Il termine
ADSL (sigla dell'
inglese Asymmetric Digital Subscriber Line), nel campo delle
telecomunicazioni, indica una classe di tecnologie di
trasmissione a
livello fisico, appartenenti a loro volta alla famiglia x
DSL, utilizzate per l'accesso
digitale a
Internet ad alta
velocità di trasmissione su
doppino telefonico, cioè nell'
ultimo miglio della
rete telefonica (o
rete di accesso), mirate al mercato residenziale e alle piccole-medie aziende previa la stipulazione di un contratto di fornitura con un
provider del servizio.
filtro adsl
Caratteristiche generali
All'interno della famiglia di tecnologie
DSL, ADSL è caratterizzata dalla
larghezza di banda asimmetrica:
[5] da 640 kbit/s a diverse decine di Mbit/s in
download e da 128kbit/s a 1 Mbit/s in
upload. Questa asimmetria si adatta al
traffico generato dall'utenza residenziale
[6].
Gli accessi a internet ADSL o equivalenti vengono considerati "
banda larga" (o
broadband), e hanno ormai soppiantato quasi totalmente sia i
modem tradizionali analogici di tipo
dial-up, che consentono velocità massime di 56 kbit/s in download e 48 kbit/s in upload (standard
V.92), sia le linee
ISDN che arrivano fino a 128 kbit/s (utilizzando doppio canale a 64 kbit/s) simmetrici.
Il
doppino
telefonico in rame era stato progettato, e viene tuttora usato, per la
comunicazione in voce, che utilizza frequenze tra 300 e 3.400
hertz,
perché questa banda viene considerata come limite minimo per
l'intelligibilità della voce umana (ed era generabile nativamente dalla
"storica" capsula telefonica a granuli di carbone), ma ha in realtà una
banda passante di alcuni MHz. Per sfruttare tutta la banda effettivamente disponibile, vengono attualmente utilizzate tecniche di
Multiplazione a divisione di frequenza per separare il segnale vocale (sotto i 4 kHz) dal
traffico dati (sopra i 25,875 kHz), e il traffico dati in upload da quello in download.
Sin dai primi
anni sessanta lo stesso principio è stato utilizzato per la
filodiffusione, il cui segnale audio (20 - 15.000 Hz
modulato AM), utilizza frequenze portanti crescenti per ciascun canale, fino ai 350 kHz.
Il collegamento ADSL è terminato da un
modem ADSL a casa dell'utente (spesso incorporato in un
router ma anche interno nel computer), e da un
DSLAM nella
centrale telefonica:
essi hanno sostanzialmente le stesse funzioni lavorando in maniera
duale in una stessa trasmissione dati dalla centrale all'utente o
dall'utente verso la centrale.
La separazione tra il segnale vocale e quello dati viene effettuato tramite appositi
filtri denominati "
splitter" posizionati presso il domicilio dell'utenza e nella centrale telefonica. La parte a bassa frequenza del segnale, cioè la
fonia, viene inviata rispettivamente ai
telefoni
e ai commutatori telefonici preesistenti, preservando il servizio
telefonico; la parte in alta frequenza, cioè la parte dati, ai DSLAM o
al modem/router a casa dell'utente.
Un altro vantaggio della tecnologia ADSL è la separazione delle bande
dedicate al download e agli upload, a differenza ad esempio del
collegamento mediante protocollo
V.90 che essendo molto vicino al limite teorico di un canale telefonico non permette un sistema duplex alla massima velocità.
Aspetti tecnici
Modulazione
La
banda del
canale trasmissivo
viene suddivisa in vari sottocanali (detti "frequency bin") spaziati
tra loro di 4,3125 kHz. I canali tra 25,875 kHz e 138 kHz vengono usati
per i canali di upload, mentre quelli dai 138 kHz ai 1,1 MHz (2,2 MHz
per ADSL 2+) per i canali in download.
