ednáška Ing. Bc. Ivan Pravda

Transkript

1 12.předn ednáška Systémy xdsl - rozbor vlastností a aplikací Ing. Bc. Ivan Pravda

2 Systémy xdsl přehled - efektivnější využití metalických dvoudrátových vedení v přístupových sítích využití existujících telefonních vedení pro vyšší přenosové rychlosti - technologie xdsl (Digital Subscriber Line) na rozdíl od telefonních modemů řeší přenos pouze do místa nejbližší telefonní ústředny, kde musí být k dispozici přístup do datové sítě - společným znakem digitálních účastnických přípojek (DSL) je relativně vysoká přenosová rychlost dosahující řádově aždesítek Mbit/s - do skupiny systémů xdsl patří: - IDSL (ISDN DSL) - HDSL (High-bit-rate DSL) HDSL 2 - SDSL (SymmetricalDSL) - SHDSL (Single-pair HDSL) - ADSL (AsymmetricalDSL) ADSL Lite, ADSL, ADSL 2 a ADSL 2+ - VDSL (Very-high-bit-rate DSL) VDSL 2

3 Systémy xdsl IDSL a HDSL - IDSL je nejstarším členem xdsl technologií přenosová rychlost 128kbit/s bez možnosti změny, k oddělení směrů přenosu se používá metoda EC (Echo Cancellation) - použití IDSL je v podstatě omezeno jen na přenos ISDN-BRA přenos vzákladním pásmu s použitím čtyřúrovňovéholinkového kódu 2B1Q - výhodou je skutečnost, že se nejedná o vytáčenou službu (Dial-up) - HDSL (ITU-T G.991.1) nabízí možnost přenosu obousměrného digitálního toku E1 srychlostí 2,048 Mbit/s v obou směrech po 2 nebo 3 párech účastnického vedení (symetrické přenosové pásmo) každé vedení nese dílčí část datového toku (2 páry polovina, 3 páry třetina snížení modulační rychlosti), k oddělení směrů přenosu se používá metoda EC (Echo Cancellation) - systémy HDSL pracují vzákladním pásmu a přenášený signál je podroben kódování 2B1Q, tzn. že bitový tok je rozdělen do dvojic bitů a každá dvojice je následně vyjádřena jednou ze čtyř úrovní signálu

4 Systémy xdsl HDSL a HDSL 2 - příchozí datový tok je seskupen do tzv. aplikačních rámců, přenášený tok (2,048Mbit/s) se následně mapuje do tzv. Core Frame (CF), jejichždélka je 144 bytů a doba trvání je 500ms dále dojde k doplnění CF rámců oslužební a kontrolní bity a rovněžse přidají služební kanály celkový datový tok naroste na 2,3 Mbit/s a je následně rozdělen do dvou nebo tří směrů a transceivery HDSL vyslán na vedení (při použití dvoupárové varianty je na každém páru realizován přenos rychlostí 1168kbit/s, při třípárové variantě je to 784kbit/s - přípojky HDSL se nasazují již řadu let, přičemžse s nimi můžeme nejčastěji setkat u připojení pobočkových ústředen a při realizaci pronajatých okruhů - nevýhoda spočívající vnutnosti použití dvou nebo tří metalických párů vedla ke vzniku vylepšené verze HDSL HDSL 2 tato varianta využívá jednoho symetrického páru a modulaci Trellis-Coded Pulse Amplitude Modulation (TC-PAM), přenosové rychlosti jsou shodné jako v případě HDSL

5 Systémy xdsl SDSL a SHDSL - SDSL a SHDSL (ITU-T G.991.2) jsou vývojovým pokračováním technologie HDSL přenos po jednom účastnickém vedení (2-dr.) oběma směry - efektivnějšímu využití dvoudrátového vedení přispěla šestnáctistavová pulsně amplitudové modulace (16-PAM) smřížkovým kódováním (TC) ze čtyř bitů, které se přenáší vjednom kroku se tři používají pro přenos uživatelské informace a čtvrtý bit je využit pro kontrolu chyb, resp. zabezpečení - novou vlastností oproti HDSL je možnost pracovat i s nižší přenosovou rychlostínež je maximální nastavení maximální přenosové rychlosti je možno provést automaticky při sestavování spojení vzávislosti na parametrech přenosového vedení nebo je možno ji ručně nastavit dle konkrétních požadavků zákazníka možné rozpětí rychlostí se pohybuje mezi 192kbit/s až2,312mbit/s v krocích po 64kbit/s (příp. 8kbit/s) - u systémů SDSL a SHDSL se jižpředpokládá možnost přenosu více úzkopásmových kanálů

