Milan Kragujevic

Kako funkcioniše širokopojasni pristup Internetu preko telefonske parice?

Published on under serbian, technology.

Većina korisnika Interneta u Srbiji i u svetu koristi tzv. DSL tj. Digital Subscriber Loop (najčešće ADSL — Asymmetric Digital Subscriber Loop , kod priključaka sa razdaljinom od centrale manjom od 1 km može biti i VDSL — Very-High-Data-Rate Digital Subscriber Loop) pristup Internetu, takođe opisan i kao “širokopojasni pristup Internetu preko telefonske parice”. Ovo je, posle bežičnog, najpopularniji broadband metod za distribuciju Interneta do krajnjeg korisnika (tzv. last mile saobraćaj). Posle njih, po popularnosti slede kablovski (DOCSIS — Data over CATV (Cable TV) Service Interface Specification) i optički (FTTH / OTN mreža) pristup Internetu.

Osnovne komponente

Osnovne komponente sistema su xDSL modem (može biti ADSL, ADSL2+ ili VDSL/VDSL2), DSLAM (DSL Access Multiplexer) u centrali, optički kablovi koji dovode Internet signal do DSLAM-a (tj. centrale), kao i upredena telefonska parica koja prenosi signal od centrale tj. isturenog stepena (ako postoji) do krajnjeg korisnika.

Istorija

Prilikom modernizacije fiksne telefonije u Americi, 1960-ih godina, doneta je odluka da se propusni opseg telefonske veze ograniči na 3.4 kHz, tj. na teoretskih 64 Kilobita (po Najkvist-Šenonovoj teoremi o prenosu i čuvanju analognog signala u digitalnom formatu, potrebno je čuvati podatke tj. semplove (samples) signala duplo češće od frekvencije signala, npr. za 3.4 kHz odlučeno je da se čuva 8 kHz, pomnoženo sa 8 bita po semplu, tj. zapravo 12 bita kompresovanih na 8 bita, ukupno 64 Kilobita) po jedinici vremena tj. sekundi.

Bitno je objasniti i način funkcionisanja digitalizacije analognog signala. Frekvencija tj. sample rate, je koliko puta se vrši sempling u jednoj sekundi. Većina audio snimaka u današnjem svetu koristi frekvenciju sempling-a od 44.1 kHz, ali je za potrebe čuvanja i prenosa ljudskog glasa putem telefonskog sistema odabrana vrednost malo veća od duple maksimalne očekivane frekvencije korisnog signala. Postoji i rezolucija, tj. bit depth signala, najčešće 8 bita, što označava broj mogućih vrednosti u jednom semplu. Za 8 bitni sempl, broj vrednosti intenziteta je 255, od 0 do maksimalnog intenziteta koji je unapred odlučen. Ukoliko intenzitet pređe maksimalni odabrani intenzitet, dolazi do efekta koji se naziva clipping, tj. "odsecanje" i distorzija korisnog signala.

Prvi modemi koristili su dve frekvencije da indikuju digitalni signal, te im je praktična brzina prenosa bila 1 baud (baud — broj bitova u sekundi). Vrlo brzo, korišćenjem frekvencijskih i amplitudnih metoda modulacije uspostavljena brzina od 9600 baud.

Daljim usavršavanjem tehnologije, ostvarena je brzina približno 56 Kbps, tj. klasična dial-up brzina. Problem koji je sprečavao dalje ubrzanje je što smo dostigli teoretski limit propusnog opsega na frekvenciji od 3.4 KHz.

Problem kod dial-up tehnologije je što je ograničena na frekvencijski opseg ljudskog glasa. Odnosno, svi podaci se prenose u frekvencijsom opsegu od 0 do 3.4 kHz. To je omogućilo interoperabilnost sa filterima na linijama koji su služili da se smanji šum, ali su onemogućili veće brzine prenosa podataka.

Međutim, pametni ljudi su shvatili da, ako uklonimo ograničenje od 3.4 kHz, možemo dobiti znatno veće brzine prenosa podataka, putem iste telefonske parice, tj. bez potrebe da se promeni celokupna last mile infrastruktura, naravno uz promenu opreme u centrali i uklanjanje frekvencijskih filtera.

Kao što se vidi na slici ispod, za glasovni saobraćaj je rezervisan frekvencijski opseg do 4 kHz, zatim sledi upstream tj. slanje podataka (od 25.875 kHz do 138 kHz), i sve do 2.208 MHz je posvećeno downstream saobraćaju tj. primanju podataka.

adsl-propusni-opseg-pots.png

Korišćenje ADSL tehnologije kod kuće zahtevalo je izmenu opreme u centrali, koja je sada specijalizovana za DSL prenos podataka, ali i uvođenje mikrofiltera tj. “splitera” kod korisnika, koji dele frekvencijski opseg do 4 kHz za glasovni saobraćaj, kao i sve nakon približno 24 kHz za modem tj. Internet saobraćaj.

Standardi ADSL tehnologije

ADSL je pušten u upotrebu 1998 godine, dok je sama tehnologija iz DSL principa pristupa Internetu izmišljena 1984. godine u Bellcore kompaniji. Ispod je prikazana tabela sa maksimalnim teoretskim pristupnim brzinama svake verzije ADSL tehnologije.

adsl-tabela-brzina-po-standardima.png

ADSL standard koji se koristi kod nas je ITU G.992.5 tj. ADSL2+ za većinu kućnih korisnika.

