроенный эксплуатационный канал недоступен конечному пользователю.
По всему миру было установлено несколько миллионов линий ISDN-BA. Потребность в линиях ISDN значительно увеличилась, так как значительно выросла потребность в высокоскоростном доступе в сеть Интернет.
HDSL/SDSL
HDSL, или технология высокоскоростной цифровой абонентской линии, - это первенец семейства xDSL, разработанный в конце 80-х годов компанией Bellcore (после разделения AT&T - научно-исследовательский центр региональных телефонных компаний США), берет свое начало от стандарта ISDN-BA. Данная технология начала внедряться в американских сетях связи с 1991 года. Оригинальная концепция HDSL была разработана в Северной Америке, разработчики DSL пытались повысить тактовую частоту ISDN, чтобы увидеть, насколько далеко и насколько быстро могут работать системы высокоскоростной передачи данных. Разработка нового метода цифровой передачи была вызвана стремлением телефонных компаний США найти более дешевый способ организации цифровых трактов, служащих для выноса абонентской емкости АТС, подключения к транспортным сетям ЛС и УПАТС.
Прежде для этого использовались линии Т1 (в Европе - Е1, более известные в Узбекистане как системы ИКМ-30), чья технология передачи была создана еще в начале 60-х годов. Применявшийся в этих линиях алгоритм кодирования сигналов AMI (Alternate Mark Inversion) очень неэффективно использовал частотный спектр (до 1,5 МГц), в результате чего в таких линиях происходило сильное затухание сигнала. Для преодоления больших расстояний первый регенератор приходилось устанавливать через 2 км, последующие - через каждый километр. Такие системы дороги не только при установке, но и в ходе эксплуатации.
Кроме того, если в многожильном кабеле две пары выделялись под канал Т1, то обеспечить требуемое качество телефонной связи по остальным парам (а часто - и в соседних кабелях) было невозможно. Телефонным компаниям нередко приходилось отказывать клиентам в организации каналов Т1, требовавшей прокладки нового кабеля (в США не принято это делать за счет заказчика).
Короче говоря, детки Бэлла поручили Bellcore создать более дешевое и эффективное решение. Исследовательская работа привела к удивительному открытию. Оказывается, даже простая 4-уровневая модуляция PAM (амплитудно-импульсная модуляция) позволяет работать на скоростях до 800 Кбит/с при вполне приемлемой длине линии (в США данная зона называется Carrier Serving Area - зона обслуживания оператора). Была снова использована технология компенсации эхо-сигналов, которая позволила организовать двустороннюю передачу данных со скоростью 784 Кбит/с по одной паре проводов, отвечая при этом всем требованиям по расстоянию передачи и запасу по помехоустойчивости, которые должны быть выполнены для предоставления необходимого качества обслуживания.
В результате появилась система, совместимая по основным параметрам с предыдущей. Однако за счет применения другого метода кодирования линии (был использован алгоритм 2B1Q, прошедший испытания в системах ISDN) и передового метода эхокомпенсации HDSL-системы позволили увеличить дальность связи без установки регенераторов (по кабелю с диаметром жилы 0,5 мм) до 6 км, т.е. в три раза. Благодаря этому преимуществу HDSL снизились не только объемы инвестиций в развитие системы связи, но и расходы на ее обслуживание. HDSL обладает и другими ценными особенностями:
• за счет адаптивной цифровой обработки сигналов повышается качество их передачи
• потребление энергии на удаленном конце линии сокращается до такой степени, что становится возможным дистанционное питание оконечного устройства, а при длине линии более 6 км - и регенераторов
• возможна передача по двум или трем парам прямых проводов (типа ТПП) без подбора параметров и симметрирования (естественно, качество кабеля должно соответствовать общепринятым нормам)
• отсутствие потребности в регенераторах на сравнительно больших расстояниях повышает общую надежность системы и ее производительность
• для HDSL-оборудования не требуется отдельная диагностическая аппаратура
• передовая схемотехника обеспечивает высокую устойчивость HDSL-линий к различного рода помехам, в том числе перекрестным. Производители провозглашают безошибочность передачи двоичной информации (BER) на уровне 10-7-10-11, что сопоставимо с показателями оптоволоконных линий, в которых BER составляет 10-10 (соответствует передаче одного ошибочного бита раз в неделю). При BER 10-7 ошибка происходит каждые 6-7 с.
