RED29004-2014-2-Seminario-ADSL

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Introdução

No começo da popularização da internet a maioria das pessoas possuiam a conexão dial-up, conhecida como internet discada. Esse tipo de conexão oferece algumas desvantagens como por exemplo suportam ate 56kb/s, deixam a linha telefônica ocupada, estão sujeitas à tarifação convencional por minuto de uso e podem apresentar instabilidade, fazendo com que uma nova conexão tenha que ser estabelecida de tempos em tempos. Então surgiu a conexao ADSL (Assymmetric Digital Subscriber Line, algo como "Linha Digital Assimétrica para Assinante") que também utiliza a infraestrutura da telefonia convencional, porém sem deixar a linha telefônica ocupada. Com capacidade de oferecer velocidades de transferência de dados altas e a sua tarifação é feita de maneira distinta das chamadas telefônicas. Por motivos de curiosidade e obtenção de maior aprendizado sobre uma tecnologia utilizada por nós diarimente e com tanta facilidade foi motivo de escolha para este trabalho. O objetivo deste trabalho é descrever o funcionamento da tecnlogia DSL, com ênfase na conexão ADSL explanando suas variações.

Fundamentação Teórica

Mas como a linha telefônica não é ocupada? Isso ocorre pois quando o telefone está sendo utilizado para uma chamada de voz, esta utiliza apenas uma pequena parte da capacidade de transmissão da linha. O que algumas tecnologias DSL fazem é justamente aproveitar a parte não utilizada. Isso acontece porque, normalmente, uma chamada de voz - POTS (sigla para Plain Old Telephone Service, refere-se ao serviço de voz telefonia convencional) - utiliza uma frequência de onda muito baixa, entre 300 Hz e 4000 Hz. Trata-se de um intervalo que corresponde a uma faixa muita pequena da capacidade da linha. O restante pode então ser utilizado para aplicações que funcionam em frequências maiores. A utilização do espectro livre, isto é, da parte não utilizada para POTS, geralmente é feita com a técnica FDM (Frequency Division Multiplexing - Multiplexação por Divisão de Frequência) ou com a técnica de Echo Cancellation (Cancelamento de Eco). Com o FDM, parte do espectro livre é destinada ao envio de dados (upstream) e outra ao recebimento de dados (downstream), sendo a velocidade de downstream maior que a velocidade de upstream. Já com o Echo Cancellation, as partes para upstream e downstream se sobrepõem no espectro, mas o uso de cancelamento de eco, procedimento que remove a "distorção" do sinal durante a transmissão a partir de cálculos de subtração, consegue "separá-las". Como as tecnologias DSL são sistemas de transmissão e recebimento de dados que utilizam meios analógicos, faz-se necessário o uso de modulação, processo que, em poucas palavras, transforma dados e voz em sinais para tráfego em ondas de radiofrequência. Para este fim, o ADSL conta, essencialmente, com duas técnicas: a mais antiga é chamada de CAP (Carrierless Amplitude/Phase); a mais atual e mais utilizada comercialmente é denominada DMT (Discrete Multitone). A modulação CAP, que normalmente utiliza a técnica FDM, "divide" a linha telefônica em três partes: uma que corresponde às chamadas de voz, outra que é destinada ao envio de dados (upstream) e uma terceira que é reservada ao recebimento de dados (downstream), sendo que as duas últimas formam a conexão à internet em si. Por padrão, a faixa de voz vai de 0 a 4 KHz (4000 Hz), enquanto que o upload fica com a parte entre 25 e 160 KHz. A faixa do download, por sua vez, ocupa a maior faixa, começando em 240 KHz e chegando, no máximo, até a 1.550 KHz (normalmente indo até 1.100 KHz). Observe a imagem abaixo para compreender melhor:


IMAGEM1 ADSL.jpg
[Figura 1]


O termo "Assymmetric" no nome do ADSL é devido ao fato de ser considerado assimétrico porque a taxa de download é comumente maior que a taxa de upload, uma vez que entende-se que a maioria das conexões mais recebe dados do que os envia.