La
modulazione utilizzata è di tipo
OFDM (
Orthogonal Frequency-Division Multiplexing): i canali vengono utilizzati in parallelo, e sono modulati con un codice in modo da minimizzare l'
interferenza
tra loro. Questa architettura permette di sfruttare al meglio canali
trasmissivi "problematici" ovvero soggetti a disturbi sotto forma di
rumore
e interferenza, adattando la modulazione alle caratteristiche dei
singoli canali e scartando i canali inutilizzabili. Questa adattabilità è
necessaria perché vengono utilizzate linee di trasmissione con
caratteristiche eterogenee e soggette a varie forme di interferenza come
ad esempio la
diafonia da crosstalk. La velocità di connessione non è dunque costante e dipende dallo stato del
canale di comunicazione oltre che dalla
multiplazione statistica a domanda delle risorse trasmissive di rete disponibili al variare del numero di utenti connessi.
Sincronizzazione
Ciascun canale, in base alla sua qualità (
attenuazione,
rapporto segnale/rumore), può essere utilizzato a diverse frequenze di bit utilizzando costellazioni più o meno ampie di simboli.
Al momento di stabilire la
connessione,
il modem ADSL e il DSLAM analizzano la qualità della linea su ciascun
canale e decidono come utilizzare ciascun canale ("bits-per-bin
allocation"). Questa operazione è detta "sincronizzazione" del modem e
può richiedere anche alcune decine di secondi. Durante questa fase
normalmente il led "link" del modem lampeggia e diventa fisso quando la
sincronizzazione è stata ottenuta.
Nella scelta della costellazione da usare per ciascun canale viene scelto un compromesso tra
velocità di trasmissione e
affidabilità:
utilizzando una costellazione più ampia, cioè a maggior numero di
simboli, si ottiene infatti una velocità maggiore, ma aumenta al
contempo il rischio di disconnessione in caso di peggioramento della
qualità della linea.
La somma delle capacità negoziate su ciascun canale è la velocità di connessione riportata dal modem.
I modem sono normalmente in grado di adattarsi al mutare delle
condizioni della linea "spostando" bit tra canali ("bit swapping"), ma
se le condizioni della linea peggiorano troppo questa misura non è più
sufficiente e avviene una disconnessione.
Protocolli utilizzati
Sopra il collegamento di
livello trasmissione così stabilito, deve essere utilizzata una pila di protocolli piuttosto complessa per supportare
IP che è la seguente (in ordine a partire dal basso):
- Sul collegamento tra il modem e il DSLAM, e dal DSLAM al server di accesso, viene creato un circuito virtuale ATM.
- Per selezionare il protocollo trasportato in ATM, è necessario usare un metodo di incapsulamento, VC-MUX o LLC.
- nel circuito virtuale viene trasportato PPPoA oppure PPPoE.
- nel circuito PPP, viene finalmente trasportato IP.
Standard ADSL
Lo standard non-Annex ADSL2 e ADSL2+ supporta un'ulteriore larghezza
di banda di 256 kbit/s in upstream se viene usata normalmente per
chiamate vocali
POTS.
Una nuova tecnologia,
Dynamic Spectrum Management,
promette di elevare la banda del tradizionale doppino telefonico dagli
attuali 25 Mbit/s a 250 Mbit/s, grazie a modelli matematici più avanzati
di correzione del segnale, e a una modulazione intelligente della
potenza elettrica trasmissiva fra le varie bande.
In questo modo si riuscirebbero a eliminare gran parte delle
interferenze generate dalla distanza di trasmissione e dal mezzo
metallico. La tecnologia è brevettata da
John Papandriopoulos,
PhD all'Università di Melbourne, Australia, e necessita di alcuni anni per divenire commerciale.
ADSL e VDSL2
Una ADSL, in quanto asimmetrica (cioè velocità di upload diverse da
quelle di download) è adatta ad esempio al download via web, streaming
audio/video, ecc. Sono invece penalizzate le applicazioni per la
comunicazione di fonia (è infatti il caso del
VoIP ) e la condivisione dati (
file sharing in reti
P2P) a causa della generale bassa velocità di upload cioè di trasmissione attualmente (2007) offerta dai vari gestori.
In
Francia[7] dal
2005, e in
Germania[8] è stata introdotta la tecnologia
VDSL2 che fornisce una velocità
simmetrica di 50 Mbit/s sia in download sia in upload.
