Sistemi di accesso ad alta velocita™: ADSL

Sistemi di accesso ad alta velocità:
ADSL
Gianluca Daino
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione
Università degli Studi di Siena
[email protected]
Cos’è ADSL
•
•
ADSL consente di offrire in modo efficiente servizi evoluti per i quali il flusso informativo
fruito dall’utente e’ molto maggiore rispetto a quello diretto dall’utente alla rete.
L’acecsso a larga banda realizzato tramite il sistema ADSL èresenta le seguenti carateristiche
peculiari:
• Utilizzo di una sola coppia simmetrica in rame così da essere compatibile con un
utilizzo per utenza di tipo residenziale
• Inalterata possibilità di uso della rete analogica tradizionale per il servizio voce in banda
base (300-3400Hz)
• Utilizzo della banda di trasmissione in modo asimmetrico, cioè capacità trasmissiva
diversa nei due versi: maggiore nel verso da rete a utente (downstream) che nel verso da
utente a rete (upstream). La capacita’ (fino a circa 8 Mbit/s downstream e 1 Mbit/s
upstream) e’ funzione delle caratteristiche del collegamento dell’ utente e della massima
distanza da raggiungere.
• Possibilità di garantire la connessione di un utente direttamente a partire dalla centrale
senza rigenerazione del segnale
• ADSL trasporta connessioni ATM tra l’utente e la centrale
• L’accesso dell’utente e’ di tipo sempre attivo, ossia e’ sempre attivo senza bisogno della
chiamata per stabilire il collegamento
Caratteristiche generali di ADSL
• ADSL è una tecnologia di trasmissione asimmetrica poiché sono diverse le esigenze
di velocità di trasmissione nei due sensi:
¾ Upstream : dall’utente verso il provider di servizi, dove sono richieste
generalmente medie-basse velocità di trasmissione poiché l’utente deve inviare
generalmente solo richieste di dati e di informazioni
¾ Downstream : dal provider di servizi verso l’utente, dove sono richieste mediealte velocità di trasmissione.
ADSL consente normalmente le seguenti velocità:
Upstream :
¾fino a un massimo di 1 Mb/s;
¾normalmente 256 Kb/s
Downstream :
¾fino a un massimo di 8 Mb/s,
¾normalmente 640 Kb/s
•
La velocità (fino a circa 8 Mbit/s downstream e 1 Mbit/s upstream) e’ funzione delle caratteristiche
del collegamento di utente e della massima distanza da raggiungere.
Caratteristiche generali di ADSL
• ADSL utilizza una sola coppia simmetrica in rame così da essere
compatibile con un utilizzo per utenza di tipo residenziale
• ADSL trasmette i dati sullo stesso doppino utilizzato dalla fonia e
contemporaneamente alla telefonata.
• Distanza massima tra utente e centrale telefonica: tra 3,7 e 5,5 Km
• Oltre il 90% degli utenti finali si trova ad una distanza inferiore a 5
Km da una centrale telefonica.
•
ADSL è un’ottima soluzione per l’accesso a Internet da parte di singoli
utenti o da parte di aziende che non hanno traffico elevato dalla sede verso
l’esterno.
Perché ADSL?
•
•
•
•
Richiesta di banda crescente
600 milioni di loop in rame nel mondo
Asimmetria dei servizi
Bassi costi
Caratteristiche generali di ADSL
• In ADSL la stessa linea porta sia il segnale telefonico, sia i segnali
dati.
• Lo splitter serve a separare i due tipi di traffico sia in centrale, sia
presso l’utente.
Centrale telefonica
Casa utente
Rete
telefonica
NT-ADSL
S
S
Modem
ADSL
Rete
trasmissione
dati
Architettura di ADSL
• DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) è un’insieme di modem il cui
compito è quello di multiplare centinaia o migliaia di accessi in un’unica interfaccia ad alta
densità verso la rete di trasporto.
• L’apparato in sede di utente viene generalmente definito ATU-R (ADSL Termination Unit
- Remote) o Modem ADSL. Viene di solito utilizzato per interfacciare un singolo computer
(interfaccia USB o Ethernet) o direttamente integrato con un router per permettere accesso
LAN.
