Проба VDSL-оборудования Cisco Catalyst LRE

Рождение массовой технологии редко когда обходится без споров между группировками, продвигающими то или иное направление, претендующее на стандарт. Вот и на этот раз на место нового свода правил — VDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line, сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия) — претендуют по крайней мере два подхода. Один из них основан на уже ставшем стандартным для ADSL методе модуляции — DMT (Discrete Multi Tone), разбивающем рабочий частотный диапазон на множество параллельных ортогональных частотных каналов, в каждом из которых параллельно передаются данные. В отличие от другого распространенного метода модуляции, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), в каждом из этих каналов используется наиболее подходящий для достигнутого отношения сигнал/шум метод модуляции; рабочие частоты используются наиболее оптимальным способом, и, по крайней мере в теории, данные передаются с максимально достижимой для данного канала скоростью.

Особенно интересно то, что формируемые при модуляции частотные каналы, в силу особенностей метода, занимают весь спектр частот, от 0 до максимальных для VDSL 12 МГц, и, по сути, дело разработчика — использовать их для передачи данных или нет. Как следствие — в одном и том же устройстве, в принципе, можно реализовать и VDSL-, и ADSL-модем, или, наоборот, использовать диапазон частот, который иначе бы служил для телефонии или ISDN: так, по утверждениям ZarLink, компании, разработавшей один из первых DMT-VDSL-модемов, использование ISDN-диапазона частот (от 25 до 138 кГц) позволяет увеличить пропускную способность восходящего канала на 1,5 Мбит/с (около 12 бит на герц).

Что же касается конкурентного подхода, то здесь используется прижившаяся в кабельных модемах и великом множестве других приложений модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Для совместимости с другими радиочастотными средствами доступный диапазон частот, в зависимости от национальных особенностей регулирования (еще одно напоминание о том, что VDSL, по сути, радиочастотный метод передачи информации), разбивается на два, три или даже четыре частотных канала. Впрочем, когда VDSL используется для передачи данных внутри зданий, в так называемых MDU/MTU, это не так критично — излучение быстро затухает на железобетонных и других проводящих конструкциях.

Для разделения восходящих и нисходящих потоков информации и обеспечения полного дуплекса, как и в DMT, используется метод частотного разделения каналов — один или несколько диапазонов используется для передачи, оставшиеся — для приема информации. Подстраивая нули АЧХ, можно подавлять нежелательное излучение на критичных частотах (см. рис. 1, 2).

Правда, на этом сходство и заканчивается. Приверженцы QAM, — а их аргументацию, например, можно найти на сайте «Orckit», — утверждают, что DMT — не самый подходящий для VDSL метод модуляции — из-за высоких, несопоставимых с ADSL скоростей передачи информации, большей, в сравнении с QAM, вычислительной сложности алгоритмов модуляции и, соответственно, более сложной схемотехники и большего, при той же элементной базе, выделения тепла (фактор немаловажный, в особенности, для мультиплексоров). А с отношением сигнал/шум, мол, на небольших расстояниях и так все нормально.

Косвенным подтверждением этих тезисов, является, кстати, и фотография одного из первых DMT-VDSL-чипсетов (см. рис. 3). Конечно, внешний футляр, изображенный на фото, мог до поры до времени скрывать выставочный образец нового чипсета, но, на мой взгляд, это просто теплоотвод, и притом — довольно массивный.

И наконец, практика. В то время как QAM-VDSL-модемы, под самыми разными торговыми марками, уже довольно широко представлены на рынке, DMT-VDSL, как говорится, надо днем с огнем поискать.

Начнем, впрочем, с попытки классификации. Наиболее широко представленные сейчас торговые марки чипсетов и соответствующие им рекламные слоганы — это V-thernet от Broadcom и 10BaseS от Infineon, одной из дочерних компаний Siemens. Причем порядок следования в данном случае не всегда соответствует распространенности и на российском и на иных рынках.

