ADSL: раунд второй

Стандартизация в 1999 году технологии ADSL Международным союзом электросвязи (документы ITU G.992.1 и G.992.2) привела к исполнению самых заветных чаяний пользователей: по обычной телефонной линии теперь можно загружать данные из Internet с мультимегабитными скоростями. В ту пору казалось, что пропускной способности на уровне 8 Мбит/с (теоретический максимум для нисходящего трафика) хватит надолго. Но прошло не так уж много времени, и погоня за еще большими скоростями передачи возобновилась с прежней силой

В результате на свет появилось второе поколение ADSL-стандартов, а полоса пропускания асимметричных цифровых абонентских линий стала измеряться десятками мегабитов в секунду.

Совершенству нет предела

Семейство стандартов ADSL2 в его сегодняшнем виде сформировалось за какой-то год с небольшим, хотя работа над ним велась гораздо дольше. В июле 2002 года ITU-T ратифицировал спецификацию G.992.3 G.dmt.bis, которая, как следует из ее названия, регламентирует использование в каналах ADSL2 схемы линейного кодирования DMT и является развитием базового ADSL-стандарта G.992.1. Одновременно была принята облегченная версия G.992.4 G.lite.bis, ставшая аналогом более ранней спецификации G.lite (G.992.2). В январе прошлого года завершилась работа над спецификацией ADSL2+ (формальное обозначение стандарта — G.992.5 ADSL2 PLUS), что ознаменовало собой очередной прорыв в деле повышения пропускной способности. Наконец, в октябре 2003 года семейство стандартов ADSL2 пополнилось спецификацией G.992.3 Reach Extended, в которой основной упор сделан на увеличении максимальной дальности передачи.

При разработке перечисленных спецификаций усовершенствования коснулись различных аспектов технологии ADSL. Тем не менее главными среди них являются базовые технические характеристики цифровых абонентских линий, которыми пользователи интересуются в первую очередь.

Скорость и дальность передачи. Семейство стандартов ADSL2 разрабатывалось прежде всего ради увеличения скорости передачи на протяженных соединениях, которые традиционно характеризуются низким отношением сигнал/шум (Signal-to-Noise Ratio, SNR). Если теоретический максимум пропускной способности для нисходящего трафика на линиях ADSL2 составляет примерно 8 Мбит/с, то следование стандарту ADSL2 позволяет поднять его до 12 Мбит/с.

Этот результат достигнут не в последнюю очередь благодаря применению четырехмерного решетчатого QAM-кодирования с 16 состояниями. Увеличение эффективности достигается и за счет спектрального расширения нестационарных шумов, вызванных интерференцией радиосигналов; эта процедура выполняется принимающим устройством. Другим новшеством стало снижение доли служебной информации в пакетах данных: если в первой версии стандарта под нее отводилось 32 Кбит/с, то теперь этот параметр стал программируемым и может варьироваться в пределах 4—32 Кбит/с. Выигрыш в полезной полосе пропускания особенно заметен на протяженных медленных линиях с суммарной полосой 128 Кбит/с.

Усовершенствования коснулись и процедур формирования пакетов в сетях ADSL-доступа, что повысило эффективность использования кода Рида—Соломона опять же на протяженных линиях. Модернизации подверглась функция установления соединения: снижена мощность передаваемых сигналов, введены процедуры распознавания первоначального тестового сигнала приемником, определения им несущих, используемых для передачи инициализирующих сигналов, и т. д. В конечном счете, возрастание пропускной способности эквивалентно увеличению дальности связи при фиксированной скорости передачи примерно на 200 м.

Диагностика канала связи. Как известно, сложности с определением причин нештатных ситуаций в свое время стали одной из серьезных преград к быстрому распространению массовых услуг ADSL. Стандарт ADSL2 предусматривает существенное расширение спектра диагностических возможностей приемопередающего оборудования. Новые средства диагностики позволяют выявлять причины неполадок в процессе и после инсталляции ADSL-устройств, осуществлять мониторинг производительности эксплуатируемого оборудования (в том числе в режиме реального времени), определять необходимость его модернизации. В частности, новые спецификации регламентируют функции измерения уровня шума в линии, степени затухания передаваемых сигналов, величины SNR на обоих концах соединения.

