Linha de assinante digital - Digital subscriber line

A linha de assinante digital ( DSL ; loop de assinante originalmente digital ) é uma família de tecnologias usadas para transmitir dados digitais por linhas telefônicas . No marketing de telecomunicações, o termo DSL é amplamente entendido como significando linha de assinante digital assimétrica (ADSL), a tecnologia DSL mais comumente instalada, para acesso à Internet .

O serviço DSL pode ser fornecido simultaneamente com o serviço de telefone com fio na mesma linha telefônica, pois o DSL usa bandas de frequência mais altas para dados. Nas instalações do cliente, um filtro DSL em cada tomada não DSL bloqueia qualquer interferência de alta frequência para permitir o uso simultâneo dos serviços de voz e DSL.

A taxa de bits dos serviços DSL do consumidor normalmente varia de 256 kbit / s a ​​mais de 100 Mbit / s na direção do cliente ( downstream ), dependendo da tecnologia DSL, das condições da linha e da implementação de nível de serviço. Taxas de bits de 1  Gbit / s foram atingidas.

Em ADSL, a taxa de transferência de dados na direção upstream (a direção para o provedor de serviço) é menor, daí a designação de serviço assimétrico . Em serviços de linha de assinante digital simétrica (SDSL), as taxas de dados downstream e upstream são iguais. Os pesquisadores da Bell Labs atingiram velocidades acima de 1 Gbit / s para serviços de acesso de banda larga simétrico usando linhas telefônicas de cobre tradicionais, embora essas velocidades ainda não tenham sido implantadas em outro lugar.

História

Originalmente, pensava-se que não era possível operar uma linha telefônica convencional além dos limites de baixa velocidade (normalmente abaixo de 9600 bit / s). Na década de 1950, o cabo telefônico de par trançado comum costumava transportar sinais de televisão de quatro megahertz (MHz) entre os estúdios, sugerindo que tais linhas permitiriam a transmissão de muitos megabits por segundo. Um desses circuitos no Reino Unido percorreu cerca de 10 milhas (16 km) entre os estúdios da BBC em Newcastle-upon-Tyne e a estação de transmissão Pontop Pike . No entanto, esses cabos tinham outras deficiências além do ruído gaussiano , impedindo que tais taxas se tornassem práticas em campo. A década de 1980 viu o desenvolvimento de técnicas de comunicação de banda larga que permitiram que o limite fosse amplamente estendido. Uma patente foi registrada em 1979 para o uso de fios telefônicos existentes para telefones e terminais de dados conectados a um computador remoto por meio de um sistema de suporte de dados digital.

A motivação para a tecnologia de linha de assinante digital foi a especificação de Rede Digital de Serviços Integrados (ISDN) proposta em 1984 pelo CCITT (agora ITU-T ) como parte da Recomendação I.120 , posteriormente reutilizada como linha de assinante digital ISDN (IDSL). Os funcionários da Bellcore (agora Telcordia Technologies ) desenvolveram linha de assinante digital assimétrica (ADSL), colocando sinais digitais de banda larga em frequências acima do sinal de voz analógico de banda base existente transportado em cabeamento de par trançado convencional entre centrais telefônicas e clientes. Uma patente foi registrada em 1988.

A contribuição de Joseph W. Lechleider para o DSL foi sua percepção de que um arranjo assimétrico oferecia mais do que o dobro da capacidade de largura de banda do DSL simétrico. Isso permitiu que os provedores de serviços de Internet oferecessem serviços eficientes aos consumidores, que se beneficiaram muito com a capacidade de fazer download de grandes quantidades de dados, mas raramente precisaram fazer upload de quantidades comparáveis. O ADSL suporta dois modos de transporte: canal rápido e canal intercalado . O canal rápido é preferido para streaming de multimídia , onde um bit ocasionalmente perdido é aceitável, mas os atrasos são menos aceitáveis. O canal intercalado funciona melhor para transferências de arquivos, onde os dados entregues devem estar livres de erros, mas a latência (atraso de tempo) incorrida pela retransmissão de pacotes contendo erros é aceitável.

O ADSL voltado para o consumidor foi projetado para operar em linhas existentes já condicionadas para serviços RDSI de Interface de Taxa Básica . Os engenheiros desenvolveram recursos de DSL de alta velocidade, como linha de assinante digital de alta taxa de bits (HDSL) e linha de assinante digital simétrica (SDSL) para fornecer serviços tradicionais de sinal digital 1 (DS1) em instalações de par de cobre padrão.

