Цифровая абонентская линия - Digital subscriber line

Цифровая абонентская линия ( DSL ; первоначально цифровая абонентская линия ) - это семейство технологий, которые используются для передачи цифровых данных по телефонным линиям . В телекоммуникационном маркетинге термин DSL широко понимается как обозначающий асимметричную цифровую абонентскую линию (ADSL), наиболее часто используемую технологию DSL для доступа в Интернет .

Услуга DSL может предоставляться одновременно с услугой проводной телефонной связи по той же телефонной линии, поскольку DSL использует более высокие полосы частот для передачи данных. На территории клиента DSL-фильтр на каждой розетке, отличной от DSL, блокирует любые высокочастотные помехи, чтобы обеспечить одновременное использование голосовых и DSL-услуг.

Скорость передачи данных потребительских услуг DSL обычно составляет от 256 кбит / с до более 100 Мбит / с в направлении к потребителю ( нисходящий поток ), в зависимости от технологии DSL, состояния линии и реализации уровня обслуживания. Достигнута скорость передачи 1  Гбит / с .

В ADSL пропускная способность данных в восходящем направлении (направлении к поставщику услуг) ниже, отсюда и обозначение асимметричной услуги. В услугах симметричной цифровой абонентской линии (SDSL) скорости передачи данных в нисходящем и восходящем направлениях равны. Исследователи Bell Labs достигли скорости более 1 Гбит / с для услуг симметричного широкополосного доступа с использованием традиционных медных телефонных линий, хотя такие скорости еще не применялись где-либо еще.

История

Первоначально считалось, что невозможно использовать обычную телефонную линию за пределами низких скоростей (обычно ниже 9600 бит / с). В 1950-х годах обычный телефонный кабель с витой парой часто передавал телевизионные сигналы четырех мегагерц (МГц) между студиями, предполагая, что такие линии позволили бы передавать много мегабит в секунду. Одна такая цепь в Соединенном Королевстве пролегала примерно в 10 милях (16 км) между студиями BBC в Ньюкасл-апон-Тайн и передающей станцией Pontop Pike . Однако эти кабели имели и другие дефекты, помимо гауссова шума , что не позволяло использовать такие скорости в полевых условиях. В 1980-е годы были разработаны методы широкополосной связи, которые позволили значительно расширить границы. В 1979 году был подан патент на использование существующих телефонных проводов как для телефонов, так и для терминалов данных, которые были подключены к удаленному компьютеру через систему цифрового носителя данных.

Мотивацией для технологии цифровых абонентских линий была спецификация цифровой сети с интеграцией служб (ISDN), предложенная в 1984 году CCITT (ныне ITU-T ) как часть Рекомендации I.120 , позже повторно использованная как цифровая абонентская линия ISDN (IDSL). Сотрудники Bellcore (теперь Telcordia Technologies ) разработали асимметричную цифровую абонентскую линию (ADSL), разместив широкополосные цифровые сигналы на частотах выше существующего аналогового речевого сигнала основной полосы частот, передаваемого по обычной витой паре между телефонными станциями и клиентами. Патент был подан в 1988 году.

Вклад Джозефа В. Лехлейдера в DSL заключался в его понимании того, что асимметричное расположение обеспечивает более чем удвоенную пропускную способность симметричного DSL. Это позволило поставщикам интернет-услуг предлагать эффективные услуги потребителям, которые извлекли большую пользу из возможности загружать большие объемы данных, но редко нуждались в загрузке сопоставимых объемов. ADSL поддерживает два вида транспорта: быстрый канал и канал с чередованием . Быстрый канал предпочтителен для потоковой передачи мультимедиа , где допускается случайное сбрасывание бита , но задержки менее значительны. Чередующийся канал лучше подходит для передачи файлов, когда доставляемые данные должны быть безошибочными, но задержка (временная задержка), возникающая при повторной передаче пакетов с ошибками, является допустимой.

Ориентированный на потребителя ADSL был разработан для работы на существующих линиях, уже подготовленных для услуг ISDN базового интерфейса . Инженеры разработали средства высокоскоростной DSL, такие как цифровая абонентская линия с высокой скоростью передачи данных (HDSL) и симметричная цифровая абонентская линия (SDSL), для предоставления традиционных услуг цифрового сигнала 1 (DS1) по стандартным медным парам.

