Ευρυζωνικότητα πάνω από δίκτυα χαλκού βασισµένη στις τεχνολογίες xdsl (το παρόν και το µέλλον) Τηλέµαχος ούκογλου, PhD Μέλος Τ.Ε.Ε. Γεώργιος Αγαπίου, PhD Μέλος Τ.Ε.Ε., Μέλος Ειδικής Επιστηµονικής Επιτροπής Θεµάτων Τηλεπικοινωνιακών Συστηµάτων ΤΕΕ,
Εισαγωγή Μεγάλο ενδιαφέρον συγκεντρώνει τα τελευταία χρόνια η παροχή ευρυζωνικών υπηρεσιών στον οικιακό χρήστη αλλά και στις εγκαταστάσεις µικρών και µεσαίων εταιρειών (Small Office, Home Office-SOHO), γεγονός που αντανακλάται και στην προτυποποίηση του εξοπλισµού για δίκτυο πρόσβασης. Πιο πρόσφατα, υβριδικές αρχιτεκτονικές οπτικής ίνας και χαλκού όπως η Fiber to the Curb (FTTC) σε συνδυασµό µε VDSL/2 γραµµή για τον τελικό χρήστη, δείχνουν την εξέλιξη και την απαίτηση για ευρυζωνικότητα ακόµη µεγαλύτερων ρυθµών µέσα από το υπάρχον δίκτυο χαλκού. Τι είναι το xdsl Η τεχνολογία xdsl έχει ως κύριο χαρακτηριστικό την παροχή µόνιµων τηλεπικοινωνιακών συνδέσεων, µε ταχύτητες διακίνησης δεδοµένων πολλαπλάσιες σε σχέση µε το κοινό dial-up και υλοποιείται χρησιµοποιώντας κοινές δισύρµατες τηλεφωνικές γραµµές που καθιστούν δυνατή τη µετάδοση φωνής, δεδοµένων και βίντεο ταυτόχρονα. Μέλη αυτής της οικογένειας τεχνολογιών είναι τα HDSL, G.SHDSL, ADSL, ADSL2/2+, VDSL/2 κλπ. µε πιο διαδεδοµένη τεχνολογία αυτή του ADSL (βλέπε [1]). Αρχιτεκτονική δικτύου Μια τυπική xdsl αρχιτεκτονική δικτύου η οποία υφίσταται σήµερα είναι αυτή που φαίνεται στο Σχήµα 1 και βασίζεται στην τεχνολογία Asynchronous Digital Hierarchy (ATM) από τον πελάτη µέχρι τον Broadband Remote Access Server (BRAS). O BRAS λειτουργεί ως συγκεντρωτής των λογικών συνδέσεων (user sessions) των τελικών χρηστών. Επιπλέον ο BRAS είναι και η διεπαφή ανάµεσα στο δίκτυο του Παρόχου ικτύου Πρόσβασης (Network Access Provider) και το δίκτυο των Internet Service Providers (ISPs).
Αρχιτεκτονική ικτύου ADSL & ATM Ethernet, WiFi ή USB ADSL modem A Γραµµή Χαλκού DSLAM Τηλεφωνικό Κέντρο ATM Κόµβος Σχήµα 1. Αρχιτεκτονική δικτύου βασισµένου σε ΑΤΜ δοµή B Γ BRAS ΟΚΣΥΑ ISP - 1 ISP - 2 Ε Internet Παρόλα αυτά, στην αγορά σήµερα έχει ξεκινήσει η εισαγωγή της τεχνολογίας Ethernet και των IP DSLAMs. Οι τύποι αυτοί των DSLAMs απαιτούν κίνηση ΑΤΜ µόνο στο βρόγχο του τοπικού δικτύου (local loop η γραµµή χαλκού στο Σχήµα 1) και κίνηση πακέτων (πλαισίων Ethernet) στο δίκτυο κορµού (από το DSLAM µέχρι το BRAS δηλ. µεταξύ Α & Γ). Χρησιµοποιώντας την τεχνολογία Ethernet, µειώνεται σηµαντικά το κόστος στη συγκέντρωση της κίνησης από το DSLAM µέχρι τον BRAS και αυξάνεται σηµαντικά το διαθέσιµο εύρος ζώνης µεταξύ αυτών των σηµείων. H αρχιτεκτονική του δικτύου που προκύπτει µετά την εισαγωγή των νέων τεχνολογιών-δικτύων MetroEthernet και των IP DSLAMς φαίνεται στο Σχήµα 2.
