ITU G.991.2

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 23:45, 27 мая 2019.
Версия от 23:45, 27 мая 2019; egor zorin (обсуждение | вклад)

(разн.) ← Предыдущая | Текущая версия (разн.) | Следующая → (разн.)
ITU G.991.2
Communications protocol
ITU logo.png
Purpose Позволяет клиентам обмениваться данными с одинаковой скоростью передачи и приема (то есть симметрично) по медным телефонным линиям
Developer(s) ITU
Introduced February 2001; 19 years ago (2001-02)
Based on HDSL2 (High-bit-rate Digital Subscriber Line 2)
Influenced ITU G.992.3/4

ITU G.991.2, G.SHDSL, SHDSL (англ. Single-pair high-speed digital subscriber line - Однопарная высокоскоростная цифровая абонентская линия) — это одна из xDSL технологий, которая обеспечивает симметричную дуплексную передачу данных сигнала по паре медных проводов. Используется преимущественно для соединения абонентов с узлом доступа провайдера (последняя миля). Основные идеи взяты из технологии HDSL2.

По стандарту технология SHDSL обеспечивает симметричную дуплексную передачу данных со скоростями от 192 Кбит/с до 2.3 Mбит/c (с шагом в 8 Кбит/с) по одной паре проводов, соответственно от 384 кбит/c до 4,6 Mбит/c по двум парам. Использование методов кодирования TC-PAM128 позволяет повысить скорость передачи до 15,2 Мбит/с по одной паре и до 30.4 Мбит/с по двум парам соответственно. При максимальной скорости (для провода 0,4 мм) рабочая дальность составляет около 3,5 км, а при минимальной — свыше 6 км.

SHDSL технология позволяет осуществлять как высокоскоростной доступ в Интернет, так и быструю и качественную передачу большого количества информации. Также с помощью SHDSL технологии можно пользоваться IP-телефонией (городская, междугородняя, международная связь) и видеоконференцсвязью.[Источник 1]

Стандарты SHDSL

Отраслевой стандарт для SHDSL определен в Рекомендации ITU-T G.991.2, которая была впервые опубликована в феврале 2001 года. Оборудование SHDSL также известно под "черновым" названием стандарта G.SHDSL. Основные обновления G.991.2 были выпущены в декабре 2003 года. Оборудование, соответствующее версии 2003 года G.991.2, часто называют "черновым" названием стандарта G.SHDSL.bis или просто SHDSL.bis. Обновленные функции G.991.2:

  • Опциональная поддержка до четырех соединений медных пар (M-pair);
  • Необязательные расширения для обеспечения скорости передачи пользовательских данных до 5696 кбит/с на пару, описанные в Рекомендации ITU-T G.991.2 в приложениях F и G;
  • Дополнительная поддержка динамического перераспределения скорости, позволяющая гибко изменять скорость передачи данных с использованием SHDSL без прерывания обслуживания, описанная в Рекомендации ITU-T G.991.2 в приложении E.10.3;
  • Новые определения полезной нагрузки, включая режим передачи пакетов Ethernet, описанные в Рекомендации ITU-T G.991.2 в приложении E.11.

SHDSL заменяет более старую технологию HDSL, определенную в стандарте ITU-T G.991.1.[Источник 2]

Обзор

Однопарная высокоскоростная цифровая абонентская линия (SHDSL) является формой симметричной цифровой абонентской линии (SDSL), технологией передачи данных с равной скоростью передачи и приема (то есть симметричной) по медным телефонным линиям. Причем передача данных с помощью SHDSL осуществляется быстрее, чем с помощью обычного модема голосовой линии передачи. В отличие от других технологий DSL, SHDSL использует амплитудно-импульсную модуляцию с решетчатым кодированием (TC-PAM). В основной полосе частот TC-PAM работает на частотах, часть из которых используется аналоговой голосовой телефонной службой (POTS). Таким образом, делитель частоты и фильтр DSL не могут использоваться для одновременного использования телефонной линии как службой SHDSL, так и службой POTS. Поддержка симметричной передачи данных сделала SHDSL популярным выбором предприятий для организации частной телефонной станции (англ. PABX - Private Automatic Branch eXchange), для создания частной виртуальной сети (VPN), веб-хостинга и других услуг передачи данных.

Технология G.SHDSL представляет собой всемирный стандарт ITU G.991.2, обеспечивающий симметричную дуплексную передачу данных сигнала по паре медных проводов.

