Принципы организации модемной связи

Методы передачи данных по телефонным каналам с использованием модемов задаются в виде рекомендаций (стандартов)серии V.

Модемы должны обеспечивать защиту передаваемых данных от ошибок, возникающих в каналах связи и в аппаратуре передачи данных, путем контроля и коррекции ошибок.

Коррекция ошибок (error correction) - отделение полезного сигнала от шумов и исправление возникающих в процессе связи ошибок.

Для контроля и коррекции ошибок при передаче данных используются протоколы контроля ошибок,в частности, протокол сетевого обмена MNP (Microcom Network Protocol), который стал частью стандарта коррекции ошибок V.42.

Модемы при передаче данных используют алгоритмы сжатия данных, что повышает скорость обмена и уменьшает время передачи.

Сжатие данных (data compression) - кодирование информации с целью уменьшения её объёма.

При передаче данных по телефонному каналу используются средства для автоматической упаковки-распаковки данных.

Стандарт TAPI(Telephony Application Programming Interface) -описывает взаимодействие ПК с телефонной линией и позволяет интегрировать в приложения для ПК обращения к услугам телефонной связи: от простого набора номера до блокировки звонков, переадресации вызовов и конференцсвязи.

На рис.2.64 перечислены основные функции модемной связи, сформулированные в рекомендациях серии V.

Модемные стандарты

Модемные стандарты серии V по передаче данных по телефонным линиям определяют (рис.2.65):

1) назначение;

2) тип канала связи;

3) вид модуляции;

4) скорость передачи.

Классификация модемов

На рис.2.66 представлена классификация модемов по:

• функциональному назначению;

• конструктивному исполнению;

• способу передачи данных;

• способу реализации протоколов.

1. По функциональному назначениюмодемы делятся на:

а) телефонные;

б) телеграфные;

в) сотовые (радиомодемы);

г) факс-модемы;

д) кабельные, предназначенные для передачи данных по кабельным
линиям связи, в частности по сети кабельного телевидения со скоростью
до 10 Мбит/с

2. По конструктивному исполнениюмодемы могут быть:

• внешние, подключаемые кабелем к разъему RS-232 персонального компьютера;

• внутренние - в виде платы, устанавливаемой внутри компьютера.

3. По способу передачи данных(принципу работы в линии) модели
делятся на:

а) синхронные, использующие синхронный способ передачи данных,
при котором каждый бит посылается через фиксированный интервал
времени с использованием синхронизации приемного и передающего
устройства; синхронизация обеспечивается путем передачи управляющей
информации и использования в обоих устройствах тактовых генераторов;
синхронный режим целесообразно применять при организации связи по
типу "точка-точка" через выделенные каналы связи;

б) асинхронные, использующие асинхронный способ передачи
данных, при котором каждый символ (реже слово или небольшой блок)
посылается отдельно и между данными могут быть произвольные
промежутки времени; для распознавания поступающих данных каждый
переданный элемент содержит стартовый и стоповый биты; этот способ
известен также как старт-стоповая передача; модем работает в
асинхронном режиме при использовании коммутируемых каналов связи;

4. По способу реализации протоколовкоррекции ошибок и сжатия
данных модемы бывают:

• с аппаратной реализацией;

• с программной реализацией.

Цифровые сети с интегральным обслуживанием (ISDN-технология)

Модемная передача компьютерных данных по абонентским линиям телефонных сетей позволяет в идеальных условиях (на пути передачи имеются только цифровые АТС и все каналы связи высокого качества) достичь предельной скорости в 56 кбит/с, что явно не достаточно для передачи мультимедийных данных, в частности видео, со сколь-нибудь приемлемым качеством. Для обеспечения более высоких скоростей передачи данных по АЛ была разработана технология, получившая название ISDN.

Цифровые сети с интегральным обслуживанием - ЦСИО (Integrated Services Digital Networks - ISDN) - цифровая сеть, построенная на базе телефонной сети связи, в которой могут передаваться сообщения разных видов - данные, а также оцифрованные видеоизображения и речь.

Обычная телефонная связь ориентирована на передачу голоса и позволяет модемам обмениваться данными со скоростью не выше 56 кбит/с. ISDN разработана специально для того, чтобы обойти ограничение по скорости передачи данных, но сохранить совместимость с существующими телефонными сетями.

Сеть ISDN совместима "сверху вниз" с телефонными сетями: можно позвонить с обычного телефона на номер ISDN и в обратном направлении в режиме "голосовая связь", а передача данных со скоростью 64 кбит/с и выше возможна только между двумя терминалами ISDN.

