Дом бита

Георгий Башилов, 

Подробно о HomePNA — сравнение стандартов, практические советы, обзор различных HomePNA-адаптеров.

Время отпусков как ни одно другое подходит для того чтобы посетить какие-то новые места или наоборот, побродить там, где бывал когда-то счастлив. Вот и на этот раз, оказавшись в одном старинном русском городе, волею случая мне нужно было подключиться к Интернету. Что, в общем-то, не представляло никакой проблемы: проделать необходимые для этой нехитрой процедуры манипуляции — заключить договор, выбрать логин, пароль, проплатить аванс — можно было в любом из салонов связи, в изобилии разбросанных по городу. Кое-где не требовался даже и паспорт, а объем предложения, хотя бы и косвенно, позволял судить о спросе. Правда, способ подключения выбирать не приходилось, и вместе с подзабытым уже диалапом вернулись и давние страдания1: стрелка часов, неумолимо пожирающая остатки денег на счету, скорость подключения к Сети, никак не желающая — хотя бы в мыслях — приблизиться к скорости соединения с провайдером, и удручающая череда разрывов соединения.

Положительно, для того чтобы пользоваться коммутируемым доступом, надо очень любить Интернет. А ведь, по опыту, все перечисленные проблемы исчезают — стоит перейти на постоянное подключение к Сети, в любой из его ипостасей, будь то кабельный модем, xDSL или, сейчас все чаще и чаще, Ethernet.

Первые две технологии традиционно уповали на сложившуюся инфраструктуру — телефонную лапшу и телевизионный коаксиальный кабель. Правда, в силу дороговизны они так и не получили сколь-нибудь широкого распространения, по крайней мере в России, оставаясь скорее средством коллективного доступа, для подключения к сети группы абонентов, объединенных локальной сетью, тем же Ethernet, с неизбежной прокладкой витой пары и связанными с этим проблемами.

Но — есть еще порох в пороховницах. На арену готовится выйти HomePNA (Home Phoneline Network Aliance), технология, изначально задумывавшаяся совсем не для удаленного или даже коллективного доступа. Скорее, для вещей гораздо более прозаических — организации локальной сети по имеющейся телефонной лапше в одной отдельно взятой квартире. Ну, или особняке.

Технология, разумеется, не нова — «Компьютерра» успела написать о ней не год и не два назад. Но, до недавнего времени, закрытая и для российского, и даже — для европейского рынка — опять же, из-за изначальной установки маркетологов и производителей на домашние телефонные сети. Кои если и есть, то лишь в далекой Америке — где еще, за редкими исключениями, найдется телефонный кабель, проложенный по всей квартире и подключенный более чем к одной розетке?

AMD-HPNA

Контроллер AMD

Впрочем, и в Америке дела у HomePNA шли вовсе не гладко — в одной из линуксовых конференций я подсмотрел диагноз, поставленный Аланом Коксом (Alan Cox) в январе этого года: «I suspect homepna is dead to be honest», — сразу вслед за рассуждениями о закрытости станларта HomePNA 2.0 (в части патентов, возможно принадлежащих Broadcom) и отсутствия драйверов для Linux для оборудования этого производителя: других то просто нет, а этот — упорно не желает открывать программные интерфейсы.

Стандарт тем не менее развивался, несмотря на все предсказания и задержку на старте. Вслед за версией 1.0, обеспечивавшей передачу 1 Мбит/с на расстояние по крайней мере 150 метров, появилась спецификация 1.1, в которой были переработаны выходные каскады и, по всей видимости, увеличена мощность сигнала, а за ней — и HomePNA 2.0 со скоростью 10 Мбит/с и дальностью (по спецификации) 1000 футов, или 300 метров. Или, если быть излишне точным, 304 и сколько-то там сантиметров.

Ряд, судя по всему, будет продолжен. Организаторы альянса HomePNA поговаривают о скоростях 100 Мбит/с, но это, скорее, мысли вслух. Что касается практики — осенью прошлого года Broadcom выпустила чипсеты, обеспечивающие скорость передачи до 20 Мбит/с2. С этого момента интерфейс HomePNA 2.0 становится неотъемлемой принадлежностью многих наборов микросхем этой компании, реализующих кабельные и ADSL модемы. А одна из новинок компании, BCM93352VCM, реализует на одной микросхеме кабельный модем, IP-телефон, по одному интерфейсу 10/100 Мбит/с Ethernet, USB 1.1 и — два канала HomePNA 2.0, опровергая досужие домыслы о якобы нереализуемости коммутаторов этого стандарта из-за радиочастотных наводок между каналами.

