Подключение по технологии xDSL

Группа технологий под общим названием Digital Subscriber Line (или Loop) — «цифровая абонентская линия», сокращенно именуемая xDSL, в большинстве своем имеет очень отдаленное отношение к цифровой передаче данных и к выделенным линиям. В основу технологии DSL положен тот факт, что провод от телефонной станции к абоненту способен нести сигналы не только в диапазоне частот 0—4 кГц, используемом для телефонной связи (POTS — «обычный телефон»), но и в значительно более высоком — до 1, 2, 4 и даже 12 МГц. Для передачи информации можно использовать специальный аналоговый модем, отличающийся от обычного V.34/V.90 лишь частотным диапазоном и модуляцией (способом представления информации в виде набора синусоидальных сигналов). Расположив аппаратуру провайдера на АТС, можно обеспечить индивидуальное высокоскоростное подключение пользователей без необходимости создания дополнительной инфраструктуры. То есть для подключения достаточно уже имеющейся у абонента телефонной линии, арендовать дополнительный канал не требуется. Хотя телефонным компаниям выгоднее торговать дорогостоящими выделенными линиями, на рынке домашнего Интернета успех может иметь только максимально доступная технология.

Существующие телефонные линии просты, неприхотливы и в то же время очень надежны: поломки, с которыми сталкивается абонент за всю жизнь, можно пересчитать по пальцам. Активное оборудование, за исключением промежуточных повторителей сигнала, располагается в охраняемых помещениях: на АТС и в квартире пользователя. Поэтому проблема хищения техники не стоит так остро, как для домовых сетей, а устранение неполадок требует минимума времени и усилий.

Разумеется, есть и свои недостатки. Если отдельная пара телефонных проводов представляет собой неплохую среду передачи, то несколько десятков таких проводов, уложенных вместе в одном телефонном кабеле, создают сильные перекрестные наводки, что снижает качество сигнала, а следовательно, и скорость передачи. На скорость влияет также тот факт, что высокие частоты сильнее затухают с увеличением расстояния, т.е. номинальная скорость достигается либо только в непосредственной близости от АТС (до 500 м) либо в пределах определенного расстояния, своего для каждой технологии. Высокочастотный сигнал может блокироваться различными фильтрами для увеличения дальности связи, подавления помех и эха. Работа DSL иногда невозможна на спаренной телефонной линии, на одной линии вместе с охранной сигнализацией и другими специфическими устройствами.

Полной независимости между обычными телефонными сигналами и сигналами DSL использование высоких частот не дает. Необходимы еще частотные разделители («сплиттеры»), которые из одного общего сигнала в линии выделяют низкие частоты и подают их только на телефонную аппаратуру, а высокие — только на DSL-модем. На стороне АТС в составе оборудования доступа «сплиттеры» присутствуют всегда. На стороне абонента, если самостоятельная установка разделителя ему не по силам, можно обойтись и без него, чтобы не прибегать к помощи монтеров, но это ограничит максимальную скорость (см. ADSL Lite).

Сложность распространения технологий DSL объясняется той же причиной, что и легкость развертывания, — необходимо арендовать площадь на телефонной станции. Во-первых, не так-то просто провайдеру договориться о самом факте установки своего оборудования на АТС — а ведь оно должно стоять на всех станциях, чьим абонентам планируется предоставление доступа в Интернет. Во-вторых, стоимость аренды может быть столь высокой, что для окупаемости потребуется либо очень много обеспеченных клиентов, либо много очень обеспеченных. Поэтому производители точек доступа (DSLAM — мультиплексоров DSL) постоянно увеличивают концентрацию портов на один мультиплексор и разрабатывают технологии выноса части оборудования за пределы телефонной станции.

Соединение DSL является постоянным, т.е. устанавливается модемом сразу после включения и не разрывается. Однако, в зависимости от тарифной политики провайдера, соединение может принудительно сбрасываться, например, каждые 24 часа.

