Asymetryczna cyfrowa linia abonencka - Asymmetric digital subscriber line

Brama jest powszechnie używany do połączenia ADSL

Asymetryczna cyfrowa linia abonencka ( ADSL ) to rodzaj technologii cyfrowej linii abonenckiej (DSL), technologii przesyłania danych, która umożliwia szybszą transmisję danych przez miedziane linie telefoniczne, niż może zapewnić konwencjonalny modem pasma głosowego . ADSL różni się od mniej powszechnej symetrycznej cyfrowej linii abonenckiej (SDSL). W ADSL mówi się , że szerokość pasma i przepływność są asymetryczne, co oznacza, że ​​są większe w kierunku lokalizacji klienta (w dół ) niż w kierunku wstecznym (w górę ). Dostawcy zwykle promują ADSL jako usługę dostępu do Internetu głównie do pobierania treści z Internetu, ale nie do udostępniania treści, do których mają dostęp inni.

Przegląd

ADSL działa z wykorzystaniem widma powyżej pasma używanego przez głosowe rozmowy telefoniczne . Dzięki filtrowi DSL , często nazywanemu rozdzielaczem , pasma częstotliwości są izolowane, co pozwala na jednoczesne korzystanie z jednej linii telefonicznej zarówno dla usługi ADSL, jak i dla połączeń telefonicznych. ADSL jest zwykle instalowany tylko na krótkie odległości od centrali telefonicznej ( ostatnia mila ), zwykle mniej niż 4 kilometry (2 mil), ale wiadomo, że przekracza 8 kilometrów (5 mil), jeśli pierwotnie ułożony przewód pozwala na dalszą dystrybucję .

W centrali telefonicznej linia zwykle kończy się w multiplekserze dostępu do cyfrowej linii abonenckiej (DSLAM), w którym inny rozdzielacz częstotliwości oddziela sygnał pasma głosowego dla konwencjonalnej sieci telefonicznej . Dane przenoszone przez ADSL są zazwyczaj kierowane przez sieć danych firmy telefonicznej i ostatecznie docierają do konwencjonalnej sieci protokołu internetowego .

Istnieją zarówno techniczne, jak i marketingowe powody, dla których ADSL jest w wielu miejscach najczęstszym typem oferowanym użytkownikom domowym. Z technicznego punktu widzenia prawdopodobnie będzie więcej przesłuchów z innych obwodów na końcu DSLAM (gdzie przewody z wielu lokalnych pętli są blisko siebie) niż w siedzibie klienta. Zatem sygnał wysyłania jest najsłabszy w najbardziej hałaśliwej części pętli lokalnej, podczas gdy sygnał pobierania jest najsilniejszy w najbardziej hałaśliwej części pętli lokalnej. Dlatego z technicznego punktu widzenia sensowne jest, aby DSLAM nadawał z większą przepływnością niż modem po stronie klienta. Ponieważ typowy użytkownik domowy w rzeczywistości woli wyższą prędkość pobierania, firmy telekomunikacyjne zdecydowały się uczynić cnotę z konieczności, stąd ADSL.

Marketingowe powody asymetrycznego połączenia są takie, że po pierwsze, większość użytkowników ruchu internetowego będzie potrzebować mniej danych do przesłania niż pobrania. Na przykład podczas normalnego przeglądania sieci użytkownik odwiedza wiele witryn internetowych i będzie musiał pobrać dane zawierające strony internetowe z witryny, obrazy, tekst, pliki dźwiękowe itp., Ale załaduje tylko niewielką ilość dane, ponieważ jedyne przesyłane dane służą do weryfikacji odbioru pobranych danych (w bardzo typowych połączeniach TCP ) lub wszelkich danych wprowadzonych przez użytkownika do formularzy itp. Stanowi to uzasadnienie dla dostawców usług internetowych do zaoferowania droższa usługa skierowana do użytkowników komercyjnych, którzy hostują strony internetowe, a zatem potrzebują usługi, która umożliwia załadowanie takiej samej ilości danych, jak ich pobranie. Aplikacje do udostępniania plików są oczywistym wyjątkiem od tej sytuacji. Po drugie, dostawcy usług internetowych, chcąc uniknąć przeciążenia swoich połączeń szkieletowych, tradycyjnie próbowali ograniczać zastosowania, takie jak udostępnianie plików, które generują wiele wysyłanych plików.