ADSL

Modens

A conexão em um acesso via ADSL acaba ocorrendo graças aos equipamentos utilizados tanto do lado do cliente (que solicita a conexão), quanto do lado do provedor (que estabelece a conexão). No lado do cliente, um aparelho conhecido como modem ADSL é conectado aos fios de uma linha telefônica existente. É nomeado ATU-R (ADSL Terminal Unit - Remote, algo como "Unidade Terminal ADSL - Remoto"). Esta conexão, por sua vez é comumente intermediada por um microfiltro de nome splitter, que tem a função de diferenciar um canal para a ligação com o modem de outro canal para a comunicação com o aparelho telefônico.


IMAGEM2 ADSL.jpg
[Figura 2]


IMAGEM4 ADSL.jpg
[Figura 3]

DSLAM (Multiplexador de Acesso a Linha Digital do Assinante)

É um dispositivo de rede que interliga várias DSL (Digital Subscriber Lines) a uma linha “tronco” (backbone) de alta velocidade de acesso à Internet utilizando técnicas de multiplexagem, normalmente localizado junto a uma central telefônica.

Cada DSLAM precisa se comunicar com um BRAS (Broadband Remote Access Server). Este equipamento tem entre as suas funções concentrar as conexões oriundas de uma ou mais DSLAMs e alocar endereços IP para cada linha que faz parte da rede. Tipicamente, a comunicação entre DSLAM e BRAS é via conexão ATM (Asyncronous Transfer Mode) ou por tecnologia Ethernet.

No DSLAM, o acréscimo de uma conexão não afeta a velocidade das demais. Por outro lado, cada DSLAM - assim como cada BRAS - possui um limite para o número de conexões, sendo necessário aumentar a infraestrutura da rede para ampliar o número de usuários. Há ainda uma variação deste equipamento chamada de Mini-DSLAM que tem uma proposta parecida, mas atende a um número menor de conexões. Estes dispositivos são interessantes porque custam menos e evitam desperdício em lugares em que não há grande demanda, como uma rua ou um condomínio residencial.

IMAGEM5 ADSL.jpg
Diagrama de conectividade xDSL [Figura 4]


DSLAM.jpg
Equipamento DSLAM [Figura 5]


A distância entre o modem e o DSLAM pode limitar e impossibilitar a assinatura de um serviço ADSL. Quanto mais longe um estiver do outro, menor qualidade e velocidade a conexão terá. Por padrão, a distância máxima viável é de aproximadamente 6 Km, podendo ser um pouco menor dependendo das características da região e da qualidade dos equipamentos. Mas o ideal é que este intervalo não supere 4Km. As ondas eletromagnéticas que percorrem os fios perdem potência à medida que se afastam do ponto de origem, fazendo com que a conexão não consiga manter um nível de intensidade suficiente para suportar velocidades altas em distâncias maiores.

Versões do ADSL

ADSL e ADSL Lite

As principais características do "primeiro ADSL" incluem downstream de até 8 Mb/s (megabits por segundo) e upstream de até 1Mb/s. Houve uma versão chamada de ITU G.992.2 (G.Lite), que ficou conhecida também como ADSL Lite, uma versão simplificada da tecnologia. Sua principal característica é a de, pelo menos teoricamente, não exigir splitters. Por outro lado, suas taxas de download e upload são de até 1,5 Mb/s e 512 Kb/s, respectivamente.

ADSL2 e ADSL2+

Surgiu em 2002 o padrão ADSL2, possui praticamente os mesmos princípios do ADSL, mas a modulação, por exemplo, é mais eficiente. Uma forma de se aumentar a taxa de bits de transmissão utilizada no ADSL2 é a redução do tamanho dos cabeçalhos, que são bits utilizados para sinalização e ocupam o início de um quadro utilizado para troca de informações. No sistema ADSL esse número de bits por quadro é fixo e consome 32 Kbits do total de bits transmitidos. Já no ADSL2 o número de bits utilizado para cabeçalho é programável e varia de 4 a 32 Kbits. Isso pode representar um ganho de 21,875% ao se considerar, por exemplo, a transmissão de um quadro de 128 Kbits de tamanho, em um enlace longo. Nesse caso, os 32 Kbits de cabeçalho alocados de forma fixa representam 25% do tamanho total do quadro, enquanto que, com a alocação de forma variável utilizando 4 Kbits para essa função, restam 28 Kbits que podem ser utilizados para transmissão de dados e representam o ganho citado anteriormente. O ADSL2 possui a possibilidade de uso da tecnologia IMA (Inverse Multiplexing for ATM), que permite o aumento da capacidade de tráfego com o acréscimo de uma ou mais linhas à conexão. Estas e outras características fazem com que esta versão consiga atingir até 12 Mb/s no downstream mantendo o upstream em até 1 Mb/s.