Старые стандарты ADSL обеспечивали скоростьМбит / с для потребителя по неэкранированной медной витой паре длиной около 2 км . Новые варианты улучшили эти показатели. Расстояния более 2 км (1,2 мили) значительно уменьшают полосу пропускания, используемую на проводах, тем самым снижая скорость передачи данных. Но расширители шлейфов ADSL увеличивают эти расстояния, повторяя сигнал, позволяя LEC передавать скорости DSL на любое расстояние.

DSL SoC

До конца 1990-х годов стоимость цифровых сигнальных процессоров для DSL была непомерно высокой. Все типы DSL используют очень сложные алгоритмы цифровой обработки сигналов для преодоления ограничений, присущих существующим проводам витой пары . Благодаря развитию технологии очень крупномасштабной интеграции (VLSI) стоимость оборудования, связанного с развертыванием DSL, значительно снизилась. Двумя основными частями оборудования являются мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM) на одном конце и модем DSL на другом конце.

DSL-соединение может быть развернуто по существующему кабелю. Такое развертывание, даже включая оборудование, намного дешевле, чем прокладка нового оптоволоконного кабеля с высокой пропускной способностью по тому же маршруту и ​​на том же расстоянии. Это верно как для вариантов ADSL, так и для SDSL. Коммерческий успех DSL и аналогичных технологий в значительной степени отражает успехи, достигнутые в электронике за десятилетия, которые повысили производительность и снизили затраты, даже если рытье траншей в земле для новых кабелей (медных или оптоволоконных) остается дорогостоящим.

Эти преимущества сделали ADSL лучшим предложением для клиентов, которым требуется доступ к Интернету, чем дозвон по телефонной линии, а также позволяют принимать голосовые вызовы одновременно с подключением для передачи данных. Телефонные компании также были вынуждены перейти на ADSL из-за конкуренции со стороны кабельных компаний, которые используют технологию кабельных модемов DOCSIS для достижения аналогичных скоростей. Спрос на приложения с высокой пропускной способностью, такие как обмен видео и файлами, также способствовал популярности технологии ADSL.

Ранняя услуга DSL требовала выделенного сухого контура , но когда Федеральная комиссия связи США (FCC) потребовала, чтобы действующие местные операторы телефонной связи (ILEC) сдавали свои линии в аренду конкурирующим поставщикам услуг DSL, стал доступен DSL с совместным использованием линий. Это разделение услуг, также известное как DSL через разделенный сетевой элемент , позволяет одному абоненту получать две отдельные услуги от двух разных поставщиков по одной кабельной паре. Оборудование поставщика услуг DSL размещается на той же телефонной станции, что и оборудование ILEC, обеспечивающего уже существующую голосовую услугу клиента. Схема абонента изменена для взаимодействия с оборудованием, поставляемым ILEC, которое объединяет частоту DSL и сигналы POTS на одной медной паре.

К 2012 году некоторые операторы связи в Соединенных Штатах сообщили, что удаленные терминалы DSL с оптоволоконным транзитом заменяют старые системы ADSL.

Операция

Телефоны подключаются к телефонной станции через локальный шлейф , который представляет собой физическую пару проводов. Локальный шлейф изначально предназначался в основном для передачи речи, охватывая диапазон звуковых частот от 300 до 3400 герц ( коммерческая полоса пропускания ). Однако по мере постепенного преобразования магистральных каналов дальней связи из аналоговой в цифровую, идея возможности передавать данные через локальный шлейф (за счет использования частот выше голосового диапазона) утвердилась, что в конечном итоге привело к DSL.

Локальная петля подключения телефонной станции к большинству абонентов имеет возможность проведения частот далеко за пределы 3400 Гц верхний предел POTS . В зависимости от длины и качества шлейфа верхний предел может составлять десятки мегагерц. DSL использует эту неиспользуемую полосу пропускания локального контура, создавая каналы шириной 4312,5 Гц, начиная с 10 и 100 кГц, в зависимости от конфигурации системы. Распределение каналов продолжается до более высоких частот (до 1,1 МГц для ADSL) до тех пор, пока новые каналы не будут признаны непригодными для использования. Каждый канал оценивается на предмет удобства использования во многом так же, как аналоговый модем при подключении POTS. Более используемые каналы означают более доступную полосу пропускания, поэтому важными факторами являются расстояние и качество линии (более высокие частоты, используемые DSL, распространяются только на короткие расстояния).

