Еще 2-3 года назад среди аналитиков бытовало убеждение, что беспроводная связь в городах вытеснит традиционную городскую сеть, и буквально за несколько лет абонентская "медная миля" окончательно уступит место мобильной связи. Ситуация, тем не менее, изменялась вопреки предсказаниям. В майском выпуске 2007 года канадская газета The Globe and Mail с некоторым удивлением сообщила, что проводная сеть в 2006-2007 г.г. опередила сектор беспроводной связи. Это произошло в основном за счет увеличения широкополосного доступа в Интернет. Очень быстро ситуация повторилась и на российском рынке. РБК daily в начале 2008 года опубликовала свой анализ:
"Фокус развития отрасли связи переместился на услуги, связанные с широкополосным доступом в Интернет. В 2007 году этот сегмент телекоммуникационного рынка продемонстрировал рост на 58%, что значительно превысило показатели темпов роста в 2006 году (19,4%)". Сектор беспроводной связи, напротив, демонстрировал замедление темпов роста.
"Второе дыхание" медь получила от новых технологий ADSL, преимущественно по экономическим причинам. В городах линия ADSL легла "поверх" существующей связи, используя имеющееся сетевой обеспечение. Это самый дешевый вариант предоставления современных услуг связи пользователю. Но и в более дорогих решениях, использующих оптические кабели для обеспечения скоростного доступа, конечный абонент получает услугу по медному кабелю. Поэтому актуальность обслуживания медных линий не по-прежнему высока.
Специфика технологий ADSL, дающих возможность различным производителям модемов работать в общем пространстве городских сетей, подразумевает жесткую стандартизацию оборудования и технологий. Тем не менее, по отношению к самим кабельным линиям однозначного нормативного подхода выработано не было [1].
Как правило, процедуру проверки линии составляла серия стандартных плановых измерений (изоляция, емкость, шлейф, асимметрия), на основании которых и делалось предварительное заключение о пригодности линии для ADSL. На этом пути измерителей ждали различные "чудеса". Пример одного такого "чуда" приведен на рис. 1.
Рис.1.
а) короткий кабель ТПП 0,5 полностью исправен; прибор Гамма DSL фиксирует уверенный сигнал и максимальную скорость 21 696 кбит/с
б) жуткая история - линия бракуется по сопротивлению изоляции А-В, хотя связь может быть вполне успешной (измеритель не знает про замкнутый отвод). Прибор Гамма DSL фиксирует неоднородный сигнал, вызванный отражением, но измеренная скорость 19 356 кбит/с. В процентах потери составляют всего 11%. Абонент этого даже не заметит!
К пуговицам претензии есть?
Что нужно абоненту? Ответ на поставленный вопрос очевиден: абоненту нужна скорость. Отчего зависит скорость? От самых разных причин. Как проверить скорость - подключить у абонента модем к компьютеру и снять показания? Если скорости нет - кто виноват? Здесь выясняется, что каждый отвечает только за свою зону ответственности (рис.2), согласно знаменитой реплике артиста, вынесенной в заголовок. И это правильно.
Рис.2. Зона ответственности линейных служб.
Основной критерий для любой зоны: максимально возможная скорость. Переводя на язык линейных служб, это означает, что они должны обеспечить максимально возможный скоростной потенциал линии. Но чем контролировать скоростной потенциал? И самый главный вопрос: как достичь нужного скоростного потенциала?
В принципе, для проверки выделенной линии достаточно использовать ADSL-тестер с эмулятором модема. В случае проблем на линии ADSL-тестер может отыскать проблемный участок, на котором происходят потери скорости. Собственно на этом - на существовании проблемы кабельной линии - роль прибора с эмулятором модема можно считать исчерпанной. Можно или нет что-то улучшить, и как это сделать, измеритель должен решать сам.
Для устранения причин потери скорости линии ADSL необходимы два условия. Первое условие - наличие инструментария для поиска неисправности линии. Второе условие - технология анализа причин занижения скорости, которая обеспечивает целенаправленное применение инструментария для поиска неисправности.
В качестве инструментов для поиска неисправности линии обычно используют рефлектометр, измерительный мост и многофункциональный частотный измеритель. Современные DSL-приборы высокого класса объединяют все эти функции.