Существенная особенность ISDN - это многоканальность, т.е. возможность передавать данные и речь одновременно. Поскольку в интерфейсе ISDN предусмотрен служебный канал, режим передачи может быть изменен без разрыва соединения.

ISDN по сравнению с обычной модемной связью обеспечивает:

• более высокую скорость передачи данных;

• более высокую надежность;

• принципиально иное качество взаимодействия между абонентами. Преимуществасетей ISDN:

1) сокращение времени установления соединений за счет использования выделенного канала сигнализации и передачи по нему сигналов управления и взаимодействия (занятие линии, набор номера, ответ, разъединение и т.д.) в цифровом виде;

2) универсальность использования линий - возможность осуществлять по одним и тем же линиям как телефонные переговоры, так и передачу данных;

3) сопряжение служб - возможность организации телетекста,
телекса или телефакса с соответствующим устройством в любой точке
земного шара.

ISDN одновременно предоставляет различные виды связи:

• телефонную;

• модемную;

• по выделенному каналу связи.

ISDN целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо периодически (но не постоянно) передавать средние и большие объемы данных на любые расстояния с высокой скоростью и надежностью.

Реализация ISDN осуществляется в соответствии с рекомендациями ITU-T серии

Абонентское оборудование и интерфейсы ISDNпоказаны на рис.2.67, где:

ТЕ1 - терминальное оборудование ISDN;

ТЕ2 - несовместимое с ISDN терминальное оборудование;

ТА - терминальный адаптер;

NT1 - сетевое окончание уровня 1 (подача питания к абонентской установке, обеспечение ТО линии и контроля рабочих характеристик, синхронизация, мультиплексирование на 1-м (физическом) уровне, разрешение конфликтов доступа); представляет собой обычно настенную коробку;

NT2 - сетевое окончание уровня 2 (функции 2-го и 3-го уровней: мультиплексирование, коммутация и концентрация, а также функции ТО и некоторые функции 1-го уровня); в качестве функционального блока NT2 могут выступать УАТС, локальная сеть или терминальный адаптер;

(функции NT1 и NT2 могут объединяться в едином физическом оборудовании, обозначаемом просто NT);

LT - линейное окончание;

ЕТ - станционное окончание.

R, S, Т, U, V - интерфейсы ISDN, в частности R-интерфейс связывает несовместимое с ISDN оборудование ТЕ2 с ТА.

В отличие от традиционных телефонных сетей управляющая информация передаётся по специальным каналам, не загружая каналы передачи данных.

В ISDN различают два типа канала:

• канал В - для передачи голоса и данных с пропускной способностью 64 кбит/с;

• канал D - служебный (сигнальный) канал передачи управляющей информации. Один канал типа D обслуживает 2 или 30 В-каналов и обеспечивает возможность быстрой генерации и сброса вызовов, а также передачу информации о поступающих вызовах, в том числе о номере обращающегося к сети абонента.

Стандарты определяют 3 интерфейса доступа к ISDN(типа ISDN): 1) базовый-BRI;

2) первичный - PRI;

3) широкополосный - B-ISDN.

Интерфейс BRI (Basic Rate Interface) - стандартный (базовый) интерфейс, обозначаемый как (2B+D). Это означает, что для передачи данных используется 2 канала В со скоростью передачи 64 кбит/с по каждому каналу и 1 служебный (сигнальный) канал D со скоростью передачи 16 кбит/с. Таким образом, пропускная способность интерфейса BRI равна: 2*64 кбит/с+1*16 кбит/с = 144 кбит/с.

BRI предназначен для подключения телефонной аппаратуры (телефонов, факсов, автоответчиков и т.п.) и компьютеров к ISDN.

Интерфейс PRI (Primary Rate Interface) объединяет несколько BRI и соединяется с узлом. В зависимости от конкретных местных стандартов он включает в себя 23 В-канала (США и Япония) или 30 В-каналов (Европа), поддерживая интегральные скорости передачи данных 1,544 Мбит/с и 2,048 Мбит/с соответственно.

B-ISDN(Broadband ISDN) обеспечивает высокие скорости передачи (155 Мбит/с и 622 Мбит/с), что позволяет реализовать передачу видеоданных.

Технологии xDSL

xDSL (Digital Subscriber Line) - технологии передачи цифровых данных по телефонным каналам связи, обеспечивающие гораздо более высокие скорости передачи по обычным медным проводам, чем традиционная модемная связь и ISDN. Высокие скорости достигаются за счет использования ряда технических решений, в частности эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений на линии.

xDSL объединяет различные технологии (рис.2.68), которым в аббревиатуре xDSL соответствуют разные значения символа «х». Эти технологии различаются в основном по используемому способу модуляции и скорости передачи данных.