Подобное качество передачи достигается за счет того, что сложные и высокоинтегральные сигнальные процессоры (DSP), применяемые в HDSL-устройствах (как, впрочем, и во всем остальном оборудовании семейства xDSL), все время поддерживают или восстанавливают целостность сигналов. Они создают математическую модель медного провода, благодаря чему компенсируется большинство разрушительных факторов, обусловленных этой транспортной средой. Компенсация происходит постоянно, поэтому с изменением состояния проводов или окружающей среды качество сигнала ухудшается незначительно.
Еще одно преимущество HDSL-устройств - слабое электромагнитное влияние на другие медные пары телефонного кабеля. Например, по заверению представителей НТЦ "Натекс", оборудование HDSL фирмы Schmid Telecom, в котором для передачи дискретных сигналов применяется амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей (CAP), не создающая излучения на частоте свыше 250 КГц, позволяет использовать в многожильном кабеле до 80% пар (как известно, интенсивность перекрестных помех растет с частотой сигнала).
Работа над HDSL-оборудованием продолжалась и после 1991 года. Главное внимание уделялось сокращению требуемых для передачи пар проводов при сохранении повышенной (по сравнению с системами Т1/ИКМ-30) дальности связи без регенераторов. В середине прошлого десятилетия появились системы, получившие наименование Single Line Digital Subscriber Line, или SDSL (оборудование цифровой абонентской линии для одной пары проводов). В этих устройствах, как правило, используются сигнальные процессоры и специальные микросхемы (ASIC), разработанные несколько раньше для устройств асимметричной DSL. В связи со стремлением некоторых производителей и журналистов подчеркнуть симметричный характер новых устройств (передача информации осуществляется в противоположных направлениях с одинаковой скоростью) большое распространение получила и другая расшифровка аббревиатуры SDSL - Symmetrical DSL.
Со временем часть производителей начала обозначать как SDSL и оборудование, по сути таковым не являющееся (поскольку оно не обеспечивает скоростей Т1/Е1 по одной паре проводов). К этой категории относятся устройства CROCUS SDSL, DSLPipe-S и SDSL-плата для сервера доступа MAX-TNT.
Во всем мире оборудование HDSL применяется главным образом для подключения УПАТС к ТфОП, базовых станций (БС) сотовых радиотелефонных сетей к центрам мобильной коммутации, филиалов организаций к центральным офисам, для соединения между собой удаленных ЛС и точек присутствия Internet-провайдеров, а также для организации цифровых абонентских выносов.
ADSL/RADSL/UADSL/VDSL
|
Технология ADSL - второй отпрыск семейства xDSL - разрабатывалась в начале 90-х годов, а появилась в американских телефонных сетях в 1993 году. Первоначально планировалось обеспечить с ее помощью предоставление телефонными компаниями
услуг видео по запросу (своего рода попытка конкурентного ответа операторов местных телефонных сетей операторам кабельного телевизионного вещания (КТВ). Требовалось очень высокое качество передачи, потому что была нужна технология передачи потоков видеоданных с кодировкой MPEG, характеризующейся очень высокой кодировкой и низкой избыточностью, когда даже единичные ошибки оказывают значительное влияние на качество изображения. Это потребовало использования технологий чередования данных и FEC (упреждающая коррекция ошибок), которые никогда не рассматривались по отношению к ISDN-BA или HDSL. Ценой за это послужило увеличение времени ожидания. Именно поэтому ранние системы ADSL имели задержку в 20 м/с по сравнению с ISDN-BA или HDSL, которые не превышали предел в 1,25 м/с. Системы ADSL с самого начала предназначались для потребительского рынка, поэтому они должны были обеспечивать дальность связи на расстоянии до 6 км (абонентская линия такой длины позволяла охватить 80% населения США).
К сожалению, современный уровень развития электроники не дает возможности удовлетворить названные выше требования при симметричной передаче (с одинаковой скоростью в двух направлениях). Однако для предоставления услуги видео по запросу не нужно передавать большие объемы данных в восходящем направлении (от пользователя к АТС). Для этого в ADSL была применена технология FDD (частотное разделение для обеспечения дуплексной связи), которая позволяет выделить одну полосу частот для восходящего потока данных (направление от пользователя в сторону станции), а другую полосу частот - для нисходящего потока данных (от станции в сторону пользователя). Это позволяет расширить используемую полосу частот приблизительно до 1 МГц. В некоторых вариантах ADSL используется технология подавления эхо-сигналов, что позволяет еще лучше использовать доступный спектр частот, перекрывая часть диапазона, занятого нисходящим потоком данных, передачей данных в восходящем направлении.
