11.12.2000
Anu Niemi anniemi@st.jyu.fi ja
Annemari Auvinen annauvi@cc.jyu.fi
Datasiirto-kurssin harjoitustyö
Tietotekniikan laitos
Jyväskylän yliopisto
ADSL-tekniiikka on yksi xDSL-perheen tekniikoista. Se on nopea epäsymmetrinen tiedonsiirtotekniikka, joka käyttää siirtomedianaan tavallista puhelinverkkoa. Näin ollen uutta kaapelointia ei tarvita, joten kustannukset tältä osin ovat pienet. Sen sijaan etäisyys puhelinkeskuksen ja käyttäjän välillä ei saa olla kovin pitkä, jotta saavutettaisiin suurimmat nopeudet. ADSL käyttää perinteistä puhelinliikennettä korkeampaa taajusaluetta joko FDM-menetelmällä, jota käytetään CAP-moduloinnissa tai kaiunpoistomenetelmällä, joka taasen on käytössä DMT-moduloinnissa. ADSL sopii erinomaisesti käytettävksi video-on-demand ja www-palveluissa.
ISDN oli jo valmistuessaan auttamattomasti vanhentunut ja samaan aikaan vaadittiin yhä suurempaa ja suurempaa tiedonsiirtonopeutta. Puhelinverkon ollessa edelleen laajimille levinnyt verkko oli järkevää kehitellä sitä hyväkseen käyttävä nopeampi tiedonsiirtomenetelmä. ADSL siirtää digitaalista dataa asymmetrisesti tilaajan ja puhelinkeskuksen välillä kuparikaapelia pitkin, eikä uusia kalliita investointeja tarvita. Nopeutensa tähden se mahdollistaa multimediasovellukset ja muut suurta nopeutta vaativat palvelut.[7]
ADSL kehitettiin aikoinaan interaktiivista TV:tä varten ja kehittäjä oli ISDN:nkin kehittäjänä tunnetuksi tullut Bellcore Labs. Ensimmäiset kokeilut tehtiin vuonna 1993 ja vuonna 1996 valmistettiin ensimmäinen kaupallinen sovellus. Tässä kokeiluverkossa oli yhteensä 15 kohdetta. [7]
Suomessa ensimmäisenä ADSL:n kokeilemisen aloitti vuonna 1995 HPY. [7]
ADSL-tekniikka käyttää modeemeja, jotka pystyvät käyttämään hyväkseen kaikki toimivat taajuusalueet kuparikaapelista. Modeemit luovat keskuksen ja tilaajan välille kolme eri tietokanavaa, jotka kaikki käyttävät eri taajuusalueita. [8]
Kaapelin ominaisuudet ja pituus aiheuttavat rajoituksia tiedonsiirtonopeudelle. [1], [8]
| Nopeus | Etäisyys | Kaapelin halkaisija |
|---|---|---|
| 1,5/2 Mbps | 5,5 km | 0,5 mm |
| 1,5/2Mbps | 4,6 km | 0,4 mm |
| 6,1 Mbps | 3,7 km | 0,5 mm |
| 6,1 Mbps | 2,7 km | 0,4 mm |
Lisäksi häiriöt vaikuttavat nopeuksiin. Vierekkäisissä johdoissa kulkevien signaalien välille saattaa muodostua interferenssiä elektromagneettisen säteilyn ja johtojen yhteyden vuoksi. Tämä häiriö on sitä suurempi mitä pidempi johto on ja mitä suuremmat ovat signaalien taajuudet. Nämä häiriöt ovat pienempiä asymmetrisen siirron yhteydessä kuin symmetrisessä siirrossa. [8]
ADSL perustuu monimutkaiseen digitaalisen signaalin käsittelyyn ja luoviin algoritmeihin. Myös yhden megahertsin taajuudella tapahtuva vaimeneminen on jouduttu ottamaan huomioon ADSL-modeemeja kehitettäessä. Puhelinlinjan kapasiteetti jaetaan osiin joko taajuusjakoisesti (FDM) tai kaiun kumoamismenetelmällä. [9], [11]