Управление энергопотреблением. В первом поколении стандартов ADSL предполагалось, что ADSL-устройства работают в режиме максимального энергопотребления круглосуточно, то есть даже тогда, когда по абонентской линии трафик не передается. В спецификациях ADSL2 этот режим обозначен как L0, а помимо него предусмотрены два более экономичных режима. В L2 уровень энергопотребления снижается оборудованием центрального офиса статистически, то есть с учетом текущей интенсивности передаваемого трафика, а в L3 устройства на обоих концах соединения переходят в спящий режим в случае длительного «простоя» линии. Переходы между L2 и L0 осуществляются без прерывания сервиса и каких-либо потерь пакетов, то есть с точки зрения пользователя, выполняются прозрачно. Повторная инициализация соединения и выход на стационарную скорость передачи из состояния L3 занимает около 3 с.

Адаптация скорости передачи. Появившийся в стандартах ADSL2 механизм прозрачной адаптации скорости (Seamless Rate Adaptation, SRA) к текущему состоянию абонентской линии (к уровню перекрестных помех, наличию интерференции с AM-радиосигналами, изменениям температуры, ухудшению параметров из-за проникновения воды под оболочку многожильного кабеля) выполняется в режиме реального времени и позволяет изменять скорость передачи данных без потерь пакетов. Подобная адаптация стала возможной после разобщения в сетях ADSL2 уровней, отвечающих за модуляцию и формирование пакетов. Изменение скорости выполняется на уровне модуляции и не влияет на процессы синхронизации пакетов, от которых зависят непрерывность сервиса и появление ошибок передачи.

Объединение каналов. Микросхемы, реализующие технологию ADSL2, позволяют объединить несколько медных пар в один логический ADSL-канал. При этом используется механизм инверсного мультиплексирования для сетей ATM (Inverse Multiplexing for ATM, IMA), стандартизованный в свое время консорциумом ATM Forum. Стандарт IMA определяет новый подуровень стека протоколов (IMA-подуровень), расположенный между физическим уровнем ADSL и уровнем ATM. На передающей стороне один ATM-поток распределяется по нескольким физическим уровням ADSL, а на принимающей выполняется обратная операция. Механизм объединения каналов обычно используется для увеличения скорости передачи нисходящего трафика.

Множественные каналы. Полоса пропускания линии ADSL2 может быть разбита на несколько логических каналов, которые будут иметь индивидуальные характеристики и предназначаться для разных приложений. В частности, предусмотрена канализированная передача голосового TDM-трафика по линии DSL (Channelized Voice over DSL, CVoDSL), выполняемая прозрачно на физическом уровне. Другими словами, технология ADSL2 позволяет обойтись без преобразования голосового трафика в IP-пакеты или ATM-ячейки. При этом на линии ADSL2 можно сформировать несколько 64-Кбит/с производных голосовых каналов, которые не будут препятствовать передаче традиционного трафика ТфОП и высокоскоростной передаче данных (рис. 1).

Рис. 1. Выделенные голосовые каналы в линиях ADSL2

Среди других преимуществ ADSL-стандартов второго поколения стоит отметить улучшенную совместимость приемопередающего ADSL2-оборудования, построенного на базе микросхем разных производителей; и возможность передачи по линиям ADSL2 пакетов данных, например, трафика Ethernet.

ADSL2+ и другие

Стандарт ADSL2+, принятый Международным союзом электросвязи полтора года назад, предусматривает удвоение (по сравнению с ADSL2) максимальной пропускной способности «последней мили» для нисходящего трафика (рис. 2). Теоретически, пропускная способность может быть доведена до 24 Мбит/с на расстояниях порядка 900 м и до 20 Мбит/с на расстояниях не более 1,5 км. Выигрыш в производительности достигнут благодаря расширению рабочей полосы частот: если верхняя граница спектра в стандарте G.992.3 установлена равной 1,1 МГц, а в стандарте G.992.4 (lite) и вовсе 552 кГц, то в G.992.5 она поднята до 2,2 МГц; при этом восходящий поток по-прежнему передается на частотах до 140 кГц.

