Модемы в каналах связи и радиосвязи

Размещено на http://www.allbest.ru

Реферат

Модемы в каналах связи и радиосвязи

Оглавление

1. Модемная связь в информационных сетях

2. Семиуровневый протокол модемной связи

3. Классификация и устройство современных модемов

4.Сравнение модемов использующих различные типы передающей среды

4.1 Модемы для 2-х/4-х проводных медных линий

4.2 Обычный модем

4.3 LD-модемы

4.4 xDSL-модемы

4.5 ISDN-модемы. Устройства доступа к каналам Е1/Т1, Е2/Т2, Е3/Т3

1. Модемная связь в информационных сетях

Развитие промышленности, экономики и сферы обслуживания в странах современного мира невозможно без решения задачи надежного информационного обеспечения всех звеньев хозяйственной цепи, связанных между собой сетями и каналами связи. Гигантские сети, подобные Интернету, объединяют миллионы ЭВМ и ПЭВМ в единую систему, в которой каждый абонент может пользоваться скоростными каналами связи с максимальной информационной пропускной способностью. В подавляющем большинстве это цифровые каналы связи, имеющие высокую помехоустойчивость.

Простейшая типовая система обмена информационными данными между двумя абонентами приведена на рис. 1. В абонентских точках А и В размещаются оконечные терминалы данных (ОТД), в иностранных источниках для их обозначения применяется международный термин Data Terminal Equipment (DTE). Часто в качестве ОТД используются обычные ЭВМ.

Каналом передачи может служить двух- или четырехпроводная линия связи, а в сверхскоростных системах ? волоконно-оптическая линия (ВОЛС). В городских телефонных линиях необходима коммутация сигналов, поэтому их называют коммутируемой телефонной сетью общего пользования (

Рис. 1. Типовая система передачи данных

Различают два класса каналов: цифровые и аналоговые. Аналоговые каналы до недавнего времени имели более широкое распространение по причине простоты их реализации. Сложные и дорогие цифровые каналы отличаются повышенной помехоустойчивостью и более высокой пропускной способностью, поэтому в последние годы они интенсивно используются при замене аналоговых.

К сожалению, машинные коды ЭВМ, несущие цифровую информацию, не могут быть переданы на большие расстояния по следующим причинам:

1) с течением времени в них накапливается постоянная составляющая тока, блокируемая трансформаторами, что приводит к искажению передаваемых импульсов;

2) передача длинных серий нулей или единиц может приводить к нарушению работы устройств синхронизации;

3) на уровне физического канала КТСОП теряется возможность контроля за возникновением ошибок, вызванных помехами.

Эти проблемы могут быть решены введением специального линейного кодирования (коды Манчестер, NEW, CMI, коды Миллера и др.). На сверхдальних расстояниях (десятки, сотни и более километров) не помогает и линейное кодирование, проблема может быть решена только путем введения режима манипуляции поднесущих и несущих частот, а также c помощью использования импульсной модуляции высоких частот.

Устройства, преобразующие машинные коды в сигналы, способные преодолевать большие расстояния в канале передачи, называются аппаратурой канала данных (АКД). Для их обозначения широко используется и международный термин Data Communications Equipment (DCE). В нашей стране с начала 60-х гг. прошлого столетия эти устройства назывались модуляторами и демодуляторами сигналов или сокращенно ? модемами. В последние годы модемы кроме модуляции стали выполнять множество других функций: коррекцию ошибок, сжатие информации и адаптацию по скорости ее передачи.

Модем должен обеспечивать надежное соединение как с терминальным устройством ОДТ, так и с каналом КТСОП. Эту задачу выполняют интерфейсы модемов, которые в отечественной литературе называются также стыками. Интерфейс - это программно-аппаратные средства для взаимодействия двух процессов или систем в месте их сопряжения. Стык, связывающий модем с ОДТ, обозначается в схемах как С2, а стык модема с каналом ? как С1.

Стык С2 состоит из входящих и исходящих цепей в ОДТ, разъемов, соединительных кабелей и адаптеров. Стандарты по интерфейсам С2 определяют их общие характеристики, характеристики функциональные, а также электрические и механические. К стыкам С2 стандарты относят интерфейсы V.24, RS-232, RS-449, RS-422A, RS-423A, V.35 и др.

Стыки С1 используются для согласования передаваемых через модем последовательностей сигналов с параметрами аналогового или цифрового канала связи. В недалеком прошлом подавляющее число модемов, используемых на практике, относилось к аналоговым, так как обслуживало аналоговые телефонные и сигнальные линии связи. Для каналов КТСОП и выделенных каналов тональной частоты были разработаны стандарты стыков С1-ТФ и С1-ТЧ (ГОСТ 26557-85). С появлением в качестве ОТД быстродействующих ПЭВМ стыки С1 и С2 были адаптированы и для пропускания цифровых сигналов. К цифровым относятся каналы систем ИКМ, T1 / E1 и др.

В табл. 1 показано, как базовые услуги, предоставляемые каналами модемной связи, зависят от скорости передачи информации.

Таблица 1 - Базовые услуги при различных скоростях передачи сигналов

Базовые услуги	Телеграф	SMS, E-mail	Речь, пение	Текст Internet	Графика Internet	Видео среднего класса	Видео высокого класса
Скорость передачи, кБит/с	0,2 - 1	1 - 10	10 ? 56	56 ?115	115 ? 380	380 ?1000	1000 - 104

2. Семиуровневый протокол модемной связи

Любая информационная сеть (совокупность множества связанных между собой компьютеров) может существовать как открытая для взаимодействия система, обмен информацией внутри которой организован по так называемому протокольному принципу. Протокол в системе связи - это совокупность правил и алгоритмов, обеспечивающая интерпретацию машинных кодов на верхнем уровне ЭВМ для превращения их на более низких уровнях в сигналы, постепенно подготавливаемые к отправке в физическую линию канала передачи.

