TEKNİK YAZI
Ethernet Aktarım Mesafeleri İki Tel Bakır Kablolar Üzerinden Nasıl Uzatılır?
İçindekiler
Ethernet Mesafeleri
IP yakınsaması, sistem verimini artırmayı amaçlayan operatörlerin ağ yönetimini merkezileştirmeye yönelmesiyle, endüstriyel otomasyon sistemlerinde gittikçe yaygınlaşan bir eğilim haline geldi. Mesafe ve bant genişliği gereksinimleri, ağ segmentlerini birleştirmede sistem mühendisleri için birçok alanda karşılaşılan, kritik bir konuya dönüştü. Uzaktan trafik yönetim merkezlerinde (remote traffic management centers, TMC) trafik denetimi için yerel video gözetim sistemi entegrasyonu, veya petrol/doğalgaz boru hatlarının büyük alanlara yayılmış istasyonlarından çevresel verilerin toplanması, bu alanlara örnek verilebilir. Uzun mesafe aktarım (100 m ve üzeri) gerektiren ağ birleştirmede tipik olarak kullanılan yöntem, fiber-optik bağlantılardır. Ancak, fiber-optik kablolar özellikle endüstriyel uygulama sahalarının uzak noktalarında her zaman mevcut bulunmamakta, uygulanması ise önemli derecede masraf ve zaman gerektirebilmektedir.
2004 yılında ABD Ulaştırma Bakanlığı, yeni bir fiber-optik altyapı inşasının neden olacağı yüksek maliyet göz önünde bulundurularak, gerçek zamanlı trafik videolarının aktarımında mevcut bakır hatların kullanılmış olduğunu açıklamıştır. Günümüzde bu tür endüstriyel uygulamalarda DSL teknolojisine dayalı Ethernet uzatıcı çözümler artık birçok üretici tarafından sunulmaktadır. Bu çözümlerde, uzun mesafeli ve yüksek hızlı veri aktarımı için, fiber-optik altyapıya alternatif olarak bakır telefon kabloları veya RS-485 çift sarmal kablolar gibi iki tel bakır kablolar kullanılır.
DSL Ethernet uzatıcıların endüstriyel otomasyonda kullanımının başlıca getirisi, uygulanmasının daha masrafsız olması ve gerektirdiği aracı malzeme olan bakır kabloların neredeyse her yerde bulunabilir olmasıdır. Bu durum, kabloların iki farklı yerdeki LAN’ler arasında noktadan noktaya bağlantı için endüstriyel operatörler tarafından kolayca uzatılabilmesini sağlar.
Mevcut bakır tel altyapılar, yüksek hızlı Ethernet ağları kurulumunda ve alışılagelmiş DSL bağlantılarıyla ulaşılabilen aktarım mesafelerini aşmada kullanılabilmektedir. DSL teknolojisinin uzun mesafeli haberleşme için G.SHDSL (symmetric high-speed digital subscriber line) ve yüksek bant genişliği uygulamaları için VDSL2 (very-high-bit-rate digital subscriber line 2) gibi çeşitleri, endüstriyel uygulamaların belirli aktarım mesafesi ve veri aktarım oranı gereksinimlerini karşılamak amacıyla geliştirilmiştir. Örneğin VDSL2 uzatıcılar 1280 x 720 HD çözünürlükteki 5 video yayınına yetecek bant genişliğini (H.264 @ 30 fps) 1 kilometrelik bir mesafe içerisinde sağlayabilmektedir.
DSL Ethernet Uzatıcı Uygulamaları
RS-485 Çift Sarmal Kablolar Üzerinden Uzun Mesafe Veri Aktarımı için G.SHDSL
Petrol ve doğalgaz uygulamalarında, RS-485 hatlar gibi petrol ve doğalgaz rafinerilerinde bulunan bakır tel altyapıları, IP tabanlı merkezi kontrolün sağlaması için uzakta bulunan analizör cihazların bağlanmasında kolaylıkla kullanılabilir (Şekil 1).
Bakır Telefon Kabloları Üzerinden Yüksek Bant Genişliğinde Veri Aktarımı için VDSL2
Akıllı ulaşım sistemleri (intelligent transportation system, ITS) uygulamaları için ise, merkezi kontrol ve denetim için mevcut gömülü bakır ağlar, trafik sinyalleri ile video kameraların trafik yönetim merkezleri ile bağlantısının sağlanmasında kullanılabilir. DSL Ethernet uzatıcıları, birçok ITS uygulamasına yönelik son derece maliyet etkin bir bağlantıya olanak verir.