ATM DSLAM ATM access ATM core Corporate VPN IP core ISP - 1 ADSL2/2+ Metro Ethernet Access BRAS ISP - 2 Metro Ethernet core IP DSLAM Σχήµα 2. Αρχιτεκτονική δικτύου µετά και τη εισαγωγή κόµβωνmetro Ethernet καθώς και IP DSLAMs Τερµατικά χρήστη (Customer Premises Equipment CPE) Το asymmetric DSL (ADSL) modem είναι η πλέον διαδεδοµένη µορφή τερµατικού χρήστη σήµερα. Αυτή η τεχνολογία είναι ασύµµετρη και µεταφέρει δεδοµένα σε ψηλότερες ταχύτητες προς το χρήστη (downstream) από ότι από το χρήστη προς το δίκτυο (upstream). Οι υπηρεσίες φωνής και δεδοµένων µπορούν να χρησιµοποιούνται ταυτόχρονα µε τη χρήση φίλτρων που διαχωρίζουν την τηλεφωνική υπηρεσία από τις ευρυζωνικές υπηρεσίες οι οποίες µεταφέρονται µε συνδέσεις ADSL. Οι µέγιστες ταχύτητες µπορούν να ανέλθουν µέχρι και 8 Mbps downstream και 800 kbps upstream. Η ταχύτητα µεταφοράς δεδοµένων εξαρτάται από το µήκος της γραµµής (περίπου µέχρι 3,5-4,5 km) και από το θόρυβο που παρουσιάζεται τα καλώδια χαλκού από διάφορες πηγές. Αυτή η τεχνολογία αποτελεί τον πλέον διαδεδοµένο τρόπο παροχής ευρυζωνικών συνδέσεων στο ευρύ κοινό. Το Symmetric (SHDSL ή G.SHDSL) επιτρέπει την αποστολή και λήψη δεδοµένων στην ίδια ταχύτητα (περίπου 2.3 Mbps) µε καλύτερη σταθερότητα από ότι το ADSL και χρησιµοποιείται κυρίως από επιχειρησιακούς πελάτες (βλέπε [2]). Το ADSL2/2+ µπορεί να φθάσει ταχύτητες µετάδοσης δεδοµένων µέχρι 25 Mbps αλλά για αποστάσεις µέχρι 1.5 km. Αυτή η τεχνολογία τείνει να αντικαταστήσει την υφιστάµενη ADSL και θεωρείται ο σίγουρος διάδοχός της (βλέπε [3]). To VDSL/2 µπορεί να φθάσει ταχύτητες µετάδοσης δεδοµένων µέχρι 55.2 Mbps αλλά για αποστάσεις µέχρι 300-500 m.
Επόµενη γενιά τερµατικών Η επόµενη γενιά τερµατικών αφορά αυτά που µπορούν να επιτύχουν Ρυθµούς Μετάδοσης (ΡΜ) της τάξης των 100 Mbps, πάνω από το υπάρχον τηλεφωνικό δίκτυο χαλκού, για κοντινές αποστάσεις (< 500 m). Η επίτευξη αυτών των ΡΜ περικλείει διάφορες τεχνολογικές επιπτώσεις που πρέπει να ληφθούν υπόψη, κυρίως στο φυσικό επίπεδο µετάδοσης. Περιγραφή του συστήµατος Όπως προαναφέρθηκε, τα επόµενα xdsl modems θα εξασφαλίζουν throughput της τάξης των 100 Mbps (συµµετρικά και για τις δύο κατευθύνσεις) για κοντινές αποστάσεις πάνω από δισύρµατα καλώδια χαλκού. Αυτό απαιτεί τον πλήρη προσδιορισµό των χαρακτηριστικών της δισύρµατης γραµµής χαλκού σε φυσικό επίπεδο, αφού το κλειδί για την επίτευξη τέτοιων ταχυτήτων είναι η επέκταση της συχνότητας από τα 12 MHz στα 30 MHz που χρησιµοποιεί το VDSL (βλέπε [4]). Η υλοποίηση αυτών των συστηµάτων προϋποθέτει µετρήσεις σε Insertion Loss, σε παρεµβολές Far-end Crosstalk (FEXT) και σε Near-end Crosstalk (NEXT) στο εύρος ζώνης συχνοτήτων 10 Hz έως 30 MHz για διαφορετικές οµάδες καλωδίων µέσω ενός advanced network analyzer. Επιπρόσθετα, µετρήσεις του