Operacja

Obecnie większość komunikacji ADSL odbywa się w trybie pełnego dupleksu . Komunikacja ADSL w trybie pełnego dupleksu jest zwykle uzyskiwana na parze przewodów przez dupleks z podziałem częstotliwości (FDD), dupleks z eliminacją echa (ECD) lub dupleks z podziałem czasu (TDD). FDD wykorzystuje dwa oddzielne pasma częstotliwości, nazywane pasmami upstream i downstream. Pasmo upstream jest wykorzystywane do komunikacji od użytkownika końcowego do centrali telefonicznej. Pasmo downstream jest używane do komunikacji z centrali do użytkownika końcowego.

Plan częstotliwości dla ADSL Załącznik A. Obszar czerwony to zakres częstotliwości używany przez normalną telefonię głosową ( PSTN ), obszar zielony (wysyłający) i niebieski (odbierany) jest używany dla ADSL.

W przypadku powszechnie stosowanego ADSL przez POTS (załącznik A), pasmo od 26,075  kHz do 137,825 kHz jest wykorzystywane do komunikacji w górę, a 138–1104 kHz do komunikacji zstępującej. Zgodnie ze zwykłym schematem DMT , każdy z nich jest dalej podzielony na mniejsze kanały częstotliwościowe 4,3125 kHz. Te kanały częstotliwości są czasami nazywane przedziałami . Podczas wstępnego szkolenia w celu optymalizacji jakości i szybkości transmisji modem ADSL testuje każdy z pojemników w celu określenia stosunku sygnału do szumu przy częstotliwości każdego pojemnika. Odległość od centrali telefonicznej , charakterystyka kabla, zakłócenia ze stacji radiowych AM oraz lokalne zakłócenia i szum elektryczny w lokalizacji modemu mogą niekorzystnie wpływać na stosunek sygnału do szumu przy określonych częstotliwościach. Pojemniki na częstotliwości wykazujące zmniejszony stosunek sygnału do szumu będą używane przy niższej przepustowości lub wcale; Zmniejsza to maksymalną przepustowość łącza, ale umożliwia modemowi utrzymanie odpowiedniego połączenia. Modem DSL przygotuje plan wykorzystania każdego z pojemników, czasami nazywany alokacją „bitów na pojemnik”. Te pojemniki, które mają dobry stosunek sygnału do szumu (SNR), zostaną wybrane do transmisji sygnałów wybranych z większej liczby możliwych zakodowanych wartości (ten zakres możliwości równy większej liczbie wysłanych bitów danych) w każdym głównym cyklu zegara. Liczba możliwości nie może być tak duża, aby odbiornik mógł nieprawidłowo zdekodować, która z nich była zamierzona w obecności szumów. Hałaśliwe pojemniki mogą być wymagane tylko do przenoszenia zaledwie dwóch bitów, do wyboru tylko z jednego z czterech możliwych wzorów lub tylko jednego bitu na pojemnik w przypadku ADSL2 +, a bardzo hałaśliwe pojemniki nie są w ogóle używane. Jeśli wzorzec szumu w zależności od częstotliwości słyszanych w pojemnikach zmienia się, modem DSL może zmienić alokacje bitów na pojemnik w procesie zwanym „zamianą bitów”, w którym pojemniki, które stały się bardziej zaszumione, muszą przenosić tylko mniej bitów i inne kanały zostaną wybrane, aby obciążyć je większym obciążeniem.

Zdolność przesyłania danych, którą zatem zgłasza modem DSL, jest określana przez sumę alokacji bitów na pojemnik wszystkich połączonych pojemników. Wyższe stosunki sygnału do szumu i więcej używanych pojemników daje wyższą całkowitą przepustowość łącza, podczas gdy niższy stosunek sygnału do szumu lub mniej używanych pojemników zapewnia niską przepustowość łącza. Całkowita maksymalna pojemność uzyskana z sumowania bitów na pojemnik jest podawana przez modemy DSL i czasami jest nazywana szybkością synchronizacji . To zawsze będzie raczej mylące: rzeczywista maksymalna przepustowość łącza dla szybkości przesyłania danych przez użytkownika będzie znacznie niższa, ponieważ przesyłane są dodatkowe dane, które są określane jako narzut protokołowy , przy czym częste są zmniejszone wartości dla połączeń PPPoA o około 84–87 procent, co najwyżej. Ponadto niektórzy dostawcy usług internetowych będą mieli zasady ruchu, które ograniczają maksymalne szybkości transferu dalej w sieciach poza centralą, a zatory ruchu w Internecie, duże obciążenie serwerów oraz powolność lub nieefektywność komputerów klientów mogą przyczynić się do redukcji poniżej maksymalnej możliwej do osiągnięcia. . Gdy używany jest punkt dostępu bezprzewodowego, niska lub niestabilna jakość sygnału bezprzewodowego może również powodować zmniejszenie lub wahania rzeczywistej szybkości.