ADSL

Asymmetric DSL называется асимметричным потому, что скорость передачи данных из Интернета к клиенту и от клиента в Интернет не одинаковая. Технически это обусловлено тем, что повышение скорости совмещено с повышением мощности сигнала, а мощный сигнал от абонента к АТС приводит к возникновению дополнительных наводок. К тому же одновременная передача данных в обоих направлениях (дуплекс) реализуется в DSL, как правило, с помощью частотного разделения: в одну сторону сигнал передается, например, на низких частотах, в другую — на высоких. Скорость передачи зависит от ширины частотного диапазона, выбранного для данного направления. Но так как ширина всего канала ограничена частотами 26 кГц снизу и 1,1 МГц сверху, приходится выбирать, в каком направлении скорость приоритетнее. Большинство пользователей лишь потребляет данные из Интернета, отправляя туда небольшие по размеру запросы. Соответственно высокая скорость из Интернета к типичному клиенту (нисходящий поток сигналов) намного важнее, чем в обратном направлении (восходящий поток). Вот здесь асимметричное подключение и оказывается оптимальным вариантом. Впрочем, возможно и изменение скоростных соотношений в обратную сторону, чтобы абонент мог транслировать больше информации, чем получать. Но это ведет к ухудшению спектральной совместимости с традиционными подключениями в том же телефонном кабеле и увеличению наводок между линиями, а значит, к снижению скорости и дальности.

В первых версиях ADSL использовались два частотных канала: 30—138 кГц для передачи данных от клиента и 138—1104 кГц для приема. Для кодирования сигналов применялась амплитудно-фазовая модуляция с подавленной несущей частотой (по-английски CAP), являющаяся разновидностью квадратурной модуляции QAM (рис. 1, а). После 2001 г. в новом оборудовании доступа эта технология не поддерживается, но оборудование для нее вполне могло кое-где сохраниться. Не забудьте уточнить у провайдера, какой именно модем вам потребуется. В новом стандарте ITU-T G.992.1 для представления сигналов используется многоканальное кодирование — DMT (рис. 1, б). Частотный диапазон разбивается на 256 каналов шириной по 4312,5 Гц, из которых нижние семь не используются и еще два являются служебными. В каждом канале постоянно анализируется качество сигнала, на основании чего выбирается информационная емкость этого канала (число бит, передаваемых за один такт) либо канал игнорируется, если он сильно зашумлен или ослаблен. За счет того что тактовая частота в каждом канале составляет всего 4 кГц, технология DMT нечувствительна к переотражениям сигнала, возникающим из-за неоднородности проводов.

Рис. 1. Частотный спектр сигналов ADSL с различными видами кодирования

Для кодирования сигнала в каждом канале используется та же квадратурная модуляция, что и прежде. Разница в том, что если для одноканальной модуляции (SCM) скорость потока и ширина спектра выбирались для всего потока в целом, то в случае с DMT то же самое происходит для каждого канала в отдельности, а вместо аналогового шумоподавления используется преимущественно цифровое. Таким образом, в любой ситуации обеспечивается максимально возможная скорость. Обратите внимание: модем старается достичь высокой скорости, но никаких конкретных значений не гарантируется. Этим технология ADSL отличается от менее скоростных, но более предсказуемых видов DSL, например HDSL.

В идеале, когда задействованы все 256 каналов, скорость должна достигать 15,36 Мбит/с. Реально же можно рассчитывать на скорость от 64 кбит/с до 8 Мбит/с по направлению к абоненту и на 16—768 кбит/с — от абонента. Значение скорости зависит от длины кабеля и его текущего состояния. Рассчитывать на высокую скорость можно на расстоянии до 1,5 км от АТС. Предельными считаются 5—6 км, но ухудшение качества сигнала при таком удалении уже настолько велико, что скорость загрузки окажется в пределах 128—512 кбит/с. Однако даже при высокой скорости на сравнительно небольшом расстоянии время задержки данных на одном только участке между абонентом и АТС может составлять 15—30 мс — таковы издержки на обработку сигналов.

