Цифровая абонентская линия - Digital subscriber line

"DSL" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. DSL (значения).
Набор интернет-протоколов
Уровень приложения
Транспортный уровень
Интернет-уровень
Связующий слой

Цифровая абонентская линия (DSL; изначально цифровой абонентский шлейф) - это семейство технологий, которые используются для передачи цифровые данные над телефонные линии. В телекоммуникационном маркетинге термин DSL широко понимается как Асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL), наиболее часто используемая технология DSL, для доступ в Интернет.

Услуга DSL может быть предоставлена ​​одновременно с проводная телефонная связь на той же телефонной линии, поскольку DSL использует более высокий полосы частот для данных. На территории заказчика DSL фильтр на каждой розетке, отличной от DSL, блокирует любые высокочастотные помехи для одновременного использования голосовых и DSL-услуг.

В битрейт потребительских услуг DSL обычно варьируется от 256 кбит / с до более 100 Мбит / с в направлении к клиенту (вниз по течению ), в зависимости от технологии DSL, состояния линии и реализации уровня обслуживания. Битрейт 1Гбит / с были достигнуты.[1]

В ADSL пропускная способность данных в вверх по течению направление (направление к поставщику услуг) ниже, отсюда и обозначение асимметричный служба. В симметричная цифровая абонентская линия (SDSL) скорости передачи данных в нисходящем и восходящем направлениях равны. Исследователи из 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.[2][3]

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 трасса в Соединенном Королевстве пролегала около 10 миль (16 км) между BBC студии в Ньюкасл-апон-Тайн и Передающая станция Pontop Pike. Однако эти кабели имели и другие дефекты, помимо Гауссов шум, препятствуя тому, чтобы такие ставки стали практичными в этой области. В 1980-е годы были разработаны методы широкополосный коммуникации, которые позволили значительно расширить лимит. 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.[4]

Мотивацией для технологии цифровых абонентских линий была Цифровая сеть с интегрированными услугами (ISDN) спецификация, предложенная в 1984 году CCITT (ныне ITU-T ) как часть Рекомендации I.120, позже повторно использованный как Цифровая абонентская линия ISDN (IDSL). Сотрудники Bellcore (сейчас Telcordia Technologies ) развитый Асимметричная цифровая абонентская линия (ADSL) путем размещения широкополосных цифровых сигналов на частотах выше существующих основная полоса аналоговый речевой сигнал передается по обычному витая пара прокладка кабеля между телефонные станции и клиентов.[5] Патент был подан в 1988 году.[6]

Джозеф В. Лехлейдер Вкладом в DSL было его понимание того, что асимметричное расположение обеспечивает более чем вдвое большую пропускную способность, чем симметричный DSL.[7] Это позволило поставщикам интернет-услуг предлагать эффективные услуги потребителям, которые извлекли большую пользу из возможности загрузки больших объемов данных, но редко нуждались в загрузке сопоставимых объемов. ADSL поддерживает два вида транспорта: быстрый канал и чередующийся канал. Быстрый канал предпочтителен для потоковое мультимедиа, где иногда упавший кусочек приемлемо, но лаги меньше. Чередующийся канал лучше подходит для передачи файлов, где 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 Интерфейс базовой скорости Услуги ISDN. 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 Цифровой сигнал 1 (DS1) вместо стандартных медных пар.

Поставка старых стандартов ADSL 8Мбит / с заказчику более 2 км (1,2 мили) неэкранированная витая пара медная проволока. Новые варианты улучшили эти показатели. Расстояние более 2 км (1,2 мили) значительно снижает пропускная способность можно использовать на проводах, что снижает скорость передачи данных. Но Удлинители шлейфов ADSL увеличивайте эти расстояния, повторяя сигнал, позволяя LEC доставлять скорости DSL на любое расстояние.[8]

DSL SoC

До конца 1990-х годов стоимость цифровые сигнальные процессоры для DSL было непомерно. Все типы DSL используют очень сложные цифровая обработка сигналов алгоритмы преодоления присущих ограничений существующих витая пара провода. Благодаря достижениям очень крупномасштабная интеграция (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 DSL модем на другом конце.

DSL-соединение может быть развернуто по существующему кабелю. Такое развертывание, даже включая оборудование, намного дешевле, чем установка нового, с высокой пропускной способностью. оптоволокно кабель 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 позволили повысить производительность и снизить 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 в Интернет чем дозвон, а также позволяет 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 Кабельный модем DOCSIS технология для достижения одинаковых скоростей. Спрос на приложения с высокой пропускной способностью, такие как обмен видео и файлами, также способствовал популярности технологии ADSL.

