ADSL v Čechách na spadnutí - Principy xDSL

Stručný popis xDSL technologií jsme zařadili do rubriky Trendy, přestože nejde
o žádný nový objev tyto technologie jsou novým trendem především u nás ve

většině vyspělých zemí jsou již běžně dostupné. Právě v minulém čísle jsme vás

seznámili s tím, jak to ve světě vypadá s provozem xDSL, s cenovými relacemi a

s možnostmi těchto technologií v blízké budoucnosti. U nás začne Český Telecom

nabízet ADSL služby svým zákazníkům nejspíše počátkem léta. Později, až se

vyřeší otázka sdílení přístupových sítí (poslední míle), začnou tyto služby

nabízet též alternativní telekomunikační operátoři a další podnikatelské

subjekty, pro něž bude ADSL pouze transportním prostředkem, jenž jim umožní

dostat objednané služby ke koncovým zákazníkům.



Komunikační datové sítě se dělí svou podstatou na dvě části páteřní sítě a

rozvody vedoucí k jednotlivým uživatelům, kerým se říká poslední míle. Páteřní

rozvody jsou mnohem rentabilnější, poněvadž po nich běží téměř neustále

gigabajty dat. U rozvodů ke koncovým uživatelům je situace odlišná vysoké

počáteční náklady na vybudování např. telefonních přípojek, jež se potom

používají velmi zřídka, se vracejí velmi pomalu.



Na fyzické úrovni jsou dnes páteřní rozvody v Evropě a po celém světě většinou

realizovány prostřednictvím optických vláken, přičemž Česká republika leží na

této páteři. Operátoři sítí GSM telefonů mají např. páteřní sítě vybudovány na

mikrovlnných spojích.



Větší problémy jsou s přístupovými sítěmi ke koncovým uživatelům, protože tam

záleží na místních podmínkách a na hustotě osídlení jednotlivých oblastí. Na

jedné straně se do této oblasti investování nikdo moc nehrne, ale na straně

druhé budovat pouze páteře bez přístupových sítí ke koncovým uživatelům

postrádá smysl úplně.



Pro výstavbu poslední míle existuje řada technologií, jako jsou např. satelitní

spoje, kabelová televize, mikrovlnné spoje a především telefonní kabely. Ty se

totiž u nás za posledních deset let rozšířily téměř do každé domácnosti.

Telefonní linky se doposud používaly k přenosu dat pomocí klasických 56K

analogových modemů, kde rychlost přenosu není zdaleka vyhovující pro všechny

aplikace navíc není zaručena kvalita služeb (QoS). Zlepšení nastalo zavedením

služeb ISDN, kde může uživatel použít dvě datové linky, každou s datovým tokem

64 Kb/s a v případě potřeby je sloučit. Technologie xDSL přináší do

přístupových sítí ke koncovým zákazníkům nové možnosti větší zaručenou rychlost

v obou směrech.





Technologie xDSL



Zkratka DSL (Digital Subscriber Line) znamená digitální účastnickou přípojku,

tj. digitální připojení koncového uživatele, jenž je připojen na telefonní

linku, s ústřednou, která je dále připojena do páteřní datové sítě. Pro přenos

se využívá symetrického páru, toho, který je již použit pro stávající

analogovou přípojku či ISDN. Výrazně se tak snižují náklady na zavedení

technologie xDSL. U nás v Čechách je výhodou kvalita přístupových sítí, jež

byly vybudovány převážně v posledních letech, takže s nasazením ADSL

technologie na nich by neměl být takový problém (pokud jde o kvalitu vedení).





Různé typy DSL technologií



Technologie xDSL představuje celou řadu různých typů DSL, jež se liší svými

vlastnostmi a každá se hodí pro jiný typ nasazení. V praxi můžeme narazit

nejspíše na tyto technologie: ADSL, R-ADSL, ADSL G.lite, IDSL, HDSL, SDSL a

VDSL.





ADSL



Samotná koncepce ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) využívá stávajících

měděných telefonních vedení pro vysokorychlostní přenos dat. ADSL je definováno

tím, že je použita asymetrická rychlost přenosu: ve směru od operátora k

uživateli (downstream) je vyšší než od uživatele k operátorovi (upstream).