По расчетам американских ученых, для передачи запросов на показ того или иного фильма, а также команд управления трансляцией вполне хватает полосы пропускания в 16 Кбит/с. В результате первые ADSL-устройства работали "вниз" (в направлении пользователя) со скоростью 6 Мбит/с, а "вверх" - со скоростью 16-64 Кбит/с; при этом связь обеспечивалась приблизительно на требуемые 6 км.
Попытки развернуть службы видео по запросу на базе ADSL, продолжавшиеся в течение двух лет, потерпели коммерческий крах. Наряду с большим количеством выявленных технических проблем свою роль сыграла и цена ADSL-аппаратуры: в то время она стоила 4-5 тыс. дол.
Однако, очень кстати, в 1995 году в Северной Америке начался Internet-бум. Производители ADSL-оборудования (здесь стоит назвать Amati, Aware, PairGain, Performans, Westell и единственную неамериканскую компанию Orckit) сразу разглядели связанные с этим перспективы и бросились разрабатывать ADSL-устройства второго поколения, в первую очередь ориентированные на обслуживание доступа в Internet. Такое оборудование появилось на рынке США уже в 1996 году. Ориентация на удаленный доступ сказалась прежде всего в том, что часть производителей снизила быстродействие в нисходящем направлении до 1,5 Мбит/с, но зато практически все они подняли скорость в восходящем направлении до 640 Кбит/с. Отметим также, что стоимость продуктов снизилась до 2500-1850 дол.
Важной особенностью нового поколения ADSL-устройств стало появление "довеска" к ним - так называемого частотного разделителя (POTS splitter). Это дополнительное устройство (фактически частотный мультиплексор) обеспечивает передачу в нижней части спектра транспортной среды сигнала аналоговой телефонии. Другими словами, подключив к соответствующему гнезду частотного разделителя обычный телефон, можно им воспользоваться даже в тот момент, когда один из членов семьи увлеченно бродит по Интернету.
Операторы не замедлили отозваться на инициативу "производственников". Все региональные телефонные монополисты США (тогда их было шесть), множество больших и малых альтернативных операторов, а также Internet-провайдеры приступили к экспериментам с ADSL. Следует подчеркнуть, что стадное чувство овладело операторами, кормящимися у телефонного провода, еще и потому, что осенью 1996 г. одна за другой начали открываться коммерческие службы доступа в Internet по сетям кабельного телевидения (КТВ). Американские телефонисты испугались, что в более перспективном секторе Internet-рынка - секторе скоростного доступа - для них не останется места.
Проявляя завидную активность в проведении технологических и маркетинговых исследований в области применения ADSL-техники, американские телефонные операторы (как годом раньше - их конкуренты из отрасли КТВ) тем не менее поставили производителям ультиматум: массовое развертывание ADSL-услуг начнется только после появления устройств стоимостью менее 500 дол. Для подтверждения своего твердого намерения развивать ADSL-услуги четыре крупных региональных оператора США, входивших в организацию Joint Procurement Consortium (Ameritech, BellSouth, Pacific Bell и SBC Communications), заключили с компанией Alcatel контракт на поставку в 1997 г. станционного и абонентского ADSL-оборудования на сумму 300 млн. дол. В результате, по данным журнала «tele.com», этим операторам каждое устройство обошлось всего в 300 дол. Следует учитывать, что на момент заключения сделки (начало сентября 1996 г.) на американском рынке цены на ADSL-оборудование при поставках мелкими партиями колебались в районе 1500 дол.