ADSL con IP statico e privacy
Le connessioni ADSL pongono un problema di
privacy, se l'
indirizzo IP
è configurato staticamente. In questi casi, poiché l'IP assegnato
all'utenza è lo stesso a ogni connessione, risulta facile identificare
il traffico dati generato dalla navigazione di questi utenti e
associarlo a quello relativo alle sessioni precedenti. Il numero
telefonico e il nominativo del titolare della linea utilizzata nella
connessione restano dati protetti (disponibili solo su richiesta della
magistratura), ma l'indirizzo IP viene registrato nei
file di
log
di qualunque sito visitato ed è trasmesso continuamente durante
qualsiasi tipo di trasferimento dati. Anche nel caso in cui si scelga di
non fare mai uso esplicito di nome e cognome le informazioni raccolte
possono essere aggregate in base all'indirizzo IP per risalire a
informazioni di carattere personale. L'uso di programmi, come
Tor o
Privoxy, e di trucchi per rendere anonima la connessione può aiutare a rendere più difficile la tracciatura; tuttavia il
provider
che fornisce il servizio di connettività ha sempre potenziale accesso a
tutte le operazioni effettuate. Fatto, quest'ultimo, altrettanto valido
per le
tradizionali connessioni dial-up
PSTN.
Installazione
L'attivazione del servizio ADSL lato utente richiede l'applicazione ai dispositivi "standard" (prese di
telefoni,
fax e modem analogici) di un opportuno
filtro (o
splitter)
ADSL, che fa sì che a tali apparati arrivino soltanto le frequenze
relative al servizio telefonico di base, bloccando a monte quelle per la
trasmissione dati, che altrimenti possono generare disturbi e fruscii.
Attualmente (2007) i produttori di modem e router hanno la tendenza a
installare un filtro passa-alto ad alto grado (5º o superiore)
direttamente dentro il modem, così facendo tutti gli eventuali rumori o
disturbi causati dal modem nella gamma delle frequenze telefoniche (0 –
4.000 Hz) vengono eliminati a monte, evitando che si diffondano nel
sistema telefonico classico permettendo, in alcuni casi, di poter
escludere i filtri applicati a ogni singola presa telefonica presente
nell'abitazione.
Frequenze utilizzate dall'ADSL
Un filtro analogo deve essere installato presso la centrale telefonica.
ADSL e linee ISDN
Si noti che su una linea
ISDN,
negli stati come l'Italia, dove è applicato lo standard ITU G.992.1
Annex A, non può essere aggiunta l'ADSL, perché ci sarebbero delle
frequenze in comune. In questi casi viene aggiunta una nuova linea
telefonica che però non è collegata al servizio di fonia standard. In
Germania e in
Svizzera,
dove lo sviluppo di ISDN era molto elevato, si è invece preferito
chiedere ai costruttori di apparati di sviluppare versioni localizzate
che lasciassero libere le frequenze usate da ISDN, come previsto dallo
standard ITU G.992.1 Annex B. Inoltre l'ISDN ha la differenza, rispetto
all'ADSL, di digitalizzare anche chiamate telefoniche oltre al flusso
dati che però è significativamente inferiore a quello dell'ADSL.
Attualmente (
2007) in
Italia
le velocità stanno aumentando e le offerte da 4, 6 e più Mbit/s sono
comuni, ma stanno diventando sempre più frequenti le offerte
ADSL 2+,
a 12, 20 e 24 Mbit/s. La velocità media è a volte sotto il picco
teorico perché la banda tra il DSLAM e la rete IP è frazionata fra molti
utenti. Come accade per l'ADSL2 a 20 Mbit/s, soltanto chi abita in
vicinanza della centrale telefonica potrà godere di questa velocità. Il
segnale decade rapidamente e a 5 km di distanza la velocità di download
non supera i 640 kbit/s.
Il problema dei MUX e dei DSLAM
Teoricamente metà della banda disponibile su un singolo doppino può
essere dedicata al segnale analogico che serve 700 utenze telefoniche;
l'altra metà per utenze ADSL. Il numero di utenze servibili dipende dal
"taglio" di banda richiesto.
Talvolta la centrale telefonica risulta coperta da ADSL, ma ad alcuni
numeri di telefono della centrale non è attivabile la banda larga
perché i rispettivi doppini sono collegati a un
MUX.