A velocidade aumenta por possuir uma técnica de "canalização", isso permite a utilização de canais distintos da conexão para uso exclusivo de uma aplicação (por exemplo, para streaming, isto é, transmissão de vídeo e áudio) e também por possuir uma constante supervisão da comunicação, que ajusta as taxas de transmissão para evitar erros e perda de pacotes de dados.

Outro fato importante é o melhor gerenciamento de potência, gerando economia de energia. Neste sentido, conexões do tipo podem contar com três modos de operação, podendo alternar entre eles automaticamente:

  • Modo L0 (Full On): neste, a conexão funciona à sua totalidade;
  • Modo L2 (Low Power): aqui, o nível de energia diminui, deixando a transmissão mais lenta. Útil para quando o usuário está baixando dados em quantidades pequenas;
  • Modo L3 (Idle): este modo funciona como uma espécie de "descanso" - a conexão permanece ativa, mas não transmite dados.

Em 2003, surgiram as especificações do ADSL2+ (ITU G.992.5), que por utilizar uma faixa de frequência maior, indo até a 2.200 KHz, pode alcançar até 24 Mb/s de downstream, mantendo, novamente, o upstream em até 1 Mb/s, existindo também uma variação (ADSL2+ M - ITU G.992.5 Annex M) que aumenta este último para até 3 Mb/s. O problema aqui é que velocidades altas só são alcançadas em distâncias de até 1,5 Km. Mais do que isso a velocidade máxima cai consideravelmente, ficando em torno dos 4 Mb/s em distâncias de 3,5 Km, aproximadamente.

GraficoADSL1.png
Gráfico comparativo de ADSL2 e ADSL2+ [Figura 6]


Tabelacomparativa.png
Tabela comparativa [Figura 7]

RADSL

O RADSL ou Rate Adaptative Digital Subscriber Line, é uma versão não tão conhecida do ADSL. A sua principal característica é o fato de o modem ajustar automaticamente as taxas de download e upload, dependendo de critérios como distância da central e qualidade da transmissão em determinados momentos.

Por padrão, os limites de downstream e upstream também são respectivamente 8 Mb/s e 1 Mb/s. Graças a essa capacidade de ajuste automático, seu uso é mais comum em conexões que não estão perto da central telefônica, respeitando a distância de raio de, no máximo 6 quilômetros, tal como no ADSL.


RADSL.png
[Figura 8 - Ajuste de faixa Downstream e Upstream]

HDSL

O ADSL sem duvida é a tecnologia DSL mais conhecida no mercado. Porém, a primeira a surgir, por volta do final dos anos 1980, foi o HDSL (High Bit Rate digital Subscriber Line), cuja identificação é ITU G.991.1.

O HDSL surgiu como uma opção de transmissão de dados em linhas telefônicas digitais dos tipos T1 e E1. Tendo como principais características:

  • Modo de operação full duplex: Envio e recebimento de dados ao mesmo tempo;
  • Transmissão simétrica: 784Kb/s para downstream e upstream, totalizando cerca de 1,5 Mb/s. Podendo chegar a 2 Mb/s em linhas E1.

Porém em todos os casos, a distância do raio máximo é de 5 quilômetros.

Essa tecnologia não se popularizou tanto quanto o ADSL por exigir dois pares de fios trançados (ou até três em linhas E1), quer dizer, de duas linhas telefõnicas simultaneamente, e também pelo fato de não permitir chamadas de voz durante a conexão com a internet, haja vista que as faixas de frequência reservadas para isto estariam sendo utilizadas pelo processo de trasmissão de dados

Mais tarde surgiu o HDSL2, uma variação do HDSL que matinha praticamente as mesmas taixas de velocidade, porém utilizando apenas um par de fios.