Ранняя услуга DSL требовала выделенного сухая петля, но когда США Федеральная комиссия связи (FCC) требуется действующие местные обменные операторы (ILEC), чтобы сдавать свои линии в аренду конкурирующим поставщикам услуг DSL, стал доступен DSL с совместным использованием линий. Также известен как DSL over разделенный сетевой элемент такое разделение услуг позволяет одному абоненту получать две отдельные услуги от двух разных поставщиков по одной кабельной паре. Оборудование поставщика услуг DSL находится в той же обмен телефонами как у ILEC, предоставляющего 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 США сообщили, что удаленные терминалы DSL с оптоволоконным обратный рейс заменяли старые системы ADSL.[9]

Операция

Телефоны подключены к обмен телефонами через местная петля, 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 пропускная способность ). Однако как на дальние расстояния сундуки были постепенно преобразованы с аналоговой работы в цифровую, идея возможности передавать данные через локальный шлейф (за счет использования частот выше голосового диапазона) утвердилась, что в конечном итоге привело к DSL.

В местная петля подключение телефонной станции к большинству абонентов способно передавать частоты, значительно превышающие верхний предел 3400 Гц. Горшки. В зависимости от длины и качества шлейфа верхний предел может составлять десятки мегагерц. DSL использует это неиспользуемое пропускная способность местного контура путем создания каналов 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. Удобство использования каждого канала оценивается примерно так же. аналоговый модем будет на соединении 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 делится на две разные полосы частот для вверх по течению и вниз по течению трафик, основанный на предварительно настроенном соотношении. Такое разделение снижает помехи. После создания групп каналов индивидуальный каналы находятся связанный в пару виртуальных цепей, по одной в каждом направлении. Как и аналоговые модемы, DSL трансиверы постоянно контролировать качество каждого канала и добавлять или удалять их из службы в зависимости от того, пригодны ли они для использования. После того, как восходящие и нисходящие контуры установлены, подписчик может подключиться к услуге, такой как интернет-провайдер или другие сетевые службы, например корпоративные MPLS сеть.

Базовая технология транспортировки через объекты DSL использует модуляция высокочастотного несущие волны, передача аналогового сигнала. Цепь DSL оканчивается на каждом конце в модем который модулирует модели биты в определенные высокочастотные импульсы для передачи противоположному модему. 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 звуковых частот 300–3400 Гц, модемы DSL модулируют частоты от 4000 Гц до 4 МГц. Такое разделение частотных полос позволяет использовать услуги DSL и старая добрая телефонная служба (POTS) сосуществовать на одних и тех же кабелях. На абонентском конце цепи, встроенный DSL фильтры устанавливаются на каждом телефоне для передачи речевых частот, но фильтрации высокочастотных сигналов, которые иначе были бы слышны как шипение. Кроме того, нелинейные элементы в телефоне в противном случае могли бы генерировать слышимый звук. интермодуляция и может нарушить работу модема данных в отсутствие этих фильтры нижних частот. Модуляции DSL и RADSL не используют полосу тональных 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 загрузочная катушка, 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. Без таких катушек голосовое обслуживание не может поддерживаться на определенном расстоянии. 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 волокном, ведущим к окрестности 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 факсы и коммутируемые модемы, можно использовать провода с DSL. Только один модем DSL может использовать абонентская линия вовремя. Стандартный способ разрешить нескольким компьютерам совместно использовать DSL-соединение маршрутизатор который устанавливает соединение между модемом DSL и локальным Ethernet, линия электропередачи, или же Вай фай сеть на территории заказчика.

Теоретические основы DSL, как и многие другие коммуникация технологии, можно проследить до Клод Шеннон Основополагающая статья 1948 года: Математическая теория коммуникации. Как правило, для передачи с более высокой скоростью требуется более широкая полоса частот, хотя соотношение битрейт к символьная скорость и, следовательно, к полосе пропускания не линейны из-за значительных нововведений в цифровая обработка сигналов и методы цифровой модуляции.

Голый DSL

Основная статья: Голый DSL

Голый DSL это способ предоставления только услуг DSL через местная петля. Это полезно, когда заказчику не нужны традиционные телефония голосовая служба, потому что голосовая служба принимается поверх служб DSL (обычно VoIP ) или через другую сеть (например, мобильная телефония ).

Его также обычно называют UNE (для разделенный сетевой элемент ) В Соединенных Штатах; в Австралии он известен как ULL (безусловный местный шлейф);[10] в Бельгии она известна как «сырая медь», а в Великобритании - как Single Order GEA (SoGEA).[11] Он начал возвращаться в США в 2004 году, когда Qwest начал предлагать это, за которым последовали Speakeasy. В результате AT&T слияние с SBC,[12] и Verizon слияние с MCI,[13] эти телефонные компании обязаны предлагать потребителям «голый» DSL.

