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新一代 DSL初探
EtherLoop 技術白皮書

【作者: 聶華生】   2001年06月01日 星期五

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介紹

EtherLoop 是一項突破普通電話線 ( POTS-Plain Old Telephone Service ) 上傳輸高速資料接取到戶的新技術。它採用 DSL 技術的基本概念 ( 例如ADSL、HDSL ),結合封包傳輸系統格式 ( Packet delivery system algorithms ),運用信號調變 ( Signal modulation ) 技術、爆發傳輸技術 ( Burst delivery ),以及乙太網路封包協定 ( Ethernet packet-data protocol ) 等的融合處理,有效地克服了 ADSL、HDSL 的先天限制,創造出一個獨特的高速解決方案。


EtherLoop 的觀念係來自於 1996 年北電網路的前任 AVP Jack Terry,當時為了克服 xDSL、Cable Modem 以及 Ethernet 等三項技術的缺點並且保留它們的優點,經由其他的技術合作團隊努力、研究和整合後,始成功開發出的新技術。簡而言之,EtherLoop 是一種利用電話線就能作到 Ethernet 功能的延伸,並且涵概 Cable Modem 的優點,由於它易於安裝,傳輸距離長達 6.4 公里,而且能源消耗極低,是新世代 DSL 技術的領先方案。


這項技術的基本特徵說明如下:


  • ● 擴大世界現有實體電話線路的再延伸 ( 加大市場廣度 )


  • ● 解決當今世界電信網路業者對雜訊和干擾的最大期望值


  • ● 相容世界各類最佳技術的性能指標且成本相對較低


  • ● 增加電信網路對於話務外多餘頻寬的業務 ( 加大市場深度 )



以下,我們將分兩期,從三個層面來描述 EtherLoop 的技術特質:即信號傳送的實體特性及傳輸方式、使用 EtherLoop 的網路架構以及 EtherLoop 應用特性總結。


信號傳送的實體特性

EtherLoop 為一種整合了 xDSL 與 Ethernet 優勢的混合服務。xDSL 利用現有電話線路提供較遠距離的高速資料傳輸,而Ethernet半雙工傳輸模式和「爆發」封包傳輸方式則能減低高速 xDSL 方式所帶來某些嚴重的副作用。為了使人們更容易明白 EtherLoop 技術的精髓,瞭解 xDSL 與 Ethernet 在實務上的特性是有幫助的。


回顧xDSL 的技術

xDSL 是一種在類比語音級的銅質雙絞線上利用額外頻寬的技術。銅線的低頻寬( 0-10KHz ) 專供傳統語音通信之用,其它高頻寬部份則支援資料通信流量使用,至於人們常聽到的 ADSL 係不對稱的傳輸技術。ADSL 理論上能夠在短距離內支援單向 8Mbps 的連續資料傳輸速率,在 5.9 公里的最大範圍內則可以保持較低的傳輸速率,其提供的下行信號速率比上行信號速率大得多,為的是增加傳輸效率同時減少干擾。


而 HDSL則是能在 1 或 2 對銅線上傳送每秒 1.544Mbps 的對稱信號 ( 取決於技術 )。1.544Mbps 的速率是與標準電話公司的 T1 資料傳輸標準一致的,但 HDSL要比 T1 更易於安裝使用且傳輸的距離也更長。HDSL可以用來傳輸資料和語音,並能夠提供雙向高速的業務傳輸,但如何利用以及在什麼場合應用等問題仍然沒有得到解決。


xDSL 這類高速資料服務業務其實存在很多問題,其輸送高速資料需要較大的信號電位差和功率,在銅線上傳輸訊號越多,「遺失」的訊號就越多,並且與鄰近銅線之間的干擾也就越大,這種干擾就是所謂的「串音」。銅雙絞線一般來說是由 25 - 50 對線緊綁在一起的,對於其他高速資料用戶這種捆綁會導致相當多的問題,還會潛在地影響其他語音服務。就串音的敏感性而言,對於一捆線中的任何一對雙絞線與另一對鄰近的雙絞線來說,這類干擾的問題就是比較典型的,通常用分貝 ( DB 值 ) 為單位描述其干擾特性,當分貝數大於 60 時,就會發生明顯的串音,導致傳輸速率下降,甚至斷線。


為了使 xDSL 達到其理論性能最大值,所以需要一個很理想化的用戶迴路,不過,在真實的環境裏,大多數用戶迴路都不是理想化的。電話線的線徑從規格 22AMG 到規格 26AMG 之間會發生變化,這會對傳輸的信號產生干擾和失真,在迴路中還可能有許多的「橋接」處,即有一段電話線與主迴路接在一起,但這段電話線在遠端並不與任何東西相連接,而沒有任何連接的那段電話線就會導致信號的反射,即一些進來的信號會「反彈回去」,這種反射會干擾原有的信號,所以 xDSL 在傳送和接收兩端要進行訊號的過濾處理。這種過濾處理需要非常高效能且合適的回音消除技術,這也意味著以 CAP 為基礎的 ADSL 系統有加大系統的成本及複雜性的問題,至於以 DMT 為基礎的 ADSL 雖較能處理「橋接」的問題,但又產生了其他的問題。


