• ВСЕ, ЧТО ВЫ ХОТЕЛИ ЗНАТЬ О МОДЕМАХ, НО БОЯЛИСЬ СПРОСИТЬ •  

:: V.92 - реквием отменяется ::

Публикуется с разрешения редакции журнала и автора!

Автор: Эдуард МИНКИН, к.т.н., руководитель технического
отдела компании RRC.
Источник: "СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ" №3 (17), 2001

Пока ничто не может заменить широкую доступность обычной телефонной сети, низкую цену и легкость использования аналоговых модемов, и подтверждение тому - принятие нового модемного стандарта V.92.

ход 3Com из модемного бизнеса породил массу слухов и эмоций - раз уж один из столпов этого бизнеса уходит, то, мол, век модемов для коммутируемых телефонных каналов общего доступа заканчивается. "Модемы для коммутируемых телефонных каналов еще не умерли, - говорит Фрэнк Манинг (Frank Manning), президент известнейшей американской компании Zoom Telephonics. - Пока ничто не может заменить широкую доступность обычной телефонной сети, низкую цену и легкость использования аналоговых модемов". Более того, 3Com никогда "по-настоящему" не был в этом бизнесе. Несколько лет тому назад, "проглотив" U.S.Robotics, компания на самом деле оказалась "около" модемного бизнеса. Однако, раскусив его сложность, "быстренько" от него отказалась, не сумев воспользоваться брендом U.S.Robotics - многие годы лидера модемных технологий и бизнеса.

Несмотря на ожидаемый рост услуг высокоскоростных методов доступа в Интернет (xDSL, кабельные модемы, радио и спутниковый), в следующие четыре года (до 2005 г.), по оценке американских аналитиков, 55% домашних пользователей в США все еще будут использовать для выхода в Интернет обычные модемы. И это утверждают американцы!

Ну, а мы - с нашей "супербыстрой" модернизацией сетей доступа, с нашими абонентскими линиями с неизведанными параметрами для xDSL, с практически непригодными для Интернет-доступа существующими линейно-кабельными сооружениями весьма редких телевизионных кабельных систем, с "сумасшедшими" ценами на все эти новые виды услуг и с нашими доходами - и подавно!

"Модемный бизнес сохранит в ближайшие годы жизнеспособность, правда, существенно сократятся перспективы роста", - утверждают аналитики IDC. По их мнению, уход из этого бизнеса 3Com доказывает лишь, что прибыль низка.

Скорость выросла

И вдруг, на фоне почти реквиема западных аналитиков по поводу модемного бизнеса, 16-я Исследовательская группа Международного союза электросвязи (ITU-T) в феврале 2000 г. обсуждает последние технические детали новой Рекомендации ITU-T V.92, а в ноябре окончательно принимает ее.

Эта Рекомендация является развитием знаменитой Рекомендации V.90 (см. нашу статью "Модемы 56К - на острие скорости", "Сети и телекоммуникации", 2000, №1, с. 24-34) и направлена в первую очередь на увеличение скорости передачи от аналогового модема абонента к так называемым цифровым модемам узлов доступа.

В свое время, обсуждая предельные скорости потока upstream (от абонента к провайдеру), Lucent Technologies указала на наличие потенциального запаса помехоустойчивости и в этом направлении передач и, а не только в направлении downstream. Действительно, у окончания канала со стороны так называемых "цифровых модемов" узла доступа провайдера Интернет нет аналоговой абонентской линии и, следовательно, практически отсутствует воздействие специфических шумов и искажений на принимаемый модемом сигнал на этом участке. Кроме того, в этом направлении связи на приемник цифрового модема не воздействует помеха "ближнее эхо" в силу эквивалентного 4-проводного интерфейса с каналом связи и, следовательно, отсутствия дифференциальной системы в модеме.

Более того, еще в том же 1997 г. эта компания предлагала повысить скорость передачи с 33,6 до 44 кбит/с. Тогда ITU-T не решился на этот шаг, а FCC запретила об этом и думать, заботясь о соблюдении стандартов на загрузку канала связи. Дело в том, что увеличение скорости стандартными методами QAM приводило бы к существенному повышению пик-фактора (отношение средней мощности к пиковой). Напомню, что FCC ограничила скорость потока "вниз" значением 31,2 кбит/с.