Затем пул используемых каналов разделяется на две разные полосы частот для восходящего и нисходящего трафика на основе предварительно сконфигурированного соотношения. Такое разделение снижает помехи. После того , как группы каналов были созданы отдельные каналы будут соединены в пару виртуальных каналов, по одному в каждом направлении. Как и аналоговые модемы, приемопередатчики DSL постоянно контролируют качество каждого канала и добавляют или удаляют их из обслуживания в зависимости от того, пригодны ли они к использованию. После того, как восходящие и нисходящие каналы установлены, абонент может подключиться к услуге, такой как интернет-провайдер, или к другим сетевым услугам, например, к корпоративной сети MPLS .

Базовая технология транспортировки через объекты DSL использует модуляцию высокочастотных несущих волн , передачу аналогового сигнала. Схема DSL оканчивается на каждом конце модемом, который модулирует комбинации битов в определенные высокочастотные импульсы для передачи на противоположный модем. Сигналы, полученные от модема на дальнем конце, демодулируются для получения соответствующей битовой комбинации, которую модем передает в цифровой форме на свое сопряженное оборудование, такое как компьютер, маршрутизатор, коммутатор и т. Д.

В отличие от традиционных модемов с коммутируемым доступом, которые модулируют биты в сигналы в основной полосе частот аудиосигнала 300–3400 Гц, модемы DSL модулируют частоты от 4000 Гц до 4 МГц. Такое разделение частотных полос позволяет службе DSL и простой старой телефонной службе (POTS) сосуществовать на одних и тех же кабелях. На стороне абонента на каждом телефоне установлены встроенные фильтры DSL, пропускающие голосовые частоты, но фильтрующие высокочастотные сигналы, которые в противном случае можно было бы услышать как шипение. Кроме того, нелинейные элементы в телефоне в противном случае могут вызвать слышимую интермодуляцию и могут ухудшить работу модема данных в отсутствие этих фильтров нижних частот . Модуляции DSL и RADSL не используют полосу голосовых частот, поэтому фильтры верхних частот включены в схему модемов DSL, отфильтровывающих голосовые частоты.

Модем DSL

Поскольку DSL работает выше предела голоса 3,4 кГц, он не может проходить через нагрузочную катушку , которая представляет собой индуктивную катушку, которая предназначена для противодействия потерям, вызванным шунтирующей емкостью (емкостью между двумя проводами витой пары). Загрузочные катушки обычно устанавливаются через равные промежутки времени в линиях POTS. Голосовое обслуживание не может поддерживаться на определенном расстоянии без таких катушек. Следовательно, некоторые области, которые находятся в пределах досягаемости для услуги DSL, лишены права на участие из-за размещения загрузочной катушки. Из-за этого телефонные компании стараются удалить нагрузочные катушки на медных шлейфах, которые могут работать без них. Более длинные линии, для которых они необходимы, можно заменить оптоволоконным кабелем, ведущим к соседству или узлу ( FTTN ).

Большинство реализаций DSL в жилых домах и малых офисах резервируют низкие частоты для POTS, так что (с подходящими фильтрами и / или разветвителями) существующая голосовая служба продолжает работать независимо от службы DSL. Таким образом, связь на основе POTS, включая факсимильные аппараты и модемы коммутируемого доступа , может совместно использовать провода с DSL. Только один модем DSL может использовать абонентскую линию одновременно. Стандартный способ разрешить нескольким компьютерам совместно использовать DSL-соединение использует маршрутизатор, который устанавливает соединение между DSL-модемом и локальной сетью Ethernet , Powerline или Wi-Fi на территории клиента.

Теоретические основы DSL, как и многих коммуникационных технологий, восходят к основополагающей статье Клода Шеннона 1948 года: «Математическая теория коммуникации» . Как правило, для передачи с более высокой скоростью требуется более широкая полоса частот, хотя отношение скорости передачи к скорости передачи символов и, следовательно, к полосе пропускания не является линейным из-за значительных нововведений в методах цифровой обработки сигналов и цифровой модуляции .

Голый DSL

Голый DSL - это способ предоставления только услуг DSL по локальному шлейфу . Это полезно, когда клиенту не нужна традиционная телефонная голосовая услуга, потому что голосовая услуга предоставляется либо поверх услуг DSL (обычно VoIP ), либо через другую сеть (например, мобильная телефония ). Его также обычно называют несвязанным сетевым элементом (UNE) в США; в Австралии он известен как безусловный местный шлейф (ULL); в Бельгии она известна как «сырая медь», а в Великобритании - как Single Order GEA (SoGEA).

