Фары дальнего света

Обзор технологии и устройств VDSL

Рождение массовой технологии редко обходится без споров между группировками, продвигающими то или иное направление. Вот и сейчас на место нового стандарта - VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line, сверхскоростная цифровая абонентская линия) - претендуют по крайней мере два подхода. Один из них основан на методе модуляции DMT (Discrete Multi Tone), разбивающем рабочий частотный диапазон на множество параллельных ортогональных частотных каналов передачи данных. В отличие от другого распространенного метода модуляции, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), в каждом из этих каналов используется наиболее подходящий для достигнутого отношения сигнал/шум метод модуляции; рабочие частоты используются наиболее оптимальным способом, и, по крайней мере в теории, данные передаются с максимально достижимой скоростью.

Интересно, что формируемые при модуляции частотные каналы, в силу особенностей метода, занимают весь спектр частот, от 0 до максимальных для VDSL 12 МГц, и, по сути, дело разработчика - решать, использовать их для передачи данных или нет. Как следствие - в одном и том же устройстве можно в принципе реализовать и VDSL-, и ADSL-модем или, наоборот, использовать диапазон частот, который в противном случае служил бы для телефонии или ISDN: так, по утверждениям компании ZarLink, разработавшей один из первых DMT-VDSL-модемов, ISDN-диапазон (25-138 кГц) позволяет увеличить пропускную способность восходящего канала на 1,5 Мбит/с (около 12 бит на герц).

Что же касается конкурентного подхода, то здесь используется прижившаяся в кабельных модемах и великом множестве других приложений модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Для совместимости с другими радиочастотными средствами доступный диапазон частот, в зависимости от национальных особенностей регулирования (еще одно напоминание о том, что VDSL, по сути, радиочастотный метод передачи информации), разбивается на два, три или даже четыре канала. Впрочем, когда VDSL используется для передачи данных внутри зданий, это не так критично - излучение быстро затухает на железобетонных и других проводящих конструкциях.

Для разделения восходящих и нисходящих потоков информации и обеспечения полного дуплекса, как и в DMT, используется метод частотного разделения каналов - один или несколько диапазонов служат для передачи, оставшиеся - для приема информации. Подстраивая нули АЧХ, можно подавлять нежелательное излучение на критичных частотах (см. рис. 1, 2).

Правда, на этом сходство и заканчивается. Приверженцы QAM, - а их аргументацию, например, можно найти на сайте Orckit, - утверждают, что DMT не самый подходящий для VDSL метод модуляции - из-за высоких, несопоставимых с ADSL скоростей передачи информации, большей по сравнению с QAM вычислительной сложности алгоритмов модуляции и, соответственно, более сложной схемотехники и большего, при той же элементной базе, выделения тепла (фактор немаловажный, особенно для мультиплексоров). А с отношением сигнал/шум, мол, на небольших расстояниях и так все нормально.

Косвенно подтверждает эти тезисы фотография одного из первых DMT-VDSL-чипсетов (см. рис. 3). Конечно, внешний футляр, изображенный на фото, мог до поры до времени скрывать выставочный образец нового чипсета, но, на мой взгляд, это просто теплоотвод, и притом довольно массивный.

И наконец, практика. В то время как QAM-VDSL-модемы (в частности, на основе чипсетов V-thernet от Broadcom или 10BaseS от Infineon) довольно широко представлены на рынке, DMT-VDSL - днем с огнем не найдешь. Чипсеты Infineon используются, например, в Long Reach Ethernet (или LRE) от Cisco, решившей продвигать их под собственной торговой маркой, и VDSL-решениях, скромно именуемых 10BaseS - от Optical Access. V-thernet можно встретить в продукции Aviv Infocom и TayLink. Этот перечень, разумеется, далеко не полон, а широкие возможности программирования чипсетов и запас вычислительной мощности позволяют производителям продвигать собственные проприетарные и не совместимые друг с другом решения и заявлять, что в дальнейшем, путем программного апгрейда, можно будет перейти к единому стандарту - как только его примут.