Работа закипела вновь. Производители интегральных схем разработали трансиверы для ADSL-оборудования стоимостью менее 100 дол. К осени 1997 г. (ровно через год после "получения задания") поставщики ADSL-модемов довели их цену до 400-450 дол. (на североамериканском рынке). В начале 1997 года появились устройства RADSL (Rate Adaptive Digital Subscriber Line), которые автоматически изменяют скорость обмена данными в зависимости от текущего состояния линии. Разработка таких устройств была обусловлена результатами первых массовых испытаний ADSL в 1996 г. Выяснилось, что американская медно-кабельная инфраструктура, отметившая свой вековой юбилей, часто не выдерживает напора современных скоростей. При временных ухудшениях параметров телефонных проводов оборудование с фиксированной скоростью прекращало работать. Срочно были созданы устройства, которые при изменении состояния медной среды не отключаются, а понижают скорость передачи; с восстановлением прежних параметров они автоматически переходят на максимально возможную скорость.
Попутно в RADSL-устройствах была решена и другая проблема. Теперь операторы или администраторы корпоративных сетей способны изменять быстродействие модемов в каждом направлении в зависимости от финансовых возможностей и потребностей клиентов (филиалов, работающих дома сотрудников). Например, стесненному в средствах клиенту устанавливается симметричный канал 64 Кбит/с. С ростом его компании клиент может постепенно повышать быстродействие канала, сохраняя сделанные когда-то инвестиции. Иначе говоря, с ростом потребностей ему не надо приобретать новое оборудование.
В последнее время практически все ADSL/RADSL-устройства оснащаются портом Ethernet 10Base-T. Это позволяет использовать на АТС и других узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы. Таким образом, перенаправление DSL-трафика в сети АТМ, frame relay или в каналы E1 не вызывает дополнительных сложностей. На объектах пользователей DSL-модемы легко подключаются к ЛС.
Ряд производителей, например Alcatel, Westell, General DataCom, начал снабжать станционные модемы и DSL-мультиплексоры (DSLAM) интерфейсами АТМ, что позволяет напрямую подключать их к ATM-коммутаторам территориально-распределенных сетей.
Казалось бы, производители выполнили все "заказы" операторов. Но, как известно, аппетит приходит во время еды. В декабре 1997 года крупнейшие американские телефонные операторы, объединившись с ведущими производителями программного и аппаратного обеспечения (Intel, Rockwell, Lucent, Microsoft и Compaq) в консорциум Universal ADSL Working Group (UAWG), выдвинули новый пакет требований. Вот основные из них:
• абонентское устройство должно стоить менее 300 дол., устанавливаться в качестве платы расширения в ПК пользователя, поддерживать спецификации plug-and-play и обеспечивать постоянное соединение с Internet-провайдером или другим поставщиком телекоммуникационных услуг
• частотный разделитель должен являться интегрированной частью оборудования, а не отдельным устройством, которое усложняет и удорожает процесс установки DSL-линии и ее эксплуатацию
• максимальная скорость может не превышать 1,5 Мбит/с
• оборудование должно поддерживать единый стандарт, в качестве которого предложен Universal ADSL (UADSL).
О своей поддержке стандартизации ADSL на перечисленных принципах уже заявили 3Com, Alcatel, Ariel, Aware, British Telecom, Cisco, Ericsson, Globespan Semiconductor, MCI, Netspeed, Nortel, Paradyne, Siemens, Texas Instruments и ряд других компаний. Фирмы Aware и Paradyne даже представили устройства, в которых реализованы требования UADSL. Инициатива получила одобрение и со стороны консорциума ADSL Forum.
Технология VDSL (сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) является результатом естественной эволюции технологии ADSL в сторону увеличения скорости передачи данных и использования еще более широкой полосы частот. Технология VDSL является наиболее высокоскоростной технологией xDSL. Она обеспечивает скорость передачи данных "нисходящего" потока в пределах от 13 до 52 Мбит/с, а скорость передачи данных "восходящего" потока в пределах от 1,5 до 2,3 Мбит/с, причем по одной витой паре телефонных проводов. Технология VDSL рассматривается как экономически эффективная альтернатива прокладыванию волоконно-оптического кабеля до конечного пользователя (абонентов жилого сектора). Такая архитектура известна как FFTC (Fibre to the Cabinet, т.е. волоконно-оптический кабель до шкафа). Однако максимальное расстояние передачи данных для этой технологии составляет от 300 до 1300 метров. Технология VDSL может использоваться с теми же целями, что и ADSL; кроме того, она может использоваться для передачи сигналов телевидения высокой четкости (HDTV), видео по запросу и т.п.