На каждом нижестоящем уровне существует свой протокол по обработке сигнального кода, который вносит вклад в его преобразование с последующей передачей на следующий более низкий уровень. Сигнальный код остается неподвижным вплоть до передачи его в физическую линию, попав в которую он начинает движение со скоростью света по направлению к своему абоненту.

Международная организация стандартов (МОС) еще в 60-е гг. прошлого века разработала открытый стандарт связи ISO7498 (Open Systems Interconnection ? OSI), т. е. модель обмена данными согласно 7-уровнему протоколу, каждый уровень которого обеспечен своей инструкцией. Профиль этого протокола для модема телефонной линии приведен на рис. 2.

Протоколы высокого уровня занимают седьмой, шестой и пятый этажи

7-уровневого протокола. Седьмой уровень называется пользовательским, поскольку на этом уровне начинается стыкование ЭВМ с вычислительной сетью.

Шестой уровень называется представительным. В сети, объединяющей разнотипные ЭВМ, передаваемая от них информация должна иметь единую форму представления, которую и определяет протокол шестого уровня.

Пятый уровень протоколов называется сеансовым, потому что на этом уровне образуются сеансы, разделяющие прикладные процессы информационных сигналов на фрагменты, облегчающие их взаимодействие в коммутируемых каналах КТСОП. Каждому фрагменту на пятом уровне приписывается пронумерованный заголовок ? сообщение. По номерам фрагментов, которые в точку приема могут приходить с задержками из-за коммутаций в КТСОП, восстанавливается вся передаваемая в точку В информация по конкретной теме.

Рис. 2. Схема модема для телефонной линии

Четвертый, третий, второй и первый этажи занимают протоколы нижнего уровня, обслуживающие транспортную сеть. Выход информации в транспортную сеть производится через так называемый порт ОТД. Число портов у пользователя равно числу адресатов, с которыми он взаимодействует в данный момент.

Четвертый уровень протокола называется транспортным. На этом уровне каждому фрагменту приписывается заголовок передачи, где указывается номер порта назначения фрагмента. Такой фрагмент с заголовком называется блоком. Четвертый уровень управления на приемном конце линии по заголовку блока отделяет свою информацию от чужой и передает ее через свой порт на сеансовый уровень для формирования сообщения.

Третий уровень протокола называется сетевым. На этом уровне определяется траектория движения блока по узлам сети. Для этого к блоку добавляется заголовок пакета, в котором содержится информация о состоянии транспортной сети связи, о загруженности ее каналов, состоянии узлов. Эта информация необходима для определения маршрута продвижения пакета. На приемном конце сетевой уровень по заголовку пакета примет его и направит на четвертый уровень.

Второй уровень называется канальным. В соответствии с его протоколом из пакета образуется кадр со своим заголовком и концевиком кадра. Для обозначения кадра в его начале и конце ставятся так называемые флаги, каждый в виде байтовой последовательности 01111110. Между флагами размещается кадр, а его заголовок и концевик ? спереди и сзади флагов. В заголовке помещается информация для управления каналом связи, а концевик используется для проверки правильности передачи информации на приемном конце. При правильном приеме в узел, откуда пришел кадр, направляется подтверждение о приеме, в противном случае - требование на повторную передачу кадра, Эту информацию в исходный узел доставляет концевик.

Первый уровень протокола называется физическим. На физическом уровне работает модем, определяющий правила обработки и передачи каждого бита передаваемой информации в физическую линию.

Схема наращивания информации при прохождении ее по протокольным уровням представлена на рис. 3. Эти уровни, определенные стандартом 60-х гг., в настоящее время считаются избыточными и весьма условными. В современных ЭВМ верхние уровни протокола объединяются, поскольку шины данных и порты в ЭВМ стандартизованы. Протоколы обязательны для каждой сети, но в различных сетях они могут значительно отличаться друг от друга. Так, например, в линиях поездной радиопроводной связи используются интерфейсы, построенные на основе трехуровневого протокола информационно-логического взаимодействия, содержащего физический, канальный и логический уровни.

Физический уровень представляет симметричную двух- или четырехпроводную линию связи с типовыми параметрами и линейным сигналом передачи. Канальный уровень преобразует цифровой сигнал сначала в NRZ-код, а затем в дифференциальный бифазный кодовый сигнал, который после обработки попадает в линию и со скоростью свыше 19 кбит/с уходит к абоненту. Такого рода параметрами обладают модемы первой группы с линейными драйверами (управляющими программами), занимающие более узкую полосу частот передачи, чем исходные цифровые сигналы.

Модемы второй группы реализуют сложные виды манипуляций (КАМ, р/4-DQPSK, которые позволяют существенно снизить полосу частот и увеличить скорость передачи в сигнальной линии до 100 кбит/с.

Рис. 3. Схема наращивания информации по уровням протокола

3. Классификация и устройство современных модемов

Как показывает практика, существует огромное количество и разнообразие различных типов и конструкций модемных устройств, обслуживающих сети и каналы связи, их условную квалификацию можно провести по следующим признакам: область применения, методы передачи, поддержка протоколов.

1. По области применения различают модемы телефонных каналов, волоконно-оптических каналов и радиомодемы.

2. По методам передачи - асинхронные и синхронные. Синхронизация режима организуется двумя способами, связанными с тем, как работают тактовые генераторы в DTE отправителя и получателя: независимо друг от друга (асинхронно) или согласованно (синхронно).

3. По конструкции - внешние, внутренние и портативные.

4. По поддержке протоколов - модемы с протоколами модуляции, исправления ошибок, сжатия информации, адаптации к скорости передачи информации и модемы со смешанными протоколами.