Např. při sledování videa je evidentní, že hlavní tok dat teče k divákovi, na

objednávání a ovládání přenosu stačí menší šířka pásma. Je pravda, že pokud by

chtěl někdo nahrávat svoje video na server, širší pásmo by se mu k tomu určitě

hodilo.



Původně se počítalo s přenosovou rychlostí maximálně 1,5 Mb/s, což stačí na

video komprimované podle MPEG-1. Kvalita takového videa zhruba odpovídá

nahrávce VHS. Vylepšením technologie se dosáhlo rychlosti u downstreamu až 9

Mb/s, což umožňuje přenášet video komprimované podle normy MPEG-2. Časem se

však ukázalo, že ADSL se hodí pro přístup k internetu. Asymetrie přenosových

rychlostí je pro tento účel vhodná, poněvadž uživatelé si stahují mnohem více

dat na své počítače, než kolik jich na internet vyšlou.



Velkou výhodou ADSL je, že při přenosu dat vystačí pouze jeden metalický pár, a

to na vzdálenost 4 až 8 kilometrů (záleží na kvalitě vedení se vzrůstající

vzdáleností od ústředny rychlost přenosu dat klesá). Je možný současný

nezávislý provoz standardní analogové telefonní linky nebo ISDN přípojky (2B+D)

na stejném vedení. Pro ADSL přenos se totiž používá vyšší frekvenční pásmo než

pro klasický telefonní hovor.



U uživatele a na vstupu do ústředny (tedy na obou koncích vedení) musí být

umístěny oddělovače (splittery), které právě oddělují ADSL data od telefonního

hovoru.



Oddělovač u uživatele je realizován dvěma filtry: dolní propustí od ní jde

telefonní signál přímo na telefon nebo fax, a horní propustí od ní signál

putuje do ADSL modemu, ve kterém je modulovaný signál převeden na data a

naopak. ADSL modem může být napojen přímo na koncový terminál PC, podnikovou či

domácí lokální síť LAN, na digitální TV, ISDN terminál apod.



Na straně provozovatele jsou na koncích vedení od jednotlivých účastníků

splittery, které oddělí telefonní hovory a nasměrují je do telefonní ústředny a

dále pak do veřejné telefonní sítě. Datové výstupy z ADSL modemů jsou vyvedeny

do DSL multiplexeru DSLAMu (Digital Subscriber Line Access Multiplexer), jenž

je jakýmsi sběrným zařízením dat od všech uživatelů k ústředně připojených.

Tato data jsou přivedena do směrovačů, které je nasměrují ke všem potřebným

službám k internetu, k podnikovým intranetůmu nebo na servery poskytující různé

služby (např. video na přání VoD) tedy do páteřní sítě (tu může provozovat jak

telefonní operátor, tak i samostatný alternativní operátor, který má svou

vlastní páteřní datovou síť jak jsme se o tom zmínili již minule).



U klasického telefonního analogového přenosu dat, který je realizován

prostřednictvím modemu, je k dispozici přenosové pásmo 4 kHz. U modemu ADSL je

pro účely přenosu dat vyhrazeno pásmo od 26 kHz až do 1 MHz. Toto přenosové

pásmo je rozděleno do 256 nezávislých kanálů (subpásem), po nichž je přenos

realizován. Díky frekvenčnímu rozdělení je přenos poměrně odolný proti rušení,

protože pokud nastane, ovlivní pravděpodobně pouze některé frekvence, zatímco

na zbývajících probíhá přenos bez problému. Tato varianta modulace se jmenuje

DTM (Discrete Multi-Tone). Jiná metoda CAP je založena na tom, že využívá

jediný modulační signál. Tato metoda je levnější a jednodušší, ale je méně

odolná proti rušení. Byla metodou DTM víceméně vytlačena.



ADSL jako takové pouze přenáší určitý datový tok od operátora k uživateli. Je

však třeba zajistit přístup velkého množství uživatelů do různých sítí

(internetu či intranetů) a k různým službám (VoD atd.). Na to je potřeba data

koncentrovat, multiplexovat, směrovat, provést konverzi protokolů při přechodu

z jednoho na druhý, atd. Toto vše zajišťují přístupové sítě.