Необходимость создания такой технологии симметричной передачи данных обусловлена возможностью совмещения оборудования различных производителей, увеличения дальности передачи, снижения затрат на монтаж и эксплуатацию вновь вводимых линий передачи, реализации передачи одинаковых по объему потоков данных в обе стороны для голосовых каналов, удаленного доступа к сети предприятия или веб-серверам. Таким образом, как и любая симметричная DSL-технология, G.SHDSL ориентирована, главным образом, на корпоративный сектор.

В основу G.SHDSL были положены основные идеи HDSL2, получившие дальнейшее развитие. Применение системы кодирования TC-PAM (Trellis coded PAM) и смещения частот для нисходящего и восходящего трафика предоставляет возможность оптимально использовать всю полосу частот для передачи трафика. Такой метод модуляции гарантирует почти предельную скорость передачи информации по линии. В отличие от кодирования 2B1Q (Потенциальный код 2B1Q - 2 Binary 1 Quaternar) или CAP (англ. Carrierless Amplitude and Phase modulation - Амплитуднофазовая модуляция без передачи несущей), которые применяются в HDSL, спектр сигнала локализован в более узкой полосе частот. Это помогает избежать перекрестных помех (при совместной работе на одном кабеле) с оборудованием, функционирующем как по другим DSL-технологиям, так и по самой G.SHDSL. Более того, спектральная плотность сигнала G.SHDSL имеет такую форму, которая обеспечивает его почти идеальную спектральную совместимость с сигналами ADSL.

При декодировании в приемнике используется весьма эффективный алгоритм Витерби (Viterbi). Дополнительный выигрыш получен за счет применения прекодирования Томлинсона (Tomlinson) — искажения сигнала в передатчике на основе знания импульсной характеристики канала. Суммарный выигрыш за счет использования такой достаточно сложной технологии кодирования сигнала составляет до 30% по сравнению с ранее используемыми HDSL/SDSL системами. На рисунке 1 изображена спектральная плотность сигнала G.SHDSL.

Рисунок 1 – Спектральная плотность сигнала G.SHDSL

В G.SHDSL эффективно используется адаптация скорости передачи, способная изменяться с шагом 8 кбит/с от 192 кбит/с до максимального значения 2,32 Мбит/с, соответствующего скорости канала E1. Для этого с помощью протокола G.hs.bis, инкапсулированного в стандарт, в процессе установления соединения модемы на обоих концах линии тестируют условия распространения сигнала и, в результате обмена сообщениями, определяют максимальную скорость передачи, допустимую при данных условиях (это особенно важно для определения типа обслуживания передаваемого трафика и формата передаваемых кадров), причем максимальная длина соединения (7,5 км при скорости 192 кбит/с и более 3 км при 2,32 Мбит/с) оказывается больше, нежели у других симметричных DSL-технологий, работающих при тех же скоростях передачи. Применение эхоподавления обеспечивает полнодуплексную связь при всех значениях скорости.

На рисунке 2 показано развитие различных систем связи до G.SHDSL с соответствующими им скоростями передачи.

Рисунок 2 – Эволюция систем передачи

В G.SHDSL предусмотрена возможность использования для передачи данных одновременно двух пар, что позволяет увеличить предельную скорость передачи до 4624 кбит/с и обеспечивает необходимый уровень резервирования. Но главное, можно удвоить максимальную скорость — ее удается получить на реальном кабеле, по которому подключен абонент. На рисунке 3 изображены указанные возможности систем передачи G.SHDSL.

Рисунок 3 – Возможности систем передачи G.SHDSL

Стандартом ограничена максимальная задержка данных в канале передачи — она составляет не более 500 мс. Дополнительно снизить задержки в канале можно за счет оптимального выбора протокола во время инициализации. Например, для IP трафика устанавливается соответствующий протокол, что позволяет отказаться от передачи избыточной информации. В отличие от ADSL и VDSL, G.SHDSL как нельзя лучше подходит для организации «последней мили». Так, при максимальной скорости обеспечивается передача 36 голосовых каналов. Тогда как ADSL, где ограничивающим фактором является низкая скорость передачи от абонента к сети (640 кбит/с), позволяет организовать лишь 9 голосовых каналов, не оставляя места для передачи данных. Еще одна задача, которая успешно решена в G.SHDSL, — снижение энергопотребления.

