• ВСЕ, ЩО ВИ ХОТІЛИ ЗНАТИ ПРО модем, АЛЕ БОЯЛИСЯ ЗАПИТАТИ •

Публікується з дозволу редакції журналу і автора!

Автор: Едуард Мінкін , К.т.н., керівник технічного
відділу компанії RRC.
джерело: "МЕРЕЖІ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЇ" №3 (17), 2001.

хід 3Com з модемного бізнесу породив масу чуток і емоцій - якщо вже один із стовпів цього бізнесу йде, то, мовляв, вік модемів для комутованих телефонних каналів загального доступу закінчується. "Модеми для комутованих телефонних каналів ще не вмерли, - говорить Френк Манінг (Frank Manning), президент відомої американської компанії Zoom Telephonics. - Поки ніщо не може замінити широку доступність звичайної телефонної мережі, низьку ціну і легкість використання аналогових модемів". Більш того, 3Com ніколи "по-справжньому" не був у цьому бізнесі. Кілька років тому, "проковтнувши" USRobotics, компанія насправді виявилася "близько" модемного бізнесу. Однак, розкусивши його складність, "швиденько" від нього відмовилася, не зумівши скористатися брендом USRobotics - багато років лідера модемних технологій і бізнесу.

Незважаючи на очікуване зростання послуг високошвидкісних методів доступу в Інтернет (xDSL, кабельні модеми, радіо і супутниковий), в наступні чотири роки (до 2005 р), за оцінкою американських аналітиків, 55% домашніх користувачів в США все ще будуть використовувати для виходу в Інтернет звичайні модеми. І це стверджують американці!

Ну, а ми - з нашої "супершвидкий" модернізацією мереж доступу, з нашими абонентськими лініями з незвіданими параметрами для xDSL, з практично непридатними для Інтернет-доступу існуючими лінійно-кабельними спорудами вельми рідкісних телевізійних кабельних систем, з "божевільними" цінами на всі ці нові види послуг і з нашими доходами - і поготів!

"Модемний бізнес збереже в найближчі роки життєздатність, правда, істотно скоротяться перспективи зростання", - стверджують аналітики IDC. На їхню думку, відхід з цього бізнесу 3Com доводить лише, що прибуток низька.

швидкість зросла

І раптом, на тлі майже реквієму західних аналітиків з приводу модемного бізнесу, 16-я Дослідницька група Міжнародного союзу електрозв'язку (ITU-T) в лютому 2000 р обговорює останні технічні деталі нової Рекомендації ITU-T V.92, а в листопаді остаточно приймає її.

Ця Рекомендація є розвитком знаменитої Рекомендації V.90 (див. Нашу статтю " Модеми 56К - на вістрі швидкості "," Мережі та телекомунікації ", 2000, №1, с. 24-34) і спрямована в першу чергу на збільшення швидкості передачі від аналогового модему абонента до так званим цифрових модемів вузлів доступу.

Свого часу, обговорюючи граничні швидкості потоку upstream (від абонента до провайдера), Lucent Technologies вказала на наявність потенційного запасу завадостійкості і в цьому напрямку передач і, а не тільки в напрямку downstream. Дійсно, у закінчення каналу з боку так званих "цифрових модемів" вузла доступу провайдера Інтернет немає аналогової абонентської лінії і, отже, практично відсутня вплив специфічних шумів і спотворень на який приймається модемом сигнал на цій ділянці. Крім того, в цьому напрямку зв'язку на приймач цифрового модему не впливає перешкода "ближнє ехо" в силу еквівалентного 4-проводового інтерфейсу з каналом зв'язку і, отже, відсутність диференціальної системи в модемі.

Більш того, ще в тому ж 1997 році ця компанія пропонувала підвищити швидкість передачі з 33,6 до 44 кбіт / с. Тоді ITU-T не наважився на цей крок, а FCC заборонила про це і думати, піклуючись про дотримання стандартів на завантаження каналу зв'язку. Справа в тому, що збільшення швидкості стандартними методами QAM призводило б до суттєвого підвищення пік-фактора (відношення середньої потужності до пікової). Нагадаю, що FCC обмежила швидкість потоку "вниз" значенням 31,2 кбіт / с.

Пропонований в Рекомендації V.92 метод передачі від клієнтського модему до провайдера не є стандартною QAM-модуляцією, і колишні побоювання FCC, схоже, подолані. Швидкості потоку до провайдера згідно V.92 лежать в інтервалі від 24 кбіт / c до 48 кбіт / c з кроком 8000/6. Крок зміни швидкості 1333 біт / c, як і в V.90. Відзначимо, що він має багато спільного з методом, застосованим в напрямку від провайдера до клієнта.