Один из вариантов многочисленных схем модемов представлен на рис. 4. Структурная схема содержит интерфейсы С2 и С1, процессор (PU), сигнальный процессор, элементы памяти ПЗУ, ОЗУ и ППЗУ.

Рис. 4. Структурная схема модема

Если используется внутренний модем, то вместо стыка С2 применяется интерфейс внутренней шины компьютера ISA или USB, при этом порт канального интерфейса С1 модема обеспечивает согласование электрических параметров с используемым аналоговым или цифровым каналом связи.

Универсальный процессор (PU) устанавливает интеллектуальные возможности модема. Эти возможности определяются микропрограммой управления модемом, хранящейся в постоянном запоминающем устройстве ПЗУ (ROM). Постоянное энергонезависимое перепрограммируемое устройство ППЗУ позволяет в современных модемах существенно улучшать их характеристики, т. е. модернизировать режимы работы. Такая модернизация дает возможность модемам обеспечивать поддержку новых протоколов или сервисных функций, таких, например, как автоматическое определение номера вызывающего абонента (АОН).

Сигнальный процессор реализует функции протоколов модуляции и демодуляции сигналов, используя возможности оперативного запоминающего устройства ОЗУ (RAM). В общем виде сигнальный процессор или модем с функциями модуляции и демодуляции представлен на рис. 5, он содержит передатчик, приемник, источник питания, эхо-компенсатор и схему управления, включающую в себя упомянутые выше микропроцессор (PU) и память (ПЗУ, ППЗУ И ОЗУ).

Рис. 5. Схема аналогового модема

В схеме передатчика выполняются операции скремблирования, помехоустойчивого кодирования, синхронизации, а также частичной компенсации при помощи эквалайзера нелинейностей амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик используемого телефонного канала. Скремблирование предназначено для придания свойств случайности передаваемой последовательности данных с целью уменьшения избыточности сигнала и облегчения выделения тактовой частоты приемником удаленного модема.

В приемнике производятся обратные операции демодуляции, декодирования и дескремблирования принятого сигнала. Адаптивный эквалайзер приемника (как и эквалайзер передатчика) компенсирует нелинейные искажения, вносимые телефонным каналом.

Эхо-компенсатор позволяет устранить влияние друг на друга встречных телефонных сигналов при помощи дифференциальных систем (ДС), осуществляющих развязку между четырехпроводным каналом модема и двухпроводной линий КТСОП. Более подробно описание каналов модемной связи, принципы их работы и протоколы приводятся в литературе по специальным дисциплинам.

4. Сравнение модемов использующих различные типы передающей среды

4.1 Модемы для 2-х/4-х проводных медных линий

Обычный телефон использует 2-проводную коммутируемую линию. Таким образом, только два провода соединяют модем с АТС. Одни и те же два провода используются для питания постоянным током, передачи звонка, набора номера, мониторинга состояния рычага (трубка положена / трубка поднята) и передачи сигнала в обоих направлениях. Это тот тип телефонных линий, который доступен большинству людей у них дома или на работе. Поскольку одни и те же два провода используются для приема и передачи сигналов, эхо передаваемого сигнала также будет получено передающим модемом, и перед приемником модема будет стоять задача удалить это эхо перед демодуляцией.

Интересно отметить, что между АТС передача идет по 4-м проводам. Телефонное обслуживание по выделенному каналу также можно получать от телефонной компании в 4-проводном виде. Обычно также использование выделенной линии не предусматривает питание постоянным током, передачу звонка или функцию набора номера. Четырехпроводные модемы работают по двум выделенным линиям. Одна используется только для приема, другая -- только для передачи (в дуплексном режиме). Делается это для ослабления влияния эха, которое мешает приему сигнала.

Раньше такие модемы ценились. Четырехпроводный модем может работать и по двухпроводной линии, а четырехпроводные протоколы допускают и двухпроводную реализацию. Однако эти протоколы являются специальными.

Сейчас во всех новых скоростных протоколах (V.32ххх, V.34, V.90) проблема эха существенно ослаблена, и они являются только двухпроводными. Однако, если нужно высокое качество, то надо использовать выделенную линию.

4.2 Обычный модем

И так, как уже говорилось, обычные модемы применяются конечным пользователем дома или в офисе.

Данные модемы имеют либо внутреннее, либо внешнее исполнение, используют только аналоговые телефонные каналы, поэтому максимальная скорость передачи не превышает 33600 бит/с (V.34+), а приема 56Кбит/с (V.90). Чаще всего асинхронные, иногда синхронно-асинхронные. Совместимы с системой Hayes команд. Обычно предназначены для работы с 2-х проводной коммутируемой или выделенной линией, реже являются 4-проводными. Поддерживают аппаратно коррекцию ошибок и сжатие данных.

Вот некоторые возможности применения обычных модемов:

Дозвонщик. Обеспечивается программами для набора номера. В результате даже простейший телефонный аппарат приобретает возможности интеллектуального. Именно, можно легко набирать номер, причем многократно, если он окажется занятым (автодозвон). Программируется интервал между попытками (что редкость для аппаратов) и число попыток.

Обмен файлами. Позволяет сэкономить уйму времени, по сравнению с передачей дискеты.

Управление удаленным компьютером. Позволяет фактически работать за удаленным компьютером, соединенным с пользовательским по схеме точка -- точка. Ваш экран и клавиатура действуют в точности, как экран и клавиатура удаленного компьютера, но с некоторой задержкой. Удаленный пользователь также может работать за удаленным компьютером. Таким образом, можно работать "дуэтом", например, двоим редактировать статью.

Эмуляция терминала. Позволяет подключиться терминалом к хосту и работать, используя ресурсы хоста (мощного компьютера).

Доступ к глобальным информационным сетям. Такие сети предоставляют своим подписчиками широкий сервис по обмену и получению информации (FidoNet, Internet).

