DigitalSubscriberLine(DSL) 1 La famiglia di tecnologie, nota come DSL (DigitalSubscriberLine), è stata introdotta allo scopo di aumentare il ritmo binario sulle ordinarie linee d utente fino a valori dell ordine di alcuni megabit al secondo (oggi decine di Mbit/s), assicurando al contempo l uso trasparente del servizio telefonico. Il DSL, progettato al fine di migliorare l utilizzazione del doppino d utente nella rete d accesso, utilizza per la trasmissione dati la porzione di spettro al di sopra di quella usata per i servizi PSTN/ISDN. Fonia e dati vengono separati nella centrale d utente dove l una continua ad essere instradata nella rete PSTN/ISDN e gli altri sono inviati direttamente alla rete Internet. Per gli operatori di telecomunicazioni il DSL presenta il grande vantaggio di consentire l espansione efficiente delle funzionalità delle connessioni telefoniche ordinarie, così da includere il servizio di accesso ad Internet a larga banda a costi contenuti, senza produrre alcun impatto negativo sull utenza telefonica esistente (trasparenza di inserimento in rete dei nuovi servizi dati e Internet). 150
Applicazioni del DSL I servizi DSL, rivolti principalmente all utenza residenziale, forniscono accesso a Internet ad alta velocità dei dati. Altre applicazioni sono: l'accesso remoto a data center e l'interconnessione con reti LAN. Per gli utenti residenziali: il sistema ADSL (AsyncronousDSL) e le sue varianti si fanno preferire, in quanto trasmettono a un data-rate più alto tasso nel verso Down-Stream (DS), da centrale a cliente, e minore nel verso opposto Up-Stream(US). Per le applicazioni di rete aziendali(ad es., interconnessione LAN tra gli uffici): il DSL offre una opzione di accesso a basso costo e ad alta velocità di trasferimento dei dati. In queste applicazioni è spesso preferita la soluzioni DSL simmetrica o HDSL. 2 151
DSL: concetti base I servizi DSL vengono multiplatiin frequenza sul doppino con il tradizionale servizio POTS (0-4 khz), allocando i dati a banda larga su una banda superiore. Ad entrambe le estremità del doppino (SL e lato utente) occorre disporre di un modem DSL e, per assicurare al contempo l ordinaria connessione POTS, un filtro passa-basso(detto in questo contesto splitterpots o, semplicemente, splitter). Un apparato di centrale denominato DSLAM ( DSL Access Multiplexer ) ha il compito, da un lato, di terminare il canale dati e, dall altro, di inviare il traffico nella rete di trasporto. In altre parole, il DSLAM fornisce banda dedicata punto-punto fra ciascun utente finale e il gestore che lo serve. Il DSLAM termina il canale dati all'altra estremità del doppino e invia il traffico sulla rete dorsale dell operatore, dove viene diretto verso un data center remoto o un ISP di Internet. 3 Schema del collegamento DSL in rete d accesso 152
Famiglia di standard DSL 4 Il concetto DSL ha dato luogo negli anni a numerosi standard, quindi oggi si ha a disposizione una vera e propria famiglia di tecnologie DSL, indicata cumulativamente con la sigla xdsl. Nella classificazione generale le tecniche xdsl di nuova generazione vengono suddivise in tre grandi gruppi: HDSL (high-data-rate DSL) per sistemi simmetrici, ossia tali che il ritmo binario in up-link e in down-link risulti nominalmente uguale; ADSL(asymmetricalDSL) per i sistemi asimmetrici in cui il ritmo binario in up link risulta minore di quello in down link; VDSL(very-high-rate DSL) che può essere sia simmetrica che asimmetrica e che necessita di collegamento in fibra ottica fino in prossimità del cliente, allo scopo di limitare il collegamento in doppino in rame (distanza massima tipicamente non maggiore di 500 m). Le altre sigle rappresentano essenzialmente variazioni delle tecniche principali menzionate 153
Classificazione del DSL LostudiodeimodemxDSLpartedametàdeglianni1970periltrasportodiflussi numerici ottenuti dalla multiplazione di più comunicazioni vocali su un singolo doppino. Le tecniche xdsl sono soggette a continue migliorie principalmente per aumentarne la capacità trasmissiva e per migliorarne la compatibilità spettrale riducendo il livello di diafonia tra doppini adiacenti(coesistenza). Nella rappresentazione sintetica xdslla lettera x specifica il particolare sistema della famiglia: sistemi Asimmetrici (x=a), Simmetrici (x=s), High bit-rate (x=h) e Veryhigh bitrate (x=v). 154 5
