Модемные протоколы

протоколу нужно, чтобы на обоих концах линии были совместимые модемы.

Правда, большинство модемов с фирменными протоколами поддерживают и обычные

протоколы ITU-Т, так что владелец такого модема может без труда связываться

с кем угодно. Но во всем блеске его модем покажет себя только при работе с

аппаратом той же фирмы.

CompuCom CSP. В то время, когда каждый изготовитель модема переходил на

V.32, компания CompuCom в 1991 году выпустила модем SpeedModem Champ. Это

был модем со скоростью 9600 бит/с с частным протоколом модуляции,

называемым CSP. SpeedModem Champ был модемом с частным протоколом, который

стоит меньше, чем модем с V.32. CompuCom распалась в 1992 году.

Express 96 "Ping Pong Protocol". Этот протокол появился в модемах Hayes в

1987 году марки Smartmodem 9600. Модем использовал частный протокол

модуляции, называемый Express 96 (также известный как Hayes " Ping Pong

Protocol"). По своей сути он был близок к V.32. На сегодняшний день он не

используется.

V.32terbo Этот протокол, разработанный фирмой AT&T, является открытым для

реализации разработчиками модемов. В частности, помимо БИС фирмы AT&T,

данный протокол реализован в некоторых модемах фирмы U.S.Robotics. Протокол

фактически является механическим развитием технологии V.32bis: дуплекс с

эхо-подавлением, модуляция с решетчатым кодированием, модуляционная

скорость - 2400 бод, несущая - 1800 Гц, расширение информационных скоростей

значениями 16800 и 19200 бит/с за счет 256-TCM и 512-TCM. Следствием такого

подхода является весьма жесткие требования, предъявляемые данным протоколом

к линии. Так, например, для устойчивой работы на скорости 19200 бит/с

отношение сигнал/шум должно быть не менее 30 dB.

ZyX Протокол разработан фирмой ZyXEL Coммunications Corporation и

реализован в собственных модемах. Этот протокол также, как и V.32terbo,

расширяет V.32bis значениями информационных скоростей 16800 и 19200 бит/с с

сохранением технологии эхо-подавления, модуляции с треллис-кодированием и

несущей 1800 Гц. Модуляционная же скорость 2400 бод сохраняется лишь для

16800 бит/с. Скорость 19200 бит/с обеспечивается повышением модуляционной

скорости до 2743 бод при сохранении режима модуляции 256-TCM для обоих

скоростей. Такое решение позволяет снизить требование к отношению

сигнал/шум на линии на 2.4 dB, однако расширение полосы пропускания может

негативно сказываться при больших искажениях амплитудно-частотной

характеристики канала.

HST (High Speed Technology) разработан фирмой U.S.Robotics и реализован в

модемах фирмы серии Courier. Это асимметричный дуплексный протокол с

частотным разделением каналов. Обратный канал имеет режимы 300 и 450 бит/с.

Основной канал - 4800, 7200, 9600, 12000, 14400 и 16800 бит/с. Применяется

модуляция с решетчатым кодированием и модуляционной скоростью 2400 бод.

Характеризуется сравнительной простотой и высокой помехоустойчивостью

вследствие отсутствия необходимости в эхо-компенсации и отсутствия же

взаимовлияния каналов.

PEP, TurboPEP

Полудуплексные протоколы семейства PEP (Packetized Ensemble Protocol)

разработаны фирмой Telebit и реализованы в модемах фирмы серий TrailBlazer

(PEP) и WorldBlazer (TurboPEP). В этих протоколах принципиально иным

образом используется вся полоса пропускания канала тональной частоты для

высокоскоростной передачи данных. Весь канал разбивается на множество

узкополосных частотных подканалов, по каждому из которых независимо

передается своя порция бит из общего потока информации. Такого рода

протоколы называют многоканальными, или параллельными, или протоколами с

множеством несущих (multicarrier). В протоколе PEP канал разбивается на 511

подканалов. В каждом подканале шириной около 6 Гц с модуляционной скоростью

от 2 до 6 бод с помощью квадратурной амплитудной модуляции кодируются от 2

до 6 бит на бод. Имеется несколько степеней свободы для обеспечения

максимальной пропускной способности каждого конкретного канала, имеющего

свои характеристики по части искажений и помеховой обстановки. В процессе

установки соединения каждый частотный подканал независимо тестируется и

определяется возможность его использования, а также параметры:

