Новая жизнь телефонной пары

В странах с развитой телефонной и кабельной инфраструктурой, к которым в первую очередь относится США, разворачивается острая конкуренция между технологиями проводного доступа конечных пользователей к Интернету и интерактивным услугам. Таких технологий можно выделить как минимум три:

• обычные модемы (в том числе V.90);
• кабельные модемы;
• модемы xDSL и ISDN.

Заметим, что конкуренция идет скорее именно между технологиями, а не промышленными группами, продвигающими свой стандарт (как это было в случае x2 и K56flex). Некоторые компании, такие как 3COM, выпускают и обычные модемы (приданое от USRobotics), и кабельные модемы, и устройства xDSL. Другие же компании, выпускавшие ранее только один или два вида устройств доступа, готовят сейчас выпуск и остальных ¹.

Проведем краткое сравнение предлагаемых на рынке технологий доступа.

Обычные аналоговые модемы известны всем. Во многих странах - это основной вид подключения домашних пользователей. С принятием V.90 аналоговые модемы послужат еще не один год, обеспечивая вполне приемлемую скорость связи. Но их ограничения очевидны: при работе они полностью занимают телефонную линию, а скорость передачи не велика.

Кабельные модемы сейчас имеют большие шансы захватить часть рынка скоростного доступа в Интернет. Они используют ресурсы сетей кабельного телевидения. Сейчас в США кабельные модемы довольно активно внедряются на рынок домашних пользователей, ибо позволяют быстро организовать выход в Интернет по цене 40-45 долларов в месяц. При этом системы кабельного доступа обладают неплохой масштабируемостью и низким уровнем перекрестных помех между каналами.

Технологии xDSL, развиваемые более десяти лет, весьма перспективны, так как дают новое качество обычным медным проводам, используемым телефонными компаниями. xDSL - это название целой серии технологий, среди которых наиболее известны HDSL, SDSL, ADSL, VDSL, IDSL и др.

Несмотря на то, что широкое внедрение xDSL на рынке SOHO затягивается, эти технологии дают ряд преимуществ как провайдерам, так и пользователям. Данный обзор посвящен современным технологиям, которые обеспечивают высокоскоростную передачу информации по обычным телефонным линиям. В первую очередь, рассказать о ADSL, которая получила новый импульс после того, как на нее положили глаз такие гиганты, как Microsoft и Intel ². Среди других технологий речь пойдет о MVL (Paradyne) и EtherLoop (Nortel), идеологически близких к ADSL, но скрывающих в себе некоторые изюминки.

Происхождение видов

Итак, xDSL является обобщенным названием технологий высокоскоростной передачи цифровой информации по обычным медным проводам.

Разговор по телефонной линии занимает полосу частот от 0 до 3400 Гц. Этот же диапазон используют и модемы, обеспечивающие сегодня скорость передачи до 56 кбит/c. На самом деле реальная полоса пропускания телефонной пары значительно больше и на относительно небольших расстояниях можно добиться увеличения полосы пропускания до 1-2 МГц. Если при этом использовать еще и продвинутые методы модуляции, то скорость передачи можно довести до единиц и десятков мегабит в секунду. Что и делается в системах xDSL и их аналогах. Забегая вперед, приведем небольшую таблицу, в которой представлены данные о некоторых существующих технологиях.

Генетически группа xDSL происходит от цифровых сетей ISDN. В 80 годах лаборатория Bellcore, входившая тогда в AT&T, ввела аббревиатуру DSL (Digital Subscriber Line). Первоначально она обозначала трехканальную линию на 160 кбит/c, связывавшую терминал ISDN по четырем проводам. Для повышения скорости передачи специалисты лаборатории использовали новый метод модуляции - 2B1Q. Не выдаваясь в подробности, скажем лишь, что сигнал, модулированный по 2B1Q, занимал полосу частот от 0 до 80 кГц, а дальность уверенной связи достигала 5,5 км. В конце 80-х Bellcore предложила принципиально другой способ цифровой передачи информации по витой паре. Он получил название HDSL (High bit rate DSL) и обеспечивал скорость передачи до 1,5 Мбит/c, правда, на небольшом расстоянии - до 6 километров (дальность, как говорилось выше, - главное ограничение всех видов xDSL, такова плата за высокую скорость передачи). С начала 90 годов несколько производителей уже предлагали на рынке устройства HDSL.