Broadcom-HPNA

Контроллер HPNA компании Broadcom

Хотя... какая-то доля правды в этом есть: как показывает опыт, HomePNA может обойтись и без проводов, вернее, без одного! Пусть и с потерей и дальности, и скорости передачи данных, но соединение может быть установлено и по одному проводу — очевидно, контур замыкается через проходные и другие паразитные емкости. Чему отчасти способствует и высокая рабочая частота: HomePNA использует для передачи данных частоты от 4 до 10 МГц, что позволяет с одной стороны меньшей кровью решить проблемы со сплиттерами и частотными фильтрами3, а с другой — легко и непринужденно обходить небольшие неоднородности в сети, скрутки и плохие контакты.

Диапазон частот, кстати, довольно чистый, радиостанций в нем работает немного, да и спектр частот гармоник электрического тока сосредоточен ниже 1 МГц. Последний факт, по правде говоря, вызывал у меня сильное желание поэкспериментировать с домашней проводкой, но обо всем по порядку.

Для передачи информации HomePNA использует собственный формат кадра, инкапсулирующий эзернетовские пакеты, а для совместимости с предыдущим стандартами, из ряда HomePNA 1.x, для заголовков и тел кадров используются разные способы модуляции. В заголовке — pulse position modulation (PPM), взятая из HomePNA 1.0/1.1, а в теле кадра — FDQAM, или Frequency Diverse QAM, разновидность квадратурно-амплитудной модуляции, в которой один и тот же символ передается два раза, и, судя по названию, на несколько различающихся частотах, что хотя бы отчасти позволяет решить проблему с отражениями и интерференцией сигналов в линии — пучности и нули для разных частот будут образовываться на разных ее участках.

Как и Ethernet, HomePNA использует для доступа к среде передачи данных метод доступа с разрешением коллизий CSMA/CD, поэтому трудно ожидать от HomePNA 2.0 скоростей передачи больших, чем у 10 Мбит/с Ethernet, скорее они будут даже меньшими — ведь полнодуплексного HomePNA (пока?) нет. Опять же, продолжая аналогию с Ethernet — c проникновением HomePNA в телекоммуникационную отрасль, начавшимся весной этого года, на рынке появилось множество концентраторов и коммутаторов HomePNA, правда, пока — только для стандарта 1.1. Ну а коммутаторы стандарта 2.0, судя по тому, с какой скоростью развиваются события4 — не за горами.

И, завершая аналогии с Ethernet: HomePNA реализует на канальном уровне собственные механизмы управления качеством передачи данных, DFPQ (distributed fair priority queuing), реализуя на уровне доступа к среде восемь уровней приоритетов: при возникновении коллизий станции с большими приоритетами, например, задействованные в данный момент времени для IP-телефонии, начнут попытки передавать свои пакеты раньше, чем остальные5.

Но все вышеизложенное, как говорится, теория. Самое время перейти к практике. Не так давно в мои руки попало сразу несколько HomePNA-адаптеров и, что характерно, нескольких стандартов. Предупреждаю сразу: соревнование было неравным, что, скорее всего, и предопределило его итог. Итак:

• Компания Zyxel представляла стандарт HomePNA 1.1 (многие производители телекоммуникационного и сетевого оборудования вообще — странное дело — почему-то тяготеют именно к этому стандарту). Здесь было два игрока: PEC50 (конвертер Ethernet/HomePNA 1.1) и PPC10 -(сетевой PCI-адаптер с двумя интерфейсами — Ethernet 10BaseT и HomePNA 1.1).

Zyxel-PEC50

Zyxel PEC50

Zyxel-PPC10

Zyxel PPC10

• На стороне HomePNA 2.0 играло две команды. 3Com выставила на поле набор начинающего сетевика: HomeConnect Home Network 10 Mbps Phoneline PCI Kit 3С410 из двух карточек HomePNA 2.0, а D-Link в лице своего эксклюзивного дистрибьютора оборудования стандарта HomePNA компании «Связькомплект» представила USB/HomePNA-адаптер DHN-120 и PCI-карточку DHN-520.