W trybie stałej szybkości szybkość synchronizacji jest wstępnie definiowana przez operatora, a modem DSL wybiera alokację bitów na paczkę, która daje w przybliżeniu równą stopę błędów w każdej paczce. W trybie zmiennej przepływności liczba bitów na paczkę jest wybierana w celu zmaksymalizowania szybkości synchronizacji, z uwzględnieniem dopuszczalnego ryzyka błędu. Te wybory mogą być albo konserwatywne, gdy modem decyduje się na przydzielenie mniejszej liczby bitów na pojemnik, niż mógłby, wybór powodujący wolniejsze połączenie, lub mniej konserwatywny, w którym wybieranych jest więcej bitów na pojemnik, w którym to przypadku istnieje większe ryzyko przypadek błędu, gdyby przyszłe stosunki sygnału do szumu pogorszyły się do punktu, w którym wybrane alokacje bitów na paczkę były zbyt wysokie, aby poradzić sobie z obecnym większym szumem. Ten konserwatyzm, polegający na wyborze mniejszej liczby bitów na bin jako zabezpieczenia przed przyszłym wzrostem szumów, jest przedstawiany jako margines stosunku sygnału do szumu lub margines SNR .

Centrala telefoniczna może wskazać sugerowaną marżę SNR modemowi DSL klienta, gdy pierwszy raz się łączy, a modem może odpowiednio dostosować swój plan przydziału bitów na pojemnik. Wysoki margines SNR będzie oznaczał zmniejszoną maksymalną przepustowość, ale większą niezawodność i stabilność połączenia. Niski margines SNR będzie oznaczał duże prędkości, pod warunkiem, że poziom hałasu nie wzrośnie zbytnio; w przeciwnym razie połączenie będzie musiało zostać porzucone i renegocjowane (ponownie zsynchronizowane). ADSL2 + może lepiej przystosować się do takich okoliczności, oferując funkcję zwaną bezproblemową adaptacją szybkości (SRA), która może dostosować się do zmian całkowitej przepustowości łącza przy mniejszych zakłóceniach w komunikacji.

Spektrum częstotliwości modemu na linii ADSL

Sprzedawcy mogą wspierać użycie wyższych częstotliwości jako zastrzeżone rozszerzenie standardu. Wymaga to jednak odpowiedniego wyposażenia dostarczonego przez dostawcę na obu końcach linii i prawdopodobnie spowoduje problemy z przesłuchami, które mają wpływ na inne linie w tym samym pakiecie.

Istnieje bezpośredni związek między liczbą dostępnych kanałów a przepustowością łącza ADSL. Dokładna pojemność danych na kanał zależy od zastosowanej metody modulacji .

ADSL początkowo istniał w dwóch wersjach (podobnych do VDSL ), a mianowicie CAP i DMT . CAP był de facto standardem we wdrożeniach ADSL do 1996 r., Wdrożonym w 90% ówczesnych instalacji ADSL. Jednak DMT wybrano jako pierwsze standardy ITU-T ADSL, G.992.1 i G.992.2 (zwane również odpowiednio G.dmt i G.lite ). Dlatego wszystkie nowoczesne instalacje ADSL oparte są na schemacie modulacji DMT.