6 Systémy xdsl SDSL a SHDSL - pro sníženípřeslechového rušení do sousedních párů nastavují modemy SHDSL vysílací úroveň podle parametrů vedení na nejnižší přijatelnou hodnotu pro dosažení dostatečného odstupu užitečného signálu od šumu - u systémů SDSL je možný provoz s časovým dělením kanálů (TDM) ale i provoz ATM nebo TCP/IP může existovat i smíšený provoz, lze např. přenášet úzkopásmové kanály TDM a datový kanál v ATM - vmasivním nasazení těchto technologií brání fakt, že každá zfirem vyvíjí svůj vlastní systém nekompatibilita mezi systémy různých výrobců - tyto technologie však nepodporují současnou koexistenci sanalogovou či digitální telefonní přípojkou neumožňují na jednom účastnickém dvoudrátovém vedení současný přenos hovorového signálu v telefonním kanálu a vysokorychlostních datových kanálů - koexistenci telefonních přípojek s vysokorychlostními datovými kanály umožňuje ažtechnologie ADSL

7 Systémy xdsl ADSL - charakteristika - systémy ADSL umožňují na jednom účastnickém vedení koexistenci analogové telefonní přípojky (varianta Annex A) zajišťující službu POTS (PlainOld Telephone Service) ADSL over POTS, resp. přípojky ISDN-BRA (varianta Annex B) ADSL over ISDN svysokorychlostními datovými kanály - směrem od účastníka lze dosáhnout přenosové rychlosti až1mbit/s, opačným směrem až8mbit/s (2.generace ADSL 2 až12mbit/s, ADSL 2+ až24mbit/s) pomocí modulace svíce nosnými DMT (Discrete Multi-Tone) - tato asymetrie přenosových rychlostí vychází ze samotného charakteru širokopásmových služeb, jako je rychlý přístup do sítě Internet nebo video na přání (Video-on-demand), kdy je zapotřebí přenášet větší objemy dat směrem kúčastníkovi - pro zajištění kmitočtového oddělení telefonního kanálu a vysokorychlostních datových kanálů je nutné, svýjimkou varianty ADSL Lite (splitterless), instalovat na obou stranách účastnického metalického vedení tzv. rozbočovače (splitter)

8 Systémy xdsl ADSL konfigurace přípojkyp pojky - vysokorychlostní přenos digitálních signálů ADSL zajišťují ADSL modemy: - ATU-R (ADSL Termination Unit Remote) na straně účastníka - ATU-C (ADSL Termination Unit Central) na straně poskytovatele - modem na straně ústředny (ATU-C) je nejčastěji součástí účastnického multiplexoru DSLAM (DSL Access Multiplexor), který soustřeďuje digitální toky od všech přípojek v dané lokalitě

9 Systémy xdsl ADSL - charakteristika - přípojka ADSL se vyskytuje v několika různých variantách a podle vlastností vedení, na kterém se provozuje, může dosahovat různých parametrů - frekvenční pásmo 0 až1,104 MHzje pro účely modulace DMT smnoha nosnými rozděleno do 256 subkanálů skanálovou roztečí 4,3125 khz - spodní část spektra je však využita pro telefonní kanál nebo kanál ISDN-BRA subkanály obsazené těmito signály se proto nevyužívají - základní dělení frekvenčního spektra ADSL je na následujícím obrázku, kde jsou téžvyznačeny základní varianty - zásadní rozdíl mezi plnou variantou podle doporučení ITU-T G a redukovanou verzí Lite podle doporučení ITU-T G zvanou též splitterless je v celkové šířce využívaného kmitočtového pásma zatímco plná varianta ADSL pracuje aždo 1,104MHz(ADSL2+ aždo 2,208MHz), zjednodušená varianta vystačí spoloviční šířkou pásma do 552kHz(využití jen 128 nosných) nižší dosahované přenosové rychlosti v sestupném směru (downstream)