модуляционная скорость подканала и число позиций модуляции. Максимальная

скорость передачи по протоколу PEP может достигать 19200 бит/с. В процессе

сеанса при ухудшении помеховой обстановки параметры подканалов могут

меняться, а некоторые подканалы - отключаться. При этом декремент понижения

скорости не превышает 100 бит/с. Протокол TurboPEP за счет увеличения числа

подканалов, а также количества кодируемых на одном бодовом интервале бит,

может достигать скорости 23000 бит/с. Кроме того, в протоколе TurboPEP

применяется модуляция с треллис-кодированием, что увеличивает

помехоустойчивость протокола.

Основными преимуществами этих протоколов является слабая чувствительность к

искажениям амплитудно-частотной характеристики канала и значительно меньшая

чувствительность к импульсным помехам по сравнению с традиционными

протоколами. Если первое не вызывает вопросов, то по части импульсных помех

требуются некоторые комментарии. Дело в том, что хотя импульсная помеха

"бьет" практически по всей ширине спектра, т.е. по всем подканалам, но в

связи со значительно большей длительностью сигнала по сравнению с

традиционными протоколами (6 бод против 2400), искаженная помехой доля

сигнала много меньше, что позволяет в ряде случаев нормально его

демодулировать. И последнее, что стоит отметить, это то, что в ряде стран

протоколы этого типа запрещены для использования на коммутируемых

телефонных каналах. Возможно потому, что многоканальные протоколы позволяют

успешно работать даже на линиях, на которых ретивыми канализаторами

установлены режекторные фильтры (для того, по-видимому, чтобы лишить

клиентов, в чем-то провинившихся, возможности использовать телефонные

каналы для передачи данных с помощью стандартных модемов).

Производители 56К модемов, как с протоколом K56flex, так и с протоколом

х2, обеспечили в свое время модернизацию своих изделий до V.90 путем

простого перепрограммирования ППЗУ (микросхемы на плате модема).

Кроме того, все модемы 56К совместимы со стандартом ITU V.34, поэтому

если пользователь соединяется с провайдером, который не поддерживает 56К

технологию, связь будет установлена по стандарту V,34, то есть со скоростью

до 33,6 Кбит/с.

Протоколы коррекции ошибок и сжатия

Одновременно с развитием протоколов передачи данных шло и развитие

протоколов сжатия и коррекции ошибок. Это было связано с тем, что

требовалась передача больших объемов информации, чем позволяли существующие

модемы, кроме того, как было сказано выше, качество каналов обещало желать

лучшего. Поэтому фирмы - производители модемов разрабатывали для своей

аппаратуры передачи данных необходимые ей протоколы сжатия и коррекции

ошибок.. Почти все представленные протоколы предназначены для асинхронной

передачи данных, за исключением SDC, который наиболее эффективен для

повышения качества и скорости передачи трафика X.25, Frame Relay, SDLC,

PPP.

Протоколы сжатия и коррекции ошибок

|Название |Чей протокол, |Назначение |

| |год принятия | |

|V.41 |ITU, 1968, 1972 |Коррекция ошибок |

|V.42 |ITU, 1988 |Коррекция ошибок |

|V.42bis |ITU, 1990 |Сжатие |

|V.43 |ITU, 1998 |Коррекция ошибок |

|V.44 |ITU, 2000 |Сжатие |

|BTLZ |British Telecom |Сжатие |

|ADC |Hayes |Сжатия |

|ACT |Formula |Сжатие |

|MNP1 |Microcom |Сжатие |

|MNP2 |Microcom |Коррекция ошибок |

|MNP3 |Microcom |Коррекция ошибок |

|MNP4 |Microcom |Коррекция ошибок |

|MNP5 |Microcom |Сжатие |

|MNP7 |Microcom |Сжатие |

|MNP9 |Microcom |Сжатие |

|MNP10 |Microcom |Коррекция ошибок |

|ETC |AT&T, 1993 |Коррекция ошибок |

|SDC |Motorola |Сжатие, коррекция |

| | |ошибок |

Сжатие информации

Теперь давайте обсудим еще одно важное понятие - сжатие информации.