Чипсеты Infineon используются, например, в Long Reach Ethernet (или LRE) от Cisco, решившей продвигать их под собственной торговой маркой (насколько обоснованны такие претензии — покажет будущее; скорее всего, недалекое), и VDSL-решениях, скромно именуемых 10BaseS, — от Optical Access. V-thernet можно встретить в продукции Aviv Infocom и TayLink. Оба списка, разумеется, даже не претендуют на полноту, а широкие возможности по программированию чипсетов и запас по вычислительной мощности позволяют производителям пускаться, до появлениея общих стандартов, во все тяжкие, продвигая собственные проприетарные и не совместимые друг с другом решения и заявляя, тем не менее, что в дальнейшем, путем программного апгрейда, можно будет перейти к единому стандарту — как только он будет принят.

С одним из решений, Long Reach Ethernet от компании Cisco, благодаря любезности компании «Comptek», предоставившей на тестирование коммутатор Cisco Catalyst 2912 LRE и абонентские устройства Cisco 575 LRE, мне удалось ознакомиться поближе.

Catalyst 2912 LRE XL обеспечивает подключение до двенадцати абонентских устройств через стандартный разъем RJ-21 (не ищите этот разъем в магазинах, по крайней мере под этим названием — сгодится и обычный 50-контактный TELCO или даже CENTRONIX; контактов так много для того, чтобы сохранить совместимость со старшей модификацией, Catalyst LRE). Еще четыре порта 10/100BaseT Ethernet служат для подключени к внешним утройствам и объединения «Каталистов» в кластер. При настройках не было замеченно существенных изменений по сравнению с обычными Ethernet-коммутаторами cерии 2900 XL — линк поднялся практически сразу, после долгих и безуспешных попыток поднять линию сначала на HomePNA 1, а потом и HomePNA 2.0 (не судите строго, уж очень хотелось установить рекорд по дальности, к которому располагали толстые, 1,2 мм в диаметре медные провода с воздушной изоляцией, защищенные общим алюминиевым экраном, и низкое сопротивление линии, порядка 23 Ом, на каждом из проводников — и это при общей длине линии около 1,4 км, из которых около 80 метров составляла витая пара пятой категории, еще 200 метров — пара третьей категории с сечением 0,8 мм, а оставшиеся 1,12 км — уже описанный чуть выше кабель спецсвязи, проложенный в незапамятные времена).

Более того, статистика, выдаваемая стандартными для «Каталистов» командами, не содержала ни слова о каких то там LRE — Ethernet да и только, причем 100 Мбит/с и полудуплексный. Случившееся было недоумение рассеяли только команды «show controller lre status link» и «show controller lre status profile». Первая выдает подробную информацию по каждому из портов, об отношении сигнал/шум, мощности сигналов и уровне ошибок; вторая — об установленных частотных профилях, максимально достижимых с этими профилями скоростях передачи данных и числе ошибок в каждом из каналов.

По умолчанию используется профиль 10, обеспечивающий максимальную скорость передачи данных, в обоих направлениях, до 12,5 Мбит/с. Автоматической настройки профилей не производится, и пользователю, если он захочет выжать из канала максимум пропускной способности, придется выбирать из восьми возможных профилей, каждый — со своей спектральной маской и собственной максимально достижимой скоростью: от 16,667 и 18,750 Мбит/с у LRE-15 (в этом случае в обратном, от абонента, канале скорость даже будет выше, чем в прямом) до симметричных 6,25 Мбит/с у LRE-5. К слову, отдельная книжечка с описанием специфических для LRE комманд и форм спектральных профилей только украсила бы комплект поставляемой с коммутатором документации.

Абонентское устройство Cisco 575 LRE автоматически распознает установленные на коммутаторе частотные профили и, в большинстве случаев, не требует никакой настройки, позволяя «бриджевать» Ethernet-фреймы и, с помощью встроенного частотного разделителя — сплиттера, подключать к той же линии обыкновенный аналоговый телефон — при условии, что к другому концу линии, с помощью 48-портового сплиттера, подключена телефонная линия или АТС. Впрочем, проведенные испытания засталяют предположить, что все функции этого сплиттера, в простейшем случае, могут сводиться к устранению постоянной составляющей, которая в российских линиях может достигать 100 и более вольт. По крайней мере, LRE и SDSL в моем тесте прекрасно уживались в одной паре и безо всяких сплиттеров (см. рис. 4).