Он начал возвращаться в США в 2004 году, когда его начал предлагать Qwest , за которым последовала Speakeasy . В результате слияния AT&T с SBC и слияния Verizon с MCI эти телефонные компании обязаны предлагать потребителям «голый» DSL.

Типовая установка

Пример DSLAM с 2006 г.

На стороне клиента модем DSL подключен к телефонной линии. Телефонная компания подключает другой конец линии к DSLAM , который концентрирует большое количество отдельных DSL-соединений в одном блоке. DSLAM не может быть расположен слишком далеко от клиента из-за ослабления сигнала между DSLAM и модемом DSL пользователя. Обычно к одному DSLAM подключают несколько жилых блоков.

Схема подключения DSL

На приведенном выше рисунке схематически показано простое соединение DSL (выделено синим цветом). Правая сторона показывает DSLAM, находящийся на телефонной станции телефонной компании. Слева показано оборудование клиента с дополнительным маршрутизатором. Маршрутизатор управляет локальной сетью, которая соединяет ПК и другие локальные устройства. Клиент может выбрать модем, который содержит как маршрутизатор, так и беспроводной доступ. Этот вариант (в пунктирном пузыре) часто упрощает подключение.

Обмен оборудования

На коммутаторе мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM) завершает каналы DSL и объединяет их, где они передаются другим сетевым транспортным средствам. DSLAM завершает все соединения и восстанавливает исходную цифровую информацию. В случае ADSL голосовой компонент также отделяется на этом этапе либо с помощью фильтра, встроенного в DSLAM, либо с помощью специального фильтрующего оборудования, установленного перед ним.

Клиентское оборудование

Схема DSL-модема

Клиентская сторона соединения состоит из модема DSL . Это преобразует данные между цифровыми сигналами, используемыми компьютерами, и аналоговым сигналом напряжения подходящего частотного диапазона, который затем подается на телефонную линию.

В некоторых вариантах DSL (например, HDSL ) модем подключается непосредственно к компьютеру через последовательный интерфейс, используя такие протоколы, как Ethernet или V.35 . В других случаях (особенно ADSL) обычно оборудование клиента интегрируется с функциями более высокого уровня, такими как маршрутизация, межсетевой экран или другое аппаратное и программное обеспечение для конкретных приложений. В этом случае оборудование называется шлюзом.

Большинство технологий DSL требуют установки соответствующих фильтров DSL для отделения сигнала DSL от низкочастотного речевого сигнала. Разделение может происходить либо в точке разграничения , либо с помощью фильтров, установленных на телефонных розетках внутри помещения клиента.

Современные шлюзы DSL часто включают в себя маршрутизацию и другие функции. Система загружается, синхронизирует соединение DSL и, наконец, устанавливает IP-услуги в Интернете и соединение между локальной сетью и поставщиком услуг, используя такие протоколы, как DHCP или PPPoE .

Протоколы и конфигурации

Многие DSL технологии реализовать асинхронный режим передачи (ATM) слой над низкого уровня битового потока слоя для того, чтобы адаптировать ряд различных технологий над той же ссылке.

Реализации DSL могут создавать мостовые или маршрутизируемые сети. В мостовой конфигурации группа компьютеров-подписчиков эффективно соединяется в единую подсеть. Самые ранние реализации использовали DHCP для предоставления сетевых деталей, таких как IP-адрес, абонентскому оборудованию с аутентификацией через MAC-адрес или назначенное имя хоста . Более поздние реализации часто используют протокол Point-to-Point Protocol (PPP) для аутентификации с использованием идентификатора пользователя и пароля, а также для предоставления сведений о сети.

Методы модуляции передачи

Способы передачи зависят от рынка, региона, оператора связи и оборудования.

DSL технологии

Технологии DSL (иногда в совокупности обозначаемые как xDSL ) включают:

Ограничения на длину линии от телефонной станции до абонента налагают серьезные ограничения на скорость передачи данных. Такие технологии, как VDSL, обеспечивают очень высокоскоростные, но малодействующие каналы. VDSL используется как метод предоставления услуг « тройной игры » (обычно реализуемый в оптоволоконных сетях с ограниченными сетевыми архитектурами).

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

  • Теория ADSL - информация об основах и принципах работы ADSL, а также о факторах, влияющих на достижение хорошей синхронизации между вашим модемом и DSLAM .