FDM:llä saadaan kaista jaettua kahteen osaan, joista toinen osa annetaan tilaajalle päin ja toinen keskukselle päin menevälle liikenteelle. Käyttäjälle päin tuleva linja jaetaan vielä kahtia aikajakoisella TDM-tekniikalla yhteen tai useampaan nopeaan kanavaan ja yhteen tai useampaan hitaaseen kanavaan. Vastaavasti jaetaan myös käyttäjältä keskukseen päin menevä linja hitaiksi kanaviksi. [7],[9], [11]
Kaiun kumoamismenetelmää käytettäessä erisuuntaiset kanavat limitetään toisiinsa ja erotetaan siirron päätteeksi taas toisistaan ns. paikallisella kaiun kumoamismenetelmällä. Tätä on käyetty hyväksi jo aiemmin V.32 ja V.42 -standardien mukaisissa modeemeissa. [7],[9],[11]
Kaaviokuva ADSL-yhteyden komponenteista [4]
XDSL tekniikoissa on käytössä kaksi modulointimenetelmää: CAP(Carrierless Amplitude Phase) ja DMT (Discrete Multi-Tone). Kumpikin käyttää samaa perustekniikkaa QAM (Quadrature Amplitude Modulation), mutta eri tavoin. QAM siirtää samalla taajuudella kahta kantoaaltoa, jotka eroavat tiheydessä ja vaiheessa. [1]
DMT-tekniikka käyttää hyväkseen kaiun poisto -tekniikkaa. DMT-tekniikalla siirtokaista verkosta käyttäjälle jaetaan 256:een 4kHz kaistaan. Näillä kullakin kaistalla voidaan maksimissaan siirtää 15 bittiä sekunnissa. Kanavia verkkoon päin (downstream) on käytössä 256 kappaletta ja käyttäjältä verkkoon päin (upstream) on käytössä 32 kanavaa. Nämä kanavat toimivat kaksisuuntaisesti, kun muut kanavat ovat yksisuuntaisia. [1]
Aluksi kukin kanava testaa yhteyden ja sen mukaan päättää, montako bittiä sekunnisssa kanavalla voidaan lähettää. Jos siirron aikana jonkin kanavan ominaisuudet muuttuvat, siirretään osa tai koko bittimäärä muille kanaville. Näin saadaan siirto sopeutumaan muutoksiin. ADSL-menetelmän luotettavuutta on myös parannettu siten, että yksittäisten kanavien moduloinnissa käytetään Trellis-koodausta ja virheenkorjaus perustuu Reed Solomon -menetelmään. Näiden avulla voidaan välttää siirtovirheistä johtuvia uudelleen lähetyksiä. [4]
DMT on häiriösieto-ominaisuuksiltaan huomattavasti parempi kuin CAT, joka puolestaan on paljon halvempi toteuttaa. DMT on ANSI:n, ETSI:n ja ITU:n standardi. [1], [2], [3]
Tämä koodaustapa mahdollistaa linjan yhtäaikaisen käytön muuhunkin siirtoon samanaikaisesti (esimerkiksi perinteinen puhelin). CAP:in huonopuoli on se, että siitä ei ole olemassa mitään standardia. Hyviä puolia on taasen se, että se on halpa tekniikka yksinkertaisuutensa ansiosta. [4]
Käytettäessä menetelmää CAP testaa aluksi johdon laadun ja siten etsii parhaimman mahdollisen siirtokyvyn käytettävässä johdossa. Perusperiaate CAP:ssa on, että moduloidusta signaalista tallennetaan palasia muistiin ja lopuksi palaset kootaan moduloituun aaltoon. Signaalit koodataan quatrature- ja vaihefilttereillä siirtotielle. Häiriösietoa voidaan lisätä käyttämällä Trellis-koodausta. [2],[3]