Рис. 2. Стандарт ADSL2+ предусматривает дополнительное удвоение скорости передачи

Расширение частотного диапазона может использоваться не только для повышения скорости передачи трафика, но и для уменьшения перекрестных помех. Спецификация ADSL2+ предусматривает, например, возможность транспортировать нисходящий трафик в диапазоне 1,1—2,2 МГц с маскировкой более низких частот. Это полезно в том случае, когда по разным жилам одного кабеля к пользователю поступает трафик от оборудования центрального офиса и удаленного терминала. Разнеся эти потоки по частотам, перекрестные помехи можно практически свести к нулю.

Неотъемлемой частью стандартов ADSL являются дополнения, которые регламентируют использование сервиса ADSL в разных странах и его применение для разных приложений. Часть из них (A, B и C) присутствовала в ADSL-стандартах первого поколения (G.992.1 и G.992.2) и претерпела небольшую модернизацию применительно к сетям ADSL2/ADSL2+.

Абонентский мост/маршрутизатор 6381 ADSL/R компании Paradyne поддерживает технологии ADSL2 и ADSL2+

Дополнения I и J разрабатывались специально для ADSL2/ ADSL2+ и определяют процедуру полного перевода линии доступа в цифровой режим. Последнее означает, что самая нижняя часть частотного диапазона, которая обычно используется для транспортировки голосового трафика, может быть отдана под цифровую передачу данных. В результате удается достичь еще большего увеличения пропускной способности линии доступа для передачи потоков данных. Дополнение I регламентирует выполнение указанной процедуры в сетях ТфОП, дополнение J — в сетях ISDN.

Возможность улучшения другого параметра сетей доступа — максимальной дальности связи — заложена в дополнении L (G.992.3 Annex L). Соответствующая технология получила даже специальное название — Reach Extended ADSL2 (RE-ADSL2). Впрочем, ее возможности не возбраняется трактовать иначе: RE-ADSL2 обеспечивает увеличение скорости передачи при фиксированной длине линии и разных уровнях помех. Применение в RE-ADSL2 новой маски для спектральной мощности передаваемых сигналов позволило повысить скорость передачи даже при сужении используемой полосы частот. Результаты одного из тестов пропускной способности для нисходящего трафика на линиях ADSL (G.992.1) и RE-ADSL2 при наличии белого шума, генерируемого удаленным терминалом, представлены на рис. 4. При скорости передачи 768 Кбит/с максимальное расстояние передачи увеличивается почти на 1 км (рис. 3).

Рис. 3. Увеличение максимальной дальности связи в технологии RE-ADSL2

Наконец, дополнение M, благодаря удвоению числа поднесущих для восходящего трафика (с 32 до 64), позволяет увеличить скорость передачи потоков данных в направлении от пользователя.

Битва за услуги

Разработка и формирование массового спроса на новые услуги в последние годы превратились в настоящий камень преткновения практически любой новой технологии высокоскоростной передачи данных. Применительно к сетям доступа ADSL2+ весьма многообещающим представляется передача по цифровой абонентской линии видеопотоков. Нельзя сказать, что с появлением новых стандартов возможности операторов в этой сфере изменились радикально, но определенный прогресс налицо.

Как известно, в обычных сетях ADSL-доступа оператор оказывался перед выбором: нужно либо одновременно передавать по ADSL-соединению не более двух видеоканалов либо переходить на технологию VDSL. В первом случае он проигрывал операторам кабельного телевидения, во втором — неизбежно сталкивался с серьезными ограничениями на максимальную дальность передачи (см. таблицу), а значит, должен был выносить DSL-мультиплексоры как можно ближе к потребителям услуг, соединяя их с оборудованием центрального офиса оптическими линиями.

Стандарт ADSL2+ позволяет передавать по одной абонентской линии сразу три 3,8-мегабитных видеоканала почти на 2,5 км, то есть даже при выносе устройств DSLAM заметно сокращается длина волоконно-оптических линий. Если же уменьшить полосу пропускания, приходящуюся на один канал, то число одновременно транслируемых каналов может существенно возрасти. Так, в сентябре прошлого года на проходившей в Амстердаме выставке International Broadcasting Convention 2003 компания Lucent Technologies продемонстрировала возможность передачи подписчикам на услуги ADSL-доступа до 200 телевизионных каналов и оказания услуг «видео по требованию». В качестве оборудования центрального офиса использовался концентратор ADSL-доступа Stinger корпорации Lucent с линейными картами ADSL2+.

