Новые стандарты ADSL: ADSL2 и ADSL2 plus
Провайдеры и пользователи сыграли ключевую роль при разработке стандарта ADSL2, так как благодаря их отзывам ITU включил в новый стандарт множество различных дополнений, увеличивающих производительность и функциональность. В результате ADSL2 будет более дружественным к пользователям и более выгодным для провайдеров и обещает повторить успех ADSL на протяжении остатка десятилетия.
ADSL2 (ITU G.992.3 и G.992.4) содержит множество нововведений, направленных на улучшение производительности и взаимодействия сетей и поддержку новых приложений, служб и вариантов установки. Среди изменений — улучшения производительности, адаптации скорости, диагностики и многое другое.
ADSL2plus (ITU G.992.5) удваивает пропускную способность приема информации, достигая скорости в 20 Мбит/с на телефонных линиях длиной в 1500 метров. Решения на базе ADSL2plus в основном будут мультимодальными, позволяя взаимодействовать как с чипсетами ADSL2, так и с ADSL и ADSL2plus.
ADSL2plus позволит провайдерам настроить их сети на поддержку продвинутых служб, например, «гибкое» видео с единственным решением как для коротких, так и дальних расстояний. Он включает в себя все возможности ADSL2, поддерживая способность взаимодействия с существующим оборудованием. Таким образом, провайдерам можно осуществлять постепенную модернизацию оборудования, а не сразу же менять все целиком.
улучшения скорости и дальности
ADSL2 специально разрабатывался для улучшения скорости и дальности ADSL, в основном для достижения лучшей производительности на длинных линиях с помехами. ADSL2 может достигать скоростей приема и передачи до 12 Мбит/с и 1 Мбит/с соответственно, в зависимости от дальности и прочих факторов. Это стало возможным благодаря использованию более эффективных методов модуляции, уменьшению количества служебной информации, увеличению эффективности кодирования, и применению расширенных алгоритмов обработки сигнала.
Эффективность модуляции в ADSL2 повышена за счет совместного применения четырехмерной, 16-и фазовой решетчатой и 1-битной квадратурной модуляции. Это позволяет получить более высокие скорости на длинных линиях с низким соотношением сигнал/шум.
Системы ADSL2 используют меньшее количество служебной информации благодаря кадру с программируемым количеством служебных битов. Поэтому, в отличие от ADSL первого поколения, где служебные биты в кадре были фиксированы и потребляли 32 кбит/с от полезной информации, количество служебных бит в кадре может меняться от 4 до 32 кбит/с. В системах ADSL первого поколения на длинных линиях, где скорость передачи информации и так невысока (например, 128 кбит/с), под служебную информацию фиксировано отведено 32 кбит/с (или более 25% общей скорости). В системах ADSL2, это значение может быть снижено до 4 кбит/с, что добавит к пропускной способности дополнительные полезные 28 кбит/с.
На длинных линиях, где, как правило, скорости передачи низки, ADSL2 позволяет достичь большей эффективности кодирования кода Рида-Соломона. Это возможно благодаря улучшениям в кадрах, повышающим гибкость и программируемость при создании кодовых слов.
Вдобавок, механизм инициализации содержит множество улучшений, поднимающих скорость передачи в системах ADSL2:
— снижение мощности с двух сторон, позволяющее снизить перекрестные наводки;
— обнаружение размещения контрольного сигнала приемником, устраняющее помехи от AM радио;
— обнаружение несущих, используемое приемником для инициализационных сообщений для устранения помех от AM радио и других неприятностей;
— улучшения в области идентификации канала для настройки приемника и передатчика;
— отключение сигнала во время инициализации для включения схем подавления радиочастотных помех.
На рисунке 1 показаны скорость и дальность ADSL2 в сравнении с ADSL первого поколения. На длинных линиях ADSL2 даст прирост скорости на 50 кбит/с для входящего и исходящего потоков. Это увеличение скорости достигается на увеличенных на 180 метров линиях, что эквивалентно увеличению площади покрытия на 6%.
Рис. 1.
диагностика
Сложность определения источника проблем зачастую становилась преградой для использования ADSL. Для облегчения поиска неисправностей в трансиверы ADSL2 были добавлены расширенные возможности диагностики. Они предназначены для выявления неисправностей во время и после установки, мониторинга производительности во время работы и для облегчения модернизации.
Для выявления и устранения проблем, трансиверы ADSL2 могут осуществлять измерения уровня шума в линии, затухания и отношения сигнал/шум на обоих концах линии. Результаты этих измерений могут быть собраны при использовании специального режима диагностики, даже если качество линии неудовлетворительно для установки нормального соединения ADSL.
Вдобавок ADSL2 может осуществлять мониторинг производительности в реальном времени, показывающий качество линии и уровень шума на обоих концах линии. Эта информация преобразуется программным обеспечением и затем может использоваться провайдером для слежения за качеством соединения ADSL и предотвращения отказов. Она также может быть использована для определения возможностей предоставления пользователю более быстрого соединения.
