آشنایی با تکنولوژی VDSL

استفاده از خطوط با سرعت بالا به منظور دستیابی به اینترنت طی سالیان اخیر بشدت رشد داشته است . مودم های کابلی و خطوط ADSL دو رویکرد متفاوت در این زمینه می باشند. تکنولوژی های فوق امکان دستیابی کاربران را با سرعت مطلوب به اینترنت فراهم می نمایند. اینترنت بسرعت در حال رشد در تمامی ابعاد است . تلویزیون های دیجیتالی و پخش تصاویر ویدئویی دو کاربرد جدید در اینترنت بوده که علاقه مندان و مشتاقان زیادی را به خود جلب نموده است . به منظور ارائه خدمات فوق و سایر خدمات مشابه ، کاربران و استفاده کنندگان اینترنت نیازمند استفاده از خطوط بمراتب سریعتر نسبت به وضعیت فعلی می باشند.

مودم های کابلی و یا خطوط ADSL علیرغم ارائه سرعت مناسب در کاربردهائی که به آنها اشاره گردید، فاقد سرعت لازم می باشند. اخیرا" سازمانها و شرکت های متعددی تکنولوژی VDSL )Very high bit rate DSL) را مطرح نموده اند. برخی از شرکت ها اقدام به ارائه سرویس فوق در برخی از نقاط کشورامریکا نموده اند. VDSL پهنای باند بسیار بالائی را ارائه و سرعت انتقال اطلاعات 52 مگابیت در ثانیه است . سرعت فوق در مقایسه با DSL ( حداکثر سرعت 8 تا ده مگابیت در ثانیه ) و یا مودم های کابلی بسیار بالا بوده و قطعا" نقطه عطفی در زمینه دستیابی به اینترنت از نظر سرعت خواهد بود. نقطه عطف قبلی، گذر از مرحله استفاده از مودم های با ظرفیت 56 کیلو بیت در ثانیه به broadband بود ( مودم های کابلی و خطوط DSL) .

● مبانی DSL:
در زمان نصب یک تلفن ( استاندارد) در اغلب کشورها از یک زوج کابل مسی استفاده می شود. کابل مسی دارای پهنای بمراتب بیشتری نسبت به آنچیزی است که در مکالمات تلفنی استفاده می گردد ( بخش عمده ای ازظرفیت پهنای باند استفاده نمی گردد ) . DSL از پهنای باند بلااستفاده بدون تاثیر گذاری منفی بر کیفیت مکالمات صوتی ، استفاده می نماید. ( تطبیق فرکانس های خاص به منظور انجام عملیات خاص )

به منظور شناخت نحوه عملکرد DSL ، لازم است در ابتدا با یک خط تلفن معمولی آشنائی بیشتری پیدا گردد. اکثر خطوط تلفن و تجهیزات مربوطه دارای محدودیت فرکانسی در ارتباط با سوئیچ ، تلفن و سایر تجهیزاتی می باشند که بنوعی در فرآیند انتقال سیگنا ل ها دخالت دارند. صدای انسان ( در یک مکالمه صوتی معمولی ) توسط سیگنال هائی با فرکانس بین صفر تا 3400 قابل انتقال است . محدوده فوق بسیار ناچیز است (مثلا" اغلب بلندگوهای استریو که دارای محدوده بین 20 تا 20.000 هرتز می باشند) .

کابل استفاده شده در سیستم تلفن قادر به انتقال سیگنال هائی با ظرفیت چندین میلیون هرتز می باشد. بدین ترتیب در مکالمات صوتی صرفا" از بخش بسیار محدودی از پهنای باند موجود، استفاده می گردد. با استفاده از پهنای باند استفاده نشده می توان علاوه بر بهره برداری از پتانسیل های موجود، بگونه ای عمل نمود که کیفیت مکالمات صوتی نیز دچار افت نگردند. تجهیزات پیشرفته ای که اطلاعات را بصورت دیجیتال ارسال می نمایند ، قادر به استفاده از ظرفیت خطوط تلفن بصورت کامل می باشند. DSL چنین هدفی را دنبال می نماید.

