前言
尽管基础建设的逐步完成需要经年累月,宽频用户的比率要由20% ( 美国) 或5% ( 台湾) 提升至50% 以上,可能需要2~3年,但当各种DSL 方案在全球各地取得重大市场,以及各类网路提供者( carriers ) 投入及竞争之下,最后一哩( last mile ) 及骨干网路的频宽终将获得解决。故当频宽变成大众的基本生活必需品( commodities ) 时,真实的宽频环境将会来临,届时,越来越多人在线上的时间变长,甚至是永远在线上(always-on),而人与人的互动的形式更多元化,Dot com 公司则将复活,且将记取2000年的教训。 EtherLoop =IPDSL 将能够搭配这样的趋势,更何况越来越多的条件配合下显示未来将是 GigaEthernet 的天下。
使用 EtherLoop 网路架构
EtherLoop 信号规范
EtherLoop 使用的频段大约从 30kHz 到 2.5MHz ( 如果电话线路质量好的话 ),这段频段被重叠地分成 12 个频段,最低的频段在 62.5kHz 范围,最高的频段在 1.667MHz 范围。从传统的理论角度来说,1Hz 等同于1 个符号/每秒,所以EtherLoop 最大的符号率为1.667M / 每秒,使用标准的调变技术,如BPSK ( 两象相移键控) 编码技术( 每个符号代表一个位元),传输速率可以达到1.667Mbps。
基本面的影响
由于串音、环路品质等问题的影响,并非所有的频谱都能够得到充分的利用,这会导致最大传输速率的降低。
技术的改进
均衡技术可以大大地提高传输效率,在很短的距离 ( 小于 1.8 公里 ) 内因为干扰较小,速率可达 1.667Mbps 的上限。
信号调变
目前有很多高级的信号处理技术可以在一个符号里挤出更多的位元,其中有些技术已经被用在类比的MODEM 中,以达到56kbps 的最大速率,其他的技术,如2B1Q和CAP技术已被用在ISDN和某些ADSL系统中。 EtherLoop 使用两个相关的信号调变技术:即是 QPSK ( 正交相移键控 ) 和 QAM ( 正交调幅 ) 调变技术。
(图一)是标准的信号,振幅开始时为0位准,在一个周期内经过最大和最小的幅度。一个经曼彻斯特编码过的信号将有两个振幅,一个代表 1,另一个代表 0,见 (图二)。
QPSK
QPSK 经由波的不同相位来表达不同的位准 ( 资料 )。如(图三)表示,载波的初始相位,与不调变的载波相差 90o,利用 QPSK 传输四个符号时,他们代表的相移度数分别为 0o,90o,180o 和 270o。如果每个符号代表两个位元Log2 (4) = 2 bit,而其符号率则为每秒 1.667M 代表着每秒 3.33Mbps 的资料量。
![《图三 QPSK 经由波的不同相位来表达不同的位准》](/art/2001/07/011323216117/pic3.jpg)
《图三 QPSK 经由波的不同相位来表达不同的位准》 |
|
图三的符号可以看作是有两个不同的载波构成。一个载波的相移为0o,称为同相分量( I )。另一个载波的相移为 90o,称为正交分量 ( Q )。如果上述的四个符号旋转45o 之后,代表一组符号相应的相移变成了45o 、135o 、225o和315o,因此可以用下述方式来表达:A 点:1×I + 1×Q , B 点: -1×I + 1×Q ,C 点: -1×I + -1×Q 和D 点:1×I + -1×Q。用(图四)表示如下:
QAM
如果组合调幅和相位调变,有可能提高速率。 16QAM ( 正交调幅) 可以提供16 个符号,这是每个份量增加了两个幅度的结果,比如A3 点: 1×I + 3×Q, 或者A1 点: 3×I + -3×Q,如(图五)所示的16QAM。这样形成每个符号都可用 4 位元来表示,即:Log2 (16) = 4 位元, 所以如果符号率为每秒 1.667M 的话,传输率就是每秒6.666M。如果幅度的级数越高,比如 64QAM,则每个符号可以代表 6 位元,即:Log2 (64) = 6 位元,因此当每秒符号率为1.667M时,位元率则为 10M。由于幅度的级数越大,幅度彼此之间的差距就越小,抗杂讯能力就越差,64QAM 在相对短距离以内比起 16QAM,可以提供更高的资料传输率。
注意事项