С одним из решений, Long Reach Ethernet от компании Cisco, благодаря компании Comptek, любезно предоставившей на тестирование коммутатор Cisco Catalyst 2912 LRE и абонентские устройства Cisco 575 LRE (на фото слева вверху), мне удалось познакомиться поближе.

Catalyst 2912 LRE XL обеспечивает подключение до двенадцати абонентских устройств через стандартный разъем RJ-21 (не ищите его в магазинах, по крайней мере под этим названием, - сгодится и обычный 50-контактный Telco или даже Centronix; контактов так много для того, чтобы сохранить совместимость со старшей модификацией, Catalyst 2924 LRE). Еще четыре порта 10/100Base-T Ethernet служат для подключения к внешним устройствам и объединения «Каталистов» в кластер. При настройке не было замечено существенных изменений по сравнению с обычными Ethernet-коммутаторами серии 2900 XL - линк поднялся практически сразу, после долгих и безуспешных попыток поднять линию сначала на HomePNA 1, а потом и HomePNA 2.0 (не судите строго, уж очень хотелось установить рекорд по дальности, к чему располагали толстые, диаметром 1,2 мм медные провода с воздушной изоляцией, защищенные общим алюминиевым экраном, и низкое сопротивление линии, порядка 23 Ом на каждом из проводников - и это при общей длине линии около 1,4 км, из которых около 80 метров - витая пара пятой категории, еще 200 метров - пара третьей категории с сечением 0,8 мм, а оставшиеся 1,12 км - кабель спецсвязи, проложенный в незапамятные времена).

Более того, в статистике, выдаваемой стандартными для «Каталистов» командами, LRE не упоминался, - словом, Ethernet да и только, причем 100 Мбит/с и полудуплексный. Мое недоумение рассеяли лишь команды «show controller lre status link» и «show controller lre status profile». Первая выдает подробную информацию о каждом из портов, об отношении сигнал/шум, мощности сигналов и уровне ошибок; вторая - об установленных частотных профилях, максимально достижимых с ними скоростях передачи данных и числе ошибок в каждом из каналов.

По умолчанию используется профиль 10, обеспечивающий максимальную скорость передачи данных в обоих направлениях - до 12,5 Мбит/с. Автоматической настройки профилей не производится, и пользователю, если он захочет выжать из канала максимум пропускной способности, придется выбирать из восьми возможных профилей, каждый - со своей спектральной маской и собственной максимально достижимой скоростью: от 16,667 и 18,750 Мбит/с у LRE-15 (в этом случае в обратном канале скорость даже будет выше, чем в прямом) до симметричных 6,25 Мбит/с у LRE-5. К слову, отдельная книжечка с описанием специфических для LRE команд и форм спектральных профилей только украсила бы комплект поставляемой с коммутатором документации.

Абонентское устройство Cisco 575 LRE автоматически распознает установленные на коммутаторе частотные профили и в большинстве случаев не требует настройки, позволяя «бриджевать» Ethernet-фреймы и с помощью встроенного частотного разделителя (сплиттера) подключать к той же линии обыкновенный аналоговый телефон - при условии, что к другому концу линии, через 48-портовый сплиттер, подключена телефонная линия или АТС. Впрочем, испытания заставляют предположить, что в простейшем случае функции этого сплиттера сводятся к устранению постоянной составляющей, которая в российских линиях может превышать 100 В. По крайней мере, LRE и SDSL в моем тесте прекрасно уживались в одной паре и без всяких сплиттеров (см. рис. 4).

Скорость передачи данных ни SDSL-модема, ни LRE не менялась при отключении/подключении другого модема и составляла для первого из них 1 Мбит/c, а для второго, при передаче файла по протоколу HTTP, около 2 Мбит/c (профиль 10, длина линии 1400 метров), - что ни в коем случае не является призывом громоздить на одну линию и SDSL, и LRE, а скорее говорит об особенностях технологии.