3Com 3C410 HPNA

3Com 3C410

DLink-HPNA-adapter-DHN-120

D-Link DHN-120

DLink-DHN520-HPNA

D-Link DHN-520

Приз зрительских симпатий достался конвертеру PEC50, не потребовавшему для инсталляции вообще никаких усилий, за исключением разве что двух щелчков разъемами RJ-11 и RJ-45.

А дальше — дальше было сложнее. DHN-520 для установки на материнскую плату потребовал дополнительной расточки одной из прорезей алмазным надфилем, по счастью, оказавшимся под рукой, но и это не помогло. Либо моя системная плата оказалась несовместима с этим адаптером, либо в мои руки попал один из первых, тестовых образцов. О чем, кстати, честно предупреждала инструкция, гласящая, что данный адаптер изготовлен еще до появления на свет спецификации HomePNA 2.0, то есть, как ни крути, в прошлом веке!6

Проверять все это хозяйство на соответствие спецификациям не хотелось, поэтому набор тестов ограничился проверкой совместимости оборудования разных стандартов — все работало безотказно и не потребовало никаких дополнительных настроек. Кстати, единый, низкоскоростной формат заголовков кадров позволяет карточкам стандарта HomePNA 2.0 на ходу «договариваться» о скорости передачи данных, которая может меняться в пределах от 4 до 16 Мбит/с, или, в случае iLine32, от 8 до 32 Мбит/с.

Следующим испытанием стала телефонная линия между мной и провайдером Интернет протяженностью около километра, на которой до этого успешно работали и Гранчи, и ADSL, и HDSL-модемы, оказавшаяся непосильным препятствием для всех адаптеров, со сплиттером или даже без. Впрочем, HomePNA 1.1 даже не испытывался (почему — чуть ниже).

Зато выявилась еще одна полезная особенность xDSL-сплиттеров, вернее, сплиттера, доставшегося мне от «Гранч» — они ограничивают зону действия сегмента HomePNA, не выпуская HomePNA-трафик наружу. А само оборудование стандарта HomePNA никак не влияет на работу HDSL-модемов.

А дальше — приготовьтесь, дальше самое интересное. Пробежавшись взглядом по стенкам любой квартиры — при условии, что в последнее время в ней не делали евроремонта — вы наверняка обнаружите скромную розетку для подключения проводной радиоточки. Сети проводного вещания есть (и наверняка сохранилась по всему СНГ) во всех российских городах — про зарубежье, увы, не знаю. И эта сеть, как показали данные моих экспериментов, как будто специально разработана для стандарта HomePNA 2.0.

Сначала — об устройстве радиотрансляционной сети. Практически в каждом из населенных пунктов (еще бы, ведь сеть изначально предназначалась, помимо промывки мозгов, еще и для трансляции сообщений гражданской обороны и только в наше смутное время стала приходить в упадок) имеется радиоретрансляционный узел. Передатчик, на нем установленный, по сетям, очень похожим на сети воздушной проводки 220 В, и примерно таким же напряжением, разве что — переменноамплитудночастотным, вещает на близлежащие дома. Мощность такого передатчика обычно составляет несколько киловатт.

Inhome-traslation-netВ каждом из домов установлены согласующие понижающие трансформаторы. Чаще всего, к одному трансформатору мощностью 10 Вт подключается до сорока абонентов, так что каждому достается по 0,25 Вт полезной мощности. А для того, чтобы абоненты не мешали друг другу и не выводили из строя дорогостоящее оборудование, служат ограничивающие резисторы, сопротивлением, как правило, от 150 до 300 Ом — какой из номиналов оказался под рукой, когда строилась сеть. Все абоненты в пределах сегмента, ограниченного трансформатором, подключены к общей шине (см. рисунок).

Так вот, с минимальными переделками, эта сеть подходит и для передачи данных со скоростями несколько мегабит в секунду (напомню, к каждому из сегментов HomePNA можно подключить до 32 абонентов, объединеных шиной произвольной топологии, главное чтобы между дальними узлами было не более 300 метров).