данных по двум телефонным парам со скоростями до 2,048 Мбит/с в каждом направлении на расстояние до 4,5 км.

SDSL (Symmetrical DSL)- однопарная версия HDSL, обеспечивающая симметричную дуплексную передачу цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с по одной паре телефонного кабеля.

ADSL (Asymmetrical DSL)- асимметричная цифровая абонентская линия, позволяющая по одной паре телефонного кабеля передавать данные от пользователя в сеть на скоростях от 16 кбит/с до 3,5 Мбит/с и в обратном направлении из сети к пользователю со скоростями до 24 Мбит/с на максимальное расстояние до 5,5 км.

RADSL (Rate-Adaptive ADSL)- ADSL с адаптируемой скоростью, учитывающей характеристики конкретной линии (длина, соотношение сигнал-шум и т.п.), за счет чего достигается максимальная пропускная способность в реальных условиях.

VDSL (Very-high-data-rate DSL)- сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия, имеющая по сравнению с ADSL значительно более высокие скорости передачи данных: до 56 Мбит/с в направлении от сети к пользователю и до 11 Мбит/с от пользователя к сети при работе в асимметричном режиме и при работе в симметричном режиме - примерно 26 Мбит/с в каждом направлении при максимальном расстоянии до 1,3 км.

Наиболее распространённой технологией является ADSL, основные принципы организации которой рассматриваются ниже.

Увеличение скорости передачи данных в ADSL обусловлено предоставлением пользователю большей полосы пропускания абонентской линии, чем при традиционной телефонной связи: 1 МГц вместо 3100 Гц. Это достигается за счёт исключения на пути передачи данных фильтров, ограничивающих полосу телефонного канала в интервале от 300 Гц до 3400 Гц.

В пределах полосы в 1 МГц формируется 3 частотных диапазона для передачи трёх потоков данных (рис.2.69):

• телефонных (голосовых) в диапазоне частот от 300 Гц до 4 кГц;

• компьютерных от пользователя в сеть в диапазоне частот от 4 кГц до 200 кГц;

• от сети к пользователю в диапазоне частот от 200 кГц до 1 МГц.

Таким образом, для передачи цифровых данных формируются два асимметричныхчастотных каналов:

• высокоскоростной (до 24 Мбит/с) нисходящий канал передачи данных из сети в компьютер пользователя;

• низкоскоростной (от 16 кбит/с до 3,5 Мбит/с) восходящий канал передачи данных из компьютера в сеть.

Третий канал предназначен для передачи телефонных разговоров.

Асимметричность каналов для передачи компьютерных данных обусловлена тем, что традиционно объём передаваемых данных от пользователя в сеть гораздо меньше объёма данных, передаваемых в обратном направлении. Отметим, что при необходимости можно изменять границы частотных диапазонов для перераспределения скоростей передачи данных в исходящем и восходящем каналах.

На рис.2.70 представлена схема организации ADSL.

Оборудование пользователя (телефон и компьютер на схеме) подключается к точке доступа - распределителю Р_ь выделяющему определённую полосу частот для передачи голосовых сигналов от аналогового телефона и данных от компьютера. Компьютер подключается к распределителю через ADSL-модем (М), осуществляющего модуляцию, то есть преобразование сигнала из цифрового вида в аналоговый. На другом конце к распределителю Р₂, отделяющему потоки компьютерных данных от голосовых сигналов, подключены телефонный коммутатор (ТфКм), обеспечивающий доступ в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), и мультиплексор доступа к цифровой абонентской линии (DSLAM - DSL Access Multiplexer), который преобразует сигнал из аналогового вида в цифровой вид (демодуляция) и направляет его к маршрутизатору, обеспечивающему доступ в Интернет. Количество N ADSL-модемов Mi,...,M#, входящих в состав DSLAM, определяет количество пользователей, которые могут быть подключены к DSLAM.

Высокие скорости передачи данных и сравнительно невысокая стоимость абонентской платы для пользователей делают технологии xDSL наиболее перспективными для организации доступа в Интернет, полностью вытесняющими традиционную модемную связь и ISDN.

Тема № 26: Мобильная связь

Мобильная телефонная связь относится к средствам беспроводной связи и может быть двух типов:

• домашние радиотелефоны;

• мобильные сотовые телефоны.

Радиотелефоныобеспечивают ограниченную мобильность в пределах одного или нескольких рядом расположенных помещений и состоят из базовой станции и одной или нескольких переносных трубок.

Значительно большую, практически неограниченную, мобильность обеспечивает мобильная сотовая связь,которая в настоящее время позволяет передавать, кроме голоса, цифровые данные и даже видео.