Рис. 2. Абонентские устройства ADSL внешнего и внутреннего исполнения

Обычно DSL-модемы, называемые также CPE («абонентское устройство»), выполняются в виде внешних устройств с интерфейсом USB или Ethernet, но существуют варианты и в виде плат расширения (рис. 2). Модели USB и PCI дешевле (от 30 долл.), но требуют подключения непосредственно к компьютеру, установки на него драйверов для соответствующей операционной системы, настройки на данном компьютере. Модели Ethernet дороже (от 50 долл.), требуют наличия сетевой карты, но не зависят от используемых ПК: не нужны специфичные драйверы, все настройки хранятся в самом модеме, можно легко предоставить доступ в Интернет нескольким пользователям, просто подключив модем к небольшому коммутатору, а зачастую такой коммутатор уже встроен в модем. Считается, что модемы с интерфейсом Ethernet обеспечивают чуть меньшее время задержки, выигрыш может составить до 5 мс по сравнению с USB-версией. Для работы на линии с установленной охранной сигнализацией требуются специальные модемы с пометкой «Annex B», представляющие собой видоизмененные версии обычных моделей Annex A с разницей в цене 10—30 долл.

ADSL Lite

Чтобы максимально упростить и удешевить процедуру подключения, стандарт ADSL предусматривает коммутацию пользовательского модема напрямую к линии, без частотного разделителя. Это избавляет от необходимости выезда квалифицированного специалиста на дом к заказчику.

Стандарт ITU-T G.992.2, для краткости называемый G.Lite, вместо 256 каналов использует только нижние 128 (минус зарезервированные) и, из-за худшего соотношения сигнал—шум, вместо 15 бит за такт на каждом канале передает только 8 бит. Таким образом, максимальная скорость к абоненту в 4 раза ниже, а от него — в 2 раза. Впрочем, многим пользователям достаточно и этого: нисходящий поток 64—1536 кбит/с и восходящий 16—384 кбит/с. Зачастую серверы в Интернете не способны передавать данные даже на такой скорости.

Отличительной особенностью G.Lite является снижение мощности передатчика и отказ от использования низкочастотных каналов при поднятии телефонной трубки, чтобы уменьшить вероятность возникновения помех для голосовой связи. В обычном ADSL этого просто-напросто не требуется, так как частоты телефона и модема полностью разделены «сплиттером».

Полноскоростные ADSL-модемы также поддерживают G.Lite. Встречаются и модемы «G.Lite only», но, во-первых, они далеко не всегда дешевле, а во-вторых, если вы впоследствии решите перейти на более дорогой тариф, может потребоваться покупка нового модема. Так что останавливать свой выбор на низкоскоростном модеме имеет смысл, только если провайдер предоставляет его бесплатно или на льготных условиях. Или если такой модем встроен в системную плату компьютера (ноутбука) — говорят, в недалеком будущем модемы G.Lite будут интегрироваться в нее вместо привычных V.34/V.90.

ADSL2 и ADSL2 Lite

Стандарт ITU-T G.992.3 значительно расширяет возможности обычного ADSL. Благодаря тому что за один такт в каждом канале можно передать более 15 бит, скорость нисходящего потока может быть увеличена до 12 Мбит/с, восходящего — до 1,5 Мбит/с. Если телефонная линия не используется для разговоров, восходящий поток увеличивается на 256 кбит/с. Оптимизирована служебная информация, объем которой теперь меняется динамически, сокращая издержки в 8 раз. Улучшены механизмы адаптации под текущее состояние канала. На длинных линиях, где скорость невысока, увеличивается эффективность кодирования: при слабой зашумленности можно передавать на 50 кбит/с больше при том же расстоянии или увеличить его на 180 м при той же скорости. В специальном режиме RE-ADSL2 («увеличенная дальность»), называемом также Annex L, радиус действия составляет 8,5 км при скорости 384 кбит/с.

Помимо этого в ADSL2 предусмотрено управление питанием: снижение скорости при длительных простоях (возврат в обычный режим занимает не более 0,5 мс), «спящий» режим при отключении всех клиентских компьютеров (пробуждение, как и начало сеанса, требует менее 3 с вместо 10 с у ADSL). Появилась возможность объединения до четырех телефонных линий для увеличения скорости до 40 Мбит/с. Усовершенствованы механизмы тестирования линии, как двусторонние, так и со стороны провайдера, что упрощает диагностику неисправностей.