• ATU-C (ADSL Transceiver Unit - Central Office): modem di rete (può essere integrato
nel nodo di accesso)
Architettura generale di ADSL
Uplink (< 1 Mb/s)
Downlink (<8 Mb/s)
POTS
S
S
ATU-R
NT-ADSL
Rete di transito
ATU-C
MUX ADSL
CENTRALE
•
•
ATU - R = ADS Terminal Unit - Remote
ATU - C = ADS Terminal Unit - Central
POTS = Plain Old Telephone Switchs
ADSL necessita di un modem dal lato utente (ATU - R) e di uno dal lato della centrale telefonica
(ATU-C); questi modem permettono di sfruttare al meglio la massima banda del doppino telefonico e
permettono la coesistenza di traffico telefonico e traffico dati.
Sul doppino si può gestire in contemporanea:
– Un canale telefonico analogico (300-3400 Hz);
•
–
Un canale numerico da rete a utente (Downstream fino a 8Mbit/s)
–
Un canale numerico da utente a rete (Upstream fino a 1Mbit/s).
Nella centrale telefonica il MUX-ADSL o DSLAM (Digital Subscriber Line access Multiplexer) e’
composto da diversi modem ADSL e svolge una funzione di adattamento tra la rete di accesso e la rete
di transito, normalmente ATM con interfacce standard STM-1 o E3 o E1.
Aspetti trasmissivi
• La trasmissione contemporanea del servizio di telefonia in banda base e del servizio
ADSL avviene attraverso la separazione in frequenza tra i due segnali.
Esempio di separazione tra il segnale
telefonica e il segnale ADSL
• La separazione spettrale dei due segnali viene ottenuta tipicamente collegando alla
borchia di utente un filtro denominato POTS splitter (S).
S
Utente
ATU - R
Caratteristiche generali di ADSL
Trasmissione del segnale ADSL
• Il segnale telefonico, il segnale dati in upstream e quello in downstream si
distinguono in base alla zona di frequenza occupata.
Spettro downstream
Esempio dello spettro del segnale
ADSL senza cancellatore d’eco:
gli spettri occupati da segnale
telefonico, dati in upstream e
downstream sono separati
Downstream
Fonia
20
1100
200
25
Fonia
Esempio dello spettro del segnale
ADSL con cancellatore d’eco:
• gli spettri occupati da segnale
telefonico, dati in upstream e
downstream sono separati.
• Il cancellatore d’eco consente di
utilizzare la banda tra 25 e 200
KHz per trasmettere sia i dati in
upstream , sia i dati in downstream.
250
Frequenza
(KHz)
Upstream
Spettro upstream
Spettroupstream
Spettro downstream
Downstream
Fonia
20
1100
200
25
Fonia
Upstream
Spettro upstream
Frequenza
(KHz)
Aspetti trasmissivi
Rete di transito
S
Utente
ATU - C
MUX ADSL
Centrale
•
Analogo dispositivo deve essere presente in centrale per separare il segnale a banda stretta
verso l’autocommutatore da quello ADSL vero e proprio raccolto dal modem ATU-C.
•
Il MUX-ADSL ha essenzialmente le seguenti funzioni:
• terminare la connessione ADSL verso l’utente
• implementare il livello ATM e fisico per l’interconnessione alla rete di transito
• multiplare in upstream le celle ATM provenienti dall’ATU-C verso la rete di
transito
• demultiplare in downstream le celle ATM provenienti dalla rete di transito
instradandole verso gli ATU-C
• realizzare funzioni di policing, traffic shaping e congestion control
ADSL 1
• fornire le funzionalita’ per la gestione della rete di accesso.
M
ADSL 2
U
ATU - C
……..
X
ADSL n
Architettura di rete per servizi ADSL/SHDSL
POP
IP
Router
ATM
Node
• OLO = Other Licence Operator;
• ISP = Internet Service Provider;
• ADM = Add Drop Multiplexer;
• ATM = Asyncronous Transfer Mode;
• SDH = Syncronous Digital Hyerarchy;
• DSLAM = Digital Subscriber Line Access Multiplexer
DSLAM
ADSL : luci e ombre
• La qualità del servizio ADSL dipenda da molti fattori.
• La velocità di downloading centrale-utente è di 640Kbit/s, ma in centrale si trova
già il primo collo di bottiglia con il mux ADSL.