По мнению некоторых экспертов, увеличение дальности связи и числа каналов должно стать стимулом к активному распространению сервиса Video-over-ADSL. Однако у этого выигрыша есть и обратная сторона. Рост пропускной способности «последней мили» заставит провайдеров увеличить емкость каналов, соединяющих DSL-мультиплексоры с оборудованием центрального офиса. Сегодняшние транки DS-3 для этого не подойдут, следовательно, операторам придется заменять их на каналы OC-48 или Gigabit Ethernet. Проблемы связаны не только с необходимостью дополнительных затрат, но и с тем, что не все производители устройств DSLAM обеспечивают поддержку таких типов магистральных соединений.

Близость к народу

Стандарты — стандартами, но пользователей интересуют готовность операторов внедрять в своих сетях новую технологию, набор реализуемых на ее основе услуг, тарифы, наличие на рынке соответствующего оборудования и совместимость продуктов разных фирм. Как известно, первоначальные прогнозы в отношении перспектив рынка ADSL оказались чрезмерно оптимистичными. В тех же США ряд альтернативных операторов, развернувших первые сети ADSL-доступа на рубеже веков, вскоре столкнулись с серьезнейшими финансовыми проблемами. Тем не менее по объемам внедрения технология ADSL по сей день остается лидером среди многочисленных представителей DSL-семейства, и в этом отношении для применения спецификаций ADSL и ADSL2 имеется хорошая почва.

Уже в апреле прошлого года в лаборатории совместимости Университета штата Нью-Хэмпшир (UNH-IOL) состоялся первый раунд тестирования отдельных микросхем ADSL2 на предмет соответствия новому стандарту. Организованные при теснейшем участии ADSL Forum испытания базировались на разработанном в стенах этого консорциума наборе тестов Draft 013 Interoperability Test Plan, который охватывает протоколы и интерфейсы физического уровня. В тестировании приняли участие семь производителей: Analog Devices, Aware, Broadcom, Centillium, Infineon, Samsung Electronics и Texas Instruments. Как видите, в этом списке фигурируют несколько ведущих поставщиков элементной базы для современных устройств доступа и телекоммуникационного оборудования в целом; их готовность с самого начала протестировать свои устройства на совместимость следовало воспринимать как хороший знак.

Примерно тогда же, в первой половине прошлого года, о готовности использовать в своих устройствах компоненты ADSL2/ ADSL2+ по мере их появления на рынке заявили несколько известных производителей мультиплексоров DSL-доступа. В их числе — компании Alcatel, Calix, Net to Net, Next Level и Lucent Technologies.

Инициатива UNH-IOL постепенно превратилась в традицию: испытания компонентов в лаборатории стали проводиться с завидной регулярностью, и постепенно в них вошло тестирование законченных систем. Так, на вторую декаду октября намечен уже седьмой цикл тестирования компонентов, а месяцем позже состоится шестое тестирование готовых продуктов. За полтора года заметно расширился состав участников — их счет уже идет на десятки. В числе производителей, не участвовавших в самых первых испытаниях, следует упомянуть Adtran, Ericsson, Paradyne, Thomson, Siemens и ZyXEL.

В настоящее время поддержка технологий ADSL2 и ADSL2+ реализована в продуктах разных категорий — устройствах доступа, DSL-мультиплексорах, средствах тестирования. Если говорить об абонентском оборудовании, то один из крупнейших игроков в этом рыночном сегменте компания Thomson, получившая продуктовую линейку SpeedTouch от Alcatel, уже предусмотрела в своих DSL-модемах возможность программной реализации поддержки ADSL2/ADSL2+. Прежде всего это устройства SpeedTouch 350i/360i, наделенные функцией мостовой передачи, и четырехпортовые беспроводные ADSL-шлюзы SpeedTouch 580. Фирма ZyXEL реализовала поддержку стандартов ADSL/ADSL2+ в модеме/маршрутизаторе Prestige 660 и в четырехпортовых ADSL-шлюзах Prestige 660H и 662HW. Средства поддержки ADSL2, ADSL2+ и RE-ADSL имеются в абонентских модемах SpeedStream 5100 и 5200, выпускаемых подразделением Siemens Subscriber Networks.