улучшения в области энергопотребления
Трансиверы ADSL первого поколения работали в активном режиме круглые сутки, независимо от того, использовались они или нет. Учитывая то, что количество установленных модемов ADSL может достигать нескольких миллионов, можно было бы сберечь огромное количество электроэнергии, если бы модемы умели входить в спящий режим. Это также сохранило бы энергию для трансиверов ADSL, работающих в небольших аппартных, где существуют сложности с нагревом. Для решения этих проблем в управление питанием ADSL2 имеются два режима, предназначенные для снижения общего потребления энергии при обслуживании «всегда включенного» подключения пользователя. Эти режимы включают:
Рис. 2.
L2-режим низкого потребления. Этот режим осуществляет статистическое сохранение энергии на ADSL трансивере с центральной станции (ATU-C) путем быстрого входа и выхода в режим низкого энергопотребления на основе интернет-трафика, идущего через соединение ADSL.
L3-режим низкого потребления. Этот режим осуществляет общее энергосбережение как для ATU-C, так и для удаленного ADSL-трансивера (ATU-R) путем перехода в спящий режим, пока соединение не используется длительное время.
Режим L2 является одним из важнейших нововведений стандарта ADSL2. Трансиверы ADSL2 могут входить и выходить в режим L2 на основе интернет-трафика, передаваемого по соединению. Когда пользователь скачивает большие файлы, трансивер работает на полную мощность (этот режим также называется L0) для обеспечения максимальной скорости загрузки. Когда интенсивность интернет-трафика снижается, например, когда пользователь читает длинный текст, системы ADSL2 могут перейти в режим низкого энергопотребления L2, в котором скорость передачи сильно уменьшается, и, соответственно, снижается общее энергопотребление.
Находясь в режиме L2, система ADSL2 может мгновенно вернуться в режим L0 и увеличить скорость передачи информации как только пользователь инициирует загрузки файла. Механизмы входа/выхода в L2 и результирующие адаптации скорости передачи данных работают без всяких сервисных прерываний или даже одной битовой ошибки и, таким образом, незаметны для пользователя.
Режим энергопотребления L3 является спящим режимом и используется, когда пользователь не использует сеть. При переключении в него никакой трафик не передается. Когда пользователю снова нужна сеть, ADSL-трансиверам понадобится всего лишь около трех секунд для переинициализации и установления связи.
адаптация скорости
Телефонные провода связаны вместе в многопарные кабели, содержащие 25 или больше витых пар. В результате, электрические сигналы с одной пары могут навестись на соседние пары в кабеле (Рис. 3). Это явление называется «перекрестные наводки» и может препятствовать передаче данных ADSL. Более того, изменение уровня перекрестных наводок в кабеле может привести к обрыву ADSL-связи.
Рис.3.
Для решения этих проблем ADSL2 адаптирует скорость передачи данных в режиме реального времени. Это нововведение, называемое бесшовной адаптацией скорости (Seamless Rate Adaption, SRA), позволяет системам ADSL2 изменять скорость передачи данных по соединению прямо во время работы без сервисных прерываний или ошибок в битах. Для этого ADSL2 определяет изменения в канале связи, например, когда местная АМ-радиостанция выключает свой передатчик на ночь — и прозрачно для пользователя меняет скорость передачи.
SRA основана на разделении уровня модуляции и кадрового уровня в системах ADSL2. Благодаря этому, уровень модуляции может поменять параметры скорости передачи данных без модификации параметров на кадровом уровне, которая вызвала бы потерю модемами кадровой синхронизации и, следовательно, не поддающиеся исправлению битовые ошибки или перезапуск системы. SRA использует процедуры усовершенствованной «горячей» реконфигурации (sophisticated online reconfiguration) (OLR) ADSL2 для того, чтобы бесшовно изменять скорость передачи данных по соединению.
Протокол, используемый для SRA, работает следующим образом:
1. Приемник отслеживает соотношение сигнал/шум для канала и определяет, что необходимо произвести адаптацию скорости передачи данных для сложившихся условий.
2. Приемник отправляет передатчику сообщение для инициализации изменения скорости передачи. Это сообщение содержит все необходимые параметры передачи для новой скорости. Эти параметры включают число модулируемых бит и мощность передачи для каждого субканала системы ADSL с множеством несущих.
3. Передатчик отправляет сигнал «Sync Flag», который используется в качестве маркера для определения точного времени, в течение которого новые параметры передачи будут использоваться.
4. Сигнал «Sync Flag» определяется приемником, и теперь приемник и передатчик без каких-либо системных прерываний переключаются в другой скоростной режим.