Еще одно свойство LRE, гораздо более удивительное, я обнаружил случайно. Линия, имевшаяся в моем распоряжении, была двухпарной, и в один прекрасный день, собравшись, после экспериментов с SDSL, переключить-таки LRE на свободную пару и уже проделав эту операцию со стороны «Каталиста», я взялся было переключить на нужную пару и абонентское устройство, как вдруг обнаружил, что огонек «Ready» горит как ни в чем не бывало.

Можно представить мое удивление, когда линия продемонстрировала все те же 2 Мбит/с - независимо от того, есть прямое соединение между головным и абонентским устройством или нет. То есть связь осуществлялась и вовсе без проводов, на одних лишь паразитных емкостях между парами, расположенными в одном кабеле, и скорость - повторяю - не зависела от способа соединения! Нет, я, конечно, знал о способности HomePNA связываться, пусть и с меньшей скоростью, по однопроводной линии, на тех же паразитных емкостях, но чтобы и вовсе без проводов… Надо ли говорить, что мои попытки использовать свободную пару для организации еще одного LRE-канала в том же кабеле не увенчались успехом, а линк на имеющемся соединении исчезал, как только к свободной паре подключался еще один LRE-порт «Каталиста»? Впрочем, как показывают результаты тестов, которые можно найти на сайте Comptek, при использовании витой пары пятой категории столь сильного взаимного влияния между каналами нет, а скорость может приблизиться к максимальной даже на критических для LRE дальностях - 1,5-1,7 км. По крайней мере, в лабораторных условиях.

Следует сказать, что технология LRE показала потрясающую надежность: на моей линии она без сбоев проработала полтора месяца, а у знакомого оператора работает (тоже без сбоев и дополнительных настроек) в коттеджном поселке - на 10-м профиле и расстояниях до 900 метров по обычной телефонной паре третьей категории.

Пожалуй, единственный недостаток LRE - невозможность включать абонентские устройства «лоб в лоб». Ведь, по сути, аппаратная начинка и головных, и абонентских устройств совпадает: на каждый канал приходится пара микросхем Infineon PEB 22811-H VDSL-A и Infineon PEF 22822 10BaseS. Особенно обидно потому, что такая возможность давно реализована в SDSL- и HDSL-модемах.

Не помешала бы возможность соединять таким же образом и головные устройства, образуя, при минимальных затратах, территориально распределенные сети и задействуя все четыре пары кабеля пятой категории (подумать только, полнодуплексные 50 Мбит/с на расстояниях больше километра, по одному кабелю!).

Развитие, похоже, идет именно в этом направлении. Производители дружно заявляют, что в дальнейшем, сделав программный апгрейд, можно будет соединять устройства напрямую - и абонентские, и головные (хотя такая градация станет достаточно условной). И, очевидно, в сторону меньших частот, смыкаясь с SDSL. Так, когда писалась эта статья, компания Optical Access с помпой сообщила о выпуске новой модификации оборудования Ethernet-поверх-VDSL (EoV), способной обеспечить работу на расстояниях до 2,5 км со скоростью до 4 Мбит/с, поверх все тех же телефонных линий. Cпособы увеличения дальности известны - это уменьшение частоты или применение новых, более устойчивых методов модуляции. Скорее всего, Optical Access просто уменьшила рабочие частоты, тем более что есть куда. И, скорее всего, такая возможность может быть реализована в LRE - просто добавлением еще одного-двух спектральных профилей к уже имеющимся. Впрочем, не исключено, и из моей линии передачи данных, даже имеющимся набором профилей, можно было извлечь и большую, чем полученные 2 Мбит/с, скорость. Такой задачи не стояло, даже полученные 2 Мбит/с - и те были избыточны. И, при цене около четырехсот долларов за линию - весьма конкурентны и с SDSL, и ADSL-решениями.

А Infineon, как пирожки, выпекает новые платформы: восьмипортовый Ethernet-коммутатор с четырьмя портами LRE (пардон, все-таки 10BaseS) и восьмипортовый же 10BaseS-чипсет. Ждем появления новых продуктов? Ведь первым устройствам этого стандарта уже скоро год. Срок по нынешним меркам немалый.