BER του συστήµατος, του Clock recovery, Jitter και Wander πρέπει να υλοποιούνται. Στο Σχήµα 3 απεικονίζεται η τοπολογία ενός τέτοιου πρότυπου συστήµατος. Στη µεριά του πελάτη υπάρχει ένα CPE. Αυτό, µετατρέπει τα δεδοµένα του χρήστη προερχόµενα είτε από TDM ports είτε από Ethernet- σε IP/MPLS πακέτα τα οποία προωθούνται στη µεριά του Service Provider και συγκεκριµένα στο NE (Network Element) µηχάνηµα. Το ΝΕ µετά, αναλαµβάνει το διαχωρισµό Σχήµα 3: Τοπολογία συστήµατος επόµενης των ethernet πλαισίων που λαµβάνει από το CPE. Με τη χρήση Γεννήτριας UDP κίνησης και στις δύο κατευθύνσεις, µπορεί να διαπιστωθεί σε IP επίπεδο πλέον ότι το σύστηµα επιτυγχάνει το αναµενόµενο throughput (βλέπε [5]).
Συµπεράσµατα Τα xdsl συστήµατα της επόµενης γενιάς έχουν πολλά πλεονεκτήµατα που τα καθιστούν ελκυστικά ως λύση, τόσο για απλούς χρήστες (στο µέλλον) όσο και για επιχειρήσεις. Τα πλεονεκτήµατά τους είναι: 1. Εκµεταλλεύονται το υφιστάµενο δίκτυο χαλκού, 2. Παρέχουν ευρυζωνική πρόσβαση που εκτός του µεγάλου ρυθµού µετάδοσης (100 Μbps) είναι και στην φύση της συµµετρική, 3. ιαθέτουν αυξηµένο εύρος ζώνης που διασφαλίζει την ταυτόχρονη παροχή φωνής, internet αλλά και βίντεο υψηλής ποιότητας και 4. Υποστηρίζουν και τις παραδοσιακές υπηρεσίες όπως µισθωµένες γραµµές Ε1. Τέλος θα πρέπει να σηµειωθεί ότι το σύστηµα αποτελεί µια οµαλή µετάβαση από υπηρεσίες φωνής σε υπηρεσίες IP επιπέδου. Υλοποιώντας το TDM (Time Domain Multiplexing) πάνω από IP (TDMoIP), επιτρέπει την εκµετάλλευση της υποδοµής µεταγωγής πακέτων και τη µετάδοση φωνής και δεδοµένων πάνω από το ίδιο IP δίκτυο, ελαχιστοποιώντας έτσι το κόστος λειτουργίας και διατήρησης δικτύου. Βιβλιογραφία Αναφορές [1] www.dslforum.org [2] Dr. S. Androulidakis, D. Kagklis, Dr. T. Doukoglou, Asst. Prof. S. Skenter, ADSL2 vs. SHDSL for Symmetric Broadband Access Networking, IEE Electronics Letters, Vol 40, No 16, pages 1027-1029, August 2004 [3] Dr. S. Androulidakis, D. Kagklis, Dr. T. Doukoglou, Asst. Prof. S. Skenter, ADSL2: A sequel better than the original?, June/July 2004 issue of the IEE Communications Engineering Magazine, pages 22-27, 2004. [4] G. Agapiou, T. Doukoglou, P.Georgiadis, G. Georgakopoulos, E.Plakidis, P. Rorris, K. Ioannou, A. Ioannou, A. Garmpis, Crosstalk and Isolation measurements in copper wires, 4th WSEAS INTERNATIONAL CONFERENCE ON INFORMATION SECURITY, COMMUNICATIONS AND COMPUTERS ISCOCO 2005, 16-18 December 2005, Tenerife, Canary Islands, SPAIN. [5] G. Agapiou, t. doukoglou, P. Georgiadis, g. georgakopoulos, E. Plakidis, P. Rorris, k.ioannou, A.Ioannou, A.Garmpis, Throughput and interference measurements in copper wires of xdsl type modems, WSEAS Transactions on Information Science and Applications, Issue 2, Volume 3, February 2006, pp 352-357