Удаленное использование локальной сети. Удаленный пользователь может использовать ресурсы локальной сети, как обычный локальный пользователь, но с некоторым замедлением, связанным с более низкими скоростями телефонных каналов.

В последнее время повсеместо к возможностям обычных модемов добавились передача/прием факсов и прием голосовых сообщений.

Факс-Модем - прежде чем перейти к описанию факс-модемов для компьютеров, необходимо пояснить, что такое факс или факсимильный аппарат в частности, факсимильный аппарат (далее просто факс или телефакс) служит для передачи или приема графических и текстовых черно-белых изображений по телефонным линиям. Выглядит как большой телефонный аппарат, и им можно пользоваться как обычным телефоном. Но, в отличие от обычного телефона, в него устанавливается рулон термобумаги (для распечатки получаемого изображения), есть также автоответчик. Если вы хотите пользоваться факсом одновременно и как телефоном, и как автоответчиком, и для приема/отправки факсовых изображений, то вам надо установить автоматическое срабатывание автоответчика и факса на пятый-шестой звонок телефона. Если вы успеете поднять трубку раньше, то будете разговаривать как по обычному телефону (впрочем, ничто не мешает вам при этом в любой момент включить факс на прием или отправку изображений, нажав соответствующую кнопку). Стандартный пример такого рода факса - факс РАNАSONIС КХ-F110В (около $ 400).

Факсимильные аппараты в основном используются организациями для отправки и приема счетов, документов и др.

Те же самые функции позволит выполнить и факс-модем совместно с компьютером (обычный телефон при этом включается параллельно). Но, на первый взгляд, такой вариант факсового устройства менее удобен. Во-первых, для автоматического приема компьютер должен быть всегда включен, что не всегда приемлемо Во-вторых, если вы даже находитесь у телефона, а компьютер не включен, вам придется его включать и запускать соответствующую программу. В-третьих, для от­правки изображения его необходимо сперва перевести в компьютер, а для этого нужен сканер. Правда, вы можете просто перепечатать текст и отправить его, но при этом подписи или печать (организации) передать невозможно.

С другой стороны:

Экономится довольно дорогая термобумага для факса и бумага вообще (большинство факсов достаточно лишь прочитать, не распечатывая).

Файл-сообщение несколько лучше читается, чем факс. Это объясняется исключением фазы сканирования, которая понижает разрешение документа и тем, что в офисах регламентные работы на факс аппаратах никто не проводит.

Использование же планшетного сканера (а не сканера факса) позволяет пересылать такие документы, которые в обычный факс либо не поместятся, либо будут повреждены им.

Посылка факса с помощью модема производится быстрее, т.к. не надо предварительно печатать сообщение. Попутно экономится бумага для лазерных и струйных принтеров, которая отнюдь не обычная, а специальная.

Есть возможность программировать посылку нескольких факсов в заданное время, например ночью.

В факс-модем в последнее время популярно добавлять голосовые возможности (см. ниже), которые позволяют использовать модем как автоответчик, что ещё более повышает ценность подобного устройства. Современное программное обеспечение для голосовых факс-модемов (например BitWare) обеспечивает реализацию всех его возможностей, что исключает необходимость установки в офисе нескольких устройств, загромождающих рабочее место и захламляющих его отходами своей деятельности. Кроме того факс-модемы несравнимо дешевле (30-50$) собтвенно телефакса.

Скажем пару слов о стандартах факсимильных аппаратов. Эти стандарты интересны для нас потому что их должны поддерживать и факс модемы для обмена с этими аппаратами.

Развитие факс аппаратов отражено в принятых международных стандартах. В настоящее время известно 4 стандарта на факс аппараты, или, как принято называть, 4 группы.

Группы 1 и 2 относятся к вышедшим из употребления медлительным и несовершенным аппаратами.

Современные аппараты относятся к группе 3, что записывается еще как Group III или G3 Fах. Эти аппараты передают черно-белые изображения со скоростями 2.4, 4.8, 7.2, 9.6, 14.4, а сейчас уже и 19.2 Кбит/с по аналоговым каналам (телефонной сети). Стандарт на группу 3 постоянно со­вершенствуется, идя в ногу со временем.

Аппараты группы 4 предназначены для передачи по цифровым каналам. В их числе ISDN, сеть с коммутацией пакетов Х.25 и т.д. Предусмотрена передача цветных изображений (в группе 3 только черно-белые). Группа 4 определена стандартом Т.6 IТU-Т (в 1987 г.). Принципиально то, что, во-первых, он несовместим с группой 3, т.е. не позволяет работать на обычных (аналоговых) коммутируемых телефонных линиях, а во-вторых, в настоящее время нет экономических стимулов перехода на новый стандарт. Так в свое время переход на группу 3 стимулировался экономией графика за счет высокой скорости. Широкое распространение группа 4 получит только вместе с цифровой телефонией.

Предусматривает аппараты с различными возможностями в рамках единого стандарта. Сканирование изображения осуществляется цифровым методом (в предыдущих стандартах -- аналоговым). Поэтому факс сообщение является растровым (точечным), причем пиксел является черно-белым.

Предусмотрено три уровня разрешения. При передаче изображения применяется сжатие данных, что позволяет уменьшить размер файла на 80--90%. Скорость передачи составляет около 30 сек. на 1 страницу.

Заметим, что передача факсов идет, как правило, без коррекции ошибок: ошибочные строки точек (а не букв) пропускаются или выводятся "как есть". Считается, что небольшие ошибки в рисунке и тексте некритичны.

Работу факс аппаратов группы 3 регламентируют IТU-Т стандарты Т.4 и Т.30. Т.4 определяет возможности группы 3 (размер листа, разрешение и т.д.), а Т.30 -- распознавание возможностей аппаратов, согласование параметров, формирование страниц изображений, алгоритмы сжатия.