ADSL2 Lite также предназначен для работы без частотного разделителя. По сравнению с ADSL Lite новая версия не прибавляет скорости, но дает в руки пользователя все усовершенствования ADSL2.

Многие модели модемов, присутствующих в продаже, уже поддерживают ADSL2, поэтому нижняя граница ценового диапазона все та же: 30—50 долл. в зависимости от интерфейса — USB или Ethernet.

ADSL2+ и ADSL2++

За счет расширения частотного спектра до 2,2 МГц (512 каналов) стандарт ITU-T G.992.5 (ADSL2+) увеличивает скорость передачи до 24 Мбит/с по направлению к клиенту на коротких линиях. Но при расстоянии свыше 2,0—2,5 км она резко падает до скорости ADSL и ADSL2. Соответственно и предельное расстояние то же — около 5,5 км.

Как было сказано выше, серьезную проблему для ADSL представляют перекрестные наводки в многожильном кабеле. ADSL2+ предусматривает возможность работы только на частотах 1,1—2,2 МГц, не пересекаясь с ADSL-сигналами. Разумеется, таким образом теряется и сверхвысокая скорость. Но зато в одном доме может быть вдвое больше клиентов, получающих доступ в Интернет на полной скорости обычного ADSL.

В данный момент все еще в стадии разработки находится очередная версия стандарта — ADSL2++, известная также как ADSL4. Цифра 4 означает, что ширина частотного диапазона и скорость увеличатся по сравнению с ADSL примерно в 4 раза. То есть обладатели очень хороших телефонных линий (интересно, много ли у нас таких найдется?), живущие недалеко от АТС, смогут получать информацию на скорости порядка 50 Мбит/с, а отсылать — до 3 Мбит/с.

Модемы ADSL2+ еще сравнительно новы, и выбор устройств дешевле 100 долл. невелик. В розничной сети удалось найти всего несколько моделей маршрутизаторов со встроенным четырехпортовым коммутатором Ethernet по цене от 80 долл.

RADSL

Rate-Adaptive DSL — это не самостоятельный тип подключения, а характеристика DSL-оборудования клиента и провайдера, свидетельствующая о способности модемов адаптивно задавать скорость обмена данными, вместо того чтобы использовать фиксированное значение. Термин RADSL употребляется в контексте асимметричных DSL-подключений. Аналогом RADSL для симметричных подключений является MSDSL.

VDSL

Very high bit-rate DSL разработан на замену ADSL как более скоростная и гибкая альтернатива для абонентов, проживающих в непосредственной близости от АТС: (300—1500 м). Скорость нисходящего потока на расстоянии до 300 м теоретически может достигать 45—52 Мбит/с, при 1000 м — 26 Мбит/с, при 1500 м — 13 Мбит/с, а еще через 200 м — не более 1,5 Мбит/с. Такая ограниченность по расстоянию объясняется использованием более высоких частот (до 12 МГц), где сигналы очень быстро затухают по мере удаления и становятся слабее помех.

Отсутствие буквы A в названии говорит о том, что технология предназначена не только для асимметричной связи, но и для двусторонней передачи с одинаковыми скоростями нисходящего и восходящего потоков. Так как для дуплексирования используется частотное разделение потоков, общая пропускная способность канала просто делится поровну между ними. То есть максимальная скорость в симметричном режиме — 25 Мбит/с, на расстоянии 1500 м — до 6,5 Мбит/с.