Il MUX infatti alza la bassa frequenza delle chiamate vocali fino
alle alte frequenze del segnale ADSL. In questo modo la banda destinata
all'ADSL viene utilizzata per il traffico voce di altre 700 utenze
telefoniche risparmiando un secondo doppino che altrimenti sarebbe
necessario per servire altre 700 utenze telefoniche. I MUX quindi
dimezzano la quantità di doppini necessari, ma utilizzano frequenze
necessarie al funzionamento dell'ADSL limitando dunque la velocità
massima del collegamento dati in
Internet a soli 56 kbit/s della linea telefonica (128 se si ha una linea
ISDN).
Se la
centrale telefonica è servita da ADSL (ossia ha un
DSLAM),
o è a pochi chilometri da un'altra servita da ADSL, il problema può
essere risolto senza un onere eccessivo. Viene tolto il MUX in modo da
liberare la banda del doppino da riservare all'ADSL e questo doppino
viene collegato a un
DSLAM.
Così viene realizzata la copertura di 700 utenze, ma ovviamente le
altre 700 che utilizzavano la banda ADSL per le chiamate vocali tramite
MUX restano senza linea telefonica. Per evitare ciò è necessario dunque
stendere un nuovo doppino fra la centrale telefonica e il punto di
terminazione dei doppini delle utenze. Questo processo è quindi
necessario per ogni doppino che era collegato al MUX.
Dunque, se non si riceve il segnale ADSL sono possibili essenzialmente 2 casi:
- centrale con DSLAM (coperta da ADSL) e doppino "sfortunato" collegato a MUX;
- centrale senza DSLAM (con o senza MUX): è il caso più probabile e frequente.
I Mux sono di tipo MD48 (più vecchi) e MPX1(più recenti); vi è
inoltre un terzo tipo MUX ASS che a differenza dei primi due serve meno
utenze mediamente 30-60, ed è collegato alla centrale tramite rame e non
tramite fibra a differenza degli MD48 e MPX1. Il MUX ASS dovrebbero
essere di marca
Telettra, una azienda italiana che oggi non c'è più.
GLi
UCR sono apparati ancora più vecchi, che funzionano sempre con
multiplexing a divisione di frequenza.
I mux di nuova generazione sono in grado di supportare l'ADSL mentre
per i modelli MD48 e MPX1 sono stati ideati i MiniCab detti in gergo
"zainetti" che permettono a un massimo di 48 utenze servite da MUX di
usufruire di ADSL e supportano la tecnologia ADSL2+ anche se al momento
quest'ultima non è funzionante poiché vi sono problemi di
surriscaldamento. Questi zainetti sono stati installati in via
sperimentale in alcune delle zone provviste di MUX delle grandi città.
Si prevede che presto questi zainetti verranno installati in tutte le
zone "muxate" di tutti i comuni italiani e le utenze servite saranno
tutte quelle sotto MUX.
Dall'estate 2008 vi sono anche i
mini-dslam per armadio (le
caratteristiche sono simili ai minidslam per centrale) ufficialmente
utilizzati dal monopolista per gli apparati UCR, collegati in rame alla
centrale, e si pensa che siano utilizzabili anche per i MUX ASS poiché
sono anch'essi collegati in rame. Sfortunatamente le pianificazioni per
questi apparati vanno molto a rilento.
Mini-DSLAM
Il Mini-DSLAM è una soluzione progettuale che può fornire una
velocità di connessione massima di 640 kbit/s per utenza telefonica
collegata, per un numero che varia da 64 a 128 utenze per apparecchio
installato.
In una centrale telefonica, tipicamente sono installati alcuni DSLAM
adsl chiamati "Mini" non tanto per la dimensione ma per la banda che
possono erogare all'utenza.
La soluzione è adottata per le centrali telefoniche che non sono collegate in
fibra ottica, ma su doppino.
Nelle stesse centrali, potrebbe essere installato un DSLAM, come
quelli di una normale ADSL, con la stessa banda passante, dove un
ponte radio collega la centrale telefonica alla rete, in assenza di fibra ottica.
Il Mini-DSLAM è scelto quindi sia per ragioni tecniche sia
economiche, per avere un'installazione ADSL meno onerosa, al prezzo di
una velocità di connessione molto più bassa.