Згадаймо, що в напрямку downstream при граничній швидкості роботи 56 кбіт / c застосовується комбінована 64-рівнева (шість біт - ІКМ-кодування) амплітудна і одноразова (знак в ІКМ-коді) фазова модуляція. При цьому передається 7 інформаційних біт-символів в одному модуляційному інтервалі. За прийнятим визначенням кратності модуляції ми маємо справу з 7-кратної модуляцією. Згадаймо також, що число 8000 - це частота дискретизації в стандартному телефонному ІКМ-каналі і, отже, швидкість передач і символів в V.90, а крок зміни швидкості 8000/6 пов'язаний зі швидкістю передачі символів і розмірністю коду по амплітудним рівням, прийнятому в V.90. Цей метод модуляції диктувався організацією індивідуального ІКМ-каналу багатоканальної ІКМ-системи і точно пов'язаний з параметрами кодека (а точніше, c параметрами ЦАП-кодека) закінчення цього каналу з боку абонента.

Такий метод модуляції є не чим іншим, як близькою різновидом ІКМ, застосовуваної в індивідуальних каналах ІКМ-систем, але з меншим в два рази числом амплітудних рівнів і з пропорційно в два рази збільшеним, для підвищення завадостійкості, відстанню між дозволеними рівнями. Згадаймо також, що при виборі числа рівнів в V.90 довелося врахувати вплив процесу експандуванні в кодеку ІКМ-каналу на сигнал downstream. Число рівнів, використовуваних в конкретному сеансі зв'язку, залежить від стану і якості наскрізного каналу від цифрового модему вузла доступу до аналогового модему клієнта. Саме тому шкала швидкостей для downstream лежить в інтервалі від 56 до 28 кбіт / с з кроком 8000/6 = 1333 біт / c.

У сигнальному потоці downstream можуть використовуватися і всі інші стандарти модуляції, починаючи від V.21 (300 біт / c) і закінчуючи V.34 (33,6 кбіт / c).

Тим же шляхом пішли творці V.92, застосувавши для передачі сигналу upstream майже таку ж комбіновану багаторівневу АМ з одноразовою ФМ, але з меншим числом дозволених рівнів і ще великою відстанню між рівнями для забезпечення підвищеної завадостійкості. Нагадаємо, що в цьому напрямку зв'язку присутній шум квантування, породжений аналого-цифровим перетворенням у вхідному кодеку абонентського закінчення ІКМ-каналу. На подолання впливу цього шуму і спрямований вибір меншого числа дозволених рівнів і збільшене відстані між цими рівнями. Природно, що і тут число рівнів, використовуваних в конкретному сеансі зв'язку, залежить від стану і якості наскрізного каналу від модему клієнта до цифрового модема вузла доступу. Звідси і шкала швидкостей від 24 до 48 кбіт / с з кроком 1333 бит.

Звичайно, можна і далі милуватися досягненнями в модемних технологіях, які завдяки витонченості розуму фахівців вже більше 50-ти років вражають людство, створивши по суті теоретичну базу для всіх сучасних методів високошвидкісної та якісної передачі інформації. Але ці методи і нові швидкісні технології інтенсивно намагаються витіснити своїх "прабатьків" - звичайні модеми.

Цікавий інше питання: навіщо для "вмираючої" технології передачі даних по ТМЗК за допомогою модемів створювати нові методи і тим більше стандарти ITU-T ?! Зауважимо, що новий державний стандарт на симетрування швидкості прямого і зворотного напрямків передачі. При цьому всім давно відомо, що обсяг запитуваної інформації істотно (раз в 5 - 6) менше, ніж обсяг, який отримують клієнтом з Інтернету. Звідси й походять, наприклад, стандарти швидкості для прямого (1,5 Мбіт / с) і для зворотного напрямку (8 Мбіт / c) в рекомендації ITU-T G.992.1 для технології ADSL. Питається, навіщо знадобився стандарт V.92, що забезпечує симетрію? Цілком очевидно, що для "звичайного" доступу в Інтернет симетрія не потрібна!

А для IP-телефонії, що використовує Інтернет для телефонного зв'язку? Звичайно, потрібна! Розмовляли абоненти абсолютно рівноправні. Якісні показники прямого і зворотного каналів для IP телефонії повинні бути приблизно однаковими.

Цілком очевидно, що при передачі пошти або файлів обсяг інформації від клієнта може значно перевищувати вхідну інформацію. Можна згадати і випадки розміщення баз даних (наприклад, Інтернет-сайтів) у клієнтів.