ADSL از دو دستگاه خاص استفاده می نماید. یکی از دستگاهها در محل مشترکین و دستگاه دیگر برای ISP ، شرکت تلفن و یا سازمانهای ارائه دهنده خدمات DSL ، نصب می گردد. در محل مشترکین از یک ترانسیور DSL استفاده می گردد. شرکت ارائه دهنده خدمات DSL از یک DSL Access Multiplexer استفاده می نماید .(DSLAM) . از دستگاه فوق به منظور دریافت اتصالات مشترکین استفاده می گردد.

اکثر مشترکین DSL ، ترانسیور DSL را مودم DSL می نامند. مهندسین و کارشناسان شرکت های تلفن به دستگاه فوق ATU R می گویند. صرفنظر از هر نامی که برای آن استفاده می شود ، دستگاه فوق نقطه برقراری ارتباط بین کامپیوتر کاربر و یا شبکه به خط DSL است . ترانسیور با استفاده از روش های متفاوت به دستگاه مشترکین متصل می گردد. متداولترین روش، استفاده از اتصالات USB و یا اترنت است .

دستگاه فوق در مراکز ارائه دهنده سرویس DSL نصب و امکان ارائه خدمات مبتنی بر DSL را فراهم می نماید. DSLAM اتصالات مربوط به تعدادی از مشترکین را گرفته و آنها را به یک اتصال با ظرفیت بالا برای ارسال بر روی اینترنت تبدیل می نماید. دستگاههای DSLAM دارای انعطاف لازم در خصوص استفاده از خطوط DSL متفاوت ، پروتکل های متفاوت و مدولاسیون متفاوت (Cap,DMT) می باشند. در برخی از مدل های فوق امکان انجام عملیات خاصی نظیر اختصاص پویای آدرس های IP به مشترکین، نیز وجود دارد.

یکی از تفاوت های مهم بین ADSL و مودم های کابلی ، نحوه برخورد و رفتار DSLAM است . کاربران مودم های کابلی از یک شبکه بسته بصورت اشتراکی استفاده می نمایند. در چنین مواردیکه همزمان با افزایش تعداد کاربران ، کارآئی آنها تنزل پیدا خواهد کرد. ADSL برای هر یک از کاربران یک ارتباط اختصاصی ایجاد و آن را به DSLAM متصل می نماید. بدین ترتیب همزمان با افزایش کاربران ، کارآئی مربوطه تنزل پیدا نخواهد کرد. وضعیت فوق تا زمانیکه کاربران از تمام ظرفیت موجود خط ارتباطی با اینترنت استفاده نکرده باشند ، ادامه خواهد یافت . در صورت استفاده از تمام ظرفیت خط ارتباطی اینترنت ، مراکز ارائه دهنده سرویس DSL می توانند نسبت به ارتقاء خط ارتباطی اینترنت اقدام تا تمام مشترکین متصل شده به DSLAM دارای کارآئی مطلوب در زمینه استفاده از اینترنت گردند.

● سرعت VDSL:
عملکرد VDSL ، در اغلب موارد مشابه ADSL است . علیرغم شباهت های موجود در این زمینه اختلافات متعددی نیز وجود دارد. VDSL قادر به ارائه سرعت 52 مگابیت در ثانیه برای ارسال اطلاعات از اینترنت به کاربر (Downstream) و 16 مگابیت در ثانیه برای ارسال اطلاعات کاربر بر روی اینترنت (Upstream) است. سرعت های فوق بمراتب بیشتر از ADSL است . در ADSL حداکثر سرعت ارسال اطلاعات از اینترنت به کاربر ، 8 مگابیت در ثانیه و سرعت ارسال اطلاعات از کاربر به اینترنت 800 کیلوبیت در ثانیه است . VDSL سرعت بالای خود را مدیون محدودتر شدن فاصله بین مشترکین و مرکز ارائه دهنده سرویس فوق است . حداکثر مسافت موجود 4.000 فوت ( 1.200 متر ) است .