Для анализа причин занижения скорости DSL-приборами исследуется скоростной потенциал линии, который определяется не как "скорость по факту" при установке связи с передатчиком, а в результате измерений сигнала генератора, сканирующего рабочую область частот, и измерения спектральной плотности шума в отсутствие сигнала. Получив эти независимые составляющие, прибор определяет побиновую характеристику скоростного потенциала линии по соотношению сигнал/шум в канале, учитывая стандартную (жестко заданную) ограничительную маску сигнала передатчика DSLAM.
Как следует интерпретировать полученный результат? Полученная побиновая характеристика скоростного потенциала должна сравнивается с расчетной характеристикой. Расчетная скорость - это скорость ADSL соединения, которую могла бы обеспечить линия той же длины с нормативными параметрами и с нормализованным уровнем шума. Расчетная скорость становится нормативным параметром для анализа скоростного потенциала линии.
Понятие расчетной скорости для выделенной линии, введенное в практику измерений, означает, что измеритель имеет критерий, по которому оценивает качество линии. Расчет скорости основан на теореме Шеннона:
SNRi [дБ] - (Signal to Noise Ratio) отношение сигнал/шум в i-м бине;
G = 2 дБ - "кодовое усиление", связанное с алгоритмом исправления ошибок Рида-Соломона в ADSL;
Г = 9,8 ≈ 10 дБ - постоянная, определяемая допустимым уровнем ошибок 1Е-7, принятым для ADSL;
М - запас помехоустойчивости. Обычно в модемах устанавливается не менее 6 дБ. Для учета разброса параметров различных модемов выбрано значение 12 дБ.
Отношение сигнал/шум определяется по двум составляющим:
Запись имеет линейный вид в логарифмическом масштабе (дБ). Первое слагаемое определяется по модели кабеля, второе - по модели шумов.
И что? Измеритель должен корпеть над расчетами?
Вовсе нет. Нужно просто воспользоваться прибором, на котором эти модели реализованы. Модель дает побиновую характеристику скорости для кабеля с нормативными параметрами. Результаты расчетов [2] для технологии ADSL2+ со стандартными корреляциями [3] даны в табл.1. Скорости просуммированы по всем каналам с нормативным уровнем белого шума -110 дБм/Гц. Выделены ячейки, где технология ADSL2+ с увеличением длины кабеля превращается в технологию ADSL2.
Табл. 1. Расчетная скорость ADSL2+ с уровнем шума -110 дБм/Гц.
| Длина кабеля | ТПП 0,4 | ТПП 0,5 |
|---|---|---|
| 1000 м | 16 000 | 18 800 |
| 1500 м | 9 300 | 12 700 |
| 2000 м | 5 400 | 8 400 |
| 2500 м | 2 800 | 5 500 |
| 3000 м | 1 400 | 3 400 |
| 3500 м | 600 | 2 100 |
| 4000 м | 200 | 1 300 |
На рис. 3 расчетная скорость и измеренный скоростной потенциал линии одновременно выведены на монитор прибора Гамма DSL после измерения. Приведен пример аномально высокого занижения скорости выделенной линии. В протоколе измерений в строке "Скоростной потенциал" показано, что расчетная скорость (15 944 кбит/с) гораздо выше измеренной (10 675 кбит/с), а по графической побиновой характеристике скорости, выведенной на экран вместе с расчетной маской, можно наглядно убедиться, что передача информации обрывается на 424 канале вместо 511-го. Необходимо установить причину аномального занижения скорости.
Рис.3. Побиновая характеристика скорости, измеренная на кабеле ТПП 0,4 длиной 1 км прибором Гамма DSL (приложение "паспорт ADSL"); фон - расчетная характеристика, где ADSL2+ использует все каналы (бины); в измеренном скоростном потенциале передача информации к абоненту обрывается на 424 канале (бине).
Причины занижения скорости могут быть различными. Как правило, повреждения кабеля приводят одновременно и к потере сигнала, и к потере помехозащищенности линии. Для контроля потерь скорости из-за помех используется маска скорости по модели шума. Пример анализа потерь скорости из-за помех показан на рис.4. В верхнем экране выведен измеренный скоростной потенциал линии. Маска показывает, какой скоростной потенциал был бы на этой линии, если бы уровень шума не превышал нормированный уровень -110 дБм/Гц. На нижнем экране проводится измерение спектральной плотности шума в линии. Уровень шума выше нормированного уровня -110 дБм/Гц, особенно в диапазоне SHDSL частот, используемых соседней линией.
Рис.4. Измерение скоростного потенциала выделенной линии прибором Гамма DSL. Потери скорости (верхний экран) вызваны помехами от соседней линии SHDSL (нижний экран).