DSL (Digital Subscriber Line) tarkoittaa digitaalista tilaajajohtoa, sen edessä oleva x viittaa lyhenneperheeseen. Kaikille xDSL tekniikoille on yhteistä se, että niissä käytetään puhelinverkon kuparikaapelia tiedonsiirtoon. xDSL-tekniikoiden nopeutta rajoittaa suurien taajuuksien vaimentuminen etäisyyden kasvaessa. xDSL tekniikat soveltuvat kotitalouksien ja pienyritysten tiedonsiirto tarpeisiin. Suurille yrityksille tekniikoiden tarjoamat nopeudet vat kuitenkin liian hitaita. xDSL tekniikalla toteutetussa yhteydessä yhteys on kiinteä palveluntarjoajan verkkoon ja jatkuvasti auki. [3]
xDSL tekniikoissa on kuitenkin rajoitteita, joiden vuoksi se ei sovellu kaikille kotitalouksillekaan. Merkittävin rajoitus on etäisyys puhelinkeskuksesta käyttäjälle. Tekniikan asennus on myös varsin tekninen. Tekniikasta ja nopeudesta riippuen käyttökohteeseen asennetaan pöytämodeemin kokoinen laite ja joissain tapauksissa myös jakosuodatin. Ainoastaan ADSL-liten asennus on niin yksinkertainen, että se onnistuu käyttäjältä itseltäänkin, muissa tapauksissa asennuksesta vastaa palveluntarjoaja. [3]
HDSL -tekniikka on ADSL-tekniikan edeltäjä. Se on symmetrinen tekniikka eli tiedonsiirtonopeus on sama kumpaankin suuntaan. Tämän tekniikan suurin puute on siinä, että samanaikainen puhelimen käyttö ei ole mahdollista. HDSL-tekniikan tiedonsiirtonopeus on noin kaksi megabittia sekunnissa. [1],[6]
Seuraava askel HDSL tekniikasta eteenpäin oli SDSL tekniikka, joka on myös symmetrinen tekniikka. Se erottuu edeltäjästään kahdella tavalla. Se käyttää vain yhtä johdinparia (siirtokapasiteetti 128-2,3 Mbps) ja toimintaetäisyys on rajattu: noin 3km. SDSL tukee digitaalisia äänilähetyksia ja pystyy kantamaan ääntä ja dataa samanaikaisesti, joten se soveltuu mainiosti esimerkiksi videoneuvotteluihin. [1], [6]
R-ADSL on kuten nimestäkin voi päätellä muunnos ADSL-tekniikasta. Siirtonopeus on lähes sama kuin ADSL:ssä: vastaanottajalle 7,2 Mbps ja toiseensuuntaan 1 Mbps. Lisäksi R-ADSL ottaa huomioon johtimen etäisyyden sekä laadun ja mukauttaa nopeuden niiden mukaan. Tämä takaa korkealuokkaisen tiedonsiirron kaikille vastaanottajille huolimatta heidän etäisyydestään teleoperaattoriin. [1], [6]
VDSL tekniikka on kaikista nopein xDSL-järjestelmän tekniikoista. Vastaanottajalle voidaan tarjota yhdellä johdinparilla jopa 52 Mbps siirtonopeus. Käyttäjältä verkkoon nopeus on 1-10 Mbps. Suuren siirtonopeuden vuoksi toimintaetäisyys ei ole kuin noin 0,3-1,5 km. Tämän rajoituksen vuoksi tilaajien lähelle tarvitaan jakamoita, joihin vedetään kuitukaapelit ja varsinainen VDSL-yhteys alkaa vasta jakamosta. [1], [6]
Kuluttajamarkkinoiden helpottamiseksi ADSL tekniikasta on kehitetty niin sanottu kevyt versio. Tämä versio on hiukan hitaampi kuin varsinainen ADSL, tiedonsiirtonopeudet ovat 1,544 - 6 megabittiä sekunnissa käyttäjälle ja 128 - 384 kilobittiä sekunnissa verkkoonpäin, eli noin kolme kertaa nopeampi kuin ISDN-yhteys. Asennus on huomattavasti helpompi eikä siinä tarvita erikoislaitteita. [3]
ADSL-Lite/G-Lite on ITU-T:n standardin mukainen. Siitä on arvioitu tulevan asennetuin muoto ADSL:stä. [3]
Amerikassa ADSL:ää on standardoinut ANSI (T1E1.413) ja Euroopassa ETSI. ANSI T1 -komitea on standardoinut mm. ADSL-siirtomenetelmässä käytettäväksi linjakoodiksi DMT:n.