Скорость передачи данных ни LRE, ни SDSL-модема не менялась при отключении/подключении другого модема и составляла для SDSL 1 Мбит/c, а для LRE, при передаче файла по протоколу HTTP, около 2 Мбит/c (профиль 10, длина линии 1400 метров) — сказанное ни в коем случае не является призывом громоздить на одну линию и SDSL, и LRE, скорее, говорит об особенностях технологии.

Еще одно свойство LRE, гораздо более удивительное, было обнаружено совершенно случайно. Линия, имевшаяся в моем распоряжении, была двухпарной, и в один из прекрасных дней, собравшись, после экспериментов с SDSL, переключить таки LRE на свободную пару и уже проделав эту операцию со стороны Catalyst’a, я взялся было переключить на нужную пару и абонентское устройство, как вдруг обнаружил, что огонек «Ready» горит как ни в чем не бывало.

Можно представить мое удивление, когда линия продемонстрировала все те же пресловутые 2 Мбит/с — вне зависимости от того, есть ли прямое соединение между головным и абонентским устройством или же нет. То есть связь осуществлялась и вовсе без проводов, на одних лишь паразитных емкостях между парами, расположенными в одном кабеле, и скорость — повторяю — не зависила от способа соединения! Нет, я, конечно, знал о способности HomePNA связываться, пусть и с меньшей скоростью, по однопроводной линии, на тех же паразитных емкостях, но чтобы настолько и вовсе без проводов… Надо ли говорить, что мои попытки использовать свободную пару для организации еще одного LRE-канала в том же кабеле были безуспешны, а линк на имеющемся соединении исчезал, как только к свободной паре подключался еще один LRE-порт «Каталиста»? Впрочем, как показывают результаты тестов, которые можно найти на сайте Comptek, при использовании витой пары пятой категории столь сильного взаимного влияния между каналами нет, а скорость может приблизиться к максимальным для LRE величинам даже на критических для LRE дальностях — 1,5-1,7 км. По крайней мере, в лабораторных условиях.

Надо сказать, что технология LRE продемонстрировала потрясающую надежность — на моей линии она проработала полтора месяца безо всяких сбоев, а у знакомого оператора, точно так же, без сбоев и дополнительных настроек, работает в коттеджном поселке — на 10-метровом профиле и расстояниях, по обычной телефонной паре третьей категории, в пределах 900 метров.

Пожалуй, самым существенным (если не сказать — единственным) недостатком LRE является невозможность включать абонентские устройства «лоб в лоб». Ведь, по сути, аппаратная начинка и головных, и абонентских устройств совпадает — на каждый канал приходится пара микросхем Infineon PEB 22811-H VDSL-A и Infineon PEF 22822 10Base-S (функциональную схему канала передачи см. на рисунке). Особенно обидно потому, что такая возможность давно уже реализована в SDSL- и HDSL-модемах.

Не помешала бы и возможность соединять точно таким же образом, лоб в лоб, и головные устройства, образуя, при минимальных затратах, территориально распределенные сети и, к слову, задействуя все четыре пары кабеля пятой категории (подумать только, полнодуплексные 50 Мбит/с на расстояних больше километра, по одному кабелю!).

Развитие, похоже, все таки идет именно в этом направлении. Производители дружно заявляют, что в дальнейшем, когда-нибудь, сделав программный апгрейд, можно будет соединять устройства напрямую друг с другом, и абонентские, и головные (хотя такая градация и станет достаточно условной). А Infineon, как пирожки, выпекает новые платформы: восьмипортовый Ethernet-коммутатор с четырьмя LRE (пардон, все-таки 10BaseS) портами и восьмипортовый же 10BaseS-чипсет. Ждем появления новых продуктов? Ведь, первым устройствам этого стандарта уже скоро год. Срок, по нынешним меркам, немалый.