DSL Kurulumunun Başlıca Zorlukları ve Püf Noktaları
Geçmişte genellikle üçlü telekom hizmetlerinde (telefon, internet ve televizyon) kullanılan DSL teknolojisi, endüstriyel otomasyonda yeni yeni kullanılmaya başlanmıştır. Öte yandan bu teknoloji, endüstriyel operatörlerin uygulama masraflarını önemli derecede düşürme potansiyeline sahiptir. Alışılagelmiş noktadan noktaya Ethernet bağlantısının bir çift DSL Ethernet uzatıcısıyla sağlanması ise, özellikle DSL teknolojisine aşina olmayan mühendislere oldukça zor gelebilir.
Aktarım Mesafesi ve Veri Oranları
Aktarım mesafesi ile veri aktarım oranı arasında ters orantı vardır: Aktarım mesafesi arttıkça, veri aktarım oranı düşer. DSL haberleşmenin iki ana türü olan G.SHDSL ve VDSL2, çift sarmal bakır kablo üzerinden noktadan noktaya veri aktarımına uygundur.
Sinyal Gürültü Oranı
Sinyal gürültü oranı (signal-to-noise ratio, SNR), iletilmek istenen sinyal ile aktarım aracının arka planındaki gürültü düzeyini karşılaştıran, iletilmek istenen sinyalin değeri ile gürültü değeri arasındaki orandır. Bununla birlikte, bu karşılaştırmada çoğu zaman asıl SNR değeri ile bir bağlantıyı belirli bir hızda sağlamak için gereken minimum SNR değeri (genellikle 6 dB) arasındaki farkı gösteren, desibel cinsinden hesaplanan logaritmik gürültü değeri (SNR payı) kullanılır. SNR payı 6 dB eşiğinin altına indiğinde, bağlantı düşer. Bu nedenle daha yüksek bir SNR değeri veya SNR payı, daha sağlam ve gürültüden etkilenme olasılığı daha düşük bir bağlantıya işaret eder.
- 6 dB altında – sıkça düşüş yaşanan, sağlam olmayan bağlantı
- 6 dB – 10 dB – gürültüye çok açık olan vasat bağlantı
- 11 dB – 20 dB – iyi bağlantı
- 20 dB – 28 dB – hızın maksimize edilmediği, fakat çok sağlam olan bağlantı
- 28 dB üstünde – hızın artırılmasına da fırsat veren en sağlam bağlantı
Veri aktarım oranı manuel olarak yapılandırılmadığında çift DSL Ethernet uzatıcılar, makul SNR payı mevcut iken (6 dB ile 10 dB arası) mümkün olan en yüksek veri aktarım oranını belirlemek üzere genellikle handshake (training) komutu uygular. Daha yüksek bağlantı hızı, genellikle daha düşük SNR payına ve daha yüksek SNR payı, daha düşük bağlantı hızına işaret eder. DSL Ethernet uzatıcılarda veri aktarım hızı manuel olarak yapılandırılırken bu ilişki de göz önünde bulundurulmalıdır.
Hat Kalitesi & Durumu
Daha büyük çapa (AWG) sahip kabloların genel olarak daha yüksek aktarım mesafesi sağlamasına karşın, aracı malzemenin fiziki durumu da aktarım kalitesi ve mesafesini etkileyebilir. Özellikle çevresel atıklara maruz kalmanın zamanla kablo birleşimlerini çürütebildiği ve kablo kaplamalarını/kılıflarını bozabildiği dış mekân uygulamalarında hat zayıflaması ve gürültü oranındaki artış, gitgide sinyal aktarımına engel oluşturmaya ve neticede kullanılabilir veri aktarımının durmasına neden olabilir.
Noktadan noktaya DSL Ethernet bağlantısının genel kalitesini birçok unsur belirler. DSL Ethernet uzatıcılar bağlantı hızını uyumlulaştırmaya çalıştığında, hat zayıflığı ve gürültü düzeyi verisi en uygun veri aktarım hızını belirlemek üzere toplanır. Öte yandan hat koşulları çabuk bozulabildiği ve gürültü düzeyi haberleşmeye ciddi anlamda sekte vurabildiğinden, yalnızca bu ön handshake komutuna dayalı sonuca göre hareket etmek en sağlam DSL bağlantısını garanti etmez. Özellikle kurulumun genelde dış mekânda yapıldığı endüstriyel uygulamalarda bu tür engellerle sıkça karşılaşılabilmektedir.
DSL Kurulumları Nasıl Daha Kontrollü Hale Getirilebilir?