SDSL

O SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line) é bem parecido com o HDSL, suas caracteristicas são:

  • Transmissão de dados de maneira simétrica: taxas máximas de 1,5 Mb/s (T1) ou 2 Mb/s (T2);
  • Não permite o uso de voz e dados ao mesmo tempo;
  • Possui a vantagem de exigir apenas um par de fios.

Além disso, a distância do raio máximo para as conexões é um pouco menor que no HDSL.

SHDSL

SHDSL é a sigla para Single Pair High Speed Digital Subscriber Line, foi ratificado em 2001, recebendo a identificação ITU G.991.2. Possui as seguintes características:

  • Transmissão de dados de maneira simétrica: caso utilize apenas um par de fios, conexões do tipo podem ter velocidade de até 2,3 Mb/s, com dois pares, este limite aumenta para até 4,6 Mb/s;
  • Não permite o uso de voz e dados ao mesmo tempo.

VDSL e VDSL2

VSDL é a sigla para Very High Bit Rate Digital Subscriber Line, identificado como ITU G.993.1 e reconhecido em 2004. Essa tecnologia se assemelha ao ADSL, trabalhando de maneira assimétrica, utilizando de forma mais frequente a técnica DMT e assim permitindo uso de voz e dados ao mesmo tempo.

O diferencial está na velocidade, sendo capaz de atingir taxas de transferência mais altas de até 52 Mb/s no downstram e 16 Mb/s no upstream. Podendo ainda ser ajustada para trabalhar de maneira simétrica.

Em 2006 foi ratificado o VDSL2, recebendo a identificação ITU G.993.2. Esta versão se destaca também na velocidade podendo atingir 100 Mb/s no downstream e 30 Mb/s no upstream. Essas velocidades mais altas permitem que tanto o VDSL quando o VDSL2 sejam utilizados em comunicação por voz, acesso à internet e assinatura de TV (IPTV) por meio de uma única linha telefônica.

Essas taxas mais elevadas são possíveis por uma série de fatores, como o uso de frequências elevadas na linha telefônica - cerca de 12MHz no VDSL e até 30 MHz no VDSL2 - e a combinação com outas tecnologias, como fibra óptica.

A grande desvantagem destas duas tecnologias é a distância entre a central e o usuário, normalmente o limite do raio de distância é de até 1,5 quilômetro e para garantir a totalidade da velocidade, o raio deve ser de no máximo 300 metros.

VDSL.jpg
[Figura 9]

Conclusão

As tecnologias DSL aproveitam a infraestrutura de telefonia e por isso são utilizadas amplamente no mundo inteiro. Estas características tornam essa tecnologia interessante em locais que não contam com outro tipo de acesso.

Por isso, mesmo com o surgimento de novas tecnologias que ofereçam velocidades maiores e coberturas melhores, ainda vemos e veremos por um bom tempo padrões DSL no mercado. Destacando segundo Emerson Alecrim, cientista da computação e criador do site http://www.infowester.com, versões como o ADSL2+ e VDSL2 como propostas para atender à demanda de taxas de transmissão de dados cada vez maiores.

Referências

http://www.infowester.com/adsl.php

http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialblcdr/pagina_3.asp

http://pt.wikipedia.org/wiki/Multiplexador_de_Acesso_a_Linha_Digital_do_Assinante

[Figura 2] - http://www.modemadsl.com.br/como-funciona-o-modem-adsl/

[Figura 3] - http://www.modemadsl.com.br/modem-adsl-usb-marcas-e-precos/

[Figura 4] - http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_subscriber_line_access_multiplexer

[Figura 6] - http://www.increasebroadbandspeed.co.uk/adsl2

[Figura 8] - http://rays-place.net/Extras/PCTechGuide/28dcomms.htm

[Figura 9] - https://br0kent3l3ph0n3.wordpress.com/2011/08/