شرکت های تلفن در حال جایگزین نمودن اغلب تجهیزات ( مربوط به تغذیه اطلاعات ) به فیبر نوری می باشند. اکثر شرکت های تلفن از تکنولوژی FTTC)Fiber to the curb) استفاده می نمایند. شرکت های فوق قصد دارند که تمام خطوط مسی موجود را تا محلی که از آنها انشعاب گرفته شده و به منازل مشترکین توزیع می گردد، تعویض نمایند. شرکت های تلفن در تلاش برای پیاده سازی سیستم Fiber To the Neighborhood)FFTN) می باشند. در روش فوق در عوض نصب کابل فیبر نوری در هرخیابان ، FFTN دارای فیبر مورد نظر تا جعبه اتصالات ( انشعابات ) برای یک همسایه ( مشترک ) خاص است .

با ااستقرار یک ترانسیور VDSL در منزل و یک VDSL gateway در جعبه تقسیم اتصالات ، محدودیت فاصله کم رنگ خواهد شد.

gateway باعث مراقبت از تبدیلات آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ که باعث غیرفعال شدن ADSL بر روی خطوط فیبر نوری می گردد. Gateway داده های ورودی و دریافت شده از ترانسیور را به پالس های نور تبدیل تا زمینه ارسال آنها از طریق فیبر نوری فراهم گردد. زمانیکه داده ها برای کامپیوتر کاربر ارسال می گردند( برگشت داده ) ، Gateway موجود سیگنال های ورودی از فیبر نوری را تبدیل و آنها را برای ترانسیور کاربر ارسال می نماید. فرآیند فوق در هر ثانیه میلیون ها مرتبه تکرار خواهد گردید.

ADSL و VDSL صرفا" دو نمونه از تکنولوژط های مربوط به DSL spectrum می باشند . در ادامه به بررسی سایر مدل های مربوط به تکنولوژی فوق اشاره خواهد شد.

● مقایسه انواع DSL:
نمونه های متفاوتی از تکنولوژی DSL تاکنون پیاده سازی شده است :

● Asymmetric DSL)ADSL) . .درمدل فوق بدلیل تفاوت سرعت دریافت و ارسال اطلاعات از واژه " نامتقارن " استفاده شده است . ماهیت عملیات انجام شده توسط کاربران اینترنت بگونه ای است که همواره حجم اطلاعات دریافتی بمراتب بیشتر از اطلاعات ارسالی است .

● High bit rate DSL)HDSL) . سرعت مدل فوق در حد خطوط T1 است ( 1/5 مگابیت در ثانیه ) .سرعت دریافت و ارسال اطلاعا ت در روش فوق یکسان بوده و به منظور ارائه خدمات نیاز به دو خط مجزا نسبت به خط تلفن معمولی موجود است .

● ISDN DSL)ISDL) . مدل فوق در ابتدا در اختیار کاربران استفاده کننده از ISDN قرار گرفت. ISDL در مقایسه با سایر مدل های DSL دارای پایین ترین سرعت است . سرعت این خطوط 144 کیلوبیت در ثانیه است ( دو جهت ) .

● Multirate Symmetric DSL)MSDSL ) . در مدل فوق سرعت ارسال و دریافت اطلاعات یکسان است . نرخ سرعت انتقال اطلاعات توسط مرکز ارائه دهنده سرویس DSL ، تنظیم می گردد.

● Rate Adaptive)RADSL) . متداولترین مدل ADSL بوده و این امکان را به مودم خواهد داد که سرعت برقراری ارتباط را با توجه به عواملی نظیر مسافت و کیفیت خط تعیین نماید.

● Symmetric DSL)SDLS ) . سرعت ارسال و دریافت اطلاعات یکسان است . در مدل فوق بر خلاف HDSL که از دو خط مجزا استفاده می نماید ، صرفا" به یک خط نیاز خواهد بود.

● Very high bit rate)VDSL ) . مدل فوق بصورت "نامتقارن " بوده و در مسافت های کوتاه بهمراه خطوط مسی تلفن استفاده می گردد.

● Voice over DSL)VoDSL) . یک نوع خاص از IP تلفنی است . در مدل فوق چندین خط تلفن ترکیب و به یک خط تلفن تبدیل می شوند.