上述的资料传输率将随着线路的品质、线路的长度、同轴电缆中传送的业务内容或其他因素有关。指望每一个用户每时每刻都能够得到最大的传输率是不切实际的。
最大频宽
ADSL 和 EtherLoop 的物理限制是非常接近的,任何 ADSL 能达到的速度 EtherLoop都可达到,或至少接近,然而,EtherLoop 比 ADSL 优越。 ADSL在双向是同时传输的,而EtherLoop 同时只在一个方向上传输,这样EtherLoop 能达到最大带宽为ADSL 上下行带宽之和,譬如,在某一线路上,ADSL 可以提供下行6Mpbs 和上行1Mbps 的服务,而EtherLoop 在同一根线上可在任何方向上提供7Mbps 的服务。由于 EtherLoop 在上下行的切换速度是非常快的,所以在两个方向上平均都能够达到 7Mps 的速率。
Etherloop 网路结构
EtherLoop 技术是遵循 Ethernet IEEE802.3 标准格式来开发的,这样做有两个目的:第一,能使得 EtherLoop 网路接近 Ethernet,降低产品在协定转换方面的成本。第二, EtherLoop 设备适用于现有网路,可以在任何 Ethernet 设备能够在运行的环境中运行,当然,这种技术有如下的限制:
- ● EtherLoop 只适应点对点连接
- ● EtherLoop 在超长的、很差的环路上所提供的最大频宽会变小
- ● EtherLoop 的成本高于一般的乙太网路
尽管如此,这些限制在实际应用中的影响并不严重。许多现有的Ethernet 使用10BaseT 标准,要求在网路设备和网路中心之间用点对点方式连接,最大频宽很重要,但是它是由技术先进的水平与线路长度和质量共同决定的,在大部分现有的线路中,EtherLoop 的传输能力保守估计可以在1 公里范围内达到6Mbps,且同时支援类比语音通道,只有当网路距离在100 到150 米范围内时,也即在Ethernet 可以很好支援的范围内时,EtherLoop 的成本才比Ethernet 高。
经由上述的背景了解,可以明显地看出 EtherLoop 市场利基点是长距离 Ethernet 的延伸。而EtherLoop 延伸 Ethernet 长距离的主要市场包括:
- ● 网际网路社区大楼
- ● 企业的厂办大楼间及小型办公、家庭办公 ( SOHO )
- ● 饭店、服务或专业行业间的联系例如家电联盟医院教育等
- ● 大面积军营校园区域网路应用
- ● 替代 T1、E1 或者专线
中心局端的配置
EtherLoop 局端配置非常简捷,每一条用户线( EtherLoop 业务开放的区域) 都要连到EtherLoop 多工器机架上,而语音和资料通道是分开的,语音连到交换机,资料通道连接到ISP 网路中心集线器或交换机上,然后再连接到任何标准的TCP/IP 或ATM 网路。根据用户的需要,可以使用多工模式,譬如有些用户想使用 INTERNET,有些希望使用电信局端本地域内的宽频网路,有些希望连接企业 VPN 专用网路。
如(图六)所示,终端用户拥有一个非常简单的网路接回电信局端的Internet 接入点,局端接入点提供智慧型连接管理,不同的接入闸道为用户提供不同的服务( 例如:多家竞争的ISP,公司内部网路等)。 Ethernet 交换器用来分辨所提供服务的类别,自动根据目的地不同,将资料传送到相应的远端源头处 ( 可能是 Internet,或几个专用网之一 )。图六中多工器提供 EtherLoop ( CO 端数据机 ) 的管理,这是进行 Ethernet 多工的第一步。不过,图六只是多种可能的网路结构之一,Ethernet 的网路构成已被广泛应用,有许多既安全又灵活的资料传输方式。
EtherLoop 的应用特性总结
正如我们从这些文件中看到的,EtherLoop 不仅仅是「另一种DSL」,它是一种很有可能改写铜质双绞线所创造最大频宽的通信模式,从某种意义上说,它能够灵活适应于广泛不同的网路的需要。从长远的市场发展来看,EtherLoop 技术将会对铜质双绞线的封包传输标准带来不可估量的影响,基于以上分析,EtherLoop 的可贵性综合如下:
1.双向同步传输模式