Предлагаемый в Рекомендации V.92 метод передачи от клиентского модема к провайдеру не является стандартной QAM-модуляцией, и прежние опасения FCC, похоже, преодолены. Скорости потока к провайдеру согласно V.92 лежат в интервале от 24 кбит/c до 48 кбит/c с шагом 8000/6. Шаг изменения скорости 1333 бит/c, как и в V.90. Отметим, что он имеет много общего с методом, примененным в направлении от провайдера к клиенту.

Вспомним, что в направлении downstream при предельной скорости работы 56 кбит/c применяется комбинированная 64-уровневая (шесть бит - ИКМ-кодирование) амплитудная и однократная (знак в ИКМ-коде) фазовая модуляция. При этом передается 7 информационных бит-символов в одном модуляционном интервале. По принятому определению кратности модуляции мы имеем дело с 7-кратной модуляцией. Вспомним также, что число 8000 - это частота дискретизации в стандартном телефонном ИКМ-канале и, следовательно, скорость передач и символов в V.90, а шаг изменения скорости 8000/6 связан со скоростью передачи символов и размерностью кода по амплитудным уровням, принятом в V.90. Этот метод модуляции диктовался организацией индивидуального ИКМ-канала многоканальной ИКМ-системы и точно сопряжен с параметрами кодека (а точнее, c параметрами ЦАП-кодека) окончания этого канала со стороны абонента.

Такой метод модуляции является не чем иным, как близкой разновидностью ИКМ, применяемой в индивидуальных каналах ИКМ-систем, но с меньшим в два раза числом амплитудных уровней и с пропорционально в два раза увеличенным, для повышения помехоустойчивости, расстоянием между разрешенными уровнями. Вспомним также, что при выборе числа уровней в V.90 пришлось учесть влияние процесса экспандирования в кодеке ИКМ-канала на сигнал downstream. Число уровней, используемых в конкретном сеансе связи, зависит от состояния и качества сквозного канала от цифрового модема узла доступа до аналогового модема клиента. Именно поэтому шкала скоростей для downstream лежит в интервале от 56 до 28 кбит/с с шагом 8000/6 = 1333 бит/c.

В сигнальном потоке downstream могут использоваться и все другие стандарты модуляции, начиная от V.21 (300 бит/c) и заканчивая V.34 (33,6 кбит/c).

По тому же пути пошли создатели V.92, применив для передачи сигнала upstream почти такую же комбинированную многоуровневую АМ с однократной ФМ, но с меньшим числом разрешенных уровней и еще большим расстоянием между уровнями для обеспечения повышенной помехоустойчивости. Напомним, что в этом направлении связи присутствует шум квантования, порожденный аналого-цифровым преобразованием во входном кодеке абонентского окончания ИКМ-канала. На преодоление влияния этого шума и направлен выбор меньшего числа разрешенных уровней и увеличенное расстояния между этими уровнями. Естественно, что и тут число уровней, используемых в конкретном сеансе связи, зависит от состояния и качества сквозного канала от модема клиента до цифрового модема узла доступа. Отсюда и шкала скоростей от 24 до 48 кбит/с с шагом 1333 бит.

Конечно, можно и дальше любоваться достижениями в модемных технологиях, которые благодаря изощренности ума специалистов уже более 50-ти лет поражают человечество, создав по сути теоретическую базу для всех современных методов высокоскоростной и качественной передачи информации. Но эти методы и новые скоростные технологии интенсивно пытаются вытеснить своих "прародителей" - обычные модемы.

Функция QuickConnect модемов стандарта V.92 сокращает время соединения клиентского модема с провайдерским до 10 секунд.

Интересен другой вопрос: зачем для "умирающей" технологии передачи данных по ТфОП с помощью модемов создавать новые методы и тем более стандарты ITU-T?! Заметим, что новый стандарт направлен на симметрирование скорости прямого и обратного направлений передачи. При этом всем давно известно, что объем запрашиваемой информации существенно (раз в 5 - 6) меньше, чем объем, получаемый клиентом из Интернета. Отсюда и происходят, например, стандарты скорости для прямого (1,5 Мбит/с) и для обратного направления (8 Мбит/c) в рекомендации ITU-T G.992.1 для технологии ADSL. Спрашивается, зачем понадобился стандарт V.92, обеспечивающий симметрию? Совершенно очевидно, что для "обычного" доступа в Интернет симметрия не нужна!

А для IP-телефонии, использующей Интернет для телефонной связи? Конечно, нужна! Беседующие абоненты совершенно равноправны. Качественные показатели прямого и обратного каналов для IP телефонии должны быть примерно одинаковыми.

