Какой модем нам нужен?

Сергей Кузьменко


Рассматриваются причины, по которым наши телефонные линии приводят к некачественной работе популярных западных модемов, а также пути решения этой проблемы на примере модемов семейства IDC.


Не все догадываются, что при покупке модема в первую очередь нужно спрашивать о том, как модем ловит сигнал "Занято" - это как проверка тормозов при покупке автомобиля.

Мы выбираем, нас выбирают *)

В последнее время на рынке предлагается большое количество модемов, поддерживающих скорости передачи информации от 14400 до 28800 бит/с, а также встроенные протоколы коррекции и сжатия данных.

Чем отличаются разные модемы одного и того же класса? На первый взгляд ничем. Ведь протоколы передачи данных V.32, V.32bis, V.32terbo реализованы в виде программного обеспечения ПЗУ, используемого всеми производителями модемов, как и протоколы V.42 и V.42bis, которые обеспечивают сжатие и коррекцию потока данных.

Тем не менее каждый модем содержит индивидуальную микропрограмму, создаваемую разработчиками конкретной компании, - так называемое firmware. Вот эта микропрограмма и ответственна за основные различия между модемами разных производителей.

Таким образом, следует обратить внимание на другие характеристики модемов, к которым относятся:

- оптимальность управления понижением/повышением скорости соединения в зависимости от текущего качества телефонного канала.

То, что немцу здорово, русскому - смерть

Опыт эксплуатации модемов US Robotics Sportster, GVC 14400 и MultiTech 1932 ZDXI показывает, что эти модемы при всплеске шума в канале обрывают соединение. Ничего плохого в этом вроде бы и нет, тем более, что делается это вполне сознательно. Оказывается, в западных странах в случае, когда входной звонок осуществляется во время обычного телефонного разговора или работы в Internet, абонент слышит в трубке сигнал вызова (эта услуга предоставляется телефонными компаниями). Модем, восприняв посторонний шум, разрывает соединение, чтобы вы могли поговорить с вызывающим вас абонентом. Правда, при этом вы теряете связь с провайдером, но считается, что входящие звонки более важны. Наши же "телефонные компании" создают шумы в линии вовсе не из соображений дополнительного сервиса, а просто так. Всплеск шума приводит к разрыву соединения, поскольку модем считает, что с вами кто-то хочет поговорить.

Неотработанность динамической смены скоростей западными модемами объясняется тем, что им просто не приходится этого делать. Они сначала выбирают скорость, а затем просто на ней работают. Все дело в качестве линий!

Поэтому есть смысл обратить внимание на отечественные модемы, которые должны быть свободны от недостатков модемов импортных хотя бы потому, что их создателям хорошо известны все эти проблемы.

Процедуры Retrain и Rate Renegotiation

В момент установления связи, а также при серьезном сбое, модемы, как известно, переходят в фазу, именуемую retrain (полное пересогласование параметров соединения), при которой происходит перенастройка модема. В этой фазе модемы обмениваются эталонными сигналами, описанными в рекомендации V.32 ITU-T, по параметрам которых измеряются величины задержки эха и его затухания на линии. На основании этих измерений настраиваются эхо-компенсаторы и осуществляется синхронизация модемов (данные в линии передаются синхронно).

Затем измеряется соотношение мощностей сигнала Р и шума Р (SNR - Signal-to-Noise-Ratio), и каждый из двух модемов принимает решение о множестве допустимых, с его точки зрения, значений скорости из диапазона 4800-19200 бит/с, обеспечиваемого семейством протоколов V.32 V.32terbo.

С этого момента модемы выполняют согласование скоростей, которое состоит в обмене наборами возможных скоростей, построении общего множества и выборе из него максимального элемента. Процедура смены скорости в процессе работы носит название Rate Renegotiation (быстрый способ изменения скорости). Любой из модемов на основании наблюдения за текущим качеством линии может принять решение о повышении или понижении скорости соединения. Тогда он посылает удаленному модему специальный сигнал. Передача модемом сигнала об изменении скорости работы еще не гарантирует реальный переход, так как удаленный модем может как согласиться с предложением, так и отказаться.

Как выбрать скорость?

При фиксированном отношении сигнал/шум (Рc/Рш ) различные способы модуляции приводят к разному уровню ошибок. Чем выше скорость передачи данных, тем меньше расстояние между разрешенными элементами сигнала и тем больше среднее число ошибок (коэффициент ошибок).