Расстояние в 6 км взято не случайно. Ведь устройства xDSL предназначены для решения задачи "последней мили". Считается, что в США в пределах 6 км (измеряемых по проводам, а не по прямой) от ближайшей телефонной станции находится около 80 процентов населения. На эту величину и ориентируются разработчики всех видов xDSL (у нас это расстояние может оказаться существенно меньше - Г.Б.).

Конечно, было бы желательно увеличить расстояние, особенно в местностях с низкой плотностью АТС. Но есть две причины ограничения дальности высокоскоростной передачи:

• быстрое затухание высокочастотных сигналов;
• интерференция передаваемых сигналов ³.

Устройства HDSL до сих пор совершенствуются фирмами-разработчиками. Так, в них стали применяться адаптивные алгоритмы, которые позволили составлять математическую модель медной линии. Другим направлением развития HDSL стал переход от четырехпроводных модемов к двухпроводным. Модификация HDSL, предусматривающая использование только двух проводов, получила название SDSL (Single Line DSL). Понятно, что для многих клиентов такое решение более привлекательно.

В России устройства HDSL/SDSL сейчас продаются весьма активно. Основные области применения - мосты между сегментами корпоративных сетей, соединение базовых станций мобильной связи. В качестве массового решения проблемы "последней мили" устройства HDSL/SDSL распространения не получили. Проблема осталась, и ставка была сделана на новый вид xDSL - ADSL.

Ставка на ADSL

Технология ADSL появилась в середине 90-x в недрах все той же Bellcore. Как известно, для некоторых приложений трафик между сторонами имеет явно асимметричный характер. Первый пример, который приходит на ум, это Web-странник, сидящий за домашним компьютером. Однако в то время вокруг Интернета не было такого ажиотажа, и целевой областью использования высокоскоростных асимметричных линий было "видео по запросу". Предполагалось, что имея скорость нисходящего трафика 1,2 Мбит/с, а восходящего - 64 кбит/с, домашний пользователь сможет заказывать у своего провайдера видеопрограммы, а также играть в насыщенные графикой игры.

С другой стороны, в это же время кабельные компании стали подумывать об оказании своим клиентам услуг телефонной связи. Стремясь сохранить позиции на рынке, ряд американских телефонных компаний и начал проталкивать ADSL для систем "видео по запросу".

Подававший надежды рынок провалился, успешно функционирующие сети "видео по запросу" сегодня можно пересчитать по пальцам. Зато очень кстати во второй половине 90-х грянул бум Интернета, и об ADSL заговорили вновь.

Рис. Схема ADSL.

Как такового, стандарта ADSL не существует, это скорее название технологии, реализация же в виде конечных устройств варьируется у производителей в больших пределах.

Общие технические черты ADSL таковы. Современные устройства ADSL обеспечивают передачу информации со скоростью от 1,5 до 8 Мбит/c для нисходящего трафика и от 16 кбит/c до 800 кбит/c для восходящего. Реальная скорость передачи на практике часто бывает в несколько раз ниже.

В первую очередь, максимальная скорость передачи определяется конкретным оборудованием ADSL. Кроме того, скорость передачи зависит от длины витой пары, от ее омического (зависящего от диаметра провода) и волнового (зависящего от конструкции пары) сопротивления. Непредсказуемым образом (и это иногда не учитывается при тестировании систем ADSL) могут оказывать влияние друг на друга линии ADSL, физически находящиеся в одном кабеле.

Примерные соотношения скорость-длина-диаметр приведены в таблице, согласно данным ADSL Forum.

Вся полоса пропускания линии в ADSL разбивается на два диапазона. Диапазон от 0 до 4,4 кГц используется для звукового канала POTS, а от 4,4 кГц до 2,2 МГц - для передачи цифровых данных. Сделано это не случайно, так как ADSL предполагается использовать в домашних условиях, где лишней телефонной линии, как правило, нет, поэтому работа модема ADSL не должна препятствовать эксплуатации линии по прямому назначению, то есть для телефонных разговоров.

В принципе, существуют специальные устройства - частотные разделители (splitter), но будущие "домашние" модемы ADSL, скорее всего, в них нуждаться не будут (т. н. splitterless технологии).

Диапазон данных в устройствах ADSL может разбиваться еще на два - один для нисходящего потока, второй - для восходящего. Подобное разделение используется в системах FDM (Frequency Division Multiplexing).