IDSL
В начале 1996 г. крупный американский оператор дальней связи MFS (с прошлого года - подразделение компании WorldCom) обратился к фирме Ascend с предложением возглавить разработку комплекса оборудования для телефонных линий. Он должен был стать более скоростным, по сравнению с адаптерами (CSU/DSU) цифровых коммутируемых линий на 56 Кбит/с, и обеспечить доступ в Internet по выделенной линии с возможностями использования уже имеющейся аппаратуры и последующего наращивания быстродействия.
Выбор партнера был не случайным: известный производитель ISDN-оборудования Ascend является давнишним поставщиком как компании MFS, так и фирмы UUNet (влившегося в MFS за полгода до этого крупного поставщика услуг Internet). У обоих операторов накопилось столько ISDN-аппаратуры, что просто невозможно было отказаться от нее и перейти на более высокотехнологичное оборудование передачи данных семейства xDSL. Руководство MFS надеялось осуществить этот переход малой кровью, поскольку, как мы выяснили выше, технология ISDN является предком xDSL.
В том же 1996 г. многие производители сетевого оборудования включились в разработку xDSL-устройств для АТС и узлов доступа - так называемых DSL-мультиплексоров (Digital Subscriber Loop Access Multiplexer, DSLAM). Как правило, все они пытались создавать новый тип оборудования, не базирующийся на уже выпускаемых коммутаторах, концентраторах или мультиплексорах. Новые устройства предназначались в первую очередь для предоставления еще одной услуги - высокоскоростного доступа с помощью асимметричного цифрового абонентского модема в глобальные и корпоративные сети. В результате первые DSL-мультиплексоры появились только летом прошлого года.
Ascend и MFS пошли другим путем и уже в декабре 1996 г. предложили первое решение. Главные его отличия заключаются в следующем:
• разработка для концентраторов Max-карт ISDN DSL (IDSL), позволяющих направлять трафик от терминальных адаптеров и маршрутизаторов ISDN, минуя телефонные коммутаторы, непосредственно в сети коммутации пакетов или ячеек
• использование в качестве DSL-мультиплексоров серийных многопротокольных серверов доступа семейства Max с соответствующими картами для подключения ADSL- и SDSL-линий
• предоставление пользователям DSL-модемов услуг по маршрутизации, ретрансляции трафика в сети frame relay и защите с помощью интегрированного брандмауэра.
В чем же состоит прелесть IDSL, ведь скорость передачи не увеличивается, оставаясь на прежнем уровне в 128 Кбит/с? Дело в том, что продолжительность ISDN-соединений для доступа в Internet или корпоративные сети, как правило, длиннее телефонных разговоров, на которые, собственно, и рассчитаны телефонные коммутаторы. По данным научно-исследовательского центра Bellcore, доступ в глобальные и корпоративные сети увеличил обычную продолжительность телефонного соединения с 3 до 20 мин, а в отдельных случаях - и больше, вплоть до часа. IDSL освобождает телефонные коммутаторы от несвойственных им функций как раз в то время, когда все громче слышны жалобы на "закупоривание" телефонных сетей трафиком, передаваемым между компьютерами.
Кроме того, преодоление необходимости в установлении жесткого соединения между двумя ISDN-адаптерами позволит, как предполагает ряд экспертов, перейти от повременной оплаты к фиксированной. Это значительно выгоднее для активных пользователей, к которым относятся сотрудники филиалов компаний, надомные работники и увлеченные киберпутешественники. Американские операторы были готовы к ответным шагам в обмен на снижение нагрузки на их телефонные коммутаторы и сети. В частности, MFS после реализации "некоммутируемой ISDN" (так в компании называют IDSL) планировала снизить для представителей делового мира абонентскую плату за ISDN-каналы доступа на 10-15%.
Дополнительным преимуществом решения Ascend является возможность плавного перехода от ISDN ко все более скоростным вариантам xDSL. Используя, например, сервер доступа Max TNT, оператор может начать с предоставления услуг IDSL, а затем постепенно вводить SDSL (плата для Max TNT обеспечивает симметричную связь на скорости 768 Кбит/с) и ADSL (вниз - 6 Мбит/с, вверх - 640 Кбит/с). Семейство новых продуктов Ascend, базирующихся на серверах доступа серии Max, получило название MultiDSL, поскольку оно обеспечивает передачу данных по разным вариантам цифровой абонентской линии, в том числе с модуляцией CAP и DMT (дискретная мультичастотная).
