Изучение способов измерения производительности средств последней мили. Учебно-методическое пособие

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра мультимедийных сетей и услуг связи

Беленькая М.Н., Яковенко Н.В.

Учебно-методическое пособие

по курсу

АРХИТЕКТУРА И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕТЕВЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ

ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СРЕДСТВ ПОСЛЕДНЕЙ МИЛИ

Москва 2018

1

План УМД на 2019/20 уч.г.

Учебно-методическое пособие

по курсу

АРХИТЕКТУРА И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕТЕВЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ

ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СРЕДСТВ ПОСЛЕДНЕЙ МИЛИ

Авторы: М.Н. Беленькая, доцент Н.В. Яковенко, ст. преподаватель

Издание утверждено советом факультета ИТ. Протокол № 10 от 22.05.18.

Рецензент Д.В. Гадасин, к.т.н., доцент

2

УДК 621.396

Беленькая М.Н., Яковенко Н.В. Изучение способов измерения производительности средств последней мили:Учебно-методическое пособие./ МТУСИ.- М., 2018.- 28с.

Издание утверждено советом факультета ИТ.Протокол № 10 от 22.05.18

Рецензент: Д.В.Гадасин, к.т.н., доцент

© Московский технический университет связи и информатики, 2018

1. Основные понятия

Средства, которые необходимы для подключения абонента (например,

корпоративной информационной системы (ИС) к узлу оператора связи,

называют «последней милей». Они включают кабельные системы (медные или современные оптоволоконные), аппаратные средства (мультиплексоры, модемы,

конвертеры и другие устройства) на узле оператора связи и на стороне ИС,

беспроводные средства передачи данных на отрезке от узла оператора связи до узла ИС.

Организация последней мили является проблемой оператора фиксированной связи или кабельного оператора. Но в силу ее сложности и ответственности за конечный результат служб администратора системы,

последние не могут не участвовать в этом процессе. Они должны согласовать с оператором связи выбор типа последней мили (медная кабельная система,

оптоволоконная кабельная система или беспроводное решение). Кроме того,

необходимо согласовать с оператором связи аппаратные и программные средства для реализации передачи данных со стороны ИС. Эти средства и параметры их настройки должны соответствовать средствам, имеющимся у оператора связи, и должны быть указаны в технических условиях (или иной документации) на подключение ИС к узлу связи оператора.

Возможна организация последней мили на основе использования медного кабеля, оптоволоконного кабеля и неограниченных сред.

Организация последней мили на базе медных кабелей (старой меди)

В 1990 году корпорацией Bell была разработана новая технология HDSL,

призванная заменить технологию ISDN в области передачи информации по кабельным системам. В системе HDSL была применена четырехуровневая амплитудно-импульсная модуляция PAM, называемая иначе 2B1Q,

полнодуплексная передача по каждой паре, нелинейные эквалайзеры, которые не усиливают шум, адаптивные фильтры и эхо-подавление. Таким образом, стала возможна передача информации со скоростью до 2 Мбит/с на расстояние до

2 км. Рассмотрим архитектуру xDSL.

3

Вузле связи оператора устанавливается DSLAM-цифровой

мультиплексор, а у пользователей ИС – xDSL-модемы (или маршрутизатор с xDSL-модемом, если присоединяется сеть пользователей). В xDSL-устройстве на стороне пользователя может находиться фильтр (splitter), который позволяет выделить голосовой сигнал и передать его на телефон или небольшую телефонную станцию (УПАТС, PBX). Соединение пользовательского оборудования с оборудованием оператора связи производится по обычным медным телефонным линиям. Мультиплексор преобразует полученный сигнал первого уровня модели OSI в пакет IP, ATM или SDH и отправляет его

устройству уровня ¾ (маршрутизатору, коммутатору или шлюзу). Далее

информация передается, например, в городскую сеть передачи данных (MAN) .

Проблемы xDSL

В США, где разрабатывались первые виды DSL, существуют три обычно определяемых длины «последней мили», которые различаются сопротивлением и диаметром кабеля, и, соответственно, три вида соглашений о сервисе,

предоставляемом операторами связи. Согласно этим правилам, длина линии от абонента до узла связи может быть в пределах 2 км (зона DA), 3-4 км (зона CSA)

или 6 км (зона RRD). Различные виды DSL разрабатывались для предоставления высокоскоростного доступа в различных зонах. Например, технология HDSL2

предназначена для работы на расстояниях зоны CSA.