Некоторые устройства ADSL используют метод Echo Cancellation (подавление отраженного сигнала). В этом случае, так же как и в обычных модемах, восходящий и нисходящий трафик используют общий диапазон.

Для эффективного использования частотного диапазона в ADSL обычно используют один из двух методов модуляции сигнала: DMT или CAP.

CAP расшифровывается как Carrierless Amplitude/Phase modulation, то есть амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей. В основу CAP положен метод QAM (квадратурной амплитудно-частотной модуляции) с той только разницей, что при передаче сигнала в линию из него удаляется несущая частота (carrier), отсюда и название. Метод CAP широко используется в современных модемах ADSL (например, модемы от 3COM и Pairgain). Более того, именно на основе CAP работали первые модемы HDSL. Модулированный методом CAP сигнал занимает относительно небольшую полосу, что очень важно, когда сразу несколько телефонных пар в одном кабеле отводится под ADSL (внешняя интерференция растет с увеличением частоты).

Рис. Модемы линии Affinity (RADSL) от 3Com.

В модемах, использующих DMT ⁴ (Discrete Multi-Tone), информационный поток разбивается на несколько каналов, каждый из которых передается на своей несущей частоте с использованием QAM. Обычно DMT разбивает полосу от 4 кГц до 1,1 Мгц на 256 каналов, каждый шириной по 4 кГц. Данный метод по определению решает проблему разделения полосы между голосом и данными (голосовую часть он просто не использует), но более сложен в реализации, чем CAP. DMT утвержден в стандарте ANSI T1.413, а также рекомендован как основа спецификации Universal ADSL.

Оба вида модуляции имеют свои плюсы и недостатки, поэтому пока находят равное применение в устройствах ADSL. В любом случае, в отличие от 2B1Q, несомненными достоинствами CAP и DMT является то, что можно строго регламентировать полосу частот, которую они занимают. Поэтому весьма актуальная для домашних пользователей проблема разделения каналов голоса и данных в единой телефонной линии решается относительно просто.

В дальнейшем стали появляться модификации ADSL, которые мы кратко охарактеризуем ниже.

Первым усовершенствованием ADSL стала технология VADSL, переименованная затем в VDSL. Аббревиатура расшифровывается как "Very high data rate DSL". Значительное увеличение скорости передачи в устройствах VDSL достигается за счет сокращения длины линии связи. Как стандарт VDSL пока не устоялся, типовые характеристики некоторых вариантов реализации приведены в таблице.

Другой модификацией ADSL явился RADSL - Rate Adaptive DSL. Модемы, реализующие эту технологию, появились на рынке в прошлом году и способны изменять скорость передачи в зависимости от текущего состояния телефонной линии. Необходимость в адаптации скорости стала очевидна после первых попыток широкого внедрения ADSL. Как оказалось, качество медных линий страдает не только в нашем отечестве, но и в США ⁵. В классическом варианте линия ADSL либо работает на предусмотренной скорости, либо не работает вообще. Устройства RADSL способны подбирать максимально возможную скорость. Скорее всего, все будущие модели ADSL будут способны к подобной адаптации.

Рис. RADSL - модем от Pairgain.

Наконец, стоит упомянуть и еще об одном клоне DSL - IDSL. IDSL является продуктом скрещивания ISDN и xDSL. Данная технология была разработана в 1996 году компанией Ascend по заказу крупного оператора MFS (ныне подразделение WorldCom) и позволяет разгрузить телефонные коммутаторы от неречевых звонков, коммутируя их непосредственно в информационные сети. Технология позволяет операторам плавно перейти с ISDN на DSL.

Как видно, ADSL имеет достаточно много модификаций и ответвлений. Идея как-то стандартизировать ADSL витает в воздухе уже давно. В 1997 году был организован консорциум Universal ADSL Working Group (UAWG), в который помимо производителей оборудования вошли также Intel и Microsoft, также заинтересованные в скорейшей унификации ADSL. Консорциум выработал ряд требований к будущим ADSL-устройствам, общий смысл которых можно обозначить как "дешево и удобно". В первую очередь, максимальная скорость нисходящего трафика ограничена 1,5 Мбит/с. Абонентское устройство должно стоить не более 300 долларов, при этом частотный разделитель должен обязательно входить в абонентское устройство. В качестве единого стандарта ADSL, который должны поддерживать все производители, предложен Universal ADSL (UADSL), принятый в январе этого года. С указанными требованиями согласились практически все потенциальные производители устройств ADSL.