• Questo in realtà potrà rappresentare un problema solo in ottica futura, quando
cioè si avrà una larga diffusione del servizio ADSL. I problemi più seri sono la
porta di accesso provider-ATM e soprattutto quella Provider - Internet.
• Spesso invece dei 640Kbit/s massimi, l’utente usufruisce realmente di una velocità
inferiore: mediamente di poco superiore ai 128Kbit/s con picchi che possono
comunque raggiungere, in momenti di bassa congestione, valori vicini ai massimi
teorici.
• Ad esempio con trasferimenti FTP da siti Europei dotati di buona connettività si
possono ottenere elevati transfer-rate (20-30Kbyte/s), ma la media sulle 24 ore è
molto più bassa.
• Diverse modalità di tariffazione.
Riassumendo…
Per poter usufruire della tecnologia ADSL occorrono una linea telefonica analogica,
un computer, un modem ADSL e un filtro che permette di separare il traffico voce da
quello dati.
Il modem ADSL consente di ricevere e trasmettere i dati in formato digitale sfruttando
completamente l'ampiezza di banda delle normali linee telefoniche analogiche.
Grazie alla separazione del traffico voce da quello dati, è possibile utilizzare il telefono
ed inviare e ricevere fax mentre si è collegati a Internet.
Il percorso dei dati su linea ADSL è lo stesso che viene seguito dalla voce da una
normale telefonata, ma solo fino al più vicino centro di commutazione.
La centrale di commutazione è dotata di uno splitter che separa le frequenze della linea
telefonica da quelle della linea dati. Lo splitter invia le frequenze telefoniche ad un
apparecchio chiamato switch e convoglia le frequenze dati (ADSL) verso un dispositivo
denominato DSLAM (DSL Access Multiplexer). Lo Switch indirizza il segnale voce
verso la linea telefonica mentre il DSLAM devia il traffico dati su una rete digitale
adibita al trasporto dati ad alta velocità, la quale lo consegna a sua volta ad un ISP
(Internet Service Provider) per l'accesso a Internet.
Linea analogica diretta
Esistono due differenti tipologie di impianto ADSL: a filtri distribuiti (G.Lite) e a filtro
unico (Splittered).
Il primo, conosciuto anche come linea analogica diretta, è il più comune nel caso di utenze
domestiche e prevede l’installazione di un microfiltro su ogni presa telefonica. Tale
dispositivo permette l’utilizzo del servizio ADSL e del comune telefono (o fax) in ogni
diramazione.
In questo caso, il filtro utilizzato svolge una duplice funzione:
1) separa il flusso dati da quello fonia, consentendo solo a quest’ultimo di raggiungere il
terminale telefonico collegato;
2) isola il modem ADSL dagli eventuali segnali ad alta frequenza generati da un terminale
telefonico (in particolare, le fasi di sgancio e riaggancio della cornetta telefonica possono
dare origine a dei picchi di segnale che potrebbero disturbare il modem ADSL).
ADSL Lite
• La necessità di uno splitter in sede d’utente rappresenta un notevole
incremento dei costi di fornitura del servizio in quanto richiede un
intervento in sede.
• Il problema è stato risolto sostituendo allo splitter dei singoli
microfiltri, ognuno dei quali può essere connesso dallo stesso utente
all’apparecchio telefonico.
• Inizialmente le connessioni con microfiltri fornivano prestazioni
inferiori (ADSL Lite o G.Lite fino a 1,5 Mbit/s in downlink e 512
Kbit/s in up-link) ma il miglioramento tecnologico delle
caratteristiche di filtraggio consente attualmente di arrivare agli stessi
bit rate dell’ADSL.
• Le soluzioni con splitter sono quindi limitate a casi particolari di
configurazioni utente.
Linea analogica complessa
Nel caso di linea analogica complessa si effettuerà un impianto a filtro unico
(SPLITTERED).
Il filtro (detto in questo caso "POTS splitter") posto a monte della prima presa in
ingresso dell'impianto della abitazione/ufficio è utilizzato per separare il segnale
fonia+dati
proveniente
dalla
linea
esterna
in
2
flussi
distinti:
1. il flusso della fonia, che viene inviato al terminale telefonico (telefono, fax, etc.)