В приведенном примере анализ потерь скорости, проведенный прибором, показывает, что линия потеряла помехозащищенность. Это достаточно сложный случай в измерительной практике. Потерю помехозащищенности обычно вызывает разбалансировка пары. Возможные причины указаны в табл.2. Особенно тяжело локализовать плохой контакт в муфте, когда величина омической асимметрии недостаточна для обычного рефлектометрического метода. Для этого случая разработчиками Гамма DSL предложен более чувствительный метод локализации разбалансировки пары вейвлет-рефлектометром [4]. Схема метода приведена на рис.5.
Следует также отметить необходимость оснащения измерительного моста источником повышенного напряжения (мост ИРК-ПРО в составе Гамма DSL). Часто помехи в линии вызваны сообщением или утечкой одной из жил, что приводит к потере симметричности линии даже при уровне сопротивления изоляции жилы в несколько МОм. Измерительный мост должен надежно локализовать такие повреждения.
Табл.2. Причины потери помехозащищенности кабельной линии.
| Причина | Метод поиска места | Характерный параметр |
|---|---|---|
| Плохой контакт в муфте | Рефлектометр, вейвлет |
Lbal Омическая и емкостная асимметрия |
| Сообщение Утечка |
Мост 400 В, рефлектометр |
Lbal Сопротивление изоляции |
| Разбитость пар | Рефлектометр | LBal Электрическая емкость |
Рис.5. Схема локализации разбалансировки линии симметричным вейвлет-рефлектометром.
Когда потери скорости носят эпизодический характер, для выявления причин требуется длительный мониторинг. Обычно такой мониторинг ведет только учет самих событий: прерываний скорости, импульсных помех. Предпочтительнее, когда мониторинг сопровождается измерениями спектра шума и анализом характеристики скорости. В этом случае представляется возможным по зафиксированным измерениям определить причину прерываний скорости (рис.6).
При любых вариантах потери скорости в выделенной линии, требуется провести измерения в 3 этапа. Эти этапы включают в себя:
- Измерение скоростного потенциала линии (непосредственно или в мониторинге);
- Сравнение полученного результата с расчетной моделью, использующей нормативные параметры. Анализ причины потери скорости.
- Поиск неисправности линии соответствующими методами и средствами.
Третий этап в этой схеме является логическим продолжением второго, где нормативный параметр применяется не только для оценки состояния линии, но и в качестве инструмента устранения причин неисправности. Почему это важно? До последнего времени между 1 этапом по измерению скорости (или скоростного потенциала) и 3 этапом поиска неисправности существовал известный разрыв. Измеритель попадал в сложную ситуацию. В случае проблемы на линии ему предлагалось попросту проводить всевозможные измерения, входящие в арсенал имеющегося у него измерительного средства: спектр переходных затуханий, затухание продольной и поперечной асимметрии линии, затухание неоднородности и т.д. Далее измеритель должен выступить в роли эксперта с соответствующим уровнем подготовки и навыка. Быстро выяснилось, что число измерителей, отвечающих требованиям этой схемы в условиях быстро уплотняющихся DSL-технологий, недостаточно для обслуживания современных сетей. Новые технологии, применяемые современными измерительными комплексами, должны выполнять работу эксперта, которая прежде отводилась пользователю прибора. Другими словами, новые приборы должны быть проще в эксплуатации, а не усложнять и без того нелегкую задачу измерителя. Мощный инструментарий современного измерительного комплекса управляет логикой экспертного анализа и буквально "шаг за шагом" ведет измерителя по пути устранения ненормативных параметров линии ADSL.
Рис.6. Мониторинг прерываний скорости прибором Гамма DSL.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Нормирование выделенных линий ADSL по расчетной скорости - это быстрый и эффективный способ устранения потерь скорости линии ADSL в случаях повреждения кабельной линии. Эффективность метода достигается сочетанием новых измерительных технологий. Сравнение скоростного потенциала линии с расчетной характеристикой и анализ причины занижения скорости линии позволяют целенаправленно применить для локализации повреждений различные методы поиска, которыми обладают современные DSL-приборы высокого класса.
Авторы: В.М. Горохов, руководитель проекта "Гамма", к.ф.-м.н. О.А. Жуленко, директор софт-группы, В.А. Скаковский, директор по науке и развитию, Д.В. Сергеев, ведущий разработчик проекта "Гамма", В.С. Столяров, ведущий софт-разработчик проекта "Гамма" - все Связьприбор