Performance del DSL 6 I valori di ritmo binario dei servizi DSL e le massime distanze raggiungibili sono limitati dai difetti dei doppini, fra cui: l attenuazione che, espressa in decibel, cresce con f; la presenza di vecchi induttori di adattamento, di derivazioni e di altri elementi circuitali passivi distribuiti lungo il percorso; gli effetti di diafonia tra doppini presenti nello stesso cavo; l estrema variabilità di qualità costruttiva del doppino stesso, spesso molto vecchio e in cattive condizioni di conservazione. Tutti questi difetti producono degradazione della qualità del segnale che risulta largamente imprevedibile da caso a caso. Peraltro, nella rete d accesso la degradazione è di regola funzione della lunghezza del collegamento e si è potuta stabilire una relazione fra questa e il massimo valore di ritmo binario che può essere offerto. 155
Performance e lunghezza del doppino 7 La lunghezza media dei collegamenti nella rete d accesso dipende dalla distribuzione delle centrali telefoniche d accesso entro la comunità da servire, oltre che dalla maggiore o minore uniformità della densità di popolazione. Nel caso dell Italia l andamento particolarmente favorevole della curva di distribuzione è il principale motivo alla base del notevole sviluppo che si è avuto per il DSL; per lo stesso motivo negli Stati Uniti si è avuta una penetrazione nettamente inferiore di questi servizi fra la clientela finale. 156
Performance di alcune soluzioni DSL 8 157
HDSL (High-bit-rateDSL) 1 9 Sistema della famiglia DSL impiegato da più tempo Alle origini un requisito fondamentale era accelerare la fornitura dei circuiti diretti numerici (CDN), collegamenti che impiegano tecniche numeriche con data-rate di 2,048 Mbit/sinEuropa(standardE1)edi1,544inUSA(standardT1). Inun sistema HDSLilritmobinarioditrasmissioneèsuddivisotradue coppie (talvolta3): una coppia, in un dato verso di trasmissione, trasporta la metà dei dati per unità di tempo rispetto ai sistemi convenzionali che usano più coppie di cavi per ogni direzione di trasmissione. Si usa la stessa codifica di linea utilizzata nelle linee di abbonato ISDN base per la trasmissione bidirezionale a 160 kbit/s ove ogni simbolo trasporta due bit di informazione. Il ritmo di simbolo sulla linea è ridotto alla metà del valore e la velocità di trasmissione inferiore (corrispondendo a minore larghezza di banda occupata) riduce sia l attenuazione che la diafonia. Considerati congiuntamente, questi due vantaggi determinano il raddoppio della distanza di trasmissione rispetto alla portata dei convenzionali sistemi CDN. 158
HDSL (High-bit-rateDSL) 2 10 Il sistema HDSL trasmette lo stesso data-rate in entrambi i sensi di trasmissione, proprio come i convenzionali sistemi CDN su cavo in rame (1,5/2,0 Mbit/s). Esso quindi tende a sostituirli in altre applicazioni della rete di telecomunicazioni, ad esempio le connessioni ISDN PRI (primario), perché richiede un numero minore di ripetitori intermedi, e questo riduce i costi e aumenta l affidabilità. HDSL non è una tecnologia di accesso per applicazioni domestiche perché è simmetrico, utilizza due coppie, e non consente di fare coesistere nello stesso doppino una banda vocale per il collegamento telefonico standard. Un modem HDSL in pratica richiede meno banda (quindi crea meno interferenza) e non richiede ripetitori fino a circa 3,6 km. La trasmissione è full-duplex e avviene su due o tre doppini in parallelo. La banda occupata dipende dal numerodidoppiniutilizzati: circa da 0 a 200 khz nelcaso ditredoppini,da0a300khznelcasodiduedoppini. 159
Schema HDSL 11 L HDSL è limitato a local loop con distanze inferiori a 3600 m. Nel modem HDSL la trasmissione full-duplex è ottenuta mediante cancellatore di eco come mostrato in figura: 160