Конечно, вы знакомы с программами-архиваторами и понимаете, какую

выгоду может дать сжатие информации при ее перекачке по каналу связи,

за пользование которым приходится платить. Понимали это и разработчики

протоколов связи, и поэтому самые совершенные из этих протоколов

предусматривают сжатие информации перед самой отправкой. Как вы

знаете, достаточно лишь пяти бит, чтобы передать любую из 32-х букв

русского алфавита. Это иллюстрирует тот факт, что если в сообщении

используются не все 256 символов ASCII, то при его передаче можно

обойтись "урезанным байтом" - с меньшим количеством бит (конечно,

передаваемые байты остаются восьмибитовыми, а группы из, скажем, 5 бит

могут начинаться в одном байте и заканчиваться в следующем).

Разумеется, вряд ли в вашем сообщении будут задействованы все до

одного символы таблицы ASCII. Поэтому за счет такого "укорачивания

байта" можно заметно сократить объем файла, не потеряв ничего из его

содержимого. Более того, длина таких укороченных байтов может быть

даже переменной, причем более часто встречающиеся символы кодируются

более короткими последовательностями битов. Ну и наконец, еще большей

экономии можно достичь, сокращая повторяющиеся группы символов по

принципу:

ААААА - 5A

Конечно, этим методы сжатия данных не исчерпываются, и, например,

программы-архиваторы работают по гораздо более сложным алгоритмам. Но,

к сожалению, при сжатии данных прямо во время передачи (как говорят,

"на лету") алгоритм в каждый момент времени видит лишь небольшую часть

всех данных - один блок (см. ниже). Поэтому большой эффективности

достичь при этом не удается; скажем, если два подряд идущих блока

совершенно одинаковы, посылающий модем не может просто сказать, что

второй блок совпадает с первым, - ему все равно придется послать еще

раз те же данные, так как сжимать информацию позволяется только в

пределах одного блока.

Перечень протоколов MNP

MNP (Microcom Network Protocols) - серия наиболее распространенных

аппаратных протоколов, впервые реализованная на модемах фирмы Microcom.

Эти протоколы обеспечивают автоматическую коррекцию ошибок и компрессию

передаваемых данных.

Сейчас следующие протоколы:

MNP1. Протокол коррекции ошибок, использующий асинхронный

полудуплексный метод передачи данных. Это самый простой из протоколов MNP.

MNP2. Протокол коррекции ошибок, использующий асинхронный дуплексный

метод передачи данных.

MNP3. Протокол коррекции ошибок, использующий синхронный дуплексный

метод передачи данных между модемами (интерфейс модем - компьютер остается

асинхронным). Так как при асинхронной передаче используется десять бит на

байт - восемь бит данных, стартовый бит и стоповый бит, а при синхронной

только восемь, то в этом кроется возможность ускорить обмен данными на

20%.

MNP4. Протокол, использующий синхронный метод передачи,

обеспечивает оптимизацию фазы данных, которая несколько улучшает

неэффективность протоколы MNP2 и MNP3. Кроме того, при изменении числа

ошибок на линии соответственно меняется и размер блоков передаваемых

данных. При увеличении числа ошибок размер блоков уменьшается,

увеличивая вероятность успешного прохождения отдельных блоков.

Эффективность этого метода составляет около 20% по сравнению с простой

передачей данных.

MNP5. Дополнительно к методам MNP4, MNP5 часто использует простой

метод сжатия передаваемой информации. Символы часто встречающиеся в

передаваемом блоке кодируются цепочками битов меньшей длины, чем редко

встречающиеся символы. Дополнительно кодируются длинные цепочки

одинаковых символов. Обычно при этом текстовые файлы сжимаются до 35%

своей исходной длины. Вместе с 20% MNP4 это дает повышение эффективности

до 50%. Заметим, что если вы передаете уже сжатые файлы, а в большинстве

это так и есть, дополнительного увеличения эффективности за счет сжатия

данных модемом этого не происходит.

MNP6. Дополнительно к методам протокола MNP5 автоматически

переключается между дуплексным и полудуплексным методами передачи в

зависимости от типа информации. Протокол MNP6 также обеспечивает

совместимость с протоколом V. 29.