EtherLoop 是一种半双工系统,在同一时刻两端设备之间只有一个设备处在发送传输状态。半双工的优点是两个方向都可以充分利用整个频宽,在传输过程中,两端的设备都能够完全的使用整个链路,然而,因为存在一个切换的时间,这就缩减了平均可用带宽。如果配合适当的缓冲,半双工模式可以传输基于封包的视讯服务。
2.保密性
EtherLoop 是提供点对点与保密的服务。在一个点对点的环境里,偷听的唯一方式只有与该线路连上,当信号离开了本地接入用户环路时,其保密性就取决于进行资料传输的网路了。保密性无论对公司还是个人的资料而言,都有非常重要的意义,市场调查表明,多数家居上网的个人并不重视保密性,但是对于商务用户,则非常重视由硬体安全性和资料加密所共同提供的保密性服务。
3.传输系统
EtherLoop 是封包传输的网路产品,当没有资料可传的时候,它们也不传输空闲资料。封包传输网路的优点是效率,很多网路应用不需要连续的资料,而且连续资料网路的可靠性被浪费了。除此之外,一些连续的资料,比如声音传输,形式上可以看成是封包,因为语音信号中有很大一部分是停顿无声的,使得语音信号变成了「真正的」封包信号,而这些信号能够很好地与高速封包网路匹配。
封包传输网路的特质是,当需要时才有信号传输能够减少能量的损耗,因为在信号空闲时是不需要高能量的,所以封包传输网路比相同频宽连续资料网路的功率消耗要少得多。
4.协定
EtherLoop 是基于 Ethernet 和其他封包网路而设计的,它们在内部使用了很多的Ethernet 协定元件,从而使得与「真正的」Ethernet 之间的转换容易处理。如果介面标准是 FUNI ( Frame User Network Interface ),EtherLoop 可以提供高速率的 ATM 服务。
5.可自行整合多用途的特性
EtherLoop 自行拥有CO 端和CPE 端,可安排成主从关系,且可将CO 端和CPE 端互换,从而避免了发生多路传输的机率,它同时可以快速的回圈检测出每一个用户的往来资料,CPE 端只有在CO 端允许的情况下才传输资料。
6. 速度与距离
EtherLoop 现在的应用距离为 6.4 公里,基本上取决于电话线径品质,也很有可能超过这个范围。同样值得注意的是,当距离增加时,传输频宽会减少。
实际测试如下:
- A. 1.8公里提供4-6 Mbps频宽
- B. 2.7公里提供2.5Mbps频宽
- C. 3.7公里提供2.0Mbps频宽
- D. 4.5公里提供1.0Mbps频宽
- E. 5.5公里提供500 Kbps频宽
后记
EtherLoop = IPDSL 的技术所带来的宽频环境,将会大大影响了NSP ( Networks Service Providers ) 产业的生态结构,以往各个ISP 掌握线路( link ) 及机房( node ),使得各个网站为了就近服务各个ISP的用户,而将伺服器主机共置( co-locate ) 于每一个ISP 的机房,造成资源与管理的分散,当有线、无线、宽频ISP 数量增到一个量时,互连的困难将提高,第三者的IDC ( Internet Data Center ) 可取代ISP 的机房角色( node ),并做为各ISP 的互连中心( switching center )。
IDC 在美国已渐趋成熟,但在台湾仍未成熟,由独立、大型的第三者出面才能成功。有了IDC 与ISP 的底层分工架构后,各个公用( public ) 网站( 包括提供entry 的portal、提供content 的media、提供应用服务的ASP/BSP/MSP/SSP ) 以及企业网站才能有效地委外服务。我们可以预期如下的转变:
1.服务提供者 ( ISP ) 的市场将大幅扩大,各种新需求及新机会也会出现的更快。
2.企业用户的市场将趋于稳定成长,新需求的重点在于安全、稳定与快速的上网设备,企业伺服设备的新需求将趋缓。
3.家庭与个人用户的市场将快速增大,宽频及无线使家庭及个人更大量使用与依赖网路,衍生更多需求。更多的影音串流 ( video/audio streaming ) 应用与服务普及化。更多的委外( outsourcing ) 服务提供者与使用者,除了ASP,还会有BSP ( business )、MSP ( management )、SSP ( storage ) 等等,稳定的宽频将使企业或个人更能接受委外。