Сама корпорация Alcatel предлагает оборудование центрального офиса для развертывания операторами сетей ADSL-доступа нового поколения. Фирма разработала технологию Multi-ADSL, которая позволяет реализовать поддержку сразу четырех разновидностей асимметричных цифровых абонентских линий (ADSL, ADSL2, ADSL2+ и RE-ADSL2) в одной линейной карте, устанавливаемой в DSL-мультиплексоры Alcatel 7300 Advanced Services Access Manager (ASAM), а также в блоках MTU/MDU. Кроме того, она выпускает систему управления DSL-сетями Alcatel 5523 ADSL Work Station (AWS), в которой также реализована поддержка стандартов ADSL/ADSL2+.

Мультиплексоры DSL-доступа с поддержкой высокоскоростной версии технологии ADSL появились в ассортименте корпорации Paradyne. Ее устройство BigStorm 2600 способно работать с абонентскими линиями, максимальная пропускная способность которых составляет 12 Мбит/с (ADSL2). Компания предлагает и несколько моделей абонентских устройств, соответствующих второму поколению стандартов ADSL: это мосты/маршрутизаторы 6210/6211 ADSL2+ и 6380 Series ADSL/R.

Для тестирования ADSL-сетей следующего поколения предназначено устройство Line Simulator LSX 2025 производства Sparnex. Продукты DLS 410 и 5200 компании Spirent позволяют тестировать цифровые абонентские линии даже в том случае, если для передачи сигналов используются частоты вплоть до 4,5 МГц (будущий стандарт ADSL2++).

Несмелые шаги

Хотя некоторые производители уже предлагают законченные устройства с поддержкой технологии ADSL2/ADSL2+, их поистине массовое производство началось лишь в самые последние месяцы. Причина — появление реального спроса на эту продукцию со стороны операторов.

Совместимость новых стандартов с базовыми спецификациями ADSL означает, что телекоммуникационные компании смогут внедрять в своих сетях новую технологию без радикального обновления их инфраструктуры и постепенно расширять спектр новых услуг. Опыт, накопленный при развертывании и эксплуатации сетей ADSL-доступа (как положительный, так и отрицательный), позволяет оценивать перспективы ADSL2, что называется, с открытыми глазами.

Свою заинтересованность в постепенном внедрении ADSL2 и ADSL2+ выразил, например, оператор Bell Canada. По мере роста спроса на приложения с повышенными требованиями к полосе пропускания проводных сетей доступа эта компания, обслуживающая более 1 млн ADSL-линий, намерена перейти на технологию VDSL. Тем не менее, по словам директора Bell Canada по технологиям доступа Джина Хуппе, 10—20% клиентов фирмы будет предложен сервис ADSL2+. Планы внедрения технологии ADSL2+ к концу текущего года вынашивает и Qwest, один из американских традиционных операторов местной связи.

А норвежская компания Telenor подписала в мае контракт с корпорацией Alcatel на поставку оборудования для модернизации своей сети ADSL-доступа. Как отмечается в ее пресс-релизе, существенная ставка при этом делается на технологию Multi-ADSL. Судя по всему, первоначально обновление коснется лишь телекоммуникационной инфраструктуры Telenor в Норвегии, но со временем может распространиться и на другие страны Северной и Центральной Европы, где представлены интересы фирмы. В частности, сегодня она владеет 20,4% акций оператора «Голден Телеком», лидирующего на отечественном рынке услуг доступа. Впрочем, о конкретных планах внедрения технологий ADSL2/ADSL2+ этим или другими российскими операторами пока не известно.

только цифры

Согласно данным Dell?Oro Group, во II квартале 2004 года на долю интерфейсных карт с портами ADSL2+ для DSL-мультиплексоров пришлось 13,6% общего числа произведенных в мире DSL-портов. По мнению экспертов этой компании, их полная обратная совместимость с оборудованием стандарта ADSL и незначительная разница в цене приведут к тому, что через год все поставляемые интерфейсные платы ADSL будут поддерживать и стандарт ADSL2+.

ADSL2+ и VDSL: достойная альтернатива