İlk kurulum veya hat bakımı sonrasında sistem mühendisleri genellikle bağlantıyı doğrulamak amacıyla bir test gerçekleştirir. DSL Ethernet uzatıcılar arasında bağlantı sağlanamadığı takdirde bunun asıl nedenini belirlemek, DSL Ethernet uzatıcıların ancak çiftler halinde çalıştığı ve uzatıcılar arasındaki mesafenin birkaç kilometreye çıkabildiği düşünüldüğünde oldukça güç olabilir. DSL bağlantısının diğer ucunda cihaz yapılandırmasını teyit ederek gerekli ayarlamaları yapabilecek başka bir mühendis daha bulunmadığı takdirde, bağlantının DSL bölümünde sorun çıktığında bir mühendisin uzatıcılar arasında defalarca gidip gelmek zorunda kalması muhtemeldir.
Farklı uygulamaların birçok gereksinimi olacağı ve öngörülemez ortamlarda değişken hat koşullarıyla karşılaşılabileceği için, bu değişken unsurlar arasındaki ilişkilerin her olası senaryo için kesin olarak belirlenmesi neredeyse imkânsızdır. Bunun yerine, operatör ve mühendislerin uygulama esnasında sıkça karşılaştığı bağlantı sorunlarına dair birkaç senaryo üzerinden yola çıkılarak, DSL Ethernet uzatıcıların inovatif kullanımı yardımıyla bu sorunların nasıl üstesinden gelinebildiğini inceleyelim:
Otomatik Eşleştirme (CO/CPE Konfigürasyonu)
Bağlantı hatası, çift DSL Ethernet uzatıcıların (genellikle DIP anahtarlarında) yanlış ayarlanması nedeniyle ortaya çıkabilir. Telefon şirketlerince sağlanan geleneksel DSL hizmetindekine benzer olarak, çift DSL Ethernet uzatıcılardan birinin merkez ofis cihazı (CO, central office) olarak, diğerinin ise müşteri tarafı uç cihazı (CPE, customer premise equipment) olarak atanması gereklidir. Ethernet uzatıcılar otomatik eşleşme özelliğine sahip değil ise, CO/CPE ayarları Ethernet uzatıcılar arasında bağlantı sağlanamadığında ilk kontrol edilmesi gereken ayardır.
Yerinde Teşhise Yönelik Göstergeler
SNR payı ve veri aktarım oranı gibi geçerli bağlantı veya cihaz durumu bilgileri, özel DSL teşhis araçları gerektirmeden yerinde bakım ve sorun gidermeye olanak vermek üzere cihaz ekranında görünmelidir. Bağlantılar sağlam olmadığında, SNR payları ve veri aktarım oranları sorunun asıl nedenini belirlemek için en faydalı iki parametredir. Örneğin bağlantı sağlam değilse ve SNR payı düşük görünüyorsa, veri aktarımının büyük olasılıkla daha düşük bir orana ayarlanması gerekecektir. Eğer veri aktarım oranlarının daha yüksek kalması gerekliyse, aktarım mesafesi azaltılmalı ve/veya bakır kablolarda aşırı gürültü ile fiziksel hasar olup olmadığı kontrol edilmelidir.
Uzaktan Yönetim Araçları
Verimli DSL Ethernet uzatıcı yönetimi için port, güç, hız ve SNR durumu gibi gerçek zamanlı cihaz bilgisine uzaktan erişime olanak sağlayan bir teşhis aracı gereklidir. Bazı yönetilebilir DSL Ethernet uzatıcılar SNMP-etkin olma özelliğine sahiptir. Bu özellik, cihazların ağ yönetim yazılımında (network management software, NMS) tüm ağın denetimi yapılabilecek biçimde görünür olmasını sağlar. Operatörler, kontrol odasından ön teşhis, yapılandırma değişiklikleri ve rutin bakım kontrollerini yapabilmelerini sağlayacak araçlara sahip olmalıdır. Böylelikle bakım personeline yalnızca değiştirilmesi veya tamir edilmesi gereken donanıma yerinde müdahale etmede ihtiyaç duyulacaktır.
LFP/LFF (Bağlantı Hatası Düz Geçiş/İletme, Link Fault Pass-through/Forwarding)
Birçok uygulama, hat düştüğünde mümkün olan en kısa sürede tespit edilerek sistem arıza süresinin en aza indirilebilmesi için LFP/LFF özelliği gerektirecektir. LFP/LFF, bir hat düşme durumunu, hattın diğer ağ segmentleriyle bağlantısını kesmek üzere ilgili port’lara iletir. Böylelikle operatörlerin sorunun kaynağını çabuk tespit ederek bağlantıyı yeniden kurmaları sağlanır.
Kaynak: Eleanor Huang, Mark Wu (2013) “Extending Ethernet over 2-wire Copper Networks, Moxa Technical Writing Center