此外,加固線圈也是一個大問題,我們使用金屬加固線圈來續接用戶迴路,以增加線路的可用長度,這種方法通常使用在當用戶遠離電信中心局端 5.9 公里或更遠的情況中。然而,大多數情況下,一個用戶也許靠近電信中心局端,但仍然需要在迴路上用加固線圈續接電話線,因為所使用的電話線路已經年久陳舊了,使用加固線圈會造成較高頻率訊號的大量衰減,所以在這些「線圈加固線圈」的迴路上傳送高速業務是不可能的。


最後 ADSL 在操作時還需要一個連續的相位從用戶端向主機或者從主機到用戶端發送信號,所以發送信號需要耗費功率。在電話公司或者其他「高密度」ADSL 配置環境「按埠計算或按每立方尺空間計算」中,必須刪除多路數據機上的熱量,早期被稱為「小烏龜」的用戶端設備,更是燙到可以煎蛋的地步,為防止零件過熱,就得增加 DSLAM 的複雜度與零件的成本。


Ethernet的概況

Ethernet 是 LAN 應用的一個重要協定。它是一種在 4P8C 標準銅線上進行封包傳輸的協定,Ethernet的配置有點特殊,其兩個特點很適合用作銅線迴路上的高速通訊協定:


  • ● 爆發模式的傳輸系統


  • ● 技術上非常成熟,並經過嚴格測試及市場考驗



爆發 ( burst ) 傳輸技術

大多數環境下,資料都被切割成封包的方式來傳輸,例如在一段較長的時間內毫無動靜,但之後可能就會傳輸一小串的封包。爆發式的資料傳輸方式比連續位元 ( bits ) 資料的傳輸,如 xDSL,更存在著一個非常重要的優勢。封包方式的資料傳輸允許使用半雙工通信模式 ( 如每次兩端中只有一方在封包通信 ),這就為處理「橋接」和線徑規格的改變所創造的優勢,當接收端的封包反射給發送端,對發送端並無關係,因為他們不同時接收資料,而 ( 遠端的 ) 接收器可以很容易濾除較弱的二次載波信號。


所有封包傳送協定的本質上都遵從同一個模式:只要有信號即可傳送,當然,倘若沒有資料需要傳送,也無所謂,封包傳送協定最多也只發送一個非常小電壓的載波信號。這樣一來,就為爆發資料提供了與連續資料協定相比的另一個優勢 - 功率。如果發送端沒有資訊要發送,那只需要非常小的功率來操作。在一般的條件下,封包系統將有差不多 98% 的空閒時間,這些空閒時間內所消耗的平均功率效率要比最大功率消耗效率低得很多。@小標:Ethernet 標準


基於 Ethernet 標準的產品在大多數區域網路裏面都已經廣被接受,加上技術已經成熟,所以我們可以購買一個非常廉價的晶片整合成一個設備來提高 Ethernet 的相容性。而由於這個成熟的技術已經廣為人知,因此,要尋找建設、安裝及售後服務的Ethernet專業人才也相對容易。


Ethernet 缺點

由於Ethernet 以廣播的形式來傳送資料,在廣播網路中,我們不能預先知道何時會有其他人傳送資料,因此,Ethernet 可以使用碰撞檢測系統,確定遠端設備在資料傳送的時間,以便避免在同樣的時間內有同時傳送的情況發生。不過,利用半雙工乙太網路並不能完全避免碰撞問題,所以每當碰撞發生時,設備就會停止傳送資料,間隔片刻後再行傳送,這樣的模式將減少系統總體有效封包頻寬的傳送。


使用 EtherLoop 網路架構

EtherLoop 運用 xDSL 技術的優點與減少干擾的封包技術,加上通過 Ethernet 封包格式來降低與乙太網路連接的成本,EtherLoop 可以設法避免 Ethernet 的碰撞問題。由於 EtherLoop 是點對點模式 ( 在電信中心局端與用戶端之間 ),所以可以定義一端為「CO」,另一端則為「CPE」,當「CO」允許的時候,「CPE」才可以通信,這樣就能有效地消除任何碰撞的情況。


由於 xDSL上的位元錯誤率 ( BER ) 比專線以及LAN還差一點,EtherLoop 可以利用 Ethernet 錯誤檢驗的方式,設法檢測出有問題的封包並重新傳送。而LAN 中的位元錯誤率 ( BER ) 較低,所以並沒有採用封包檢測措施,但在銅線電話 xDSL 裏就有使用此技術的必要。


另外,EtherLoop 還有使用了一些其他技術不具備的特有技術。在信號傳送端沒有信號傳送時,信號的品質是可監測的,該設備能夠不斷地改變內部頻率來降低串音和避免干擾,這是一種連續性速率自行適應技術。這種技術可以使 CO 端與 CPE 端及時適應任何接受或產生的噪音,相應地提高 CO 端與 CPE 端的傳輸品質,並且減少與同線纜內其他 49 對線之間的干擾。


小結

總括而論,EtherLoop 有以下特點:


  • ● 根據封包流量要求,?用戶端I/O的資料提供高速介面


  • ● 線路品質差而造成的反射對系統的影響很小或沒有影響


  • ● 電力消耗和散熱較少


  • ● 智慧封包流量管理


  • ● 即時頻率自動跳頻



EtherLoop 技術給合了可以利用現有的公眾電話網路 ( PSTN )的 xDSL 技術、封包傳輸模式和可以減少干擾、降低功率消耗、提供最經濟介面平臺的Ethernet 等三個方面的優勢。


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