Для каждой скорости передачи, определяемой видом модуляции, существует зависимость К от соотношения Рc/Рш. Зафиксировав допустимый уровень ошибок, можно для различных типов модуляции получить величину отношения сигнал/помеха, соответствующую данному коэффициенту ошибок Кош.

Подсчитано, что Кош = 10**-3 обеспечивает максимальную пропускную способность тракта при работе алгоритма коррекции ошибок V.42. Именно эта величина заложена в модеме IDC. Увеличение соотношения сигнал/шум на 3 дБ примерно соответствует увеличению скорости на 2400 бит/с при сохранении уровня ошибок. В таблице 1 приведены значения нижнего (SNRmin) и верхнего (SNRmax) пороговых значений Рс/Рш при которых модем остается в пределах фиксированной скорости.

Retrain - процедура ответственная и продолжается в среднем около 10 с. Процедура Rate Renegotiation длится около 2 с. Модемы инициируют Retrain в самых сложных ситуациях, когда появляются сплошные ошибки, а Rate Renegotiation - когда SNR выходит за пределы заданного интервала.

Наши телефонные линии отличаются от западных резкими и кратковременными изменениями SNR, а также импульсными помехами. Именно из-за резких и кратковременных скачков SNR модемы, хорошо работающие на западных линиях, часто инициируют необоснованные Refrain, которые по таймауту в 15 с приводят к разрыву соединения.

Для уменьшения количества запусков процедур Refrain модемы IDC, например, поступают следующим образом:

  1. При изменении SNR модем ждет 3 с перед тем, как принять решение о снижении скорости, и 15 с перед решением о ее увеличении. Во время ожидания уровень ошибок либо вернется к прежнему значению, либо изменится. Если SNR в течение этого времени возвращается в заданный интервал, модем выигрывает время, необходимое для двух процедур Rate Renegotiation, что уже немаловажно.
  2. При резких кратковременных выбросах шума модемы IDC в течение 3 с ничего не делают, ожидая стабилизации SNR.
  3. При оценке уровня SNR принимается усредненное за некоторый период времени значение, т. е. идет сглаживание.
  4. В случае, когда полезная загрузка линии невелика, модем снижает скорость передачи данных, чтобы уменьшить вероятность возникновения Refrain, и увеличивает производительность за счет сокращения количества ошибок. Для этого контролируется статистика V.42bis


Таблица 1 Пороговые значения отношений Рс/Рш для сохранения фиксированной скорости

    Скорость бит/с Отношение Рс/Рш (SNR)

    min

    max

    4800 - 17
    7200 14 20
    9600 17 23
    12000 21

    26

    14400 24 29
    16800 27 32
    19200 30 -


Адаптируем модем к линии

Наиболее распространенными проблемами неадаптированных к отечественным условиям модемов являются нераспознавание сигналов "Занято" АТС, ненадежный набор номера и отсутствие реакции на входящие звонки.

Иногда бывает, что на набор номера с параллельного телефона модем реагирует как на входящий вызов, хотя при наборе номера телефонный аппарат формирует импульсы с частотой 10 Гц, а входящий звонок соответствует импульсам 25 Гц и больше.

Чтобы устранить эти нестандартные явления, в некоторых модемах применяются дополнительные регистры. Для модема IDC, например, это регистры S57, S58, S59, которые задают, соответственно, нижнюю и верхнюю частоты, а также число периодов сигнала вызова. Чтобы набор номера срабатывал надежно, в том числе и на офисных АТС, имеются два регистра - S76 и S77, которые задают время замыкания/размыкания линии при импульсном наборе.

Некоторые модемы имеют регистры, влияющие на процедуры начального согласования скоростей и пересогласования параметров соединения (Refrain), что позволяет максимально адаптировать модем к каждому индивидуальному случаю. Для этого необходимо проанализировать параметры линии. Например, в модеме ЮС для опроса статистических данных, которые служат исходной информацией для подстройки, имеется команда AT-S, позволяющая во время соединения посредством введения ключевой последовательности +++ перейти в командный режим и опросить модем о параметрах соединения. Модем по этой команде сообщит о текущей скорости, заморенном SNR, о времени соединения, а также о количестве процедур Retain и Rate Renegotiation. В модеме IDC 2814 для этой цели применяется команда AT%S. Кроме этой команды могут быть использованы команды AT%S1, AT%S2, AT%S3, которые рисуют график зависимости мощности принимаемого сигнала от частоты (АЧХ), мощности шума и соотношения сигнал/шум на линии эти параметры постоянно измеряются и учитываются при работе протокола V.34. Соответствующие графики приведены на рис. 1 - 3.