Из всех видов DSL технология VDSL по характеристикам наиболее приближена к Ethernet, которая обеспечивает 10—100 Мбит/с в обе стороны на расстоянии до 100 м. Поэтому на основе VDSL разработаны различные решения «дальнобойного Ethernet», например 10Base-S, известный также как Long-Reach Ethernet. Стандарт IEEE 802.3ah «Ethernet на первой миле» (или на последней миле — кому как больше нравится) расставил все эти самодельные разработки по местам, отнеся их к Ethernet ближнего действия и назвав 10Pass-TS. Здесь «10» означает передачу до 10 Мбит/с в симметричном режиме на расстоянии 1200 м, «Pass» — сокращение от pass-band, т. е. работа на одной линии вместе с другими видами связи, «T» — передача по медному проводу, «S» — сокращение от short-reach («ближняя дистанция»). В этом стандарте упразднены некоторые аспекты DSL, заложенные при проектировании данного семейства протоколов, но так и не получившие практического применения. В результате сложность устройств снизилась, а по проводам побежали почти такие же блоки данных, как в обычной сети Ethernet. Появилась возможность чередовать передачу данных, для которых минимальное время задержки важнее полного отсутствия ошибок (голос, видео), и обычных данных, нуждающихся в высокой скорости и надежности. Данные первого типа формируют «быстрый канал», задержка в котором может составлять всего 1 мс. Если «быстрый канал» не задействуется, «медленный канал» с обычными данными использует всю доступную пропускную способность.

Как в свое время с ADSL, повторилась битва между сторонниками одноканального (SCM) и многоканального (DMT) кодирования — производителям очень нравится тянуть одеяло на себя. В итоге опять получается, что первые VDSL-продукты с одноканальной QAM-модуляцией начинают вытесняться продуктами с поддержкой DMT (стандарт ITU-T G.993.1), порождая несовместимость. Но если бы различия заключались только в этом. Еще есть несколько способов разбиения частотного диапазона между нисходящим и восходящим потоками.

Используемое в технологии 10Base-S разбиение (рис. 3, а) подходит как для асимметричного подключения, так и для симметричного с приоритетом нисходящего потока, потому что при снижении качества сигнала на высоких частотах пострадает только восходящий поток. Схема A стандарта G.993.1, адаптированная из документа ETSI Plan 997, выделяет четыре промежутка (рис. 3, б). Такое разбиение тоже универсально и обеспечивает лучшие гарантии симметричности. В схеме B (ETSI Plan 998) — похожая картина, только для нисходящего потока выделяется больший диапазон, впрочем, при сохранении достаточно высокой скорости восходящего потока — это именно то, что нужно большинству пользователей (рис. 3, в). Примечательно, что самый нижний диапазон в схеме B, возможно, будет использоваться и в ADSL2++. Схема C, известная также как схема Fx, имеет плавающую пограничную частоту, которая выбирается в соответствии с потребностями абонента: соотношение скоростей нисходящего и восходящего потоков может быть почти любым (рис. 3, г). Многоканальное кодирование (DMT) в этом плане еще гибче: полос может быть и три, и четыре, и пять. Не за горами и появление шестиполосных устройств. В принципе не так уж и важно, какую именно технологию выберет провайдер. Проблема в том, что если конкурирующие провайдеры станут использовать разные технологии, взаимные наводки в соседних жилах кабеля будут гораздо сильнее, чем при сохранении единообразия.

Рис. 3. Частотный спектр сигналов VDSL различных стандартов

Цены на VDSL-модемы начинаются от 90 долл. за модель с интерфейсом Ethernet.

VDSL+ и VDSL2

Не успели производители прийти к единому мнению относительно первой версии стандарта, как уже на подходе новые разработки.

VDSL+ использует четырехполосное кодирование в диапазоне до 12 МГц, что обеспечивает совместимость с существующими продуктами, построенными по той же схеме, и добавляет пятую полосу 12—30 МГц для нисходящего потока. На коротких дистанциях это позволяет достичь скоростей до 200 Мбит/с по направлению к клиенту.

Проект стандарта VDSL2 пока еще в зачаточном состоянии. Известно лишь, что в нем предполагается применение многоканального кодирования (DMT) и что базироваться он будет на принципах современной версии VDSL и ADSL2.

ОБ АВТОРЕ

Антон Самсонов — сотрудник тестового центра журнала «Мир ПК», e-mail: asis@osp.ru.

1314