ADSL (AsymmetricDSL) 12 La tecnica ADSLè stata concepita per l accesso all utenza residenziale e quindi consente la trasmissione simultanea di voce (POTS) e dati su un solo doppino: essa trasmette ad un ritmo binario elevato nel verso downstream o DS (centrale-cliente) e a un valore minore nel verso upstreamo US (cliente-centrale) sulla singola coppia impiegata. In origine questa tecnica fu concepita per portare il servizio VoD all utenza domestica: in questa applicazione la capacità del canale necessaria per il video in verso DS è di 1,5 o 2 Mbit/s, mentre il canale di controllo nel verso US prevede 16 o 64 kbit/s, e simultaneamente si può eseguire una chiamata telefonica tramite la linea di abbonato ordinaria. Una velocità di trasmissione in DS di 1,5 o 2 Mbit/s può essere assicurata fino a circa 5,5 km di lunghezza del collegamento di abbonato. 161
ADSL I terminali ADSL modulano il segnale video e il segnale di controllo in una banda di frequenza più alta di quella di base (POTS o ISDN), quindi normalmente non utilizzata. La figura mostra un esempio di uso della banda di frequenza fino a 410 khz per trasmissione dati a 1,5 Mbit/s. Il sistema di modulazione del ADSL, detto DMT (Discrete Multi Tone), utilizza un ritmo di simbolo fisso. Il ritmo di simbolo è pari a 4.000 Baud ( simboli al secondo ) e ogni simbolo porta da 0 a 11 bit di informazione utilizzando la modulazione QAM (l effettivo ritmo di simbolo in linea è leggermente più alto perché ogni sessantanove simboli si trasportano le informazioni di sincronizzazione in luogo dei dati di utente). 13 162
Sistema DMT 14 BIN Inverso dell attenuazione del canale Water fillling Concetto di trasmissione adattativa multicanale( multi tono ) 163
Impiego del DMT nel ADSL 15 L apparato DMT valuta il valore del rapporto S/N separatamente per ognuno dei bin e, sulla base dei risultati, alloca i bit di informazione da inviare entro ciascun bin. I bin con S/N più alto trasmettono più bit per simbolo. Il sistema di accesso ADSL è impostato inizialmente per funzionare ad una velocità di dati che il cliente ha richiesto impostando i bin da utilizzare e il numero medio di bit trasmessi in ognuno di essi. Poi, il sistema adatta automaticamente il suo funzionamento alle condizioni della linea. Il sistema ADSL si è affermato per consentire la connessione a Internet: in questa applicazione la banda necessaria al flusso informativo dalla rete verso il terminale d utente (DS) è circa dieci volte maggiore di quella riservata al verso opposto (US). 164
Prestazioni del sistema ADSL 16 L asimmetria rende un modemadsl adatto, oltre che alla navigazione Internet, anche all accesso remoto a reti locali (LAN). Il modemsupporta velocità da 1,5 a 8 Mbit/s in verso DS e da 16 kbit/s a 640 kbit/s in verso US a seconda delle condizioni della linea telefonica (lunghezza, interferenza, distorsioni). Nella tabella che segue sono riportate le prestazioni ottenibili con il sistema ADSL in DS al variare della lunghezza del collegamento e del diametro dei fili in condizioni trasmissive non critiche. 165
Variante ADSL 2+ Lo stato attuale dell offerta Telecom Italia sull accesso DSL prevede l uso della tecnologia ADSL2+ fino a circa 20 Mbit/s. 17 Dipendenza del data rate delle diverse soluzioni ADSL in funzione della lunghezza della linea (caso Downstream) 166
VDSL (Very-highspeedDigitalSubscriberLine) 18 Il sistema VDSL mira a fornire accesso a servizi a banda ancora più larga, per mezzo delle ordinarie coppie telefoniche. La velocità di trasmissione dei dati dalla rete alla sede dell'abbonato è fino a 52 Mbit/s e fino a 6 Mbit/s, rispettivamente in senso DS e US su singola coppia. La configurazione simmetrica può permettere di raggiungere valori di data rate fino a 34 Mbit/s in entrambi i versi del collegamento. La distanza su un doppino ordinario senza ripetitori intermedi è piuttosto breve, tra 0,1 e 2 km a seconda della velocità di trasmissione dati e delle condizioni del collegamento. 167
Architettura VDSL Come mostrato in Figura, la rete di accesso che utilizza la tecnica VDSL è composta da un primo livello di rete passiva in fibra ottica che trasporta il segnale a larga banda (tipicamente è un sistema TDM/TDMA a 155 Mbit/s) dalla centrale fino alle ONU (Optical Network Units): si parla di Fiber-tothe-Neighborhoodo Node(FttN). A partire dalle ONU si diramano le connessioni in doppino su cui la trasmissione avviene con tecnica VDSL. Un esempio di applicazione è la interconnessione, tramite collegamenti in doppino, di LAN a 10 Mbit/s o a 26 Mbit/s. 19 168