U ADSL mohou proudit data k uživateli rychlostí 8 MHz, od uživatele pak

rychlostí až 1 Mb/s. Dnes jsou většinou přístupy operátory omezeny na mnohem

nižší rychlost (64, 128, 256 Kb/s). Pro domácnosti a menší firmy by to dnes asi

bylo příliš drahé, ale díky rychlému rozvoji technologií pro přenos dat to bude

vbrzku jistě možné.



Jelikož internetu vládne IP protokol, realizace přístupových sítí se převážně

opírá právě o něj. Přístupové sítě založené na směrovačích jsou takové sítě,

kde u operátora jsou ADSL modemy propojeny s IP směrovačem přes koncentrátor

(hub) nebo přepínač. Koncetrátor či přepínač mají funkci multiplexeru (DSLAMu),

dochází zde ke koncentraci většího počtu účastníků do jedné sítě. V mnoha

případech je multiplexer (DSLAM) napojen přímo na páteřní síť internetu, pak

není žádný směrovač potřeba. Při realizaci sítě lze použít běžných zařízení pro

LAN, použitý protokol je stále týž. Toto řešení je jednoduché a levné oproti

jiným. Pokud jde o zajištění QoS, technologie se rychle vyvíjí, přepíná se na

vyšších vrstvách, potřebný obsah se ukládá do cache pamětí, umístěných blízko

uživateli, load balancing umí rozdělit data na více serverů, takže s

požadovanou kvalitou u IP to vypadá velmi nadějně.



Avšak díky možnostem ADSL se prosazuje i technologie ATM, která je vhodná pro

nasazení různých služeb (data, video, hlas), neboť zajišťuje Quality of Service

(QoS). To znamená, že hlas je kvalitní, nepřerušovaný, srozumitelný, video není

trhané. Její nevýhodou je vysoká cena a pro provoz a údržbu potřeba vysoce

kvalifikovaného personálu.





ADSL LITE



Kromě základní verze ADSL existuje odlehčená verze ADSL Lite, označovaná jako

G.Lite, určená pro méně náročné uživatele. Díky jednoduššímu a levnějšímu

provedení má větší šanci na rozšíření i do domácností. Maximální přenosová

rychlost 1,5 Mb/s v downstreamu je plně dostačující.





R-ADSL



Jinou verzí ADSL je pak tzv. R-ADSL Rate-Adaptive DSL (Rate-Adaptive DSL).

Jedná se o stejnou technologii jako v případě základní ADSL, ale na rozdíl od

ní je R-ADSL schopna analyzovat stav komunikační linky a jejímu momentálnímu

stavu také přizpůsobit přenosovou rychlost (kvalita přenosu záleží na délce a

na kvalitě provedení telefonní linky vedoucí k ústředně). Přitom přenosová

rychlost na lince se mění buď podle jejího stavu při sestavování spojení, anebo

během přenosu na základě signálu z ústředny.





IDSL



Technologie IDSL (ISDN Digital Subscriber Line) se od ADSL liší především tím,

že neumožňuje přenášet vedle dat i hlas je tedy určena spíše pro podnikovou

sféru. Uživatelům je k dispozici datový kanál o přenosové rychlosti až 144 Kb/s

(součet dvou datových kanálů o přenosové rychlosti 64 Kb/s a jednoho řídicího

kanálu o kapacitě 16 Kb/s). IDSL používá stejnou metodu modulace přenosu jako

ISDN, ale liší se od ní tím, že není založená na vytáčení (tudíž není nutné

sestavovat spojení v ústředně). Pro připojení modemů IDSL je využíván jeden pár

vodičů s rozhraním ISDN BRI.





HDSL



Jako daleko zajímavější řešení se ukazuje technologie HDSL (High Bit-rate

Digital Subscriber Line). Ta totiž na rozdíl od ADSL nabízí symetrické

rozdělení přenosového pásma, tedy pro příjem i pro vysílání dat je přenosová

kapacita stejná. Technologie HDSL patří mezi nejlépe propracované technologie

xDSL a v praxi je nasazována již delší dobu (telekomunikační firmy pomocí ní

propojují své telefonní ústředny mezi sebou). HDSL je plně duplexní

technologií, přenosová rychlost je zde nižší než u ADSL. Technologie HDSL je

nabízena ve dvou provedeních a to buď s přenosovou rychlostí 1,544 Mb/s, což

odpovídá lince T1 (USA), anebo 2,048 Mb/s, což odpovídá evropské lince E1.