Hotwire MVL System: скромно и надежно

Технология MVL (Multiple Virtual Line) разработана известным производителем коммуникационного оборудования компанией Paradyne в рамках серии Hotwire (устройства быстрого доступа по обычным проводам). И хотя Paradyne всячески подчеркивает, что MVL не является лишь новой разновидностью xDSL, обе технологии имеют много общего. В том виде, в котором подается MVL, она явно удовлетворяет главным требованиям, предъявляемым UAWG к ADSL (см. выше). Во-первых, предусматривается одновременная передача голоса и данных без использования дополнительного устройства (частотного разделителя), во-вторых, анонсированная стоимость Hotwire MVL System - 299 долларов на линию. Здесь, правда, Paradyne немного лукавит. Данная стоимость, явно подогнанная под требования UAWG, рассчитана из условия заказа на 100 тысяч линий. В заказ войдет соответствующее число абонентских модемов с интерфейсом USB и центральная станция на базе 16-портовых карт. Розничная же цена одного модема MVL составит около четырехсот долларов. MVL действительно имеет ряд преимуществ перед хDSL, но обо всем по порядку.

Так же, как xDSL, MVL используется для высокоскоростной передачи информации по телефонной паре. Даже для подключения устройства MVL к телефонной линии используется стандартный разъем RJ-11. Проводка может быть сделана как витой парой, так и обычной лапшой, так как MVL задействует относительно небольшой диапазон: от 4 до 100 кГц (диапазон до 3,4 кГц отводится под телефонный канал). Другое преимущество, которое дает использование более узкого, чем в xDSL, диапазона - низкая внешняя интерференция и рекордно малая, по сообщениям Paradyne, потребляемая мощность. Поэтому MVL предпочтительней, чем ADSL, в случае поголовного подключения абонентов к новому сервису.

В Hotwire MVL System Release 1 к одной физической линии предусмотрено подключение только двух модемов. В Release 2 же, как обещает Parаdyne, станет возможным подключение до 8 модемов MVL (а к каждому из модемов - до 4 хостов, то есть 32 адресуемых устройств - Г.Б.). То есть можно будет создать даже небольшую домашнюю сеть с выходом в Интернет (см. рис.).Рис. Пример MVL-системы.

По используемому частотному диапазону MVL совместим со стандартами T1.601 (Basic Rate ISDN) и T1.413 (ADSL). При передаче по проводу 0,5 мм максимальная дальность составляет около 7 км.

Скорость передачи в MVL, может быть, и не так высока, как в некоторых вариантах xDSL: "всего" 768 кбит/c, к тому же она разделяется между восходящим и нисходящим трафиком. Но есть одно важное преимущество - распределение емкости линии между трафиками может гибко изменяться. Например, при "скачивании" информации все 768 кбит/c отводятся на нисходящий поток, а при проведении видеоконференции создаются два симметричных канала по 384 кбит/c. Отсюда и название Multiple Virtual Line: в физической линии создаются линии виртуальные, пропускная способность которых изменяется от 128 до 768 кбит/с с шагом 64 кбит/с. Такая гибкость обуславливает широкий рынок для MVL-устройств. Это средство и для подключения к локальным сетям удаленных пользователей, и для доступа к интерактивным услугам и Интернету, и для организации простейших локальных сетей. Возможно функционирование сразу нескольких сервисов, каждый из которых работает в своем виртуальном канале.

EtherLoop

Elastic Networks, подразделение компании Nortel, предлагает свой вариант использования телефонных проводов. Созданная ею технология получила название EtherLoop (расчет сделан на созвучие с Ethernet). По сути EtherLoop является неким аналогом Ethernet на витой паре, сочетая в себе пакетный способ передачи информации с изощренными методами модуляции. Технические подробности EtherLoop держатся пока в секрете.

Преимуществом EtherLoop перед xDSL является, безусловно, генетическое родство с самым распространенным видом локальных сетей. EtherLoop обеспечивает симметричную передачу и, похоже, лучше решает проблему одновременного использования в одном кабеле нескольких пар проводов, так как, по некоторым данным, здесь используется известный метод множественного доступа со случайным выбором.

Первым устройством, реализующим EtherLoop, должен стать Elitel. Это небольшой модем, который может быть установлен на обоих концах телефонного провода (например, один дома, другой у провайдера).

Рис. Модем Elitel.