La velocità di connessione effettiva commerciale è stata fissata a
640 kbit/s senza possibilità di crescita a causa della scarsa banda di
backhauling. Per ottenere un
upgrade della banda, è necessario
affiancare il mini-DSLAM con un altro dslam ATM o Ethernet su Gigabit
Ethernet che successivamente viene installato in sede alla centrale
telefonica se viene finanziata la fibra necessaria alla rete di dorsale.
Nella configurazione base andata per la maggiore dal 2007 (anno di introduzione di questa ADSL ridotta) lo standard g.shdsl.bis
[9], è stato utile per il
backhauling
di centrali con Mini-DSLAM, per ottenere una banda simmetrica a fasci
di 2 Mbit/s cadauno. In genere si collegavano 4 fasci per un totale di
banda di backhauling di 8 Megabit/s.
Compatibilità del Mini-DSLAM con tecnologie DSL
Le linee collegate a Mini-DSLAM possono essere servite con tecnologia
HDSL,
se nell'armadio ripartilinee sono disponibili quattro coppie (doppini)
in rame inutilizzati. All'armadio ripartilinee sono collegati tutti i
doppini della rete locale, è l'apparato più vicino alle utenze
telefoniche, e si trova accanto ai MUX/UCR, se presenti.
Dove è installato il Mini-DSLAM, non è invece disponibile la connessione
SHDSL, a meno che si trovi una coppia in rame libera. SHDSL è una
tecnologia proprietaria, che richiederebbe l'installazione di un Mini-DSLAM differente e dedicato.
Allo stesso modo, la tecnologia
Symmetric Digital Subscriber Line (SDSL) richiede l'installazione di un
hardware proprietario, di un fornitore differente e non compatibile con quello dei Mini-DSLAM.
Quindi, se vi sono coppie di rame libere, è possibile attivare HSDL,
SHDSL e/o SDSL. Ogni coppia in rame trasporta un flusso dati fino a 2,3
Mega
bits e può essere usata per HDSL, SHDSL, SDSL, ADSL o ISDN.
Per SHDSL basta una coppia libera, mentre per HDSL, che viaggia a 8
Mbit/s, servono 4 coppie libere.
La coppie di rame libere permettono di aggirare l'ostacolo legato a vecchi apparati di rete. Eventuali
hardware
proprietari (modem, etc.), incompatibili con questi apparati di rete,
vengono installati direttamente presso l'utente, e in centrale
telefonica.
Il problema della fibra ottica
Per la
copertura a banda larga di un territorio oltre al DSLAM è necessario in genere anche la presenza della
fibra ottica a partire dalla prima centrale telefonica (
Stadio di Linea) verso lo
Stadio di Gruppo Urbano
per raccogliere su di sé le bande larghe dei vari doppini entranti dal
lato utente. A ogni modo gli Stadi di linea della rete telefonica
risultano molto spesso già
cablati
in fibra verso lo Stadio di Gruppo Urbano lasciando quindi il problema
della copertura ADSL come un fatto unicamente dovuto alla mancanza delle
opportune apparecchiature in centrale (DSLAM e MUX di cui sopra) e alla
distanza effettiva dell'utenza finale dalla centrale stessa. I costi
eventuali di posa della fibra così come quelli degli apparati possono
essere tali che l'investimento non produca un adeguato ritorno economico
per l'operatore se il numero di utenti da servire su un territorio è
basso.
Se si vuole aumentare la
banda larga a disposizione dell'utente fino alle centinaia di Mbit/s e oltre come previsto ad esempio per le future
Next Generation Networking è auspicabile la presenza della fibra ottica anche nella
rete di accesso come peraltro garantiscono
Fastweb,
Telecom e
Vodafone in alcune città d'Italia.
Fibra ottica o ponte radio
Se la centrale telefonica non è servita da fibra ottica, il
ponte radio è una soluzione per fornire banda larga, senza penalizzare le prestazioni.
Gli operatori telefonici tratta adottano ponti radio PDH/SDH o IP, che prevede
parabole simili a quelle
satellitari, con un diametro che può variare dai 60 cm, per tratte di pochi chilometri, ai 120 cm, per tratte molto lunghe.
