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以嵌入式组件解决关键之DSL建置问题
 

【作者: 敏迅科技】2001年09月01日 星期六

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现今业界首度能将DSL线路侦测功能直接整合至DSL数据引擎组件,但在实际建置环境的诸多挑战下,估计约有50%的DSL链接,在第一次连接时宣告失败,而敏迅科技运用其LoopWizard软件技术,搭配其ZipWireMulti局端G.shdsl收发器,推出了业界唯一内建线路测试技术的解决方案。在此之前硅晶软件的问题解决都要求建立「端对端」的连接,而LoopWizard则可以使用在另一端未安装设备状态下,执行未部署线路。


敏迅科技将昂贵的局端网络测试功能直接整合于硅晶组件中,协助克服目前最艰难的DSL建置困境,同时提供唯一支持新型远程及DLC建置模式之解决方案,此外,其解决方案亦提供一套支持未来扩充的理想平台,让电信业者能节省每埠将近20%以上之DSL线路部署及维护成本。


持续成长的需求与建置问题

难以放弃的网络空间

根据市调公司TeleChoice在2001年2月发表的统计数据显示,至2000年第四季末,北美地区总计共有超过280万的DSL服务线路,虽然顾客的需求持续上扬,但在全美1.2亿的铜质家庭与企业用电缆线路中,仅有2%已部署成DSL线路。同时,全球信息网已成为日常生活中不可或缺的一部份,根据市调公司Arbitron and Statistical Research公司(SRI)于2001年进行的一项调查中发现,全美家中设有网络存取线路之用户,若被迫必须在电视与网络之中作一选择,有三分之一表示愿意放弃电视。


对于拥有宽带连接的用户而言,全球信息网的吸引力会更加显著;在听过或看过在线串流媒体的用户中,有41%表示愿意放弃电视,而不愿放弃因特网。尽管全球信息网已有将近10年的历史,但全美仍有超过90%的用户是透过拨接式的窄频联机存取网络资源。


DSL回路面临难题

其中有部份问题涉及现有铜质缆线之通讯质量及特性。当记录或回路状况改变时,原本正确的回路数据也会变成无用的记录,而回路记录通常与实际的回路组态不符,即使记录曾有一段时间是正确的,但也不会永远保持更新状态,其数据经常因各种不当的数据输入而产生错误;过时的数据图表、种类或未记载的空缺事件,都会对目前DSL回路建置产生严重的影响,当回路记录不正确或缺乏时,载波就须依赖以往的数据进行推测、使用里程记录推断回路长度、经过详细的评估后推测出回路最有可能的组态。


另一方面,业者可利用各种回路侦测设备,包括各种运用时域反射分析仪(time domain reflectometry;TDR)技术的宽带与语音频带测试系统。传统建置于局端的TDR设备会发出大量的高功率讯号,且会像无线电侦测与测距(RADAR)一样透过设备监视从线路端点反射回来的讯号,而根据接收与反射讯号所花费的时间与相对相位,系统便能推算出各种主要的线路特性,但它却有伴随而来的风险,因为TDR脉冲不能单独与其它服务讯号兼容,因此可能会干扰其它服务;缆线规格愈大,便须使用更高的功率才能得到足够强度的反射讯号,而所产生的干扰也就愈大,此外,TDR的成本、功率以及设备空间需求,让远程、无管理功能的数字回路载波之部署更加困难。


这样的问题究竟有多严重?根据分析师指出,若目前二百万的线路中约有半数在首次尝试联机时就失败,每次须花费至少300美元的技术人员成本,对电信业者而言,相关的部署与维护成本将高达4,500亿美元,其中还不包括局端的测试设备成本。


《图一 传统式组态》
《图一 传统式组态》

测试方案与相关成本

宽带TDR设备可用来侦测出回路长度、开路、闭路、桥接的分接(taps)和负载线圈等线路状况,宽带测试头端设备售价约为7,000美元,可容纳1,000至2,000条线路,而技术人员将系统链接至DSLAM的每埠成本约为3.5至7美元,其中包含测试头端设备与布线成本,但在布线时技术人员可能会造成可靠度方面的问题。


此外大约须要再投入每埠3.5至7美元的设备成本,以测试旧式电话服务(POTS)之语音功能,其中并未包含布线成本,而若要执行完整的音频及宽带测试功能,每埠成本约为12至20美元。(图一)