Впрочем, работает и без переделок, правда, не очень здорово. Из-за ограничивающих резисторов выходные каскады адаптера не могут «прокачать» общую шину, которая, как следствие, «подсасывает» в себя все окружающие помехи. Как результат — катастрофическое падение скорости передачи данных между этажами (см. таблицу). Пройдя восемь этажей, с четвертого по восьмой, или, всего-то, около 30 метров, система впадает в ступор, сигнал наличия линии то вспыхнет, то погаснет, а данные — не передаются.

 

Скорость передачи данных по FTP, Кбайт/с

Этажи

 

1-4

4-8

4-12

Без переделки

800

480

250

-

С переделкой

800

720

650

550

Впрочем, всё (или почти всё) поставили на место два оказавшихся под рукой конденсатора номиналом 820 пФ, включенные в параллель с сопротиылениями на одном из концов линии (см. вторую строку таблицы; первый столбец — скорость передачи данных внутри квартиры, до первой пары ограничивающих резисторов). Подозреваю, если поставить конденсаторы с обоих концов линии, и немного поиграть с их номиналами, скорость может быть увеличена еще больше.

И, странное дело, испытание оказалось непосильным для оборудованияч HomePNA 1.1 (по крайней мере, в моем случае; статистики у меня пока нет). Без шунтирующих конденсаторов сигнал преодолел только первую пару резисторов, добравшись до общей шины.

Впрочем, если задуматься, это неудивительно. Гарантированные в HomePNA 2.0 300 метров наверняка дались непростой ценой, ведь на них надо передавать (старым способом модуляции) и заголовки кадров. Наверняка пришлось увеличивать выходную мощность каскадов, работать над их линейностью, увеличивать разрядность АЦП, конструировать новые алгоритмы обработки — в общем, принимать целый комплекс мер. О чем, хотя бы косвенно, позволяет судить то, что согласующие каскады в чипсетах Broadcom вынесены в отдельную микросхему (см. фото), и только осенью прошлого года Conexant объявила о начале поставок однокристальных контроллеров HomePNA 2.0.

Что же касается ближайших перспектив — похоже, HomePNA всерьез заинтересовался Комитет по проводному радиовещанию РФ — по крайней мере, судя по июньской пресс-конференции компаний «Связькомплект» и D-Link.

Не исключено, что HomePNA 2.0 как нельзя лучше впишется в структуру областной «Электросвязи». Ведь сейчас складывается странное положение — в Московской (и, наверняка, в некоторых других) области новых телефонных абонентов предпочитают подключать по DECT, а для Интернета планируют использовать ADSL. Где взять столько телефонных линий? Без проводного радиовещания, которое, вдобавок, входит в структуру электросвязей, не обойтись...

А вот для того чтобы составить серьезную конкуренцию Ethernet хотя бы на ближайшие несколько лет, и производителям, и провайдерам предстоит всерьез подумать над ценами. Ведь сейчас они близки, если не сказать — сопоставимы.


1. И дома, и на работе — постоянное подключение к Сети. [вернуться]

2. Так называемый iLine20. На сайте можно встретить упоминания и об iLine32, но это скорее маркетинговый ход, и 32 Мбит/с относятся, видимо, к скорости на линии, а не в канале. По ощущениям, Broadcom сама пока не разобралась в терминологии. Поживем — увидим. [вернуться]

3. Чем ниже частота, тем выше емкости и индуктивности фильтров, и, соответственно, размеры комплектующих. [вернуться]

4. Весна этого года удивительно насыщена событиями для HomePNA. Теперь он признан и Международным телекоммуникационным союзом: в апреле ITU-T опубликовала международный стандарт на домашние телефонные сети — Recommendation G.989.1 (Phoneline Networking Transceivers Foundation). [вернуться]

5. В CSMA/CD задержка выбирается случайным образом. Правда, для того чтобы реализовать QOS, поддержка DFPQ должна быть обеспечена либо на уровне операционной системы, либо механизмами трансляции приоритетов из Ethernet — в HomePNA. Работает ли это на практике, выяснить не удалось, да и задачи, если честно, не ставилось. [вернуться]

6. Тем не менее, в «Связькомплекте» — дома и стены помогают — адаптер все-таки заработал. [вернуться]


Автор
Георгий Башилов

Комментарии