Przeplot i szybka ścieżka

Dostawcy usług internetowych (ale użytkownicy rzadko, z wyjątkiem Australii, gdzie jest to ustawienie domyślne) mają opcję przeplatania pakietów w celu przeciwdziałania skutkom szumów seryjnych na linii telefonicznej. Linia z przeplotem ma głębokość, zwykle od 8 do 64, która opisuje, ile słów kodowych Reeda-Solomona zostało zgromadzonych przed wysłaniem. Ponieważ wszystkie mogą być wysyłane razem, ich kody korekcji błędów przekazywania mogą być bardziej odporne. Przeplatanie zwiększa opóźnienie, ponieważ wszystkie pakiety muszą najpierw zostać zebrane (lub zastąpione pustymi pakietami), a przesłanie ich wszystkich zajmuje oczywiście trochę czasu. Przeplatanie 8 ramek dodaje 5 ms w obie strony , podczas gdy 64 głębokie przeplatanie dodaje 25 ms. Inne możliwe głębokości to 16 i 32.

Połączenia „Fastpath” mają głębokość przeplatania 1, co oznacza, że ​​w danym momencie przesyłany jest jeden pakiet. Ma małe opóźnienie, zwykle około 10 ms (przeplatanie dodaje do niego, to nie jest większe niż przeplatanie), ale jest wyjątkowo podatne na błędy, ponieważ każdy impuls szumu może usunąć cały pakiet i dlatego wymaga ponownego przesłania go . Taki pakiet na dużym przeplatanym pakiecie powoduje jedynie spuszczenie części pakietu; można go odzyskać z informacji korekcji błędów w pozostałej części pakietu. Połączenie „szybkiej ścieżki” spowoduje wyjątkowo duże opóźnienie na słabej linii, ponieważ każdy pakiet będzie wymagał wielu ponownych prób.

Problemy z instalacją

Wdrożenie ADSL na istniejącej linii telefonicznej zwykłej starej usługi telefonicznej (POTS) stwarza pewne problemy, ponieważ DSL znajduje się w paśmie częstotliwości, które może niekorzystnie oddziaływać z istniejącym sprzętem podłączonym do linii. Dlatego konieczne jest zainstalowanie w siedzibie klienta odpowiednich filtrów częstotliwości, aby uniknąć zakłóceń pomiędzy DSL, usługami głosowymi i innymi połączeniami z linią (np. Alarmy włamaniowe). Jest to pożądane w przypadku usługi głosowej i niezbędne dla niezawodnego połączenia ADSL.

We wczesnych dniach DSL instalacja wymagała wizyty technika. W pobliżu punktu rozgraniczającego zainstalowano rozdzielacz lub mikrofiltr , z którego została zainstalowana dedykowana linia danych. W ten sposób sygnał DSL jest separowany jak najbliżej centrali i nie jest tłumiony w siedzibie klienta. Jednak ta procedura była kosztowna, a także powodowała problemy z klientami narzekającymi na konieczność czekania, aż technik wykona instalację. Tak więc wielu dostawców DSL zaczęło oferować opcję „samodzielnej instalacji”, w której dostawca dostarczał sprzęt i instrukcje klientowi. Zamiast oddzielać sygnał DSL w punkcie rozgraniczającym, sygnał DSL jest filtrowany w każdym gniazdku telefonicznym za pomocą filtra dolnoprzepustowego dla głosu i filtru górnoprzepustowego dla danych, zwykle zamkniętego w tak zwanym mikrofiltrze . Ten mikrofiltr może być podłączony przez użytkownika końcowego do dowolnego gniazda telefonicznego: nie wymaga zmiany okablowania w siedzibie klienta.

Zwykle mikrofiltry są tylko filtrami dolnoprzepustowymi, więc poza nimi mogą przechodzić tylko niskie częstotliwości (sygnały głosowe). W sekcji danych nie jest używany mikrofiltr, ponieważ urządzenia cyfrowe, które mają wyodrębniać dane z sygnału DSL, same odfiltrowują niskie częstotliwości. Głosowe urządzenia telefoniczne będą odbierać całe spektrum, więc wysokie częstotliwości, w tym sygnał ADSL, będą „słyszane” jako szum w terminalach telefonicznych i będą wpływać i często pogarszać jakość usług w faksach, telefonach i modemach. Z punktu widzenia urządzeń DSL, jakakolwiek akceptacja ich sygnału przez urządzenia POTS oznacza degradację sygnału DSL do urządzeń i to jest główny powód, dla którego te filtry są wymagane.