若测试成本为每埠20美元,而每季约供应50万户的DSL线路部署,则业者每季便须支付将近1,000万美元的测试设备开支,且尚不包含OEM与电信业者的费用,这些开支由各服务供货商平均分摊之后,再转嫁予消费者,此外,业者通常尚须付担电源费用以及在局端机房的传统宽带与音频测试设备之成本。


除了这些附带成本外,各种机架式测试系统亦会占用服务商宝贵的机房空间,减少营利设备的使用空间,其中一半以上的机架空间很可能会被各种测试、跨接及分线器等设备所占用,当然,业者宁愿将这些空间用来放置各种能产生获利之系统与设备。


人员技术不足,花费庞大

通常电信业者都没有购置测试设备,若虽采购了相关设备,但技术人员却没受过专业训练以具效率地执行故障排除作业,业者可能会过度反应或缺乏经验地执行不必要的派出技术人员出勤,而每次将耗费数百美元之成本,但若区域性电信业者(CLEC)缺乏DSL技术人员或资源来支持出勤维护作业,便无法提供有效的线路需求服务;此外,业者面临的另一项新挑战即是迅速兴起的远程DSL建置模式,其取代了昂贵的维护作业,故根本不须技术人员出勤,业者也不必在数百个远程终端或是电信业者服务范围内之数字回路载波中维护各种测试设备;不必在远程点腾出空间安置各种测试设备,也不必派驻技术人员负责监控与维护线路,便同时解决了扩展DSL市场之最大潜在障碍。


《图二 狭小空间内容纳的诸多设备》
《图二 狭小空间内容纳的诸多设备》

远程建置模式所产生的新挑战

如前所述,安装在远程或DLC端点之TDR,会透过中继矩阵变换电路串连至外部跳接线路,在每次执行测试作业时执行暂时性的切换线路,这会在跳接的成本外额外增加每埠将近5美元之成本,不过,在远程或DLC端点有限的空间内--通常安置于半空中或地下一至二层小型的防水地下室,可能无法安装跳接线路,另一项缺点则是可能没有现场技术人员负责监控或维护远程测试设备,而此点便是现有的解决方案无法加以克服的问题。(图二)


Southwestern Bell 公司(SBC) 起初推展的Pronto计划,就积极推动远程与DLC建置模式,在Pronto计划中,SBC建构一套宽带网络,并在服务区域内布建光纤网络,其预计在2002年底前开始为7,700万美国公民,约等于Southwestern Bell、Ameritech、Pacific Bell、Nevada Bell以及SNET客户总数之80%,将透过DSL系统提供高速语音、数据及影像等通讯服务;虽然远程建置模式能让业者透过像SBC Pronto这类计划为更多顾客提供DSL服务,但它亦会让目前的线路测试面临更严荷的挑战。


解决之道

将这些关键性的测试功能,建置成为软件解决方案,直接整合于DSL数据引擎硅芯片中,并采用标准模式,不需像先前硅芯片与软件方案一样须采用端对端式联机,让电信业者避免和传统TDR技术一样,遭遇到功率与空间方面之挑战。


LoopWizard:整合于数据引擎硅晶组件中

敏迅科技LoopWizard技术代表了一项重要的发展里程碑,其突破以往旧式的建置观念以支持更高数量的DSL建置。一系列LoopWizard软件产品建置于敏迅科技RISC型DSL数据引擎架构上,其初期发展目标锁定在硅芯片中整合各种TDR功能,以取代各种测试设备,而后LoopWizard将陆续融入其它功能,以提供完整的DSL建置服务与维护功能,且克服每埠20美元的部署及维护成本。


LoopWizard家族计划中的第一项产品科技源自先进的展频射频(spread-spectrum RF)和其他无线传输技术,其采用统计关联技术以建构一种优化低功率版本之业界标准时域反射分析仪(TDR:Time Domain Reflectomer)科技,敏迅科技称之为STDR (Sequence TDR;STDR)。LoopWizard专利的STDR科技用于决定回路长度,同时也供侦测并找出可能降低质量或甚至阻碍服务部署的开路、短路、桥接的分接(taps)和负载线圈。(图三)


这些功能的达成并未牺牲任何DSL涵盖面或效能,它采用一种低幅(low-amplitude)的LoopWizard STDR展频讯号,因此不会像传统TDR设备因采用频谱不兼容的高能量讯号而导致服务中断,此外,STDR以低功率发送低幅的展频讯号,并利用各种统计算法解译复杂的回传讯号,它不会发送大型的脉冲讯号,而是传送一连串的小笔数据,并和传统TDR脉冲传送至测试设备一样,将讯号传送至DSL数据引擎,之后LoopWizard之STDR关联器(correlator)会运用统计算法找出正确的序列,并排除噪声及重建清晰的反射影像。(图四)