Типовая установка

На стороне клиента трансивер DSL, или ATU-R, или более известный как модем DSL, подключается к телефонной линии. Телефонная компания подключает другой конец линии к DSLAM, который концентрирует большое количество отдельных DSL-соединений в одном устройстве. Расположение DSLAM зависит от оператора связи, но он не может быть расположен слишком далеко от пользователя из-за затухание между DSLAM и модемом DSL пользователя. Обычно к одному DSLAM подключают несколько жилых блоков.

На прилагаемом рисунке показана схема простого DSL-соединения (выделено синим цветом). Правая сторона показывает DSLAM, находящийся на телефонной станции телефонной компании. Слева показано оборудование клиента с дополнительным маршрутизатором. Маршрутизатор управляет локальной сетью (LAN), которая соединяет ПК и другие локальные устройства. У многих поставщиков услуг заказчик может выбрать модем, который содержит как маршрутизатор, так и беспроводной доступ. Этот вариант (в пунктирном пузыре) часто упрощает подключение.

Схема подключения DSL
Пример DSLAM с 2006 г.

Обмен оборудования

На бирже мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM) прекращается цепей DSL и объединяет их, где они передан к другим сетевым транспортным средствам. 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. DSLAM завершает все соединения и восстанавливает исходную цифровую информацию.

Клиентское оборудование

Клиентская сторона подключения состоит из клеммного адаптера или "DSL модем ". Это преобразует данные между цифровыми сигналами, используемыми компьютерами, и аналоговыми Напряжение сигнал подходящего частотного диапазона, который затем подается на телефонную линию.

Схема DSL-модема

В некоторых вариантах DSL (например, HDSL ), терминальный адаптер подключается непосредственно к компьютеру через последовательный интерфейс, используя такие протоколы, как Ethernet или же 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 для отделения или разделения сигнала DSL от низкочастотного речевого сигнала. Разделение может произойти либо на точка разграничения, или с фильтрами, установленными на телефонных розетках внутри помещения заказчика. У каждого способа есть свои практические и экономические ограничения.

Инициализация модема DSL

Когда модем DSL включается, он выполняет ряд шагов для установления соединения. Фактический процесс варьируется от модема к модему, но обычно включает следующие шаги:

  1. Трансивер DSL выполняет самотестирование, включая загрузку изображения и активацию.
  2. Затем трансивер DSL пытается синхронизировать с DSLAM. Данные могут поступать в компьютер только тогда, когда DSLAM и модем синхронизированы. Процесс синхронизации относительно быстр (в диапазоне секунд), но очень сложен и включает обширные тесты, которые позволяют обеим сторонам соединения оптимизировать производительность для характеристик линии, включая шум и обработку ошибок. Внешний или автономный модем имеет индикатор с надписью «CD», «DSL» или «LINK», который может использоваться, чтобы определить, синхронизирован ли модем. Во время синхронизации индикатор мигает; при синхронизации индикатор продолжает гореть, обычно зеленым.
  3. Если поддерживается, трансивер DSL устанавливает шлюз интернет-соединение.
  4. Трансивер DSL устанавливает соединение с маршрутизатором или компьютером. Для жилых вариантов DSL это обычно Ethernet (RJ-45) порт или USB порт; в редких моделях FireWire порт используется. Старые модемы DSL имели собственный интерфейс ATM (обычно 25 Мбит / с. Последовательный интерфейс ). Кроме того, в некоторых вариантах DSL (например, SDSL) используются синхронные последовательные соединения.

Современный DSL шлюзы часто интегрируют маршрутизацию и другие функции. Их инициализация очень похожа на ПК. загрузиться. Образ системы загружается из флэш-память; система загружается, синхронизирует DSL-соединение и, наконец, устанавливает IP-услуги в Интернете и соединение между локальной сетью и поставщиком услуг, используя такие протоколы, как DHCP или же PPPoE. В соответствии с Внедрение и применение технологии DSL (2007), метод PPPoE намного перевесил DHCP с точки зрения развертывания на DSL, и PAP была преобладающей формой аутентификации подписчика, используемой в таких обстоятельствах.[14] Образ системы обычно можно обновить для исправления ошибок или добавления новых функций.

Протоколы и конфигурации

Многие технологии DSL реализуют асинхронный режим передачи (Банкомат) слой на низком уровне битовый поток уровень, позволяющий адаптировать ряд различных технологий по одному и тому же каналу.

Реализации DSL могут создавать мостовой или же направлен сети. В конфигурации с мостом группа компьютеров-подписчиков эффективно соединяется в единую подсеть. Самые ранние использованные реализации DHCP для предоставления сведений о сети, таких как айпи адрес к абонентскому оборудованию, с аутентификация через MAC-адрес или назначенное имя хоста. Более поздние реализации часто используют Протокол точка-точка (PPP) для аутентификации с использованием идентификатора пользователя и пароля, а также для предоставления сведений о сети (Протокол точка-точка через Ethernet (PPPoE) или Протокол точка-точка через банкомат (PPPoA)).