HDSL2/G.shdsl
Всем опытом эксплуатации HDSL доказал свои высокие эксплуатационные характеристики. В подавляющем большинстве случаев монтаж HDSL-оборудования проводится без дополнительного подбора пар или кондиционирования линии. Благодаря этому сегодня около 80% всех линий Е1 подключено с применением HDSL-оборудования. Более того, сам факт появления технологии, которая обеспечила возможность экономичных решений по организации цифровых подключений абонентов, привел к тому, что число таких подключений стало стремительно расти. Иными словами, именно появление HDSL стало своеобразным катализатором развития цифровых сетей.
В свою очередь, развитие цифровых сетей создало спрос на цифровые системы передачи xDSL с другими характеристиками. Так появилась сравнительно низкоскоростная технология IDSL, основными достоинствами которой были работа по одной паре и низкая стоимость, обусловленная применением стандартных компонентов, производимых для абонентского ISDN-оборудования. Так родились скоростные и асимметричные ADSL, VDSL со всеми своими разновидностями, созданные для подключения индивидуальных абонентов жилого сектора по их существующей телефонной линии и без отказа от использования этой линии для аналоговой или цифровой (ISDN BRI) телефонии. Наконец, так были разработаны обеспечившие увеличенную дальность работы разновидности HDSL с другими способами линейного кодирования (CAP) и адаптивные разновидности HDSL с возможностью изменять скорость передачи в линии, подстраивая ее под характеристики линии.
Производители, каждый на свой лад, стали задумываться о реализации вариантов HDSL-систем, которые бы работали по одной паре при полной скорости. Дело в том, что параллельно с развитием xDSL-технологий росло и число используемых ими линий. Из-за этого большинство операторов во всем мире уже сегодня отмечают острую нехватку меди на абонентском участке - почти вся она "съедена" xDSL-линиями. А ведь цифровизация еще не закончена. Где-то к 1996 году появились однопарные варианты HDSL. Но они не могли решить проблему из-за несовместимости с ADSL - спектр сигнала таких систем частично перекрывался со спектром сигнала ADSL от АТС к клиенту.
Первыми забили тревогу операторы США, и уже в начале 1996 года перед комитетом ANSI (T1E1.4) была поставлена задача подобрать для дальнейшего развития технологию, которая при симметричных потоках данных и использовании одной пары позволяла бы обеспечить:
• рабочую дальность не меньшую, чем HDSL
• устойчивость к тем же физическим характеристикам линии, что и HDSL (затухание, взаимное влияние, отражения от неоднородностей и отводов)
• использование для оказания тех же видов услуг, что и HDSL
• надежную и устойчивую передачу на реальных линиях со всеми присущими им дефектами
• "сосуществование" с другими технологиями (HDSL, ISDN, ADSL)
• снижение эксплуатационных затрат по сравнению с HDSL.
Новая технология, появившаяся в результате огромной трехлетней работы, получила название HDSL2. Изначально в качестве основы для реализации HDSL2 рассматривались симметричная передача с эхоподавлением (SEC) и частотное мультиплексирование (FDM), но обе были отклонены из-за присущих им недостатков. Первая имеет серьезные ограничения в условиях помех на ближнем конце, что делает ее неприменимой для массового развертывания. Вторая, хотя и свободна от недостатков первой, но требует использования более широкого спектра и не обеспечивает требований по взаимному влиянию с системами передачи других технологий.
В результате в качестве основы была принята система передачи с перекрывающимся, но несимметричным распределением спектральной плотности сигнала, передаваемого в различных направлениях, использующая 16-уровневую модуляцию PAM (Pulse Amplitude Modulation). Выбранный способ модуляции PAM-16 обеспечивает передачу трех бит полезной информации и дополнительного бита (кодирование для защиты от ошибок) в одном символе. Сама по себе модуляция PAM не несет в себе ничего нового. Хорошо известная 2B1Q - это тоже модуляция PAM, но четырехуровневая. Использование решетчатых (Trellis) кодов, которые за счет введения избыточности передаваемых данных позволили снизить вероятность ошибок, дало выигрыш в 5 dB. Результирующая система получила название TC-PAM (Trellis coded PAM). При декодировании в приемнике используется весьма эффективный алгоритм Витерби (Viterbi). Дополнительный выигрыш получен за счет применения прекодирования Томлинсона (Tomlinson) - искажении сигнала в передатчике на основе знания импульсной характеристики канала. Суммарный выигрыш за счет использования такой достаточно сложной технологии кодирования сигнала составляет до 30% по сравнению с ранее используемыми HDSL/SDSL-системами.