此套消除噪声的解析方法(采用有别于序列模式的随机方式)让LoopWizard STDR软件能辨识出映像信息,并撷取有关线路长度与传输质量的关键信息,因此提供比标准TDR更准确的数据,不像传统TDR会接收大量含有映像脉冲的噪声。



《图三 TDR PSD vs. STDR PSD》
《图三 TDR PSD vs. STDR PSD》

业界实用情形

LoopWizard 能执行各种关键的宽带测试功能,并将这些功能透过软件的形式整合于敏迅科技RISC型CX28985 ZipWireMulti 8埠局端 Data pump IC中执行,这免除了外接测试设备的需求,并提供比传统TDR技术更清晰的讯号,且具备更高度的抗噪声能力。


CX28985 G.shdsl 收发器采用一套处理器型架构,能加速产品上市时程,让业者不需研发实时软件,且让顾客主处理器能空出更多资源执行各种加值功能。此套处理器型架构亦提供理想的平台,协助顾客建置各种内建式线路测试功能,并省下每埠3至5美元的宽带线路测试成本,而未来敏迅科技将持续为LoopWizard扩增功能,为业者节省更多的成本。


由于CX28985 ZipWireMulti的任何一埠都可以独立提供任何服务,因此可以个别的执行STDR扫描,而其余的埠则继续以G.shdal (G.991.2)、高速数字用户电路HDSL (G.991.1)、HDSL2 (ANSI T1.418)或整合式数字服务DSL (IDSL)模式作业。再者,由于STDR序列在内兼容于其他服务频谱的线束,因此所有的测试程序都和DSL服务一样在回路的同一实体位置执行。


研发目标

当远程或DLC端点对CX28985收发器之ARM RISC处理器下指令于所要求的链接埠上进入STDR模式时,LoopWizard的STDR功能就会启动,其余的链接埠则继续以G.shdsl模式作业。当STDR序列传送至线路中,而LoopWizard亦收到回传讯号后,数据会传送至主处理器并透过第三方的应用程序进行解译,这些第三方应用程序会对LoopWizard和其他来源收集到的数据进行比对与分析,而敏迅科技目前正与软件第三方合作,有助开发应用程序以进一步简化运用LoopWizard STDR线路诊断数据的分析及报告。


当数据经过解译后,电信业者便能了解回路组态,并判断回路是否能支持DSL服务,以及回路是否因过长而无法提供通讯服务。另一方面,回路也有可能因桥接的分接导致回路无法运作,而让业者必须派出技术人员至准确位置修复问题。而另一种较棘手的状况是某些回路会产生边界质量效应,导致电信业者仅能为有这样回路的顾客建置低速的服务。



《图四 TDR脉冲 vs. STDR 》
《图四 TDR脉冲 vs. STDR 》

展望未来

将DSL供应软件直接整合至DSL数据引擎硅组件中,亦提供了发展各种未来功能之基础。渐增式的改良功能,可融入现有的测试方案中,系统亦能整合各种新的测试功能,例如利用音频测试减少音频测试设备与相关布线作业之费用。其它整合的功能包括串音与宽带噪声测试、频道与线路侦测机制,以判断回路能支持的数据传输率。此外,STDR线路侦测技术亦可作为业界标准G.shdsl G.hs,让DSL调制解调器能在标准的程序下,更有效率地调节出最理想的连接速度。


此外,系统亦能整合其它功能,例如透过DSL调制解调器的存取线路监控流量状况,协助电信业者调整通讯容量。随着电信业者逐渐转移至远程终端与DSL型建置模式,并致力提升(若非接近最佳程度)DSL服务之安装成功率时,上述功能的重要性就日渐提高,而将LoopWizard概念整合在RISC型硅晶平台上,系统将可永无止尽地扩增测试功能。


LoopWizard 与其初期的STDR方案为现今关键的DSL服务供应与维护提供一套突破性的解决方案,让DSL服务能以更迅速且低廉的模式展开建置作业,并提供一套完善的平台,让业者能进一步扩增并铺设支持各种宽带DSL因特网之联机,以争取更广泛的用户。


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