Одним из привлекательных и часто используемых объектов настройки в модемах является регулировка мощности выходного сигнала. В модеме IDC, например, для этой цели используется регистр S91, который позволяет* изменить уровень сигнала (по фабричным установкам он составляет -11 дБ). Повышая уровень сигнала передающего модема, удается поднять мощность сигнала, принимаемого удаленным модемом, что приводит к улучшению отношения сигнал/шум и повышает пропускную способность канала связи. Однако слишком усердствовать не следует, так как можно .оглушить. удаленный модем, и он станет работать хуже. Следует также учесть, что телефонисты настаивают на громкости выходного сигнала не выше -10 дБ. (Если в результате ваших .перенастроек. модем перестал работать, воспользуйтесь командой AT&F, которая вернет фабричные установки).

Одним из модемов, которые позволяют бороться с .очень нестандартными. сигналами АТС, является модем IDC 1914. Аппарат изготовлен в США на наборе микросхем фирмы AT&T, а микропрограмма ("прошивка", firmware) разработана и постоянно модернизируется в Москве. Первые варианты .прошивки. обладали определенными недостатками (так, например, модем "не клал трубку", хотя лампочка ОН гасла), но благодаря усилиям разработчиков в версии 2.19 от них удалось освободиться. Судя по результатам испытаний и опыту работы на линии, разработчики позаботились о том, чтобы модем не "зависал" ни в каких "критических" ситуациях. На узлах сети Internet эти модемы работают в автономном режиме без "холодного рестарта" около двух месяцев. К достоинствам модемов IDC следует отнести их умение оптимально менять скорость передачи данных во время работы, минимизируя возникающие при этом задержки в потоке данных.

IDC 1914 BXL имеет регистр S81 установки чувствительности приемника модема к сигналам на линии. Проконтролировать распознание сигнала .Занято. можно, установив специальный флаг для отладки S88=88. Теперь, распознав гудок на линии, модем зажигает индикатор RI (Ring) и гасит его в противном случае. Слушая линию и наблюдая за этим индикатором, который должен правильно сопровождать гудки, можно подобрать оптимальную чувствительность приемника модема.

Уменьшая чувствительность, можно убрать имеющийся иногда "паразитный" фон, который накладывается на сигнал ответа станции. Например наблюдаются случаи, когда на фоне слабого непрерывного сигнала частотой 400 Гц появляются более сильные короткие гудки той же частоты, которые должны интерпретироваться как прием сигнала "Занято". Путем уменьшения чувствительности удалось "заставить" модем не реагировать на слабый "паразитный" фон.

С помощью специальной команды некоторые модемы, в том числе и IDC, можно заставить установить соединение на небольшой скорости, а затем поднять ее в процессе работы. Этот "трюк" улучшает надежность начального согласования, а кроме того помогает сэкономить средства пользователям систем, которые начисляют повременную оплату в зависимости от скорости, которую модем сообщает при соединении в виде строки CONNECT 2400 (19200, ...).

Квантовая физика - замкнем линию еще короче

Часть наших пользователей подключена к квазиэлектронным ведомственным АТС "КВАНТ". Эта АТС славится тем, что большинство модемов не могут на ней "снять трубку" - вместо длинного гудка, имеющего "официальное" название .Приглашение к набору номера., идут сигналы "Занято". Это связано с тем, что "КВАНТ" требует "более сильного закорачивания линии", чем обычные АТС.

Для борьбы с КВАНТОМ существует модифицированный вариант модема IDC, в котором добавлено дополнительное реле, а с помощью регистра S100 задается время закорачивания линии, приводящее к успеху.

И наконец в модемах IDC 1914 и 2814 имеется встроенный АОН. При ответе на входящий звонок, если установлен регистр S85, модем посылает запрос на посылку АОН, оцифровывает ответную частотную посылку, расшифровывает ее и помещает результат во внутренний регистр. Опросить номер последнего звонившего абонента можно командой АТ19. Имеется также возможность вывести этот номер в строку CONNECT или отдельной строкой CALLER'S NUMBER перед остальными результатами соединения.

Надеюсь, что этот рассказ поможет вам при выборе модема. А еще лучше - берите все под залог и пробуйте по пунктам и ловлю "Занято", и частоту обрывов соединения, и смену скоростей, и т.д., а только затем покупайте!


1. Основу этой статьи составил рассказ ведущего разработчика модемов IDC Майка Телиса, президента фирмы "INPRO-модемы. (Москва), занимающейся разработкам и оригинальных коммуникационных продуктов с 1988 года.