Ну а якщо Ви створюєте на базі Інтернету свою віртуальну корпоративну мережу, де обидва напрямки зв'язку, як правило, повинні бути також рівноправними? Звичайно, такий вид обміну в корпоративній мережі не дуже-то швидкісний. Але не всім же потрібні мегабіта! Зате як дешево!

І ще - два взаємно кореспондуючих абонента різних мереж ТМЗК і ISDN, які передають одне одному дані .... Нагадаємо, що технологія V.90 дозволяла такий обмін, знову ж таки з асиметричними швидкостями (56 / 33,6 кбіт / с), за допомогою звичайного аналогового модему у абонента мережі загального доступу і спеціального ISDNадаптера - цифрового модему у абонента каналу BRI ISDN (наприклад, вироби Courier-I компанії USRobotics). Рекомендація V.92 перетворює таких абонентів майже в абсолютно рівноправних партнерів.

За пропозицією "китів" модемного індустрії: USRobotics, Conexant Systems, Lucent Technologies і Motorola - були прийняті новий протокол компресії даних V.44 і протокол V.59, що визначає нові процедури завершення зв'язку модемами. Новий протокол компресії заснований на алгоритмі компресії LZJH, розробленому US-Hughes Network System. V.44 забезпечує поліпшення компресії більш ніж на 25% в порівнянні з існуючим стандартом V.42bis і ступінь компресії приблизно 6: 1 для типового Web-пошуку в Інтернеті. Нові результати пропускної здатності модемних з'єднань з урахуванням V.44 складають 300 кбіт / с в порівнянні з типовим на сьогодні значенням близько 150-200 кбіт / с при завантаженні з Інтернету і перегляді Webпространства. Природно, протокол працює в обох напрямках сеансу зв'язку. І найголовніше, що видно на прикладі проведених попередніх досліджень вже зараз, V.44 дає виграш на БУДЬ-ЯКОМУ типі стискаються даних.

Звичайно, ці швидкості нижче, ніж можуть забезпечити нові швидкісні технології, але практичне впровадження V.92 реалізується надзвичайно просто. Провайдерам послуг не треба міняти дороге устаткування вузлів доступу і створювати нові мережі; досить здійснити лише модернізацію програмного забезпечення вузла. Така ж простота програмного апгрейда чекає і власників модемів. Так, принаймні, обіцяють провідні виробники модемного продукції і вузлів доступу. Деякі з них вже пропонують і апгрейд для своєї серійної продукції, і нові модеми в стандарті V.92.

Зручність теж!

Розробляючи ідеологію V.92, фахівці з модемним технологіям не могли пройти повз ще однієї, не надто приємною, особливості використання модемів для доступу в Інтернет. Користувач в Інтернеті, як правило, кілька десятків хвилин, а то й годин. Стільки ж часу до нього ніхто не може додзвонитися!

Саме тому в Рекомендацію V.92 була введена нова функція "повідомлення зайнятого абонента" (Call Waiting), при якій можна перевести модем в режим очікування (Modem-on-Hold).

Під час роботи користувача в режимі онлайн програмне забезпечення модему повідомляє його про вхідні телефонні дзвінки і повідомляє, хто його викликає. Якщо користувач приймаєте виклик, модем на час розмови "призупиняє" сеанс в режимі онлайн і відновлює його після закінчення розмови без необхідності повторного набору номера. При ігноруванні виклику, він перенаправляється на голосову пошту. На жаль, всі ці дуже важливі експлуатаційні режими можливі тільки в тому випадку, якщо АТС дозволяє надавати ці "інтелектуальні" послуги. Сучасні електронні АТС, як правило, мають таку можливість. З огляду на, однак, невисокий відсоток електронних АТС на території України, відсутність єдиних норм і параметрів на надання такої послуги, унікальний алгоритм ідентифікації абонента (АВН), широке поширення нових функцій Call Waiting і Modem-on-Hold відбудеться у нас не скоро.

У Рекомендації V.92 введено ще одне нововведення - "швидке з'єднання" (Quick Connect). Завдяки "запам'ятовування" характеристик каналу зв'язку в попередньому сеансі зв'язку модем може пропустити частину своєї настроювальної комбінації в новому сеансі і швидше перейти в режим онлайн, зменшуючи час, потрібний для з'єднання з вузлом доступу. Як правило, ми зазвичай виходимо в Інтернет через вузол доступу одного і того ж провайдера приблизно за одними і тими ж каналами зв'язку. Саме тому функція Quick Connect має велике практичне значення.

Принципи реалізації функції Modem-on-Hold

Одним з джерел проблем для модемів є незнання користувачами того, що потрібно відключати послугу очікування дзвінка (цю послугу підтримують тільки сучасні цифрові АТС) при зв'язку через модем. Сигнал надходить виклику сприймається модемом як переривання потоку даних і в залежності від настройки модему, часто призводить до розриву з'єднання. Іноді таке "поведінку" модему вважається нормальним, наприклад, коли користувач має намір перервати сеанс зв'язку і відповісти на дзвінок. Але в більшості випадків воно небажано.