Но все-таки ключевым элементом успеха новой технологии является идея несимметричного распределения спектра, получившего название OPTIS (Overlapped PAM Transmission with Interlocking Spectra) и послужившего основой HDSL2 и, впоследствии, G.shdsl.
В 1998 году инициативу ANSI подхватила и остальная часть мира. В ITU-T началась работа над всемирным стандартом G.shdsl (стандарт G.991.2 утвержден в феврале 2001 г.), европейской версией этого стандарта занимается и ETSI (сейчас он оформлен в виде спецификации TS 101524). Он изначально был ориентирован на системы для мультисервисных сетей с поддержкой передачи разнородного трафика и различных протоколов.
Аналогично HDSL2, в G.shdsl применяется кодирование c 16 уровнями амплитудно-импульсной модуляции (Trellis-Coded Pulse Amplitude Modulation, TC-PAM), несимметричное распределение спектра (Overlapped PAM Transmission with Interlocking Spectra, OPTIS) и полнодуплексная передача с эхоподавлением. По мнению специалистов, кодирование ТС-РАМ, хотя и более сложное в реализации, вобрало в себя лучшие характеристики 2В1Q и CAP. Именно оно позволило решить в G.shdsl накопившиеся проблемы цифровых абонентских линий, получить преимущества по сравнению с HDSL и создать первый международный стандарт на «симметричную DSL»!
В основу G.shdsl были положены основные идеи HDSL2, получившие дальнейшее развитие. Была поставлена задача, используя способы линейного кодирования и технологию модуляции HDSL2, снизить взаимное влияние на соседние линии ADSL при скоростях передачи выше 784 Кбит/с.
С помощью ТС-РАМ дальность связи по сравнению с системами SDSL на базе линейного кода 2B1Q увеличилась на 15-30%, а по сравнению с системами, основанными на коде CAP, - на 10%. Снижение мощности сигнала, сужение его спектра и смещение в сторону низких частот, ставшие возможными благодаря кодированию ТC-PAM, позволяют избежать интерференции со смежными частотами. Как следствие, спектральная плотность сигнала G.shdsl имеет такую форму, которая обеспечивает его почти идеальную спектральную совместимость с сигналами ADSL.
Отмеченные свойства G.shdsl являются чрезвычайно важными для обеспечения устойчивой работы в условиях широкого внедрения xDSL-технологий в будущем. Есть и другие достоинства G.shdsl. По сравнению с двухпарными вариантами, однопарные варианты обеспечивают существенный выигрыш по аппаратным затратам и, соответственно, надежности изделия. Ресурс снижения стоимости составляет до 30% для модемов и до 40% для регенераторов - ведь каждая из пар требует приемопередатчика HDSL, линейных цепей, элементов защиты и т.п.
В целях поддержки клиентов различного уровня в G.shdsl решили предусмотреть возможность выбора скорости в диапазоне 192 Кбит/с - 2320 Кбит/с с инкрементом 8 Кбит/с. За счет расширения набора скоростей передачи оператор может выстроить маркетинговую политику, более точно приближенную к потребностям клиентов. Кроме того, уменьшая скорость, можно добиться увеличения дальности в тех случаях, когда установка регенераторов невозможна. Так, если при максимальной скорости рабочая дальность составляет около 2 км (для провода 0,4 мм), то при минимальной - свыше 6 км. Но это еще не все. В G.shdsl предусмотрена возможность использования для передачи данных одновременно двух пар, что позволяет увеличить предельную скорость передачи до 4624 Кбит/с. Но, главное, можно удвоить максимальную скорость, которую удается получить на реальном кабеле, по которому подключен абонент.
Предлагаемый в Европе и США сервис G.shdsl ориентирован на корпоративных заказчиков в большей степени, чем прочие виды DSL. Симметричные коммуникации необходимы для взаимодействия локальных сетей, удаленного подключения филиалов компаний к центральным серверам, хостинга Web, видеоконференц-связи, VoATM и VoIP, комбинирования в линии DSL нескольких каналов передачи голоса и данных. Обеспечивая симметричные коммуникации