Yhdistyksistä ATM Forum ja DAVIC ovat myös olleet mukana tekemässä ADSL:stä alimman tason protokollaa. ATM Forumin tehtävänä on edistää ja kehittää ADSL:n arkkitehtuuria, protokollia ja rajapintoja sovelluksia varten. Foorumiin kuuluu jäseniä sekä palveluntarjoajista että tuotteiden valmistajista ja se aloitti toimintansa vuonna 1994. Jäseniä on yhteensä noin 300. [7]
| Tulevan datan nopeus | 256 kbit/s | 512 kbit/s | 1 Mbit/s | 2 Mbit/s |
|---|---|---|---|---|
| Tele1Europe | 17 080 mk | 24 400 mk | 39 040 mk | 53 640 mk |
| Kolumbus 15 | 15 472 mk | - | - | 30 112 mk |
| Kolumbus ADSL | 7 166 mk | - | 13 166 mk | 16 766 mk mk |
| Netsonic ADSL | 5 005 mk | - | 11 375 mk | 15 275 mk |
| Saunalahti ADSL | 19 032 mk | 26 352 mk | 32 208 mk | 38 064 mk |
| Sonera ADSL | 28 780 mk | 32 596 mk | 36 928 mk | 43 300 mk |
| Sonera ADSL Easy | 15 216 mk | - | 22 536 mk | 28 392 mk |
| Sonera Koti-ADSL (Elisan alue) | 6 578 mk | - | 12 578 | 16 178 mk |
| Sonera Koti-ADSL (Soneran alue) | 6 988 mk | - | - | - |
| Telia ADSL | 23 240 mk | 30 680 mk | - | 35 300 mk |
Taulukossa on vertailtu eri yhteystyyppien 1. vuoden kokonaiskustannukset , jotka sisältävät asennuksen ja 12 kuukauden käyttömaksut. [5]
Kiinteän tekniikan laitetekniikka ei tuo suurta muutosta. Käyttäjälle suurin näkyvä muutos on yhteyslaite, DSL-modeemi, joka reitittää oman tietokoneen Internettiin. Kaikki yhteydenmyyjät tarjoavat vakiona ADSL-modeemilaitteita, joissa on lähiverkkoliitäntä. Useimmat modeemit toimivat myös DHCP-palvelimina. [5]
Jollei DHCP-palvelinta tarvitse, hyvä vaihtoehto on hankkia PCI-väyläinen ADSL-modeemikortti. Hintaa tällä kortilla on noin tuhat markkaa. [5]
Alkujaan ADSL tarkoitettiin tekniikaksi interaktiivinen TV ja video-on-demand -palveluihin, joihin se sopiikin hyvin. Tavallisen videonauhurin tasoinen pakattu videosignaali äänen kanssa vie noin 1.5 Mbit/s, joten se välittyy hyvin ADSL:n nopeuksilla. Myös esimerkiksi videopelien, videokatalogien ja videotietojen jakelu sopii hyvin siirrettäväksi ADSL-verkossa. Sen sijaan videoneuvottelut eivät välttämättä sovellu ADSL:llä siirrettäväksi, koska videoneuvottelu vaatii full duplex -yhteyden. [9],[11]
ADSL soveltuu erinomaisesti WWW-palveluun, jossa tarvitaan lähinnä yksisuuntaista yhteyttä. Paluukanavaa hitaampi lähtökanava ei ole ongelma. Yleensähän WWW-pohjaisia sovelluksia käytettäessä palvelimelle lähetetään lyhyt sivupyyntö ja varsinainen kaistankuluttaja on sivun sisällön siirtäminen palvelimelta omalle koneelle. Tilanteet, joissa dataa siirretään ulospäin suuria määriä ovat harvinaisempia. Useimmiten kyseessä on sähköpostin liite, jonka kulkua viiveet taas eivät juuri haittaa. [5],[9]