Совершенно очевидно, что при передаче почты или файлов объем информации от клиента может существенно превосходить входящую информацию. Можно упомянуть и случаи размещения баз данных (например, Интернет-сайтов) у клиентов.

Ну а если Вы создаете на базе Интернета свою виртуальную корпоративную сеть, где оба направления связи, как правило, должны быть также равноправными? Конечно, такой вид обмена в корпоративной сети не очень-то скоростной. Но не всем же нужны мегабиты! Зато как дешево!

И еще - два взаимно корреспондирующих абонента различных сетей ТфОП и ISDN, передающих друг другу данные.... Напомним, что технология V.90 позволяла такой обмен, опять же с асимметричными скоростями (56/33,6 кбит/с), с помощью обычного аналогового модема у абонента сети общего доступа и специального ISDNадаптера - цифрового модема у абонента канала BRI ISDN (например, изделия Courier-I компании U.S.Robotics). Рекомендация V.92 превращает таких абонентов почти в совершенно равноправных партнеров.

По предложению "китов" модемной индустрии: U.S.Robotics, Conexant Systems, Lucent Technologies и Motorola - были приняты новый протокол компрессии данных V.44 и протокол V.59, определяющий новые процедуры завершения связи модемами. Новый протокол компрессии основан на алгоритме компрессии LZJH, разработанном US-Hughes Network System. V.44 обеспечивает улучшение компрессии более чем на 25% по сравнению с существующим стандартом V.42bis и степень компрессии примерно 6:1 для типового Web-поиска в Интернете. Новые результаты пропускной способности модемных соединений с учетом V.44 составляют 300 кбит/с по сравнению с типичным на сегодня значением порядка 150-200 кбит/с при загрузке из Интернета и просмотре Webпространства. Естественно, протокол работает в обоих направлениях сеанса связи. И самое главное, что видно на примере проведенных предварительных исследований уже сейчас, V.44 дает выигрыш на ЛЮБОМ типе сжимаемых данных.

Конечно, эти скорости ниже, чем могут обеспечить новые скоростные технологии, но практическое внедрение V.92 реализуется необычайно просто. Провайдерам услуг не надо менять дорогостоящее оборудование узлов доступа и создавать новые сети; достаточно осуществить лишь модернизацию программного обеспечения узла. Такая же простота программного апгрейда ждет и владельцев модемов. Так, по крайней мере, обещают ведущие производители модемной продукции и узлов доступа. Некоторые из них уже предлагают и апгрейд для своей серийной продукции, и новые модемы в стандарте V.92.

Удобство тоже!

Разрабатывая идеологию V.92, специалисты по модемным технологиям не могли пройти мимо еще одной, не очень приятной, особенности использования модемов для доступа в Интернет. Пользователь в Интернете, как правило, несколько десятков минут, а то и часов. Столько же времени к нему никто не может дозвониться!

Именно поэтому в Рекомендацию V.92 была введена новая функция "уведомление занятого абонента" (Call Waiting), при которой можно перевести модем в режим ожидания (Modem-on-Hold).

Во время работы пользователя в режиме онлайн программное обеспечение модема уведомляет его о входящих телефонных вызовах и сообщает, кто его вызывает. Если пользователь принимаете вызов, модем на время разговора "приостанавливает" сеанс в режиме онлайн и возобновляет его после окончания разговора без необходимости повторного набора номера. При игнорировании вызова, он перенаправляется на голосовую почту. К сожалению, все эти весьма важные эксплуатационные режимы возможны только в том случае, если АТС позволяет предоставлять эти "интеллектуальные" услуги. Современные электронные АТС, как правило, обладают такой возможностью. Учитывая, однако, невысокий процент электронных АТС на территории Украины, отсутствие единых норм и параметров на предоставление такой услуги, уникальный алгоритм идентификации вызывающего абонента (АОН), широкое распространение новых функций Call Waiting и Modem-on-Hold произойдет у нас не скоро.

В Рекомендации V.92 введено еще одно новшество - "быстрое соединение" (Quick Connect). Благодаря "запоминанию" характеристик канала связи в предыдущем сеансе связи модем может пропустить часть своей настроечной комбинации в новом сеансе и быстрее перейти в режим онлайн, уменьшая время, требующееся для соединения с узлом доступа. Как правило, мы обычно выходим в Интернет через узел доступа одного и того же провайдера примерно по одним и тем же каналам связи. Именно поэтому функция Quick Connect имеет большое практическое значение.