2. il flusso dei dati inviati al modem ADSL. Questo secondo flusso è reso disponibile
su una linea dati fisicamente separata che andrà prolungata all'interno
dell'appartamento/ufficio fino al punto dove si intende collocare il modem ADSL.
Impianto
Vantaggi
Svantaggi
A filtri distribuiti
(G.LITE)
•E' di facile installazione.
•E' possibile collegare a qualsiasi presa
telefonica dotata di filtro sia il modem ADSL
sia un altro apparecchio telefonico.
Deve essere installato un filtro per ogni apparecchio
telefonico collegato all'impianto. Può essere
utilizzato solo per impianti "semplici".
Filtro unico
(SPLITTERED)
Può essere utilizzato anche in presenza di
centralini, intercomunicanti o smart box.
Necessita di un unico filtro per tutto
l'impianto.
Richiede l'intervento di un tecnico Telecom Italia.
Nella centrale telefonica
Un filtro unico (Splitter) separa i due tipi di segnale
provenienti dalla sede del cliente. Il segnale "voce"
viene inviato attraverso uno Switch alla normale rete
telefonica. Il traffico "dati" viene deviato, attraverso
un apposito apparecchio (DSLAM), su una rete
digitale adibita al trasporto dati ad alta velocità che
lo consegna ad ISP per l'accesso a Internet.
Lo strato fisico di ADSL
• La banda di 1Mhz del doppino e’ divisa in tre
regioni.
• La banda sotto i 4Khz e’ dedicata al segnale
telefonico
• Le frequenze tra 10 e 100 KHz vengono utilizzate
per il canale upstream
• Le frequenze tra 100 e 1000 KHz vengono utilizzate
per il canale downstream
• ADSL usa pertanto una tecnica passa-banda
Schema di allocazione delle
frequenze
0
Downstream
Upstream
voce
10
100
1000 KHz
Schema di modulazione
• Il flusso di bit viene convertito in un segnale
elettrico adatto alla trasmissione
• Lo standard ANSI ADSL adotta la
modulazione DMT (Discrete Multitone
Modulation) in cui la banda di 1 MHz e’
suddivisa in 256 sottobande di 4 KHz
• In ciascuna sottobanda si utilizza una diversa
portante per realizzare modulazione QAM
Protocolli di linea
• Consentono di trasportare pacchetti dati su
ADSL.
• Point-to-Point Protocol (PPP): e’ definito da
IETF in RFC 1662 e si basa su una struttura
di tipo HDLC
• ATM UNI: consente l’ interoperabilità con
backbone di tipo ATM
Vantaggi forniti da ADSL
ADSL presenta diversi vantaggi sia per gli operatori sia per
gli utilizzatori finali.
Vantaggi per gli operatori:
¾ utilizza la rete telefonica di accesso esistente (doppino in rame), senza
richiedere investimenti aggiuntivi per la portare nuovi cavi all’utente
¾ consente di introdurre servizi Internet ad alto valore aggiunto e multimediali,
che richiedono larga banda e connessioni permanenti.
¾
¾
¾
¾
Vantaggi per gli utilizzatori finali
mette a disposizione una connessione permanente, per cui l’utente e'
costantemente connesso a Internet, senza la necessità di attivare ogni volta la
connessione via modem.
permette alte velocità di trasmissione soprattutto in downstream ( dal provider
verso l’utente)
consente la fruizione di servizi innovativi su Internet,
nella maggior parte dei casi consente una tariffazione non a tempo ma flat o a
canone prefissato.
HDSL
HDSL
• HDSL (High-Speed Digital Subscriber Line ) è stato progettato per consentire
la realizzazione di flussi digitali bidirezionali su due o tre doppini di rame.
• Le velocità a cui viene realizzato il collegamento sono quelle contemplate dagli
standard europei (canali E1 2048 Kb/s) o americani (canali T1 1544 Kb/s ).
• Il sistema HDSL consente di trasmettere a una velocità di 2,048 Mb/s in modo
simmetrico in ambedue le direzioni usando due doppini.
• La lunghezza massima è di 3.5 Km
• Il sistema HDSL2, evoluzione di HDSL, è in grado di lavorare anche su un solo
doppino con una velocità di 1,5 Mb/s in entrambe le direzioni
•
HDSL utilizza anche la banda fonica ( 4 KHz) per cui non è possibile utilizzare
lo stesso doppino per la telefonia.