Зберегти сеанс зв'язку при отриманні сигналу про вхідний дзвінок допомагає додаткова функція нового стандарту - Call Waiting Survival. А функція Modem On Hold дозволяє провести нормальну розмову без поспіху (до 4 хвилин) і потім продовжити сеанс зв'язку. Конкуруючі схеми давали не більше 7 секунд на все: визначення номера абонента (Caller ID), зняття трубки, розмова - чого явно недостатньо. Запропонований метод дозволяє модемів "домовитися" про максимальний час очікування завершення розмови.

Можливі кілька сценаріїв використання функції Modem-on-Hold:
• що надходить виклик прийнятий: модем переведений в режим очікування;
• що надходить виклик не прийнятий: сеанс зв'язку продовжений;
• що надходить виклик прийнятий: сеанс зв'язку розірваний;
• запит на постановку сеансу зв'язку в режим очікування відкинутий серверним модемом: сеанс зв'язку продовжений;
• запит на постановку сеансу зв'язку в режим очікування відкинутий серверним модемом: сеанс зв'язку розірваний.

На рис. 1 показаний процес прийняття клієнтським модемом надходить виклику з подальшою передачею серверного модему запиту на переклад сеансу зв'язку в режим очікування. Робота клієнтського модему переривається сигналом надходить виклику; клієнтський модем посилає в лінію тонову цифру "D" для отримання даних про телефонний номер абонента (Caller ID). Після цього користувач клієнтського модему вирішує: відповісти чи ні на що надходить виклик. Клієнтський і серверний модеми "домовляються" про граничну тривалості переривання сеансу зв'язку (сигнали MHreq і MHack, відповідно), після чого клієнтський модем короткочасно розмикає лінію (Flash) і абонент приймає що надходить виклик, а сеанс зв'язку переводиться в режим очікування. По завершенні розмови, після ще одного короткочасного розмикання лінії, між модемами встановлюється з'єднання з використанням функції QuickConnect.

На рис. 2 показаний процес відмови від запиту на переклад сеансу зв'язку в режим очікування. Це приклад режиму Call Waiting Survival.

Функція Modem-on-Hold підсилює схожість у використанні телефонної лінії і лінії широкосмугового доступу. Насправді, на відміну від цифрової лінії, одночасний обмін даними та телефонна розмова неможливі, проте можливий швидкий повернення до сеансу зв'язку без його розриву. Додатково передбачено верхня межа часу відновлення Інтернет-сеансу зв'язку, що встановлюється оператором мережі. Потенційно провайдер може встановлювати різний час очікування для різних цінових градацій послуг доступу.

Аналогові модеми ще живі!

У той час, коли основний інтерес більшості виробників лежить в області розробки пристроїв широкосмугового доступу (xDSL і кабельні модеми), в найближчі п'ять років основним засобом доступу до Інтернету залишаться аналогові модеми. V.92 як стандарт наступного покоління націлений не стільки на підвищення швидкості, скільки на додаткову функціональність і зручність у використанні. Зростання швидкості забезпечується за рахунок застосування імпульсно-кодової модуляції потоку даних від клієнтського модему. Функції перекладу сеансу зв'язку в режим очікування і прискореного встановлення з'єднання наближають послуги доступу, що надаються за звичайною віддаленого підключення загального користування, до таких для широкосмугових і ISDN цифрових ліній - з їх можливістю одночасного доступу в Інтернет і телефонії.

Хоча модеми V.92 вже з'явилися в продажу (по крайней мере, на Заході), їх використання неможливе без підтримки цього протоколу провайдерами, які, швидше за все, зможуть забезпечити її тільки до кінця 2001 року, що підвищить зручність і продуктивність доступу до Інтернету їх клієнтів. Однак цими новими перевагами в повному обсязі зможуть скористатися тільки абоненти сучасних цифрових АТС (функції Call Waiting, Modem-on-Hold), яких, на жаль, у нас не так багато. Останній фактор може значно вплинути на впровадження V.92 в наших умовах.

Отже, приймаючи нову рекомендацію - V.92, світова спільнота щось не дуже звертає увагу на "трагічні" прогнози американських бізнес-аналітиків. Модеми - ці дивні створіння людського розуму - ще живі!

© Copyright " МЕРЕЖІ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЇ ", 2001
Всі права захищені.
Використання матеріалів в будь-якій формі
можливо тільки з письмової згоди редакції.