Особенностью факсов является полудуплексность передачи. Поэтому все протоколы для передачи факсов работают в полудуплексном режиме и на коммутируемой линии.

Фирменный стандарт V.17terbo появился совсем недавно и в точности повторяет историю с V.32terbo. В частности и авторитетный разработчик тот же (АТ&Т Раrаdуne) и полная совместимость снизу с предшествующим стандартом V.17. В настоящее время это стандарт де-факто аппаратно поддержан новыми модемами, которые используют микросхемы АТ&Т. Дело за софтом: пока с ним умеет работать еще очень мало программ. На момент написания нам известна была только одна -- FАХ WORKS for ОS/2.

Факс модемы автоматически поддерживают стандарты Т.4 и Т. 30, так что не обращайте внимания на их наличие на упаковке.

Напомним, что обычно передача факсов идет без коррекции ошибок, а ошибочные строки точек пропускаются. Точнее в стандарт Т.30 опционально входит коррекция ошибок ЕСМ (Еrrоr Соrrесtion Моdе), но т.к. это требует большой памяти для запоминания переданных блоков, то реализуется в очень дорогих модемах. В факс модемах класса 1 это реализуется софтом (например Delirina FАХ Рrо, Miсrоsоft FАХ)).

Естественен вопрос, а почему данные передаются со скоростью 33.6, а факсы - всего 14.4 или 19.2? Действительно, уже давно прошла информация о разработке стандарта с условным названием V.34FАХ, который позволит достичь скорости 28.8, но до сих пор время его выхода и появление соответствующих модемов - в тумане.

Аналогично Hayes-командам, существуют наборы команд по управлению факс модемами группы 3, только этих наборов целых три. Так же, как и Hayes набор, они не являются международными стандартами, однако связаны с достаточно авторитетной американской организацией ЕIА.

Соответственно, если модем поддерживает набор команд класса х (х=1,2,2.0), то говорят, что это факс модем класса х и иногда пишут, например, Сlass 1.

Соотношение между классами команд следующее. Сначала был утвержден класс 1 (документ ЕIА/ТIА-578). Это команды "нижнего уровня". Поэтому сколь-нибудь необходимые для управления их "макрокоманды" (согласование параметров, контроль временных задержек и интервалов и т.д.) должен выдавать софт.

В то время СРU компьютеров были слабенькими и была тенденция разгружать их посредством сопроцессоров. Поэтому решили для поднятия быстродействия некоторые макрокоманды реализовать аппаратно в модеме.

Пока ЕIА/ТIА обсуждала и согласовывала новый набор, к моменту его принятия крупнейший производитель модемных чипов фирма Rockwell выпустила свыше миллиона факс модемных чипов со своим набором команд. Чаще именно этот набор, который стал стандартом де-факто, называют классом 2. Если имеется в виду набор ЕIА, то пишут явно ЕIА Сlass 2 Fах Cоmmand set.

Сейчас ЕIА/TIА приняла новый стандарт 2.0 (ЕIА/TIА-2388), устраивающий обе стороны, и сейчас он есть в новых модемах.

Проблема заключается в том, что еще используется немало старого софта, который понимает только класс 2.

Аппаратная реализация класса 2 всегда работает быстрее и надежнее. Однако добавление функций и обновление стандарта проблематично.

В настоящее время быстродействие СРU резко поднялось и вновь стало привлекательно использовать класс 1. Дело в том, что в софт легко включить дополнительные возможности. Новые элементы стандарта Т.30 (обновляется каждые 4 года) легче учесть программно, чем покупать но­вый модем. В частности коррекция ошибок ЕСМ, включенная как опция в Т.30, реализуется развитыми программами, работающими с классом 1 (Delirina FАХ Рrо, Miсrоsоft FАХ), редко - в факс аппаратах и пока ни в одном факс модеме класса 2. Дело в том, что для аппаратной реализации ЕСМ требуется большая память, что удорожает аппарат или модем.

В продаже есть факс модемы и класса 1, и класса 2. В первом приближении пользователь вообще может не интересоваться классом команд своего модема, т.к., во-первых, модем поставляется с соответствующим софтом, а во-вторых, практически любой софт поддерживает оба класса команд.

Производители часто добавляют к командам класса 1 (реже класса 2) свои факс команды (как в случае хайес команд) и называют общий набор расширенным набором АТ факс команд (Ехtеnded FАХ АТ Соmmands).

Заметим, что, в отличие от хайес команд, факс команды предназначены в основном для выдачи софтом, а не пользователем (кроме команд опроса возможностей модема и изготовителя). Команды всех классов начинаются с префикса АТ+.

Голосовой модем . Этот тип модема позволяет:

Принимать из телефонной сети голосовые сообщения, записывая их в файл.

Воспроизводить в телефонную сеть ранее сформированные голосовые (в общем случае звуковые) файлы.

Файл, сформированный голосовым модемом, можно затем проиграть несколькими способами, например:

- на динамик компьютера;

- более качественно звуковой платой;

- на трубку телефонного аппарата

Никаких специальных подсоединении, как в предыдущем случае, делать не надо.

Наговорить файлы можно и в динамик телефонной трубки, если подсоединить ее подходящим образом к модему.

Голосовой модем обычно выполняется как расширение факс модема. В настоящее время он так же обычен, как в свое время факс модемы.

Термин голосовой точнее, чем звуковой, т.к. телефонная сеть передает лишь голосовую часть звукового диапазона, отрезая высокие частоты.

В отличие от хайес или факсовых команд для звуковых модемов пока не существует промышленного стандарта де-факто. Существуют как бы сами по себе стандарт V.70 (ITU-T) и IS101 (TIA) с Class 8 командами. К тому же изготовители добиваясь эффективности, вводят свои команды и соответственно выпускают специализированный софт к таким модемам.