Os padrões ADSL mais antigos forneciam 8  Mbit / s ao cliente em cerca de 2 km (1,2 mi) de fio de cobre de par trançado sem blindagem . Variantes mais recentes melhoraram essas taxas. Distâncias maiores que 2 km (1,2 mi) reduzem significativamente a largura de banda utilizável nos fios, reduzindo assim a taxa de dados. Mas os extensores de loop ADSL aumentam essas distâncias repetindo o sinal, permitindo que o LEC forneça velocidades DSL a qualquer distância.

DSL SoC

Até o final da década de 1990, o custo dos processadores de sinais digitais para DSL era proibitivo. Todos os tipos de DSL empregam algoritmos de processamento de sinal digital altamente complexos para superar as limitações inerentes dos fios de par trançado existentes . Devido aos avanços da tecnologia de integração de muito grande escala (VLSI), o custo do equipamento associado à implantação de DSL diminuiu significativamente. Os dois equipamentos principais são um multiplexador de acesso à linha de assinante digital (DSLAM) em uma extremidade e um modem DSL na outra.

Uma conexão DSL pode ser implementada sobre o cabo existente. Essa implantação, mesmo incluindo equipamentos, é muito mais barata do que instalar um novo cabo de fibra óptica de alta largura de banda na mesma rota e distância. Isso é verdadeiro para variações ADSL e SDSL. O sucesso comercial do DSL e de tecnologias semelhantes reflete em grande parte os avanços feitos na eletrônica ao longo das décadas, que aumentaram o desempenho e reduziram os custos, mesmo quando cavar valas no solo para novos cabos (cobre ou fibra óptica) continua caro.

Estas vantagens tornam o ADSL uma proposta melhor para os clientes que necessitam de acesso à Internet do que a marcação com medição, ao mesmo tempo que permite que as chamadas de voz sejam recebidas ao mesmo tempo que uma ligação de dados. As empresas telefônicas também sofreram pressão para migrar para o ADSL devido à concorrência das empresas de cabo, que usam a tecnologia de modem a cabo DOCSIS para atingir velocidades semelhantes. A demanda por aplicativos de alta largura de banda, como vídeo e compartilhamento de arquivos, também contribuiu para a popularidade da tecnologia ADSL.

O serviço DSL inicial exigia um loop seco dedicado , mas quando a Federal Communications Commission (FCC) dos EUA exigiu que as operadoras locais de câmbio (ILECs) arrendassem suas linhas para provedores de serviços DSL concorrentes, o DSL de linha compartilhada tornou-se disponível. Também conhecido como DSL sobre elemento de rede desagregado , essa desagregação de serviços permite que um único assinante receba dois serviços separados de dois provedores separados em um par de cabos. O equipamento do provedor de serviço DSL está co-localizado na mesma central telefônica do ILEC que fornece o serviço de voz pré-existente do cliente. O circuito do assinante é reconectado para fazer interface com o hardware fornecido pelo ILEC, que combina uma frequência DSL e sinais POTS em um único par de cobre.

Em 2012, algumas operadoras nos Estados Unidos relataram que os terminais remotos DSL com backhaul de fibra estavam substituindo os sistemas ADSL mais antigos.

Operação

Os telefones são conectados à central telefônica por meio de um loop local , que é um par físico de fios. O loop local foi originalmente planejado principalmente para a transmissão de fala, abrangendo uma faixa de freqüência de áudio de 300 a 3400 hertz ( largura de banda comercial ). No entanto, à medida que os troncos de longa distância foram gradualmente convertidos de operação analógica para digital, a ideia de ser capaz de passar dados através do loop local (utilizando frequências acima da banda de voz) se consolidou, levando ao DSL.

O loop local que conecta a central telefônica à maioria dos assinantes tem a capacidade de transportar frequências bem além do limite superior de 3400 Hz de POTS . Dependendo do comprimento e da qualidade do loop, o limite superior pode ser dezenas de megahertz. O DSL aproveita essa largura de banda não utilizada do loop local criando canais amplos de 4.312,5 Hz começando entre 10 e 100 kHz, dependendo de como o sistema está configurado. A alocação de canais continua para frequências mais altas (até 1,1 MHz para ADSL) até que novos canais sejam considerados inutilizáveis. A usabilidade de cada canal é avaliada da mesma forma que um modem analógico faria em uma conexão POTS. Canais mais utilizáveis ​​equivalem a mais largura de banda disponível, razão pela qual a distância e a qualidade da linha são um fator (as frequências mais altas usadas pelo DSL viajam apenas por curtas distâncias).