Efektem ubocznym przejścia na model samodzielnej instalacji jest to, że sygnał DSL może ulec pogorszeniu, zwłaszcza jeśli do linii jest podłączonych więcej niż 5 urządzeń pasmowych (czyli podobnych do telefonów POTS). Gdy linia ma włączone DSL, sygnał DSL jest obecny we wszystkich przewodach telefonicznych w budynku, powodując tłumienie i echo. Sposobem na obejście tego problemu jest powrót do oryginalnego modelu i zainstalowanie jednego filtra przed wszystkimi gniazdami telefonicznymi w budynku, z wyjątkiem gniazda, do którego będzie podłączony modem DSL. Ponieważ wymaga to zmian okablowania przez klienta i może nie działać w przypadku niektórych domowych przewodów telefonicznych, jest to rzadko wykonywane. Zazwyczaj znacznie łatwiej jest zainstalować filtry w każdym używanym gniazdku telefonicznym.

Sygnały DSL mogą być degradowane przez starsze linie telefoniczne, zabezpieczenia przeciwprzepięciowe, źle zaprojektowane mikrofiltry, powtarzające się impulsy elektryczne i długie przedłużacze telefoniczne. Przedłużacze telefoniczne są zwykle wykonane z wielożyłowych miedzianych przewodów o małej średnicy, które nie zachowują skrętu pary redukującego szumy. Taki kabel jest bardziej podatny na zakłócenia elektromagnetyczne i ma większe tłumienie niż lita skrętka miedziana, zwykle podłączana do gniazd telefonicznych. Efekty te są szczególnie istotne, gdy linia telefoniczna klienta znajduje się w odległości większej niż 4 km od DSLAM w centrali telefonicznej, co powoduje, że poziom sygnału jest niższy w stosunku do lokalnego szumu i tłumienia. Spowoduje to zmniejszenie prędkości lub spowoduje awarie połączenia.

Protokoły transportowe

ADSL definiuje trzy warstwy „zbieżności transmisji specyficznej dla protokołu transmisji (TPS-TC)”:

W instalacjach domowych przeważającym protokołem transportowym jest ATM. Oprócz ATM istnieje wiele możliwości dodatkowych warstw protokołów (dwie z nich są skracane w uproszczony sposób jako „ PPPoA ” lub „ PPPoE ”), z najważniejszym TCP / IP odpowiednio na warstwach 4 i 3 Model OSI zapewniający połączenie z Internetem .

Standardy ADSL

Plan częstotliwości dla wspólnych standardów i załączników ADSL.
Legenda
   POTS / ISDN
   Opaska ochronna
   Pod prąd
   Downstream ADSL, ADSL2, ADSL2 +
   Tylko downstream ADSL2 +
Wersja Nazwa standardowa Nazwa zwyczajowa Szybkość pobierania Szybkość upstream Zatwierdzony w
ADSL ANSI T1.413-1998 wydanie 2 ADSL 08.0 8,0 Mbit / s 1,0 Mbit / s 1998
ITU G.992.2 ADSL Lite ( G.lite ) 01.5 1,5 Mbit / s 0,5 Mbit / s 1999-07
ITU G.992.1 ADSL ( G.dmt ) 08.0 8,0 Mbit / s 1,3 Mbit / s 1999-07
ITU G.992.1 załącznik A ADSL przez POTS 12,0 Mbit / s 1,3 Mbit / s 2001
ITU G.992.1 załącznik B. ADSL przez ISDN 12,0 Mbit / s 1,8 Mbit / s 2005
ADSL2 ITU G.992.3 załącznik L. RE-ADSL2 05.0 5,0 Mbit / s 0,8 Mbit / s 2002-07
ITU G.992.3 ADSL2 12,0 Mbit / s 1,3 Mbit / s 2002-07
ITU G.992.3 załącznik J ADSL2 12,0 Mbit / s 3,5 Mbit / s 2002-07
ITU G.992.4 Rozgałęźnik ADSL2 01.5 1,5 Mbit / s 0,5 Mbit / s 2002-07
ADSL2 + ITU G.992.5 ADSL2 + 24,0 Mbit / s 1,4 Mbit / s 2003-05
ITU G.992.5 załącznik M ADSL2 + M 24,0 Mbit / s 3,3 Mbit / s 2008

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

  • Media związane z ADSL w Wikimedia Commons