Оцифрованный звук при записи в файл обязательно сжимают. Дело в том что для приемлемого качества без сжатия получается поток данных в 64 Кбит/с Это слишком много для СОМ порта. Поэтому применяют алгоритмы сжатия снижающие "дебит" потока до меньших скоростей. В настоящее время используются так называемые алгоритмы адаптивной дельта кодоимпульсной модуляции ADPCM и скорости на выходе, равные скоростям СОМ порта в 28.8 и 19 2 Кбит/с (т.е. в 2-3 раза). Еще больше сжимает поток алгоритм CELP, а именно до 9.6. При этом истинного сжатия нет, т.е. сжатие сопровождается неизбежной потерей качества, и чем больше сжатие, тем больше ухудшение. В настоящее время поиски продолжаются. Так, фирма ZyXEL уже дважды меняла алгоритм сжатия

Заметим, что алгоритм ADPCM давно известен и применяется в магистральных линиях между АТС. Отсюда следует интересный вывод, что качество передачи звука через местную АТС всегда выше, чем через цепочку АТС, Если в телефонии алгоритм ADPCM поневоле стандартен, то производители модемов используют свои реализации и формат звукового файла получается свой. Этот хаос не­сколько сглаживается наличием в прилагаемом софте конверторов в распространенные форматы звуковых файлов: Windows WAV-файлы или AVI-файлы популярной звуковой платы Sound Blaster.

Некоторый софт позволяет добиться еще большего сжатия путем учета характера звука, например, в речи, записываемой на автоответчик, можно опускать паузы. Однако для общего случая найти улучшенные решения нелегко.

Хорошие голосовые модемы должны отказаться от СОМ портов и использовать существенно более скоростной интерфейс с компьютером.

SVD модемы. Обычно модемы не предполагают передачу одновременно данных и голосовых сообщений, исключение составляют только цифровые сети. Однако не так давно была предпринята попытка разработки подобного устройства - SVD модемы - для аналоговых коммутируемых телефонных сетей.

SVD модемы (Simultaneous Voice and Data -- одновременно голос и данные) позволяют одновременно (а не чередуя) с передачей данных вести разговор с помощью телефонной трубки, подключенной к модему, причем в дуплексном режиме (см.). При поднятии трубки одним пользователем у другого раздается звуковой сигнал.

Это сравнительно новый вид модемов, но считается, что скоро это будет стандартной возможностью. Задержка была за единым стандартом компрессии звука. Совсем недавно он был принят под названием V.70. Модемы выполнены как расширение обычных.

У SVD модемов компании Multi-Tech применяется временное мультиплексирование, причем для передачи голоса достаточно скорости 9.6, а остальные ресурсы используют блоки данных. Можно даже применять для одновременной передачи видеоизображения с рассказом. Кроме того фирмы Hayes Microcomputer и ее дочерняя компания Practical Periferals выпустили модемы, где одновременно с передачей голоса можно посылать еще и факсы, а разговор вести не снимая трубки (через спикерфон).

Еще применяется (альтернативная к Multi-Tech) технология Radish Voice View фирмы Radish Communications.

В настоящее время SVD модемы не получили широкого распространения. Кроме того обычные модемы позволяют при переходе в режим команд использовать телефон для голосового общения не разрывая связь (но и не передавая данных). Возврат в режим передачи данных восстанавливает модемную связь.

Самые известные производители обычных модемов: ZyXEL, U.S. Robotics, Inpro.

модем связь протокол данный

4.3 LD-модемы

Рис. 6. SR-модем АSМ-24 фирмы RAD

Модемы "последней мили" или LD модемы - Limited Distance Modems - это устройства, используемые для связи между компьютерами, терминалами, контроллерами и другой аппаратурой передачи данных на сравнительно коротких расстояниях, например, внутри зданий, в пределах территории кампуса или в границах города. Эти устройства проектируются с целью преодоления ограничений в дальности действия интерфейсов канала передачи данных.

Подобные модемы используются тогда, когда есть возможность соединить два терминальных устройства прямым кабелем. В этом случае нет необходимости "втискиваться" в стандартную ширину телефонного канала, а можно использовать всю доступную ширину линии. В результате доступны значительно более высокие скорости, чем на телефонных линиях.

Известные реализации представляют отдельный вид проводных модемов, т.к. используют совсем другие протоколы передачи, чем на телефонных линиях.

Чем больше расстояние, тем меньше скорость. Например для расстояний до 15 км. обеспечивается скорость примерно в 80 Кбит/с, а для хорошего кабеля типа витой пары и меньших расстояний скорость может доходить до 2 Мбит/с.

Типичные случаи применения:

соединение прямым кабелем между разными этажами внутри здания;

арендованная физическая линия, которая кроссируется (соединяется) на АТС и не проходит через аппаратуру уплотнения.

LD-модемы делятся на:

SR модемы -- Short Range Modems, буквально модем для малых расстояний;

ER модемы -- Extended Range Modems, для бо'льших расстояний;

MR модемы -- Medium Range Modems, для средних расстояний;

Интересно, что в ISDN адаптер входит SR модем.

LD-модемы могут иметь настольное, миниатюрное и микроминиатюрное исполнение. Бывают синхронными и асинхронными, 2-проводными и 4-проводные. Скорости передачи от 1.2 Кбит/с до 768Кбит/с; для поддерживающих xDSL стандарт Nx64Кбит/с (до 2.048Мбит/с - Е1).

4.4 xDSL-модемы

В последние годы рост объемов передачи информации привел к тому, что наблюдается дефицит пропускной способности каналов доступа к существующим сетям. Если на корпоративных уровнях эта проблема частично решается (арендой высокоскоростных каналов передачи), то в квартирном секторе, и в секторе малого бизнеса эти проблемы существуют.