O pool de canais utilizáveis ​​é então dividido em duas bandas de frequência diferentes para tráfego upstream e downstream , com base em uma proporção pré-configurada. Essa segregação reduz a interferência. Uma vez que os grupos de canais tenham sido estabelecidos, os canais individuais são ligados em um par de circuitos virtuais, um em cada direção. Como os modems analógicos, os transceptores DSL monitoram constantemente a qualidade de cada canal e irão adicioná-los ou removê-los de serviço, dependendo se são utilizáveis. Depois que os circuitos upstream e downstream são estabelecidos, um assinante pode se conectar a um serviço como um provedor de serviços de Internet ou outros serviços de rede, como uma rede MPLS corporativa .

A tecnologia subjacente de transporte através de instalações DSL usa modulação de ondas portadoras de alta frequência , uma transmissão de sinal analógico. Um circuito DSL termina em cada extremidade de um modem que modula padrões de bits em certos impulsos de alta frequência para transmissão ao modem oposto. Os sinais recebidos do modem de ponta remota são demodulados para produzir um padrão de bits correspondente que o modem passa, em formato digital, para seu equipamento de interface, como um computador, roteador, switch, etc.

Ao contrário dos modems dial-up tradicionais, que modulam bits em sinais na banda base de áudio de 300–3400 Hz, os modems DSL modulam frequências de 4000 Hz a até 4 MHz. Essa separação de banda de frequência permite que o serviço DSL e o serviço de telefone comum (POTS) coexistam nos mesmos cabos. Na extremidade do circuito do assinante, filtros DSL em linha são instalados em cada telefone para passar as frequências de voz, mas filtrar os sinais de alta frequência que, de outra forma, seriam ouvidos como assobios. Além disso, elementos não lineares no telefone podem gerar intermodulação audível e prejudicar a operação do modem de dados na ausência desses filtros passa-baixa . As modulações DSL e RADSL não usam a banda de frequência de voz, portanto , os filtros passa-altas são incorporados ao circuito dos modems DSL para filtrar as frequências de voz.

Um modem DSL

Como o DSL opera acima do limite de voz de 3,4 kHz, ele não pode passar por uma bobina de carga , que é uma bobina indutiva projetada para neutralizar a perda causada pela capacitância shunt (capacitância entre os dois fios do par trançado). As bobinas de carregamento são normalmente definidas em intervalos regulares nas linhas POTS. O serviço de voz não pode ser mantido além de uma certa distância sem essas bobinas. Portanto, algumas áreas que estão dentro do alcance do serviço DSL são desqualificadas da elegibilidade devido à colocação da bobina de carregamento. Por causa disso, as companhias telefônicas se esforçam para remover as bobinas de carga dos circuitos de cobre que podem operar sem elas. As linhas mais longas que os exigem podem ser substituídas por fibra para a vizinhança ou nó ( FTTN ).

A maioria das implementações DSL residenciais e de pequenos escritórios reserva baixas frequências para POTS, de forma que (com filtros e / ou divisores adequados) o serviço de voz existente continue a operar independentemente do serviço DSL. Assim, as comunicações baseadas em POTS, incluindo máquinas de fax e modems dial-up , podem compartilhar os fios com DSL. Apenas um modem DSL pode usar a linha do assinante por vez. A maneira padrão de permitir que vários computadores compartilhem uma conexão DSL usa um roteador que estabelece uma conexão entre o modem DSL e uma rede local Ethernet , powerline ou Wi-Fi nas instalações do cliente.

Os fundamentos teóricos do DSL, como grande parte da tecnologia de comunicação , podem ser rastreados até o artigo seminal de Claude Shannon de 1948: A Mathematical Theory of Communication . Geralmente, as transmissões de taxa de bits mais alta requerem uma banda de frequência mais ampla, embora a razão da taxa de bits para a taxa de símbolo e, portanto, para a largura de banda não seja linear devido a inovações significativas no processamento de sinal digital e métodos de modulação digital .

DSL nua

Naked DSL é uma forma de fornecer apenas serviços DSL em um loop local . É útil quando o cliente não precisa do serviço de voz de telefonia tradicional porque o serviço de voz é recebido em cima dos serviços DSL (geralmente VoIP ) ou por meio de outra rede (por exemplo, telefonia móvel ). Também é comumente chamado de elemento de rede desagregado (UNE) nos Estados Unidos; na Austrália, é conhecido como loop local não condicionado (ULL); na Bélgica é conhecido como "cobre bruto" e no Reino Unido é conhecido como Single Order GEA (SoGEA).