Eräs sovellusalue on yritysten LAN:it eli paikallisverkot. Puhelinverkko ulottuu lähes kaikkialle, joten se antaa uuden lähtökohdan yritysten työntekijöiden etätyö- ja etävalvontamahdollisuuksiin. [5], [9]
ADSL-tekniikka toimii olemassaolevilla puhelinkaapeleilla, joten uusia investointeja kaapelointiin ei tarvita. Tässä se voittaa kaapelimodeemit ja valokuituratkaisut. Näin se myös on yleistyessään edullinen. [9],[10]
Yhtä ainoaa puhelinlinjaa voidaan käyttää samanaikaisesti tehokkaaseen Internet-yhteyteen ja puhelin/fax-yhteyteen. Internet-yhteyttä voidaan pitää myös aina auki. Se on myös tietoturvaltaan parempi kuin esim. kaapelimodeemi, koska tilaajajohdin on vain yhteyden tilaajan käytettävissä. [6], [9],[10]
Nopeat yhteydet: ADSL on noin 60 kertaa 2*64 kbit/s toimivaa ISDN-liittymää tehokkaampi Se antaa myös paremman tiedonsiirtonopeuden kuin kaapelimodeemi, jossa nopeus vaihtelee kuormituksen mukaan. [6],[9]
ADSL-liittymä on vielä suhteellisen kallis. Tosin nyt on jo tarjolla yhteyksiä, jotka hinnoittelunsa puolesta sopivat myös kotiasiakkaille. [10]
ADSL on tarkka kaapelin pituuden suhteen, , koska signaali vaimenee huomattavasti pitkillä matkoilla. Tilaajakaapelin enimmäispituus onkin vain noin 6km. [1]
Jokainen kuparikaapeli on yksilö. Ei voida tietää kuinka jokin tietty kupariliittymä pystyy välittämän ADSL:n tasoista signaalia. Monin paikoin juuri huonot sääolosuhteet ja ikivanhat kaapeloinnit ovat esteenä ADSL:n käytölle. [9]
Saatavuusalueet ovat vielä aika rajoittuneita. Suurin osa alueista sijaitsee Helsingin alueella. Tosin verkkoja laajennetaan jatkuvasti ja tilanteen voidaan olettaa parantuvan. Myös toimitusaika vaihtelee paljon. Toimitusajat saattavat olla jopa kaksi kuukautta. Ongelman syynä on yleensä paikallisen puhelinyhtiön kaapelimonopoli ja viivätyksen syy voi johtua pelkästään asentajan odottamisesta. [5]
| Kotimaa | Ulkomaa | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| päivä | ilta | yö | Tiedoston siirto | päivä | ilta | yö | |
| Sonera ADSL | 14,8 | 18,6 | 19,5 | 91,5 | 12,6 | 11,9 | 12,9 |
| Kolumbus ADSL | 11,1 | 19,4 | 20,8 | 173,9 | 12,9 | 10,5 | 15,0 |
| Telia ADSL | 8,4 | 10,9 | 11,0 | 98,8 | 2,8 | 3,1 | 3,7 |
| Netsonic ADSL | 7,4 | 7,5 | 10,6 | 45,9 | 3,7 | 3,2 | 4,1 |
| Kolumbus ISDN | 6,5 | 6,0 | 6,5 | 13,6 | 5,7 | 4,8 | 5,6 |
Kaikilla palveluntarjoajilla nopeus vaihtelee huomattavasti etenkin päiväsaikaan.Web-sivujen latausnopeudet kilotavuina sekunnissa eivät ole läheskään samaa luokkaa kuin suurten tiedostojen imurointinopeudet. [5]
Vaikka pääosa Internet-liikenteestä suuntautuukin kotimaahan, suurin osa maailman Web-sivuista on muualla kuin Suomessa. Tästä syystä nopea yhteys ulkomaille olisi monelle tärkeää. Ulkomaan kaista on kuitenkin kallista eivätkä palveluntarjoajat sitä paljoakaan halua käyttäjille antaa. [5]