10 Systémy xdsl ADSL kmitočtov tové pásmo - pro vyřešení přenosu datových toků vobou směrech na jednom vedení se používá metoda frekvenčního dělení FDD (Frequency Division Duplex) svyhrazenými pásmy sdělícím kmitočtem 138kHz, nebo metoda potlačení ozvěny EC (Echo Cancellation), kteráumožňuje překrývání pásem obou přenosových směrů rozšíření downstreamu

11 Systémy xdsl ADSL metody přenosup - pro vytvoření dvou nezávislých informačních kanálů se tedy v modemech ADSL používá jeden z těchto dvou způsobů: - frekvenčnídělení FDD (Frequency DivisionDuplex) - vtomto případě je všem kanálům přiděleno vlastní frekvenční pásmo pro upstream se v praxi (při současném provozu spots) využíváfrekvenční pásmo 25,875 až 138kHz a pro downstream pásmo 138 až 1104kHz - výhoda tohoto řešení spočíváv jednoduchéimplementaci do systému, naopak nevýhoda je v méně efektivním využití kmitočtového spektra - metoda potlačeníozvěny EC (Echo Cancellation) - pro využití výhod menšího útlumu kabelu na nižších kmitočtech je výhodné umožnit vzájemnépřekrývání se spekter obou kanálů k jejich následnému oddělení dochází na tzv. vidlici. Kompenzátor ozvěn odstraní nežádoucí signály pronikající (především vlivem nevyvážení vidlice) vysílací části přes vidlici do přijímacích obvodů. Tento způsob oddělení kanálů je složitější, ale nadruhou stranu přináší rozšíření frekvenčního pásma zpětného kanálu

12 Systémy xdsl ADSL modulace DMT - podle doporučení ITU-T G je standardem pro použití ve spojitosti sadsl diskrétnívícetónová modulace (DMT) - princip DMT představuje rozdělení frekvenčního pásma na 256 paralelních subpásem o nominální šířce 4,3125 khz jednotlivým takto vytvořeným dílčím kanálům je přiřazen určitý počet bitů b i, který může být navzájem rozdílný podle přenosových vlastností daného subkanálu v tomto ohledu je směrodatným parametrem odstup signálu od šumu (SNR), který musí být dostatečně velký, aby umožnil přenos sgarantovanou hodnotou bitové chybovosti (BER), jenž byla stanovena na hodnotu 10-7 v každém dílčím kanále je pak signál zpracován kvadraturníamplitudovou modulací (QAM) - vextrémním případě, pokud je v nějakém frekvenčním pásmu výrazný zdroj rušení, může dojít dokonce i k vynechání určitého subkanálu - tato varianta, ježumožňuje provádět změnu přenosové rychlosti bývá označována jako RADSL (Rate-adaptive ADSL)

13 Systémy xdsl ADSL zpracování signálu - ADSL modem provádí vedle vlastní modulace DMT řadu dalších operací se signálem, nežje signál vyslán na vedení snahou je maximum funkcí realizovat digitálně pomocí signálových procesorů - zpracovánísignálu: - příchozí data jsou nejprve sestavena do rámce ADSL, vybavena CRC pro detekci chyb, skramblovánaa zabezpečena v bloku FEC (ForwardError Correction) pro následnou korekci chyb v přijímači - jednotlivébity z ADSL rámce jsou následně rozděleny do subbloků a přiřazeny k jednotlivým nosným v subkanálech pro zajištění detekce stavů při mnohastavové modulaci (DMT) se provádí mřížkovékódování (TC) vdmt modulátoru se pro každý subkanál provádí kvadraturní amplitudovámodulace (QAM) tak, že se pro kombinaci přenášených bitů vypočte stav reprezentovaný komplexním číslem na každou nosnou lze přiřadit 2 až 15 bitů, čemuž odpovídá až 2 15 (32768) stavů QAM (viz konstelační diagram) při modulační rychlosti 4 kbd může dosáhnout přenosovárychlost až 60 kbit/s na subkanál zfrekvenční oblasti se signál převede do časovéoblasti na sled vzorků