Důležité je, že HDSL vyžaduje na rozdíl od ADSL dva nebo tři páry telefonních

vodičů (při rychlostech 1,544 Mb/s nebo 2,048 Mb/s). Avšak to, že HDSL využívá

více párů vodičů, znamená i podstatně vyšší spolehlivost přenosu dat používá se

pro propojování vnitropodnikových pobočkových telefonních ústředen, propojování

přístupových uzlů internetových poskytovatelů (ISP) k páteřní síti a

připojování vzdálených serverů. Dle počtu párů bez opakovačů lze HDSL použít na

vzdálenosti 3 až 10 km, při použití opakovačů lze dosah prodloužit až na 20 km.





HDSL-2



Určitou modifikací však prochází i HDSL. Uživatelům se samozřejmě nelíbila

nutnost využívat více párů telefonních vodičů, a proto vznikla nová verze HDSL,

totiž HDSL-2. Ta předpokládá využití pouze jednoho páru metalických telefonních

vodičů při zachování stejných parametrů přenosu (tedy symetricky 1,544 nebo

2,048 Mb/s) a pro širší nasazení se jeví jako daleko zajímavější.





SDSL



SDSL (Symetric Digital Subscriber Line) je symetrická digitální účastnická

přípojka. Obecně SDSL využívá pro přenos pouze jednoho páru. Obvykle se jedná o

symetrickou variantu ADSL, princip přenosu je obdobný jako u ADSL s tím

rozdílem, že přenosové rychlosti pro downstream a upstream jsou tytéž. Podobně

jako ADSL může být provozována zároveň s analogovou či ISDN přípojkou.

Přenosové rychlosti pro SDSL se pohybují od 144 do 2 320 Kb/s pro každý směr.

SDSL je vhodná pro rychlé datové připojení koncových uživatelů, kde není nutné

za každou cenu udržet konstantní přenosovou rychlost 2 Mb/s.





VDSL



Jednou z nejperspektivnějších technologií do budoucna je technologie VDSL (Very

High Bit-Rate Digital Subscriber Line). I když v tuto chvíli není tato

technologie masivně instalována, řada firem ji považuje do budoucna za

klíčovou. Podobně jako technologie ADSL je i VDSL založena na asymetrickém

rozložení přenosové kapacity, přičemž pro „downstream“ je vyhrazena kapacita od

13 do 52 Mb/s, pro „upstream“ je to 1,5–2,3 Mb/s (VDSL však lze nastavit i pro

symetrické přenosy pak je přenosová rychlost jednoho kanálu jedním směrem 34

Mb/s). Tyto přenosy lze realizovat u technologie VDSL prostřednictvím jediného

páru telefonních vodičů, avšak oproti ADSL na podstatně menší vzdálenost

maximálně asi 1 250 metrů od telefonní ústředny. VDSL se hodí pro aplikace

budoucnosti digitální televizi, o video na požádání VoD atd.





xDSL zde není sama



Všechny xDSL technologie nejsou navrženy a provozovány proto, aby nahradily

ostatní dnešní technologie přenosu dat. Pro přenosy dat budou i nadále

využívány technologie jako je Ethernet, ATM, Frame Relay, SDH apod. Ty nabízejí

mnohonásobně vyšší přenosové rychlosti a přenosové vzdálenosti, ale jako

přístupové technologie jsou poměrně drahé. A právě přístup do páteřních

datových sítí řeší xDSL. Převážná část telefonních rozvodů v České republice je

nová, takže by xDSL měli fungovat bez větších technických problémů.



Nepodceňoval bych Ethernet. Ten se postupně dere ze sítí LAN do prostředí WAN,

dotáhl to již na 10 Mb/s. Při vysokých rychlostech je na mědi omezen přesně

definovanými délkami segmentů, ale vypadá to, že na optice se mu bude dobře

dařit.