В качестве оборудования для операторов предлагается ELMo8 - небольшой концентратор для 19-дюймовой стойки, к которому можно подключить до 8 устройств Elitel. ELMo8, в свою очередь, подключается к обычной ЛВС Ethernet или непосредственно к маршрутизатору. Дальность связи по Etherloop - до 6,5 км. Как и MVL, работа модема не отменяет использование телефонной линии по прямому назначению.

Цена Elitel пока неизвестна, но, очевидно, не превысит магические 300 долларов. Массовый выпуск намечен на июнь этого года. В качестве первоначального целевого рынка Nortel выбрала гостиничный бизнес, где использование EtherLoop даст возможность оказывать постояльцам услуги доступа в Интернет. К сожалению, продвижение EtherLoop в обозримом будущем в России Nortel пока не планирует.

Итоги

Изложенные выше возможности использования обычных телефонных проводов могут вызвать у искушенного читателя некоторый восторг. Но здесь надо подходить с известной долей скепсиса. Устройства ADSL и его аналоги продвигаются на рынок с большим трудом. На это есть несколько причин:

1. Использование ADSL для доступа к Интернету или к другим интерактивным услугам в силу своей специфики предполагает единство или близость телефонного оператора и провайдера услуг, так как серверное оборудование ADSL должно быть установлено непосредственно на АТС. В американской и российской реальности такая близость пока не является широко распространенной практикой.
2. Оборудование ADSL решает проблему последней мили за приемлемую цену только при массовом использовании, когда к концентратору у телефонного оператора будут подключаться сотни и тысячи абонентов. Одиночным же пользователям придется потратить значительные суммы, чтобы получить скоростной доступ в Интернет. Правда, ADSL может использоваться для подключения целой локальной сети (клиентский модем Affinity Viper-DSL компании 3COM имеет как раз интерфейс Ethernet и "заточен" для подключения ЛВС). Тогда экономически оправданным станет подключение сетей малого и среднего бизнеса, а также зарождающегося среди домашних пользователей движения Интернет-кооперативов.
3. Как ни парадоксально, но скорости передачи, которые предоставляет ADSL для доступа в Интернет, на сегодня избыточны. Проводимые в США исследования показывают, что средняя скорость, с которой могут реагировать популярные серверы на запросы пользователей в большинстве своем не превышает 40-50 килобайт в секунду.

Тем не менее, технологии, подобные ADSL, вызывают среди потребителей интерес. Некоторые российские компании уже начинают отрабатывать решения ADSL, кое-кто уже готов предоставлять и оборудование ADSL, и услуги доступа на его основе. Так, "ПТТ-Телепорт", компания, очень близкая к МГТС, сегодня предлагает владельцам телефонных линий подключение к Интернету на основе продукции Affinity (RADSL) от 3COM. Это же оборудование предлагает и компания Plus Communications, специалисты которой еще в конце прошлого года провели тестирование московских телефонных линий на предмет пригодности для ADSL (результаты, которые можно считать вполне удовлетворительными, можно найти на www.pluscom.ru).

Так что старая добрая "лапша", вероятно, послужит и в двадцать первом веке.

Некоторые источники

Известен также и метод DWMT (Discrete Wavelet Multi-Tone). При котором, в отличие от DMT, несущие частоты образуются не по преобразованию Фурье, а по wavelet-преобразованию.

¹ То, что производителям приходится ставить на все технологии одновременно, наглядно показывает свежий пример Lucent Technologies. В мае этого года она объявила о выпуске чипсета для универсальных устройств, которые могут работать и как модемы V.90, и как модемы ADSL.

² Впрочем, это не помешало Microsoft и Intel в мае 1998 года присоединится и к конкурирующему клану - Cable Broadband Forum, коалиции компаний, продвигающих на рынок доступ в Интернет по кабельным линиям.

³ Различают внутреннюю и внешнюю интерференцию. Внутренняя интерференция (NEXT) - взаимное влияние сигналов внутри физической линии. Внешняя интерференция (FEXT) - перекрестные наводки между линиями, находящимися внутри одного кабеля.

⁴ Метод был изобретен в AT&T еще в 60-х, но практического распространения не получил. В отечественных источниках такой вид модуляции носил неофициальное, но очень меткое название "аккордной".

⁵ Вообще, качество сегодняшних телефонных линий - главное препятствие на пути массового перехода на технологии, подобные ADSL.