14 Systémy xdsl blokové schéma modemu ADSL - princip a blokové schéma DMT modulátoru a demodulátoru viz přednáška č.11 (Telefonní přístroje, modulační metody a telefonní modemy) - princip a blokové schéma metody EC (Echo Cancellation) viz přednáška č.7 (Sítě ISDN přepojování okruhů, typy přípojek, přenos dat) - skrambler a deskrambler využití logické operace XOR a principu posuvného registru zabezpečení pseudonáhodnou posloupností

15 Systémy xdsl význam operace skramblování - datové skramblery, resp. (deskramblery) jsou nutné proto, aby byla zajištěna nezávislost posloupnosti výstupních dat (dat přenášených po vedení) a vstupních dat skramblováním se odstraňují dlouhé sekvence stejných symbolů, které by mohli vést k existenci stejnosměrné složky v přenosovém spektru (nežádoucí stav) - skrambler transformuje přicházející datové sekvence na pseudonáhodné sekvence dat - skramblery, resp. deskramblery se používají na sériový datový tok bez jakéhokoliv vztahu k vytváření struktury rámců nebo symbolové synchronizaci

16 Systémy xdsl struktura sítěs - přenos dat zúčastnického modemu k poskytovateli služeb je u ADSL obvykle řešen prostřednictvím protokolu PPP (Point-to-Point Protocol) a sdružovací architektury PTA (PPP Terminated Aggregation)

17 Systémy xdsl struktura sítěs - přístupová síť od multiplexorů DSLAM ke směrovači PTA (širokopásmový server) je založená na technologii ATM a používá protokolovou strukturu PPP over ATM (PPPoA), PPP over Ethernet (PPPoE) - spojení PPP je ukončeno u poskytovatele připojení vserveru PTA, který zajišťuje: - konfiguraci IP adres - autentifikaci uživatele - autorizace aúčtování pomocí protokolu RADIUS - důležitým místem je tzv. agregačníbod mezi serverem PTA a páteřní sítí, řešenou např. technologií MPLS shraničními směrovači (PE) zde dochází ke koncentraci datových toků - koncentrace je dána tzv. agregačním poměrem, který vyjadřuje, kolikrát je nižší přenosová rychlost agregovaného toku oproti součtu smluvních přenosových rychlostí všech účastníků připojených k danému agregačnímu bodu

18 Systémy xdsl struktura sítěs - agregace se provádí separátně pro účastníky každého poskytovatele ISP a odděleně pro skupinu účastníků s agregačním poměrem např. 1:50 či 1:20 pro domácí uživatele - agregačním poměr je stanoven sohledem na slučování toků od velkého množství účastníků využívajících primárně běžné webové služby, z nichžurčitá část není vdaném čase aktivní (nevyužívají datový spoj) a podstatná část přenosu dat vykazuje dávkový charakter (sítě paketového typu) - každý poskytovatel připojení kinternetu (ISP Internet Service Provider), využívající přístupovou síť ADSL, má tak k dispozici pro každý agregační bod celkovou přenosovou rychlost, která odpovídá součtu přístupových přenosových rychlostí přípojky ADSL účastníků připojených k danému agregačnímu bodu dělenou agregačním poměrem - pro každého poskytovatele ISP je zřízena v rámci MPLS sítě nezávislá privátní síť (VPN Virtual Private Network), do nížmá přístup v přístupovém bodě (AP)

19 Systémy xdsl struktura sítěs - spravedlivé přidělováníprostředků sítě účastníkům se provádí pomocí pravidel (Fair User Policy), v nejjednodušším případě např. zavedením objemových limitů na přenesená data za určité období, případně rozlišením provozu vyššími vrstvami RM-OSI (TCP/IP) - architekturu sítě využívající technologii ADSL je možné podstatně zjednodušit, pokud se nepožaduje široká škála služeb od různých poskytovatelů připojení NSP (Network Service Provider) typicky se jedná o vysokorychlostní připojení kinternetu k danému ISP nebo řešení vpodnikových sítích - při přenosu se používá přímo IP protokol bez nutnosti protokolu PPP a roli koncentrátoru DSLAM plní Ethernet přepínač (switch) smožností vytvářet virtuální sítě VLAN - pro rozvody datové sítě je možné využít existující telefonní kabeláž, původní telefonní přípojky zajišťované pobočkovou ústřednou jsou zachovány ADSL Ethernet přepínač spolu sadsl modemy zajistí vzdálené připojení sítí LAN k místnímu serveru a k páteřnímu směrovači