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 по длине линии от телефонной станции до абонента накладывают серьезные ограничения на скорость передачи данных. Такие технологии как VDSL обеспечивают очень высокоскоростные, но ближние связи. VDSL используется как метод доставки "тройная игра "услуги (обычно реализуются в волокно к бордюру сетевые архитектуры).

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Следующее поколение DSL может прокачивать 1 Гбит / с по медным телефонным линиям, Gizmodo, 18 декабря 2013 г., Эндрю Тарантола
  2. ^ Alcatel-Lucent устанавливает рекорд скорости широкополосного доступа с использованием меди, Phys.org, 10 июля 2014 г., Нэнси Овано
  3. ^ Исследователи получают рекордные скорости широкополосного доступа с помощью медных проводов старой школы, Engadget, 10 июля 2014 г., Мэтт Брайан
  4. ^ Джон Э. Тромбли; Джон Д. Фоулкс; Дэвид К. Уортингтон (18 мая 1982 г.). «Аудио и полнодуплексная система цифровых носителей информации». Патент США 4330687 (опубликовано 14 марта 1979 г.).
  5. ^ Рональд Шамус. "EE535 Домашнее задание 3". Вустерский политехнический институт. Архивировано из оригинал 12 апреля 2000 г.. Получено 15 сентября, 2011.
  6. ^ 4 924 492 США, «Способ и устройство для широкополосной передачи цифровых сигналов, например, между телефонным центральным офисом и помещением клиента» 
  7. ^ Джозеф В. Лехлейдер (август 1991 г.). «Цифровые абонентские линии с высокой скоростью передачи данных: обзор прогресса HDSL». Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций. 9 (6): 769–784. Дои:10.1109/49.93088.
  8. ^ Бесконечный охват ADSL
  9. ^ Ом Малик (24 апреля, 2012). "Марш смерти DSL продолжается". Gigaom.com. Получено 2019-10-21.
  10. ^ ULL (безусловный местный шлейф). Whirlpool.net.au. Проверено 18 сентября 2013.
  11. ^ «Волокно нового поколения» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-10-19.
  12. ^ «Федеральная комиссия по связи одобрила слияние SBC / AT&T». www.sbc.com. 31 октября 2005 г.
  13. ^ Слияние Verizon MCI Архивная копия в WebCite (14 июля 2007 г.).
  14. ^ Филип Голден; Эрве Дедье; Криста С. Якобсен (2007). Внедрение и применение технологии DSL. Тейлор и Фрэнсис. п. 479. ISBN  978-1-4200-1307-8.
  15. ^ http://www.ericsson.com/res/thecompany/docs/journal_conference_papers/broadband_and_transport/itu-ts_new_g_vector_standard_proliferates_100mbs_dsl.pdf
  16. ^ «Новый стандарт широкополосного доступа ITU ускоряет маршрут до 1 Гбит / с». ITU-T. 2013-12-11. Получено 2014-02-13.
  17. ^ Спруит, Пол; Ванхастель, Стефаан (4 июля 2013 г.). «Цифры есть: векторизация 2.0 делает G.fast быстрее». TechZine. Alcatel Lucent. Архивировано из оригинал на 2014-08-02. Получено 2014-02-13.
  18. ^ «Стандарт широкополосного доступа G.fast утвержден и находится на рынке». ITU-T. 2014-12-05. Получено 2014-12-07.
  19. ^ Харди, Стивен (2014-10-22). "G.fast ONT будет доступен в начале следующего года, - сообщает Alcatel-Lucent". lightwaveonline.com. Получено 2014-10-23.
  20. ^ "IPSL Special Interest Group". веб-сайт консорциума. 2007. Архивировано с оригинал 28 сентября 2008 г.. Получено 15 сентября, 2011.
  21. ^ "Rim Semiconductor Company". Официальный веб-сайт. Архивировано из оригинал 24 августа 2008 г.. Получено 15 сентября, 2011.
  22. ^ Adtran закладывает основу для сверхбыстрого широкополосного доступа по меди, Мир ПК
  23. ^ Форум широкополосного доступа (2016-07-01). «Архитектура широкополосной сети гибридного доступа TR-348» (PDF). Получено 2018-07-01.
  24. ^ Мацумото, Крэйг (13 сентября 2005 г.). "Valley Wonk: DSL Man". Легкое чтение. Получено 2014-02-19.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

  • Теория ADSL —Информация о предыстории и работе ADSL, а также о факторах, влияющих на достижение хорошей синхронизации между вашим модемом и DSLAM.