Architettura HDSL
• L’architettura HDSL è formata da 2 modem posti all’interno del sito di centrale e
presso l’utente, che si occupano di adattare la trasmissione numerica alla
trasmissione sui due o tre doppini.
• Dal lato utente, il modem è generalmente collegato (o direttamente integrato) con
un terminale o con un router per collegare una LAN con protocollo IP ( o altri
protocolli).
VDSL
VDSL
• La tecnologia VDSL (Very High-speed Digital Subsriber Line) è
l’ultima in ordine cronologico tra le tecnologie DSL per la fornitura di
servizi a banda larga sulla rete di accesso in rame.
• La VDSL presenta una banda asimmetrica fino a circa 52
Mbit/s in downstream e fino a 2,3 Mbit/s in upstream su un
singolo doppino con una lunghezza non superiore ai 300 metri per
ottenere la massima velocità e comunque non superiore a 1,5 Km2Km per velocità inferiori.
• Secondo i principi adottati per la standardizzazione, gli stessi apparati
potranno fornire servizi con banda simmetrica o asimmetrica, a
seconda delle necessità dell’utente, permettendo la realizzazione di
servizi sia per la clientela residenziale che per la clientela business.
Architettura VDSL
• Lo schema di riferimento della tecnologia VDSL è molto simile a quello ADSL.
• Principale differenza tra l’architettura VDSL e ADSL : i doppini sono
terminati non più a livello di centrale locale, ma in un punto più vicino all’utente
finale in modo da diminuire la lunghezza del collegamento in rame.
• DSLAM è posto a livello di
• distributore
• armadio riparti-linea.
DSLAM = Digital Subscriber Line Access Multiplexer
Architettura VDSL
•
•
DSLAM deve essere raggiunto con un collegamento in fibra ottica.
Sono presenti i seguenti casi:
– fibra fino al distributore: architettura FTTB (Fiber To The Building - fibra fino
all’edificio): VDSL verrà utilizzato solo per il collegamento verticale di edificio.
– Fibra fino all’armadio ripartilinea - architettura FTTC (Fiber To The Curb o To
The Cabinet - fibra fino all’armadio ripartilinea ) : il VDSL verrà utilizzato sulla rete
di distribuzione secondaria.
DSLAM = Digital Subscriber Line Access Multiplexer
Strategie di introduzione
• La tecnologia DSL fu sviluppata ai Bellcore circa 15
anni fa ma fu inizialmente ignorata dall’industria
telefonica.
• La normalizzazione si e’ consolidata con la definizione
di standard comuni da parte di ANSI, ITU ed ETSI.
• Nel momento in cui e’ emersa l’importanza di offrire
accesso ad Internet in concomitanza a tecnologie in
competizione come ad esempio cable TV.
Fattori di sviluppo della larga banda in Italia
L’incremento della banda larga in Italia è favorito da:
9La disponibilità di un’infrastruttura di rete moderna, che
favorisce la diffusione della tecnologia Dsl;
9Una serrata concorrenza tra le diverse piattaforme
(doppino, fibra, mobile, satellite)
9Politiche di marketing innovative e aggressive
9Interventi governativi a sostegno della domanda
Lo sviluppo della banda larga in Italia
Linee Broadband (tutte le piattaforme)
Milioni
4
Più di 3,1 milioni di
accessi
3
2
1
0
q4
2001
q1
2002
q2
2002
q3
2002
q4
2002
q1
2003
q2
2003
Nota: i dati considerano tutte le piattaforme di accesso.
Fonte: stime Telecom Italia, 2004
q3
2003
q4
2003
q1
2004
DSL: Distanza tra l’utente e la centrale locale
100
% dei doppini di rame
Francia
Germania
USA
80
Italia
UK (BT)
Giappone
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
Lunghezza
12
14
km
Al diminuire
diminuire della
della distanza
distanza tra l’abitazione dell’utente e la centrale locale
migliora la
la qualità
qualità dei
dei servizi
servizi xDSL.
xDSL.