Принципы реализации функции Modem-on-Hold

Одним из источников проблем для модемов является незнание пользователями того, что нужно отключать услугу ожидания звонка (эту услугу поддерживают только современные цифровые АТС) при связи через модем. Сигнал поступающего вызова воспринимается модемом как прерывание потока данных и в зависимости от настройки модема, часто приводит к разрыву соединения. Иногда такое "поведение" модема считается нормальным, например, когда пользователь намерен прервать сеанс связи и ответить на звонок. Но в большинстве случаев оно нежелательно.

Сохранить сеанс связи при получении сигнала о входящем вызове помогает дополнительная функция нового стандарта - Call Waiting Survival. А функция Modem On Hold позволяет провести нормальный разговор без спешки (до 4 минут) и затем продолжить сеанс связи. Конкурирующие схемы давали не более 7 секунд на все: определение номера абонента (Caller ID), снятие трубки, разговор - чего явно недостаточно. Предложенный метод позволяет модемам "договориться" о максимальном времени ожидания завершения разговора.

Возможны несколько сценариев использования функции Modem-on-Hold:
• поступающий вызов принят: модем переведен в режим ожидания;
• поступающий вызов не принят: сеанс связи продолжен;
• поступающий вызов принят: сеанс связи разорван;
• запрос на постановку сеанса связи в режим ожидания отвергнут серверным модемом: сеанс связи продолжен;
• запрос на постановку сеанса связи в режим ожидания отвергнут серверным модемом: сеанс связи разорван.

На рис. 1 показан процесс принятия клиентским модемом поступающего вызова с последующей передачей серверному модему запроса на перевод сеанса связи в режим ожидания. Работа клиентского модема прерывается сигналом поступающего вызова; клиентский модем посылает в линию тоновую цифру "D" для получения данных о телефонном номере абонента (Caller ID). После этого пользователь клиентского модема решает: ответить или нет на поступающий вызов. Клиентский и серверный модемы "договариваются" о предельной длительности прерывания сеанса связи (сигналы MHreq и MHack, соответственно), после чего клиентский модем кратковременно размыкает линию (Flash) и абонент принимает поступающий вызов, а сеанс связи переводится в режим ожидания. По завершении разговора, после еще одного кратковременного размыкания линии, между модемами устанавливается соединение с использованием функции QuickConnect.

На рис. 2 показан процесс отказа от запроса на перевод сеанса связи в режим ожидания. Это пример режима Call Waiting Survival.

Функция Modem-on-Hold усиливает сходство в использовании телефонной линии и линии широкополосного доступа. В действительности, в отличие от цифровой линии, одновременный обмен данными и телефонный разговор невозможны, однако возможен быстрый возврат к сеансу связи без его разрыва. Дополнительно предусмотрен верхний предел времени восстановления Интернет-сеанса связи, устанавливаемый поставщиком сетевых услуг. Потенциально провайдер может устанавливать разное время ожидания для разных ценовых градаций услуг доступа.

Аналоговые модемы еще живы!

В то время, когда основной интерес большинства производителей лежит в области разработки устройств широкополосного доступа (xDSL и кабельные модемы), в ближайшие пять лет основным средством доступа к Интернету останутся аналоговые модемы. V.92 как стандарт следующего поколения нацелен не столько на повышение скорости, сколько на дополнительную функциональность и удобство в использовании. Рост скорости обеспечивается за счет применения импульсно-кодовой модуляции потока данных от клиентского модема. Функции перевода сеанса связи в режим ожидания и ускоренного установления соединения приближают услуги доступа, предоставляемые по обычной коммутируемой телефонной линии общего пользования, к таковым для широкополосных и ISDN цифровых линий - с их возможностью одновременного доступа в Интернет и телефонии.

Хотя модемы V.92 уже появились в продаже (по крайней мере, на Западе), их использование невозможно без поддержки этого протокола провайдерами, которые, скорее всего, смогут обеспечить ее только к концу 2001 года, что повысит удобство и производительность доступа к Интернету их клиентов. Однако этими новыми преимуществами в полном объеме смогут воспользоваться только абоненты современных цифровых АТС (функции Call Waiting, Modem-on-Hold), которых, к сожалению, у нас не так много. Последний фактор может значительно повлиять на внедрение V.92 в наших условиях.

Итак, принимая новую рекомендацию - V.92, мировое сообщество что-то не очень обращает внимание на "трагические" прогнозы американских бизнес-аналитиков. Модемы - эти удивительные создания человеческого разума - еще живы!

Design by Graj © "ЦСС-ЕВРОКОМ"