Telekom Srbija, kao vlasnik celokupne telefonske tj. POTS (Plain-old Telephone System) infrastrukture u Srbiji, je tek od skoro počeo da iznajmljuje drugim operaterima opremu za VDSL, te je moguće zakupiti Internet brži od 20 Mbps kod “alternativnih” operatera kao što su MadNet, Pošta Net, Orion, BeotelNet, VeratNet, itd.


ADSL

Prva verzija ADSL standarda, tj. ANSI T1.413-1998 Issue 2, podržavala je brzine od 8/1 Mbps. ADSL 1 je uveo korišćenje DMT (Discrete Multi-Tone) metode, čime se vrši podela frekvencijskog opsega u 256 “slajsova” širine 4.3 kHz, svaki od kojih nosi 4000 simbola, pri čemu svaki slajs može da podrži modulacijo do 15 bitova po simbolu (što iznosi približno 15 Mb — 254×15×4000 = 15240000), međutim, podatke je neophodno podeliti u pakete dužine 255 bajtova, time se efektivno prepolovila količina podataka u jednom slajsu.

ADSL2

ADSL2 tj. G.dmt.bis, ubrzava maksimalnu teoretsku brzinu prenosa podataka na 12 Mbps za download, i od 1.3 Mbps do 3.5 Mbps za upload. Iako koristi isti frekvencijski opseg, poboljšanje u brzini prenosa je postignuto boljom modulacijom.

ADSL2+ (G.dmt.adslplus)

ADSL2 je dostigao maksimalne brzine dostupne na frekvencijskom opsegu do 1.104 MHz, te je sam propusni opseg proširen za sledeći standard, ADSL2+. ADSL2+ je omogućio brzine prenosa podataka do 24 Mbps pri download-u, dok upload ostaje isti, 1.5 Mbps.

Dalji razvoj — VDSL, VDSL2, G.fast

VDSL (Very-High-Bit-Rate Digital Subscriber Loop) omogućava brzine do 52 Mbps download i 16 Mbps upload. To se postiže tako što se poboljšavaju metode modulacije, kao i proširivanjem samog frekvencijskog opsega na 12 MHz.

VDSL2 je duplirao brzine, omogućavajući brzine do 100 Mbps download i upload, istovremeno, time što je frekvencijski opseg povećan na čak 30 MHz.

VDSL ima ograničenje u vidu toga što je maksimalna razdaljina od centrale 300 m, na većim razdaljinama VDSL se pokazao isto ili lošije od ADSL2+ standarda (ali je oprema znatno skuplja, stoga Internet provajderi ne dodeljuju korisnicima VDSL portove za brzine manje od 50 Mbps, osim u posebnim slučajevima).

G.fast je najnoviji standard za prenos podataka preko telefonske parice, koji omogućava čak do 1 Gbps brzine prenosa podataka, u slučaju da je razdaljina od modema do DSLAM-a manja od 100 m. G.fast je primenjen u Hrvatskoj, kod Iskon provajdera, kao i u Australiji u vidu hibridne NBN (National BroadBand Network) mreže, i u manjem broju država u S.A.D.

Metode modulacije i korigovanja grešaka

Najpopularnija metoda modulacije kod DSL tehnologije je OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), poznata i kao DMT (Discrete Multi-Tone).

DSL koristi Forward Error Correction, Cyclic Redundancy Checking i Reed-Solomon Error Correction kodove za ispravljanje grešaka uzrokovanih šumom na liniji. Vectoring i Interleaving

Kod VDSL i ADSL2+, moguće je koristiti tzv. vectoring, koji poboljšava otpornost na šum i crosstalk tj. smetnje uzrokovane drugim paricama u blizini, tako što koristi invertovani signal koji poništava većinu učestalih i stalnih smetnji na liniji.

Interleaving je praksa ”ispreplitanja” paketa kako bi se zaštitili od šuma odnosno kako bi se smanjila verovatnoća da se ošteti deo paketa koji nije moguće “oporaviti” uz neki algoritam za ispravljanje grešaka. Interleave depth reguliše “dubinu ispreplitanja”, kreće se od 8 do 64, i unosi između 5 i 25 ms latencije tj. kašnjenja u zavisnosti od dubine ispreplitanja.

Poređenje sa DOCSIS odnosno kablovskim Internetom

Bitno je napomenuti da je DSL metoda pristupa Internetu jedina koja omogućava zagarantovan protok od korisnika do centrale, tj. ne koristi deljeni medijum prenosa signala.

Kablovski Internet koristi jedan koaksijalni kabl za prenos podataka za sve korisnike “prikačene” na dato čvorište tj. exchange. U praski, to znači da ako se komšije “nakače” na Internet u isto vreme, može se desiti da su Vaše brzine sporije nego npr. u 3 ujutru kada skoro niko ne koristi Internet.

DSL koristi odvojenu paricu koja ide od Vašeg modema do DSLAM-a, tj. čvorišta/centrale, stoga ne postoji mogućnost da drugi korisnici uzrokuju smetnje Vašem Internetu, stoga se najčešće ne vidi usporenje u večernjim satima, za razliku od DOCSIS tj. kablovskog Interneta.

Značajni problem, nažalost, predstavlja kapacitet linka Internet provajdera u centrali, koji je najčešće znatno manji od zbira brzine svih korisnika (nekad čak i manje od 50% maksimalne brzine), što može uzrokovati usporenje i na DSL tehnologiji u večernjim satima.