По сравнению с двухпарными вариантами, однопарные обеспечивают существенный выигрыш по аппаратным затратам и, соответственно, надежности изделия. Ресурс снижения стоимости составляет до 30% для модемов и до 40% для регенераторов — ведь каждая из пар требует приемопередатчика HDSL, линейных цепей, элементов защиты и т. п.[Источник 3]

На рисунке 4 приведена схема использования SHDSL-модемов для объединения двух территориально разнесенных участков локальной сети. SHDSL-модемы, использующиеся для объединения сетей, построенных по технологии Ethernet, могут иметь два режима работы. Первый режим работы — «мостовой» (bridge). При этом обе объединяемые сети (и сами модемы) должны иметь одну и ту же адресацию, то есть принадлежать к одной IP-сети (с точки зрения адресов). Второй режим — режим маршрутизатора (router). В этом случае, каждый из модемов играет роль маршрутизатора/шлюза для «своей» сети. Адресация сетей может не совпадать. Такие модемы могут выполнять функции DHCP-сервера и межсетевого экрана (firewall).[Источник 4]

Рисунок 4 – Схема использования SHDSL-модемов для объединения территориально разнесенных участков локальной сети

Отмеченные свойства G.SHDSL являются чрезвычайно важными для обеспечения устойчивой работы в условиях широкого внедрения xDSL технологий в будущем.

Упомянутый выше стандарт G.hs.bis (G.844.1), описывающий процедуру инициализации соединения, инкорпорирован в стандарт G.SHDSL также для обеспечения взаимной совместимости оборудования различных производителей. Предусмотрено два варианта процедуры. В первом – оборудование LTU (установленное на АТС – автоматическую телефонную станцию) диктует параметры соединения NTU (оборудованию клиента), во втором — оба устройства «договариваются» о скорости передачи с учетом состояния линии. Учитывая неизвестные начальные условия, при обмене данными во время инициализации для гарантированного установления соединения применяется низкая скорость передачи и один из классических методов модуляции (DPSK).

Кроме установки скорости, G.hs.bis описывает и порядок выбора протокола в процессе установки соединения. Чтобы обеспечить совместимость со всеми используемыми на сегодня сервисами, фреймер G.SHDSL модема должен реализовать возможность работы с такими протоколами, как E1, ATM, IP, PCM, ISDN. Для обеспечения гарантированной работоспособности приложений реального времени стандартом G.SHDSL ограничена максимальная задержка данных в канале передачи (не более 500 мс). Наиболее используемыми приложениями этого вида для G.SHDSL являются передача голоса VoDSL во всех ее разновидностях (PCM — обычный цифровой канал телефонии, VoIP — голос через IP и VoATM- голос через ATM – асинхронный способ передачи данных) и видеоконференцсвязь. За счет оптимального выбора протокола во время инициализации в G.SHDSL удается дополнительно снизить задержки в канале передачи. Например, для IP трафика устанавливается соответствующий протокол, что позволяет отказаться от передачи избыточной информации, по сравнению с IP пакетами, инкапсулированными в ATM ячейки. А для передачи цифровых телефонных каналов в формате ИКМ (импульсно-кодовой модуляции) непосредственно выделяется часть полосы DSL канала.[Источник 5]

Дальнейшее развитие

Как следует из вышеизложенного, G.SHDSL имеет целый ряд достоинств по сравнению с другими xDSL технологиями. Оперируя основными показателями, можно сказать, что G.SHDSL, по сравнению с однопарным вариантом 2B1Q HDSL, позволяет увеличить на 35—45% скорость передачи при той же дальности или увеличить дальность на 15—20% при той же скорости. Кроме того, в G.SHDSL изначально заложены базовые возможности для ее использования на последней миле в сетях PCM (ИКМ), ATM, IP, FR. Благодаря этому G.SHDSL имеет самую широкую область применения. Примеры использования оборудования G.SHDSL изображены на рисунке 5.

Рисунок 5 – Примеры использования оборудования G.SHDSL

Однако, несмотря на большие преимущества данной технологии, ее нельзя рассматривать как полную замену семейств HDSL/SDSL/MSDSL, но она может являться хорошим дополнением. Поэтому в ближайшее время аппаратные платформы, которые реализуют возможность использования всех основных технологий в рамках единой системы, станут весьма востребованными. Пример использования универсальной xDSL платформы представлен на рисунке 6. Именно они позволят оператору выбирать для подключения абонента ту xDSL технологию, которая оптимально подходит для существующих условий и решаемых задач.