20 Systémy xdsl struktura sítěs ADSL

21 Systémy xdsl VDSL - VDSL technologie je učena pro připojení posledního úseku účastnického vedení (First Mile) v délce 0,3 až1,5 km - vysokorychlostní datový tok z ústředny určený skupině účastníků je přiveden optickým kabelem do rozvaděče (uspořádání sítě FTTC Fiber To The Curb), odkud se distribuuje k jednotlivým účastníkům po metalickém vedení - rozšířením spektra do 12 MHzoproti ADSL (VDSL 2 (až30 MHz)) se dosahuje přenosové rychlosti až52 Mbit/s směrem k účastníkovi (100 Mbit/s uvdsl 2) a až6,4 Mbit/s v opačném směru při nesymetrickém provozu princip činnosti VDSL modemu smodulací DMT je obdobný jako u ADSL - při symetrickém režimu provozu je počítáno s rychlostí do 34Mbit/s v obou směrech - pro vytvoření nezávislých informačních kanálů se používá frekvenčního multiplexu (FDM), při němžjsou obě přenosová pásma frekvenčně oddělena je nutné brát v úvahu i množství nově se objevujících problémů na vedeních, která nebyla konstruována pro přenos takto vysokých kmitočtů

22 Systémy xdsl shrnutí parametrů xdsl Označení DSL (IDSL) HDSL SDSL SHDSL ADSL Lite ADSL ADSL 2 (ADSL 2+) VDSL Typ provozu symetrický, duplexní symetrický, duplexní symetrický, duplexní asymetrický asymetrický asymetrický, symetrický, duplexní Rychlost (Up/Down) [Mbit/s] 0,128/0,128 2/2 2,3/2,3 0,5/1,5 1/8 1/12 (1/24) 6,4/52 34/34 Frekvenční pásmo [khz] 0 až až až až až až až 1104 (138 až 2208) 300 až až Použitá modulace, kódování 2B1Q 2B1Q 2B1Q 16-PAM DMT, CAP DMT, QAM, CAP QAM, DMT, CAP, DWMT Metoda duplexního přenosu EC EC EC FDD, EC FDD, EC FDD Dosah [km] cca 6 2 až 3 2 až 5 3 až 6 cca 7 cca 8 cca 8 (cca 3) 0,3 až 1,5

23 Systémy xdsl a Ethernet - fyzickou vrstvu převzatou od xdsl používá i nově standardizovaná varianta Ethernetu (IEEE 802.3ah) označovaná EFM (Ethernet in the First Mile) - byly vytvořeny dvě varianty pro metalická vedení EFMC (Ethernet in the First Mile Copper): - pro větší vzdálenosti LR (Long Range) se používá technologie SHDSL a rozhraní soznačením 2BASE-TL s rychlostmi 2 až5,696 Mbit/s na vzdálenost do 2,7km - pro kratší vzdálenosti SR (Short Range) se používá technologie VDSL a rozhraní soznačením 10BASE-TS s rychlostmi přenosu 10 až 100 Mbit/s na vzdálenost do 750m - pro vyšší rychlosti lze použít inverzní multiplex zahrnující až32 vedení, mezi které se rozloží datový tok vrstva Ethernetu (MAC) pak musí zvládnout dynamické přidělování párů (fyzické podvrstvy) a změnu rychlosti za provozu - předpokládaný vývoj nasazení Ethernetu nastiňuje následující obrázek

24 Systémy xdsl vývoj od DSL k Ethernetu

25 Očekávaný rozvoj plně ethernetových služeb - z předchozího obrázku je zřejmé, že Ethernet se jednak bude postupně prosazovat i v druhé míli a optika se postupně bude dostávat do přístupové sítě a pozvolna nahrazovat metalická vedení a xdsl - Ethernet v první míli bude určen pro širokopásmové služby jak pro podnikové, tak pro domácí uživatele - řešení navazující na nejrozšířenější a nejúspěšnější lokální síť má velkou naději na rychlé rozšíření, protože nabízí: - známou a jednoduchou technologii - dostatečnou šířku pásma - snadnou rozšiřitelnost - snadnou instalaci a dodání služeb - nasazování systémů EFM nejprve prostřednictvím přípojek DSL později sprotažením optiky do přístupové sítě přímo prostřednictvím optických přípojek