В связи с тем, что передача сигнала ведется на высоких частотах

(f = 200 - 400 КГц), возникает межсимвольная интерференция, практически стирающая разницу между уровнями сигнала. Существуют два способа борьбы с этой проблемой (без понижения скорости передачи), которые в комбинации применяются в действующих системах:

- передача на единичном интервале цифрового сигнала нескольких бит при допустимой с точки зрения помехоустойчивости скорости; для этого используются специальные виды кодирования сигнала – DMT-модуляция

(применяется в ADSL и VDSL);

4

-использование эквалайзеров, исправляющих импульсы сигнала

по шаблону; применяется во всех DSL-системах, при этом в ADSL применяются линейные эквалайзеры, а в технологии HDSL2 – нелинейные эквалайзеры

(Tomlinson precoding) и решетчатое кодирование (trellis codes).

В технологии xDSL применяют не только модуляцию DMT (Digital Multi Tone), но и CAP, 2B1Q, DWMT, QAM, SDMT.

Одним из факторов, ограничивающих дальность и скорость цифровой передачи, является флуктуационная помеха (шум). Различают две составляющие шума при передаче цифровых сигналов по кабелю: переходное влияние пар на ближнем конце (NEXT) и переходное влияние пар кабеля на дальнем конце

(FEXT).

Электромагнитные наводки от множества источников (например, АТС)

вызывают появление импульсных помех. Кроме того, при передаче и приеме сигнала по линии в одном и том же частотном спектре возникает необходимость подавления эхо-сигнала собственного передатчика (self-NEXT). Различные виды

DSL предназначены для борьбы с этими проблемами. Для надежной работы в тяжелых условиях с высокими значениями NEXT, FEXT и эхо-подавлением используется ISDN (RRD зона) и HDSL (CSA зона). Если передача и прием сигнала осуществляются в разных частотных спектрах (нисходящий и восходящий поток, асимметричная передача), то можно обойти проблемы эха и работать в среде ограниченной только FEXT. Это реализовано в ADSL, VDSL, HDSL2. Но FEXT-ограниченные DSL-системы больше подвержены действию импульсных помех, чем NEXT-ограниченные виды DSL. При этом смесь наводок может создать шум на достаточно широком диапазоне частот и сильно ухудшить работу DSL-систем, основывающихся на несимметричных частотных планах.

Из-за различных диапазонов частот, в которых работают различные виды

DSL, и ряда других причин возникают проблемы с совместимостью

DSL-технологий в одном кабеле. Следует отметить, что согласно спецификациям ADSL и RADSL совместимы с HDSL, ISDN и другими видами

ADSL, но несовместимы с передачей данных по каналам E1/T1.

5

Свойства xDSL определяются стандартами cерии G МСЭ-Т (ITU-T) –

Системы и среды передачи для цифровых сетей. Так, VDSL2 и ADSL2+

определяются стандартами G.992.5, G.992.3, G.992.4. Но выбор возможной в конкретном случае системы хDSL определяется при этом не только существую-

щим стандартом, но и особенностями кабельной системы и возможностью ее применения для передачи данных с учетом указанных выше проблем.

Все это приводит к необходимости тестировать предоставляемые линии связи на соответствие их характеристик возможности передачи данных с заданными скоростями. Необходимые скорости работы обеспечиваются определенными значениями (номиналами) электротехнических параметров.

При этом необходимо понимать, что скорость работы на последней миле определяет скорость доступа к центрам обработки данных – ЦОДам, что является крайне актуальной проблемой.

2. Изучение средств измерения производительности последней мили на старой меди

Для изучения средств диагностики последней мили выполним измерения характеристик линий связи при помощи программно-аппаратного комплекса

Fluke Copper Pro 990DSL. Для этого выполните следующие действия:

2.1. Изучите принципы работы Fluke Copper Pro 990DSL компании FLUKE.

Изучите команды для параметризации и выполнения диагностики программно-

аппаратного комплекса Fluke Copper Pro 990DSL по технической документации,

имеющейся на кафедре МСиУС.