Fonte: stime Telecom Italia, 2004
Concorrenza tra piattaforme: le quote di mercato
del broadband
Italia (Mar 2004)
Principali distretti* (Mar 2004)
100%
100%
17%
60%
34%
80%
80%
22%
Tin.It
6%
60%
40%
40%
61%
20%
20%
0%
0%
Linee DSL retail di
Telecom Italia
Linee DSL wholesale di Telecom
Italia commercializzate da OLO
Tin.It
5%
18%
La
La presenza
presenza
di
di
infrastrutture
infrastrutture
alternative
alternative
stimola
stimola la
la
concorrenza
concorrenza
48%
Linee degli OLO su piattaforme
alternative (ULL+fibra+satellite)
Fonte: elaborazioni Telecom Italia ed Analysys, 2004
(*) I principali distretti sono Milano, Roma, Torino, Genova, Bologna e Napoli
Il digital divide
9Oggi non sussiste un significativo divario geografico nella dotazione di
infrastrutture a larga banda: l’83% della popolazione italiana risulta
coperta da centrali predisposte per l’ADSL mentre tale percentuale nel
Mezzogiorno vale il 80%;
9L’attuale dotazione di infrastrutture di telecomunicazioni nel Sud
rispecchia correttamente il peso dell’area in termini di Pil e
popolazione. Non esistono indicazioni di un digital divide legato alle
infrastrutture;
9La minore copertura nel Mezzogiorno rispetto al resto del Paese è
motivata unicamente dalla minore domanda.
La copertura ADSL in Europa (giugno 03)
urbano
sobborghi
rurale
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
B
Fonte: IDATE
L
FIN
D
A
NL
S
I
DK
E
P
UK
F
La copertura ADSL in Italia
9 A metà 2004 risulterà coperto dal servizio ADSL circa l’83% della popolazione
italiana (80% nel Mezzogiorno).
9 Negli prossimi anni l’ulteriore sviluppo sarà fortemente ostacolata dalla non
completa diffusione dell’infrastruttura ottica, specialmente nelle centrali
periferiche più piccole
Copertura ADSL
(% della popolazione attualmente
raggiungibile dal servizio)
Da 52 a 73
Da 73 a 78
Da 78 a 83
Da 83 a 90
La diffusione dell’infrastruttura ottica
Distribuzione delle
centrali
non connesse in fibra
sul territorio
Numero centrali
10.365
5.973
Oltre il 55%
tra 45% e 55%
tra 35% e 45%
4.392
76%
Resto
d’Italia
24%
Sud
tra 25% e 35%
meno del 25%
Totale
centrali
terminali
9 Le
Centrali
connesse in
fibra ottica
Centrali non
collegate in fibra
ottica
4.392 centrali non raggiunte da fibra ottica corrispondono a circa il 10,8 % della
popolazione telefonica
Il cultural divide: le famiglie
Mono-mediali
Multi-mediali
17,1%
36,3%
37,5%
9,1%
Pionieri e onnivori
(8,4 milioni)
Consumatori medi
(17,8 milioni)
Poveri di media
(18,4 milioni)
Marginali (4,5
milioni)
È possibile segmentare la popolazione in base
al numero di media usati:
¾Marginali: uno
¾Poveri di media: due/tre
¾Consumatori medi: quattro/cinque
¾Onnivori: sei/sette
¾Pionieri: otto e oltre
*media presi in considerazione: tv, cellulare, radio,
quotidiani, libri, settimanali, mensili, computer, internet, tv
satellitare
Quasi la metà della
popolazione italiana non ha
accesso a Internet e ai nuovi
servizi della società
dell’informazione
Fonte: Secondo rapporto Censis-Ucsi sulla comunicazione in Italia, 2002
Il cultural divide: le imprese
Penetrazione di internet per dimensione d’impresa
Percentuale di imprese con più di dieci addetti che hanno accesso a Internet
Anche tra le imprese è evidente un fenomeno di cultural divide:
le PMI evidenziano un grave ritardo nell’uso di Internet rispetto alle imprese
di dimensione maggiore e alle PMI estere
Fonte: OECD, Science, Technology and Industry Scoreboard, 2003
Nuove politiche di marketing: l’esempio di
Rosso Alice
• Effettiva interfaccia PCbased
• Pagamento con soli due
„click“, con addebito sulla
bolletta telefonica o su
carta di credito
•Sei
aree
principali
tematiche
• Open access da ogni
piattaforma broadband