Sistemi di accesso ad alta velocità:
ADSL
Sistemi di accesso ad alta velocità:
ADSL
Gianluca Daino Gianluca Daino
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione
Università degli Studi di Siena Università degli Studi di Siena
daino@unisi.it daino@unisi.it
• 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
Cos’è ADSL
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 medie- alte velocità di trasmissione.
• 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.
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
• 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.
Caratteristiche generali di ADSL
• 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.
• 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.
Perché ADSL?
• Richiesta di banda crescente
• 600 milioni di loop in rame nel mondo
• Asimmetria dei servizi
• Bassi costi
• 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.
Caratteristiche generali di ADSL
S
Modem ADSL NT-ADSL S
Rete telefonica
Rete trasmissione
dati
Centrale telefonica
Casa utente
S
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)
• 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 traffic telefonico e traffico dati. o
• 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.
POTS
MUX ADSL
S S
Rete di transito
CENTRALE
ATU-C
NT-ADSL ATU-R
Architettura generale di ADSL
ATU - R = ADS Terminal Unit - Remote ATU - C = ADS Terminal Unit - Central POTS = Plain Old Telephone Switchs Uplink (< 1 Mb/s)
Downlink (<8 Mb/s)
• La trasmissione contemporanea del servizio di telefonia in banda base e del servizio ADSL avviene attraverso la separazione in frequenza tra i due segnali.
Aspetti trasmissivi
• La separazione spettrale dei due segnali viene ottenuta tipicamente collegando alla borchia di utente un filtro denominato POTS splitter (S).
Esempio di separazione tra il segnale telefonica e il segnale ADSL
S ATU - R
Utente
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.
Esempio dello spettro del segnale ADSL senza cancellatore d’eco:
gli spettri occupati da segnale telefonico, dati in upstream e downstream sono separati
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.
Frequenza (KHz) 1100
25 200 20
Upstream
Downstream Fonia
Fonia
Spettro downstream
Spettro upstream
250
Frequenza (KHz) 1100
25 200 20
Upstream
Downstream Fonia
Fonia
Spettro downstream
Spettroupstream
250
Frequenza (KHz) 1100
25 200 20
Upstream
Downstream Fonia
Fonia
Spettro downstream
Spettro upstream
Frequenza (KHz) 1100
25 200 20
Upstream
Downstream Fonia
Fonia
Spettro downstream
Spettro upstream
Caratteristiche generali di ADSL
• 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
• fornire le funzionalita’ per la gestione della rete di accesso.
Aspetti trasmissivi
ATU - C MUX ADSL
S
Centrale Rete di transito
Utente
M U X
ADSL 1 ADSL 2 ADSL n ATU - C ……..
Architettura di rete per servizi ADSL/SHDSL
• 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 IP
Router
ATM Node
POP
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.
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.
Riassumendo…
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).
Linea analogica diretta
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.
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.
Linea analogica complessa
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 10 100 1000 KHz
voce Upstream Downstream
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.
Vantaggi per gli utilizzatori finali
¾ 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.
¾ permette alte velocità di trasmissione soprattutto in downstream ( dal provider verso l’utente)
¾ consente la fruizione di servizi innovativi su Internet,
¾ 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 Km- 2Km 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.
• 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.
Architettura VDSL
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.
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
Fattori di sviluppo della larga banda in Italia
Lo sviluppo della banda larga in Italia
0 1 2 3 4
q4 2001
q1 2002
q2 2002
q3 2002
q4 2002
q1 2003
q2 2003
q3 2003
q4 2003
q1 2004 Più di 3,1 milioni di
accessi
Milioni Linee Broadband (tutte le piattaforme)
Nota: i dati considerano tutte le piattaforme di accesso.
Fonte: stime Telecom Italia, 2004
DSL: Distanza tra l’utente e la centrale locale
100% dei doppini di rame 80
60 40
20 0
0 2 4 6 8 10 12
km14
Lunghezza
Italia UK (BT) Giappone
Francia Germania USA
Al diminuire della distanza tra l’abitazione dell’utente e la centrale locale migliora la qualità dei servizi xDSL.
Al diminuire della distanza tra l’abitazione dell’utente e la centrale locale migliora la qualità dei servizi xDSL.
Fonte: stime Telecom Italia, 2004
48%
34%
5% 18%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Tin.It
del broadband
Concorrenza tra piattaforme: le quote di mercato
61%
17%
6% 22%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Tin.It
Italia (Mar 2004) Principali distretti* (Mar 2004)
Fonte: elaborazioni Telecom Italia ed Analysys, 2004
(*) I principali distretti sono Milano, Roma, Torino, Genova, Bologna e Napoli
Linee DSL retail di Telecom Italia
Linee degli OLO su piattaforme alternative (ULL+fibra+satellite) com
O Linee DSL wholesale di Tele Italia commercializzate da OL
La presenza di
infrastrutture alternative
stimola la concorrenza La presenza
di
infrastrutture alternative
stimola la concorrenza
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.
Il digital divide
La copertura ADSL in Europa (giugno 03)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
B L FIN D A NL S I DK E P UK F
urbano sobborghi rurale
Fonte: IDATE
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 78 a 83 Da 83 a 90 Da 73 a 78
La copertura ADSL in Italia
Numero centrali
10.365 5.973
4.392 76%
24%
Totale centrali terminali
Centrali connesse in
fibra ottica
Centrali non collegate in fibra
ottica
Sud Resto d’Italia
meno del 25%
tra 25% e 35%
tra 35% e 45%
tra 45% e 55%
Oltre il 55%
Distribuzione delle centrali non connesse in fibra
sul territorio
9Le 4.392 centrali non raggiunte da fibra ottica corrispondono a circa il 10,8 % della popolazione telefonica
La diffusione dell’infrastruttura ottica
È pos ibile segmentare la popolazione in base al numero di media usati:
s
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
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)
Mono-medialiMulti-mediali
Fonte: Secondo rapporto Censis-Ucsi sulla comunicazione in Italia, 2002
Il cultural divide: le famiglie
Quasi la metà della
popolazione italiana non ha accesso a Internet e ai nuovi servizi della società
dell’informazione
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 PC- based
• Pagamento con soli due
„click“, con addebito sulla bolletta telefonica o su carta di credito
•Sei aree tematiche principali
• Open access da ogni piattaforma broadband