2.2.Ознакомьтесь с командами ОС Fluke Copper Pro 990DSL по технической документации, имеющейся на кафедре МСиУС.

2.3.Ознакомьтесь с оборудованием и необходимым программным обеспечением на кафедре МСиУС.

Необходимое оборудование (в аудиториях Л205-Л211) включает горизонтальную подсистему, состоящую из кабеля UTP cat5 и розеток с модулем

RJ-45, патч-корды, макет магистрали сети доступа, состоящей из многопарного кабеля, оптоволоконную магистраль (62.5/125 мкм), DSL-мультиплексор, девять рабочих станций, файл-сервер, сервер мониторинга, роутер, патч-панели

6

RJ-45,110, мультимодовую SC-панель, стойку, шкаф с фильтром и источником бесперебойного питания, шкаф с подключением к патч-панели многопарного кабеля для реализации последней мили, диагностический

программно-аппаратный комплекс FLUKE Copper Pro 990.

Рисунок 2.1 - Функциональная схема сети кафедры МСиУС

Рисунок 2.2 - Функциональная схема кабельной системы кафедры МСиУС

7

2.5. Ознакомьтесь с оборудованием DSLAM (аудитория 211) и с

административной кабельной подсистемой в аудитории 205.

2.6.Ознакомьтесь с программно-аппаратным комплексом FLUKE 990, его компонентами, возможностями операционной системы, руководствуясь ее описанием.

2.7.Проверьте подключение кабельной системы.

2.8.Проведите тестирование одной выбранной вами пары кабеля последней мили в аудитории 205 согласно методическим указаниям разд. 5.

3. Методические указания по выполнению диагностики и измерения производительности

Любые отклонения физических параметров линии от нормативных приводят к заметному снижению качества или даже невозможности ее исполь-

зования. Такие изменения не могут быть обнаружены средствами диагностики второго-седьмого уровней модели OSI, хотя оказывают значительное влияние на высокоуровневые приложения. Поэтому, диагностика, выявление и устранение неисправностей последней мили на первом уровне модели OSI критично.

Диагностика последней мили позволяет определить пригодность линии связи для передачи данных по определенной технологии, а значит определить потенциальные возможности системы передачи.

Кроме того, тарифные планы предоставляемых оператором связи услуг,

как правило, различаются скоростями передачи. В связи с этим пользователь вправе требовать у оператора подтверждений того, что его абонентский доступ работает на заявленной скорости. Доказательством этого являются представляемые оператором связи результаты диагностических измерений линии связи абонента.

3.1. Функциональные возможности Fluke DSL 990 и методика измерений

Оборудование Fluke Copper Pro Series 990DSL представляет собой переносной портативный тестер, питающийся от аккумуляторной батареи. Он предназначен для проведения тестирований имплементируемых кабельных линий на основе витой пары, их диагностики на наличие обрывов, а также

8

верификации внешних линий на возможность предоставления цифровых и интегрированных сервисов и приложений.

Copper Pro предполагает возможность совместного использования с внешним многопарным модулем доступа при подключении к персональному компьютеру в качестве управляющего терминала. Эта функция позволяет выполнять тестирование кабельных линий с одного конца в автоматическом режиме. При необходимости получения более точных результатов на дальнем конце линии связи устанавливается второе устройство.

Встроенный в устройство рефлектометр позволяет использовать тестер

Copper Pro для обнаружения сбоев в кабельных трассах. В этом режиме возможно определить точные расстояния до мест обрывов, замыканий на землю,

пересечения пар и других распространенных ошибок физической среды передачи. Прибор Copper Pro позволяет определять причины сбоев при передаче сигналов. Присутствует также возможность распознавания различных обслуживающих устройств на линии, в том числе предназначенных для аварийного отключения.

Как устройство определения пригодности линии для реализации цифровых сервисов, Copper Pro предоставляет функции контроля параметров широкополосной связи, широкополосных потерь, гауссова и импульсного шумов, перекрестных наводок, обнаружения на линии катушек индуктивности

(пупиновских катушек). Внешний вид прибора Fluke Copper Pro Series 990DSL

представлен на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Внешний вид прибора Fluke Copper Pro Series 990DSL

9