● استانداردهای VDSL:
دو کنسرسیوم متفاوت در تلاش برای استاندارد نمودن VDSL می باشند. کنسرسیوم VDSL Alliance ، از یک سیستم Carrier با نام Discrete MultiTone)DMT) استفاده می نماید. اکثر تجهیزات تولید شده ADSL از روش DMT استفاده می نمایند.

DMT ، سیگنال مربوطه را به 247 کانال مجزا تقسیم می نماید.هر کانال دارای باند 4 کیلو هرتز می باشند. ( وضعیت فوق مشابه آن است که شرکت تلفن مربوطه ، خط مسی موجود را به 247 خط 4 کیلو هرتزی مجزا تقسیم و هر یک از خطوط فوق را به یک مودم متصل نموده است . استفاده همزمان از 247 مودم که هر یک دارای باند 4 کیلوهرتز می باشند.) هر یک از کانال ها کنترل و در صورتیکه کیفیت یک کانال افت نماید ، سیگنال بر روی کانال دیگر شیفت پیدا خواهد کرد. فرآیند شیفت دادن سیگنا ل ها بین کانال های متفاوت و جستجو برای یافتن بهترین کانال ، بصورت پیوسته انجام خواهد شد. برخی از کانال ها بصورت دو طرفه استفاده می شوند ( ارسال و دریافت اطلاعات ) کنترل و مرتب سازی اطلاعات در کانال های دو طرفه و نگهداری کیفیت هر یک از 247 کانال موجود ، پیاده سازی استاندارد DMT را نسبت به CAP بمراتب پیچیده تر نموده است . استاندارد DMT دارای انعطاف بمراتب بیشتری در رابطه با کیفیت خطوط و کانال های مربوطه است .

کنسرسیوم دوم ،VDSL Coalition نام دارد . در استاندارد ارائه شده توسط کنسرسیوم فوق از دو سیستم Carrier استفاده می گردد. Quadrature Amplitude Modulation)QAM) و Carrierless Amplitude Phase)CAP) دو نمونه سیستم Carrier ، می باشند.

استاندارد CAP ، سیگنال ها را به سه باند مجزا تقسیم می نماید : مکالمات تلفن دارای باند صفر تا 4 کیلو هرتز ،. کانال دریافت اطلاعات از کاربر برای سرویس دهنده دارای باندی بین 25 تا 160 کیلو هرتز (Upstream) و کانال ارسال اطلاعات از سرویس دهنده برای کاربر ، دارای محدوده ای بوده که از 240 کیلو هرتز شروع می گردد. حداکثر باند فوق به عوامل تفاوتی نظیر : طول خط ، تعداد کاربران موجود در یک شرکت تلفنی خاص و ...بستگی دارد، بهرحال حداکثر محدوده باند فوق ، از 1.5 مگاهرتز تجاوز نخواهد کرد. سیستم فوق (CAP) با استفاده از سه کانال فوق قادر به ارسال سیگنال های مربوطه خواهد بود.

QAM ، یک روش مدولاسیون خاص بوده که با توجه به نوع نسخه استفاده شده، باعث triples اطلاعات ارسالی در طول یک خط می گردد. در روش فوق از مدولاسیون ( تغییر شکل موج حامل ) و شیفت فاز ( تغییر زاویه موج حامل ) استفاده می گردد. یک سیگنال unmodulated صرفا" دو حالت صفر و یک را ارائه می دهد. ( در هر سیکل صرفا" یک بیت اطلاعات ارسال خواهد شد ) با ارسال موج دوم که به اندازه 90 درجه شیفت پیدا کرده است ( نسبت به اول ) و مدولاسیون هر یک از امواج ، دو نقطه در هر موج وجود خواهد داشت . ( هشت حالت ممکن ) .

بدین ترتیب امکان ارسال سه بیت در هر سیکل بوجود خواهد آمد: داشتن دو وضعیت معادل یک بیت است (2=21) ، چهار وضعیت معادل دو بیت (4=22) و هشت حالت معادل سه بیت است (8=23) . با افزدون چهار موج و شیفت فاز هر یک به اندازه 15 درجه ، می توان16 حالت متفاوت را ارائه و امکان ارسال 4 بیت در هر سیکل ، فراهم خواهد شد.