Рисунок 6 – Пример использования универсальной xDSL платформы

Однако, уже сегодня оборудование G.SHDSL предлагают даже небольшие компании, так как оно, хоть и частично, выполняет требования стандарта G.SHDSL. Благодаря тому, что оно реализует не все описанные в стандарте функции или реализует их с использованием упрощенных нестандартных алгоритмов, оно стоит весьма недорого. Обычно, в таких устройствах совместимость со стандартом ограничена применением линейного кодирования TC-PAM.

Заключение

В заключение хочется обратить внимание на тот факт, что одним из основополагающих моментов в стандарте G.SHDSL, который будет обуславливать успех этой технологии на рынке телекоммуникационного оборудования, является совместимость оборудования различных производителей. Эта возможность позволит операторам в будущем легко менять поставщика или приобретать абонентское и станционное оборудование у различных поставщиков, что уже сегодня повсеместно практикуется для ADSL. Проверкой совместимости занимается специально созданная ведущими производителями лаборатория IOL (IterOperability Lab, University of New Hampshire), работающая во взаимодействии с DSL Форумом — основоположником «моды» xDSL.

Выводы

В данном разделе содержится сжатое, подытоженное описание технологии SHDSL и несколько неоговоренных ранее фактов. В 2003 году ITU разработал последнюю версию рекомендации G.991.2, в которой были специфицированы основные характеристики новой технологии SHDSL, которая стала единственной симметричной xDSL технологией, стандартизированной ITU-T. Использование 16-уровнего линейного кода TC-PAM обеспечивает в дуплексном режиме передачу информации со скоростями до 2,3 Мбит/с. Оборудование SHDSL также может работать по одной и по двум физическим парам, а использование второй пары позволяет либо повысить скорость передачи до 46 Мбит/с, либо повысить дальность связи. Одно из главных преимуществ технологии SHDSL – хорошая спектральная совместимость с системами передачи, эксплуатируемыми в сетях доступа, в частности, с ADSL и ее усовершенствованными вариантами. Оборудование SHDSL целесообразно использовать для приложений, чувствительных к задержке пакетов. Это объясняется тем, что в рекомендации ITU G.991.2 предусмотрен алгоритм, ограничивающий максимальную задержку сигналов в тракте передачи. Задержка в канале SHDSL, обусловленная помехоустойчивым кодированием, составляет величину порядка 1,2 мс.

Технические преимущества технологии SHDSL, связанные с более совершенными механизмами кодирования и помехоустойчивости, позволяют утверждать, что она имеет большие перспективы, чем технология SDSL. Скорее всего, в своем нынешнем состоянии SHDSL претерпит изменения – известно, что ITU и ETSI работают над спецификацией G.SHDSL.bis, которая позволяет увеличить скорость передачи данных по одной паре с 2,3 Мбит/с до 3,8 Мбит/с (улучшенный код модуляции TC-PAM16) или до 5,7 Мбит/с (TC-PAM32) или даже до 15,2 Мбит/с (TC-PAM128).[Источник 6]

Источники

  1. Венедиктов Д.И., Рязанов П. В. SHDSL Router Comtrend CT-520 // Лаборатория обработки и передачи данных. Кафедра сетей связи и передачи данных, С-Пб ГУТ им. М.А.Бонч-Бруевича. URL:http://www.uzluga.ru/potrd/История+появления+технологии+shdsld/main.html (дата обращения 31.03.2019)
  2. Recommendation G.991.2 (02/05) // ITU. Дата обновления: 22.02.2005. URL:https://www.itu.int/rec/T-REC-G.991.2 (дата обращения 08.05.2019)
  3. Изварский К. А. G.SHDSL - новый лидер // «Экспресс-Электроника», №5. 2004г. URL:http://citforum.ru/nets/articles/shdsl.shtml (дата обращения 08.05.2019)
  4. Владимиров С. С. Технологии абонентского доступа в распределенных сетях передачи данных // Лабораторный практикум С-Пб ГУТ им. М.А.Бонч-Бруевича, 2018. URL:http://opds.spbsut.ru/data/_uploaded/mu/tad/tad-lab-2018.pdf (дата обращения 08.05.2019)
  5. Чепусов Е. Н. Цифровые системы передачи: от HDSL к G.SHDSL // XDSL last mile технологии URL:http://www.xdsl.ru/articles/gshdsl.htm (дата обращения 08.05.2019)
  6. Гольдштейн Б. С. Протоколы сети доступа // С-Пб ГУТ им. М.А.Бонч-Бруевича, 1 января 2005 г. Том 2. 3 изд. URL:https://books.google.ru/books?id=TsonAwAAQBAJ&pg=PA62&lpg=PA62&dq= (дата обращения 08.05.2019)