MNP7. По сравнению с ранними протоколами использует более эффективный

метод сжатия данных.

MNP9. Использует протокол V. 32 и соответствующий метод работы,

обеспечивающий совместимость с низкоскоростными модемами.

MNP10. Предназначен для обеспечения связи на сильно зашумленных

линиях, таких, как линии сотовой связи, междугородними линиями, сельские

линии. Это достигается при помощи следующих методов:

- многократного повторения попытки установить связь

- изменения размера пакетов в соответствии с изменением уровня помех

на линии

- динамического изменения скорости передачи в соответствии с уровнем

помех линии

Все протоколы MNP совместимы между собой снизу вверх. При

установлении связи происходит установка наивысшего возможного уровня MNP-

протокола. Если же один из связывающихся модемов не поддерживает протокол

MNP, то MNP-модем работает без MNP-протокола.

Сравнение V.42 с MNP2-4

Оснащение стандартных среднескоростных модемов аппаратно

реализованными протоколами коррекции ошибок и сжатия данных стало в

последнее время стандартом де-факто в модемостроении. Если для западного

рынка, где качество телефонных каналов весьма высоко, наличие этих

протоколов - небесполезная подробность в рекламе предлагаемого изделия,

которая к тому же повышает цену товара не более, чем на 15-20%, то в

условиях отечественного телекоммуникационного пространства реализация тем

или иным способом коррекции ошибок становится по понятным причинам

совершенно необходимой.

Сравнив MNP2-4 и V.42 ITU-T, становится понятно, какой же перспективнее, и

разрешается это сравнение в пользу ITU-T. Попытаемся аргументировать

справедливость этого вывода ниже.

Принципы коррекции ошибок

Не вдаваясь глубоко в теорию кодирования и помехозащищенности передачи

информации, можно лишь констатировать, что бесплатных ужинов не бывает:

избыточность - единственный реальный базис обнаружения и коррекции ошибок.

Избыточность в широком смысле. Она может быть "последовательной", в случаях

применения любого из методов кодирования, т.е. передача дополнительной по

отношению к "полезной" информации. Либо "параллельной", в случаях как

использования параллельных каналов связи (возможно, различной физической

природы), так и применения информационной обратной связи, т.е. возврата,

используя дуплексный канал, принятой информации для анализа передатчиком ее

правильности. Применение кодирования с решающей обратной связью - это

пример комбинированной, "последовательно-параллельной" избыточности.

Степень избыточности определяет глубину и надежность обнаружения ошибок.

Представляется очевидным, что чем больше дополнительной информации будет

передано, тем большее количество ошибок и с большей достоверностью может

быть обнаружено и даже, возможно, исправлено. Но, в то же время, тем меньше

доля полезной информации в общем потоке данных и - тем меньше эффективная

скорость приема/передачи и, в конечном счете, пропускная способность

канала. Выбор процедуры коррекции ошибок, таким образом, можно

рассматривать как оптимизационную задачу, критерием которой является

минимизация накладных расходов при заданной надежности приема/передачи

информации.

Физическая природа канала передачи информации - коммутируемая телефонная

сеть - определяет те факторы, вес которых оказывается наиболее значим при

решении поставленной оптимизационной задачи. Отсутствие дублирования канала

(по крайней мере на абонентском участке линии) исключает из рассмотрения

физическое параллельное дублирование. В то же время, применение обратной

связи вполне допустимо вследствие того, что ка- нал дуплексный.

Фактор "стоимость трафика" заставляет с большой осторожностью относиться к

таким методам коррекции ошибок, как многократное дублирование передаваемой

информации с мажоритарным выбором или применение информационной обратной

связи. Объем передаваемой информации в первом случае возрастает как минимум

втрое, а то и более. Во втором случае, гонять одну и ту же информацию в

полном объеме в обе стороны только для обнаружения факта наличия ошибки с

последующим повтором представляется также излишне расточительным.

Разумным компромиссом было сочтено применение циклического

помехозащищенного кодирования с решающей обратной связью. Суть этого метода

состоит в следующем. Вся "полезная" информация разбивается на "порции" -

кадры. Передача каждого кадра завершается передачей специальной контрольной

последовательности кадра, подсчитанной по некоему, заранее определенному

Страницы: 1, 2, 3, 4