Ele começou a fazer um retorno nos Estados Unidos em 2004, quando a Qwest começou a oferecê-lo, seguido de perto pelo Speakeasy . Como resultado da fusão da AT&T com a SBC , e da fusão da Verizon com a MCI , essas companhias telefônicas têm a obrigação de oferecer DSL puro aos consumidores.

Configuração típica

Exemplo de um DSLAM de 2006

Do lado do cliente, um modem DSL está conectado a uma linha telefônica. A companhia telefônica conecta a outra extremidade da linha a um DSLAM , que concentra um grande número de conexões DSL individuais em uma única caixa. O DSLAM não pode estar localizado muito longe do cliente por causa da atenuação entre o DSLAM e o modem DSL do usuário. É comum que alguns blocos residenciais sejam conectados a um DSLAM.

Esquema de conexão DSL

A figura acima é um esquema de uma conexão DSL simples (em azul). O lado direito mostra um DSLAM residindo na central telefônica da companhia telefônica. O lado esquerdo mostra o equipamento nas instalações do cliente com um roteador opcional. O roteador gerencia uma rede local que conecta PCs e outros dispositivos locais. O cliente pode optar por um modem que contenha um roteador e acesso sem fio. Essa opção (dentro da bolha tracejada) geralmente simplifica a conexão.

Equipamento de troca

Na central, um multiplexador de acesso à linha de assinante digital (DSLAM) termina os circuitos DSL e os agrega, onde são transferidos para outros transportes de rede. O DSLAM encerra todas as conexões e recupera as informações digitais originais. No caso do ADSL, o componente de voz também é separado nesta etapa, seja por um filtro integrado no DSLAM ou por um equipamento de filtragem especializado instalado antes dele.

Equipamento do cliente

Esquema do Modem DSL

A extremidade da conexão do cliente consiste em um modem DSL . Isso converte os dados entre os sinais digitais usados ​​por computadores e o sinal de tensão analógico de uma faixa de frequência adequada que é então aplicada à linha telefônica.

Em algumas variações de DSL (por exemplo, HDSL ), o modem se conecta diretamente ao computador por meio de uma interface serial, usando protocolos como ethernet ou V.35 . Em outros casos (particularmente ADSL), é comum que o equipamento do cliente seja integrado com funcionalidade de nível superior, como roteamento, firewall ou outro hardware e software específico de aplicativo. Nesse caso, o equipamento é denominado gateway.

A maioria das tecnologias DSL requer a instalação de filtros DSL apropriados para separar o sinal DSL do sinal de voz de baixa frequência. A separação pode ser feita no ponto de demarcação ou com filtros instalados nas tomadas telefônicas das dependências do cliente.

Os gateways DSL modernos freqüentemente integram o roteamento e outras funcionalidades. O sistema inicializa, sincroniza a conexão DSL e finalmente estabelece os serviços IP da Internet e a conexão entre a rede local e o provedor de serviços, usando protocolos como DHCP ou PPPoE .

Protocolos e configurações

Muitas tecnologias DSL implementam uma camada de modo de transferência assíncrona (ATM) sobre a camada de fluxo de bits de baixo nível para permitir a adaptação de várias tecnologias diferentes no mesmo link.

As implementações de DSL podem criar redes em ponte ou roteadas . Em uma configuração com ponte, o grupo de computadores assinantes se conecta efetivamente a uma única sub-rede. As primeiras implementações usavam DHCP para fornecer detalhes de rede, como o endereço IP ao equipamento do assinante, com autenticação via endereço MAC ou um nome de host atribuído . As implementações posteriores geralmente usam o protocolo ponto a ponto (PPP) para autenticar com um ID de usuário e senha e para fornecer detalhes de rede.

Métodos de modulação de transmissão

Os métodos de transmissão variam de acordo com o mercado, região, operadora e equipamento.

Tecnologias DSL

As tecnologias DSL (às vezes resumidas coletivamente como xDSL ) incluem:

As limitações de comprimento de linha da central telefônica ao assinante impõem limites severos às taxas de transmissão de dados. Tecnologias como VDSL fornecem links de alta velocidade, mas de curto alcance. O VDSL é usado como um método de entrega de serviços " triple play " (normalmente implementado em arquiteturas de rede de fibra para o meio-fio ).

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos

  • Teoria ADSL —Informações sobre o histórico e funcionamento do ADSL e os fatores envolvidos na obtenção de uma boa sincronização entre o seu modem e o DSLAM .