объединение для достижения более высоких скоростей
Общим требованием к провайдерам является возможность предоставления различного качества услуг различным пользователям. Скорость передачи данных можно существенно повысить путем одновременного использования нескольких телефонных линий. Для поддержки такой возможности, ADSL2 поддерживает стандарт af-phy-0086.001 «инверсное мультиплексирование ATM (Inverse Multiplixing for ATM, IMA)», разработанный для традиционных архитектур ATM. Используя IMA, чипсеты ADSL2 могут объединять две и более медных пар в одно соединение ADSL. В результате достигается гораздо большая гибкость скорости входящего потока данных (рис. 4).
Рис.4.
IMA определяет новый уровень, который находится между физическим уровнем и уровнем ATM. На стороне передатчика, этот подуровень, называемый подуровнем IMA, получает один поток ATM от уровня ATM и распределяет его между множеством физических подуровней. На стороне приемника, подуровень IMA получает части ATM от множества физических подуровней, собирает их в один поток ATM и отправляет уровню ATM.
Подуровень IMA определяет разбиение на кадры IMA, протоколы и управляющие функции, которые используются для осуществления вышеописанных операций, когда физические подуровни содержат битовые ошибки, асинхронны или имеют различные задержки. Для того чтобы работать при данных условиях, стандарт IMA также требует модификации некоторых стандартных функций физического уровня ADSL, например, отброс приемником пустых или поврежденных пакетов. ADSL2 поддерживает специальный режим IMA, предназначенный для совместимости с ADSL.
разбиение на каналы и многоканальный голос через DSL (CVoDSL)
ADSL2 поддерживает возможность разбиения полосы пропускания на несколько каналов с различными характеристиками для различных приложений. Например, ADSL2 может одновременно поддерживать голосовые приложения, которым требуются низкие задержки, но допустима высокая частота ошибок и информационные приложения, для которых не так важны задержки, но важна как можно более низкая частота ошибок. Разбиение на каналы также предоставляет поддержку CVoDSL, метода прозрачной передачи производных линий голосового трафика TDM через DSL. CVoDSL резервирует из полосы пропускания DSL каналы по 64 кбит/с (рис.5) для доставки PCM DS0 от DSL модема на удаленный терминал центрального офиса подобно обычной телефонной системе. Далее, оборудование доступа через PCM передает голосовые DS0 прямо на коммутатор каналов.
Рис.5.
Рис.6.
некоторые дополнительные выгоды
ADSL2 поддерживает также некоторые другие важные функции, перечисленные ниже.
Улучшенная совместимость. Микросхемы различных производителей совместимы и могут спокойно работать совместно.
Быстрый запуск. ADSL2 поддерживает быстрый запуск, который снижает время инициализации от более 10 с (требуемых для ADSL) до менее 3-х.
Полностью цифровой режим. ADSL2 позволяет использовать для передачи данных еще и голосовой диапазон, добавляя к исходящему каналу еще 256 кбит/с. Это довольно привлекательная для офисного применения возможность, так как, как правило, в офисах голосовые и информационные линии разделены и требуется большая пропускная способность исходящего канала.
Поддержка служб, основанных на пакетах. ADSL2 включает уровень PTM-TC (Packet Mode Transmission TransConvergence layer) позволяющий передавать через ADSL2 службы, основанные на пакетах (например, Ethernet).
ADSL2plus
ADSL2plus разработан в ITU в январе 2003 и включен в стандарты ADSL в качестве G.992.5. Рекомендация ADSL2plus удваивает скорость входящего потока на линиях длиной менее 1500 метров.
В то время как первые два члена семейства стандартов ADSL2 устанавливают полосы частот входящего канала до 1.1 МГц и 552 кГц соответственно, ADSL2plus устанавливает полосу частот для входящего канала до 2.2 МГц. В результате достигается значительное увеличение скорости входящего канала на более коротких линиях (см. рис 8). Скорость исходящего канала ADSL2plus зависит от качества связи и находится в районе 1 Мбит/с.
Рис.7.
Рис.8.
ADSL2plus может также использоваться для снижения перекрестных наводок. Для этого он может использовать тоны между 1.1 МГц и 2.2 МГц, маскируя частоты входящего канала в районе 1.1 МГц. Это может оказаться полезным, когда терминалы ADSL подключаются к центральному пункту через один и тот же кабель в том же порядке, в котором осуществлена подводка к домам клиентов (рис. 9). Перекрестные наводки от линий удаленных терминалов на линии от центрального пункта могут существенно снизить скорости передачи данных на линии от центрального пункта.
Рис.9.
ADSL2plus может решить эту проблему путем использования частот ниже 1.1 МГц от центрального пункта к удаленному терминалу и частот между 1.1 МГц и 2.2 МГц от удаленного терминала до дома пользователя. Это уничтожит большинство перекрестных наводок между службами и защитит скорость передачи данных на линии от центрального офиса.
По материалам DSL forum, перевод Дмитрия Герусса.
обсуждение статьи
Сетевые решения. Статья была опубликована в номере 07 за 2003 год в рубрике технологии