I ponti radio usano frequenze a 24
GHz su
licenze dal
Ministero delle Comunicazioni. La frequenza è tale che non risente di fenomeni atmosferici ovvero disturbi di
radiopropagazione.
La qualità del servizio è in genere molto buona, nonostante il
segnale subisca un'attenuazione con la distanza, e in presenza di ostacoli fisici in
traiettoria ottica. Il segnale degrada rapidamente a 5 km di distanza dalla parabola.
Utilizzo
ADSL viene usato per la
connessione
a Internet sul cosiddetto "ultimo miglio", ovvero il tratto di doppino
telefonico tra il domicilio dell'utente e la centrale telefonica. Questo
tratto di doppino è normalmente dedicato a una sola utenza, anche se
per gran parte si trova in
cavi multicoppia insieme ad altri doppini.
Uno dei punti di forza delle tecnologie ADSL è la possibilità di
usufruirne senza dover cambiare i cavi telefonici esistenti. Questo
risultato è ottenuto al costo di una certa complessità tecnologica: le
capacità fisiche della
linea trasmissiva
vengono sfruttate al limite, e ben oltre l'utilizzo per cui le linee
stesse erano state progettate. Di conseguenza le prestazioni ottenibili
dipendono fortemente dalla distanza dalla centrale, dalla qualità dei
cavi, dalla presenza di eventuali disturbi elettromagnetici lungo la
linea (
interferenze da
diafonia).
La scelta di dedicare una banda maggiore al downstream piuttosto che
all'upstream risiede essenzialmente nel fatto che il DSLAM costituisca
il punto più rumoroso del local loop, in esso è il segnale in upstream
ad avere la minore intensità, ponendo quindi un vincolo in termini di
SNR,
tuttavia, generalmente, l'utente residenziale ha maggior bisogno di
banda in download dalla rete piuttosto che per trasmettere dati verso di
esse, al contrario gli utenti business devono ricorrere alle più
costose
linee dedicate.
Aspetti commerciali
I
DSLAM
installati nelle centrali telefoniche modulano il segnale sul doppino
in rame, e hanno un costo di circa 15.000 euro a centrale telefonica per
la copertura del servizio.
Nonostante le nuove linee ADSL 2+, in
Italia circa 10 milioni di persone non hanno la possibilità di accedere a una ADSL 20 Mbit/s, perché la
copertura adsl
non serve ancora molte località. Si potrebbero, per ovviare ai problemi
di copertura della linea, per esempio, sfruttare alternative come l'
extended adsl o il
wi-fi (vedasi
digital divide).
La banda minima garantita (
MCR) è a discrezione del
provider. Teoricamente ADSL non ha una velocità minima, massima e un
throughput
medio, ma un solo parametro di velocità: nei contratti è infatti
indicata una sola velocità, che propriamente è detta velocità di punta
(Peak Cell Rate, PCR). Gli operatori mettono a disposizione dell'utente
un canale con date caratteristiche, quali PCR e MCR. Eventuali
rallentamenti possono essere dovuti a diversi fattori, tra cui
congestione del nodo
ATM oppure problemi di banda del nodo (server) remoto a cui si inoltrano le richieste. Alcuni operatori effettuano
overbooking:
la somma dei singoli MCR delle connessioni supera l'MCR del nodo di
attestazione. Questo significa che potrebbero verificarsi delle
congestioni a causa dell'elevato traffico generato contemporaneamente
dagli utenti.
Tipicamente, i contratti ADSL non garantiscono la continuità del
servizio. In caso di interruzioni dovute a cortocircuiti, allagamenti o
atti vandalici nelle centrali telefoniche, danneggiamento dei
cablaggi
durante cantieri di lavoro, l'utente con tariffa flat è tenuto dal
contratto a pagare anche per i mesi in cui l'ADSL non è più disponibile
sulla sua linea.
La legge sul
servizio universale
impone di garantire il servizio voce e una banda minima di 30 kbit/s
per le connessioni Internet. Le linee ADSL di Telecom o le linee di
altri operatori attestate in wholesale Telecom hanno una banda minima
garantita di 10 kbit/s, che è quella richiesta per il traffico voce, e
non garantisce nemmeno un collegamento Internet in connessione
analogica.