На сегодняшний день основным способом взаимодействия оконечных пользователей с частными сетями и сетями общего пользования является доступ с использованием телефонной линии и модемов, устройств, обеспечивающих передачу цифровой информации по абонентским аналоговым телефонным линиям. Скорость такой связи невелика, максимальная скорость может достигать 56 Кбит/с. Этого пока хватает для доступа в Интернет, однако насыщение страниц графикой и видео, большие объемы электронной почты и документов в ближайшее время снова поставит вопрос о путях дальнейшего увеличения пропускной способности.

Наиболее перспективной в настоящее время является технология ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Это новая модемная технология, превращающая стандартные абонентские телефонные аналоговые линии в линии высокоскоростного доступа. Технология ADSL позволяет передавать информацию к абоненту со скоростью до 6 Мбит/с. В обратном направлении используется скорость до 640 Кбит/с. Это связанно с тем, что все современный спектр сетевых услуг предполагает весьма незначительную скорость передачи от абонента. Например, для получения видеофоильмов в формате MPEG-1 необходима полоса пропускания 1,5 Мбит/с. Для служебной информации передаваемой от абонента, вполне достаточно 64-128 Кбит/с.

Услуга ADSL организуется с помощью модема ADSL, и стойки модемов ADSL, называемой DSL Access Module. Практически все DSLAM оснащаются портом Ethernet 10Base-T. Это позволяет использовать на узлах доступа обычные концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

Ряд производителей начали снабжать DSLAM интерфейсами АТМ, что позволяет напрямую подключать их к ATM-коммутаторам территориально-распределенных сетей. Также ряд производителей создают пользовательские модемы, которые представляют собой ADSL модем, но для программного обеспечения являются адаптерами ATM.

На участке между ADSL модемом и DSLAM функционируют три потока: высокоскоростной поток к абоненту, двунаправленный служебный и речевой канал в стандартном диапазоне частот канала ТЧ (0,3-3,4 Кгц). Частотные разделители (POTS Splitter) выделяют телефонный поток, и направляют его к обычному телефонному аппарату. Такая схема позволяет разговаривать по телефону одновременно с передачей информации и пользоваться телефонной связью в случае неисправности оборудования ADSL. Конструктивно телефонный разделитель представляет собой частотный фильтр, который может быть как интегрирован в модем ADSL, так и быть самостоятельным устройством.

Согласно теореме Шеннона, невозможно с помощью модемов достичь скоростей выше 33,6 Кбит/с. В ADSL технологии цифровая информация передается вне диапазона частот стандартного канала ТЧ. Это приведет к тому, что фильтры, установленные на телефонной станции отсекут частоту выше 4 кГц, поэтому необходимо на каждой телефонной станции установить оборудование доступа к территориально-распределенным сетям (коммутатор или маршрутизатор).

Передача к абоненту осуществляется на скоростях от 1,5 до 6,1 Мбит/с, скорость служебного канала составляет от 15 до 640 Кбит/с. Каждый канал может быть разделен на несколько логических низкоскоростных каналов.

Скорости, предоставляемые модемами ADSL кратны скоростям цифровых каналов T1, E1. В минимальной конфигурации передача ведется на скорости 1,5 или 2,0 Мбит/с. В принципе, сегодня существуют устройства, передающие данные со скоростью до 8 Мбит/с, однако в стандартах такая скорость не определена.

ADSL-модем представляет собой устройство, построенное на базе цифрового сигнального процессора (ЦСП или DSP), аналогичное применяемому в обычных модемах. В общем случае, вся пропускная способность линии делится на два участка. Первый участок предназначен для передачи голоса, и находится в диапазоне 0,3-3,4 КГц. Диапазон сигнала для передачи данных лежит в пределах от 4 Кгц до 1 Мгц. Физические параметры большинства линий не позволяют передавать данные с частотой свыше 1 МГц. К сожалению не все существующие телефонные линии (особенно большой протяженности), имеют даже такие характеристики, поэтому приходится уменьшать полосу пропускания, что влечет за собой уменьшение скорости передачи.

Для создания этих потоков используются два метода: метод с частотным разделением каналов и метод эхо компенсации.

Метод с частотным разделением состоит в том, что каждому из потоков выделяется своя полоса пропускания частот. Высокоскоростной поток может разделяться на один или более низкоскоростных потоков. Передача этих потоков осуществляется методом "дискретной многотональной модуляции" (DMT).

Метод эхо компенсации состоит в том, что диапазоны высокоскоростного и служебного потоков накладываются друг на друга. Разделение потоков осуществляется с помощью дифференциальной системы, встроенной в модем. Этот способ используется в работе современных модемов V.32 и V.34. Высокоскоростной поток может разделяться на один или более низкоскоростных потоков Передача этих потоков осуществляется методом "дискретной многотональной модуляции" (DMT).

При передаче множества потоков происходит разделение каждого из них на блоки. Каждый блок снабжается кодом исправления ошибок (ECC).

Существует ряд смежных технологий, одни из которых предназначены для оконечных пользователей, другие для транзитной передачи высокоскоростных потоков. Принцип работы их аналогичен ADSL. Общее название таких технологий xDSL.

High Data-Rate Digital Subscriber Line (HDSL). HDSL является технологией, обеспечивающей передачу на скорости 1,536 или 2,048 Мбит/с в обоих направлениях. Протяженность линии может достигать 3,7 км. Ориентирована в качестве более дешевой альтернативы выделенным каналам E1, T1. Требует четырехпроводной абонентской линии.

Single-Line Digital Subscriber Line (SDSL). Аналогичен HDSL, отличается тем, что для организации линии достаточно двухпроводной абонентской линии. Протяженность линии может достигать 3 км.

Very High Data-Rate Digital Subscriber Line (VDSL). Аналогична HDSL, скорость до 56 Мбит/с. Расстояние до 1,5 км. Технология весьма дорогая, и не находит широкого применения.

Rate Adaptive Digital Subscriber Line (RADSL). Технология ADSL обладает одним существенным недостатком. Она не позволяет изменять скорость в зависимости от качества линии. В таких модемах выбор скорости, кратной 1,5 или 2 Мбит/с, производится с помощью программного обеспечения. Оборудование, построенное на базе технологии RADSL позволяет автоматически снижать скорость в зависимости от качества линии.

Universal ADSL (UADSL). Технология ADSL обладает рядом мелких недостатков, препятствующих широкому внедрению технологии на сетях абонентского доступа. Это сложность установки устройств ADSL; они требуют серьезной настройки на конкретную абонентскую линию (как правило, с участием технического сотрудника компании - оператора сети), имеют относительно большую стоимость.

Не так давно появились сообщения о создании новой версии технологии ADSL, которая призвана устранить указанные недостатки. Ее называют Universal ADSL (UADSL), или DSL Lite. Правда, при использовании этой технологии данные передаются на более низких скоростях, чем в ADSL (при длине абонентской линии до 3,5 км скорость составляет 1,5 Мбит/с в направлении к абоненту и 384 кбит/с - в обратном направлении; при длине абонентской линии до 5,5 км обеспечиваются 640 кбит/с по направлению к абоненту и 196 кбит/с - в противоположном). Однако эти устройства легче устанавливать; кроме того, в их составе имеется частотный разделитель, поэтому его не приходится устанавливать отдельно. По существу, достаточно просто подключить UADSL-модем к телефонной розетке, так же как и обычный модем.

Стоимость таких устройств не превышает стоимости обычного модема, поэтому стоит ожидать, что именно эта технология найдет широкое применение в аппаратуре доступа оконечных пользователей.

Производитель: RAD, TAINET.

4.5 ISDN-модемы. Устройства доступа к каналам Е1/Т1, Е2/Т2, Е3/Т3

ISDN (Integrated Services Digital Network - цифровая сеть интеграционных служб) - это еще один шаг вперед в развитии телекоммуникации. Модемы ISDN - передназначены для передачи данных по коммутируемым цифровым каналам. Используя цифровую технологию, можно с помощью пары проводов одновременно передавать голос, текстовую информацию, изображения и факсимильные сообщения, достигая при этом скорости передачи данных 128 Кбит/с. Для установки соединения между модемами ISDN необходима связь со службой ISDN, которая становится сейчас все более доступной. Стоимость пользования службой ISDN колеблется и зависит, в основном, от ее месторасположения.

Модемы, предназначенные для работы в сети ISDN, намного сложнее стандартных аналоговых модемов. Эта сложность заключается в том, что модемы ISDN имеют три отдельных канала передачи. Первые два канала, называемые В- каналами, предназначены для передачи данных и работают со скоростью 64 Кбит/с каждый. Третий канал, называемый D-каналом, используется для передачи информации маршрутизации и работает со скоростью 16 Кбит/с. Благодаря этой технологии все больше пользователей может участвовать в видеоконференциях.

С технической точки зрения то устройства ISDN -- это не совсем модемы. Модемы так модулируют сигналы, находящиеся в цифровой форме, что они могут передаваться по аналоговым сетям к точке их назначения, где снова декодируются в цифровую форму. Сигналы ISDN свободно передаются по цифровым телефонным сетям, поэтому для них не нужны процессы модуляции и демодуляции. Большинство типов устройств ISDN, предназначенных для компьютеров, называются терминальными адаптерами и могут использоваться как последовательно подключенные устройства или сетевые интерфейсы. Использование такого интерфейса, как сетевой, исключает снижение производительности вашей системы, связанное с ограничением параметров последовательного порта. Использование этого типа терминальных адаптеров ISDN целесообразно с точки зрения производительности, даже если у вас только один компьютер и вы не используете всех возможностей сети. Для подсоединения к сети ISDN необходимы дополнительные телефонные линии и услуги телефонных компаний.

Существенны препятствием на пути внедрения ISDN технологиии на Российских просторах является необходимость использования витой пары, а не привычной нам “лапши”.

Для выделенных цифровых каналов (Е1/Т1, Е2/Т2, Е3/Т3) применяют устройства доступа к каналам цифровой связи (CSU/DSU), выполняющие две основные функции:

DSU предоставляют стандартный цифровой интерфейс для подключения оборудования, устанавливаемого в помещении клиента, например, маршрутизаторов и мультиплексоров (например, V.24, V.35, X.21, E1). DSU могут использоваться так же с целью гарантирования выполнения телекоммуникационными компаниямиусловий, касающихся, например, плотности "единиц" и требований к формату кадра E1/T1.

CSU (или LTU, как принято в Европе) играют роль оконечного устройства линии передачи, обеспечивая высококачественные передачу и прием данных между помещением клиента и местным центральным офисом телекоммуникационной компании. Обычно функции этих устройств включают согласование и выравнивание линии, диагностику (например, проверка по шлейфу из центрального офиса) или подачу "фантомного" тока линии для питания ретрансляторов.

Как и ISDN-модемы подобные устройства не осуществляют модуляцию-демодуляцию, а лишь обеспечивают доступ к цифровым некоммутируемым каналам передачи данных.

Как следует из выше изложенного в п. 2.2.1, в качестве передающей среды для каналов может выступать и оптический кабель. В частности подобное решение целесоообразно для сетей стандврта Т3/Е3.

SDN-модемы и устройства доступа к каналам Е1/Т1 могут иметь как настольное, так и портативное исполнение. Выпускаются и стоечные варианты.

Производитель: RAD, TAINET.

Размещено на www.allbest.