Сучасне покоління вже не здивувати словами модем, виділена лінія або "коннект". Особливо це відноситися до "фідошників" або до людей так чи інакше пов'язаних з мережею Інтернет. Але часто виникають непорозуміння між операторами зв'язку та абонентами, саме через проблеми модемного зв'язку по комутованій або виділеній лінії. Крім того, постійно в конференціях та "Федишин ехах" йдуть обговорення "які номери з якими краще в'яжуться, які модеми краще тримають коннект, а які гірше". Як це не сумно, але такі суперечки й обговорення рідко народжують істину. У такій ситуації всім сильно не вистачає технічної підтримки місцевого оператора зв'язку.
Найчастіше всі претензії абонента щодо поганих швидкостей з'єднання модемів не приймаються, і відповідь проста: ізоляція в нормі, стороннього немає. А причини поганого зв'язку можуть критися у таких тонкощах, які в голосового зв'язку ні коли не виявляються. Для різних типів автоматичних телефонних станцій (АТС), такі причини можуть бути різні.
Механічні АТС (Координатні і декадно-крокові).
Це вже застарілі типи АТС, але, тим не менш, ще використовуються на території Росії через дорожнечу нових і важким економічним становищем у країні. І звичайно не можна не згадати що кабельне господарство російських операторів зв'язку на 40% 60-х років. Саме на цих станціях зазвичай не використовується ніякого обладнання ущільнення, і якість зв'язку залежить тільки від обладнання механічної комутації. Загальна структура взаємодії АТС та абонентів показана на малюнку:
У Томську на механічних АТС працюють номери, що починаються на цифри: 21, 22, 23, 25, 77, 78.
З одного боку перевагою є те, що, що з'єдналися абоненти з'єднані фізичної двухпроводной лінією. Тобто робочий діапазон такої лінії від 300 Гц до 20 кГц, що теоретично дозволяє при використанні широкосмугових модемів отримати швидкості обміну до 2 Мбіт, а в окремих випадках і більше. Але такі оптимістичні цифри в реальних з'єднаннях неможливі через декількох факторів:
Якість комутаційних контактів на АТС дуже низька.
Дуже високий "шум станції".
Сильні перехресні перешкоди в кабельних магістралях (50-100 парний кабель з малою кількістю витків на метр).
Схильність кабельних магістралей багатьом природним чинникам і електромагнітних перешкод (багато зустрічалися з тим, що кабель, що підходить до вашого будинку або офісу, або "замокает" при дощі, або прослуховується сторонній розмова).
Кілька років тому в Томську ця проблема [3] була частково вирішена ЦСП (Цех Систем Передачі), введенням розвиненої мережі ІКМ - трактів (Імпульсно-кодова модуляція). На схемі № 2 схематично показані відмінності багатопарних кабельних магістралей і ІКМ - трактів:
Як видно з малюнка Багатопарний мідний кабель через дорожнечу обслуговування і низьку якість з'єднання тепер використовується ефективніше. Але на зміну прийшла ВОЛЗ (волоконно-оптична лінія зв'язку), яка передає цифровий потік зі швидкістю до 300Мбіт / с і більше (швидкість передачі цифрового потоку на 4-парному мідному дроту 2Мбіт / с). Тобто тепер абонентське з'єднання після комутації на механічній АТС аналоговий сигнал виходить зі станції і входить в устаткування ЦСП. Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) перетворює цей сигнал в цифровий потік 64 кбіт / с на передачу і 64 кбіт / с потік в аналоговий сигнал на прийом. Потім 30 +2 цифрових потоку (2 керуючих) по 64 кбіт / с об'єднуються в один 2Мбіт-ний потік E1 (ІКМ-тракт). У ВОЛЗ входить до 64 потоків E1. З іншого боку магістралі ситуація повторюється з точністю до навпаки. З ВОЛЗ знімаються 64 цифрових потоку E1, далі кожен розбирається на 64кбіт-ні потоки, і подаються на цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП). Одержаний аналоговий сигнал надходить на станцію, і після комутації до абонента.
Проаналізуємо, які переваги і недоліки дає перехід на цифрове ущільнення оператору зв'язку, а які абонентові:
Оператор зв'язку:
ВОЛЗ не схильні проникненню вологи і електромагнітних перешкод, отже, дешевше обходитися прокладка шахт та обслуговування.
Гнучкість такого рішення дозволяє модернізувати обсяги міжстанційних з'єднань без додаткових робіт.
Економія на вартості кабелю 1м 100-парного мідного кабелю стоїть на сьогоднішній день дорожче, ніж 1м двожильного оптичного волокна.
Абонент:
Якість зв'язку підвищується за рахунок зменшення перехресних перешкод міжстанційних з'єднань.
Відстань між абонентами перестає впливати на якість зв'язку (ВОЛЗ може передавати сигнал на десятки кілометрів без втрат, крім того, за рахунок передачі сигналу в цифровому вигляді можна використовувати алгоритми корекції).
Недоліки.
Оператор зв'язку:
Складність і дорожнеча рішень з цифровою передачею.
Необхідність формування та навчання служб монтажу та обслуговування ВОЛЗ.
Абонент:
Проблеми, зумовлені проходженням через АЦП / ЦАП і обладнання ущільнення: діапазон робочих частот 300-3300Гц, "джиттер" (тремтіння фази) і тимчасові затримки (в голосового зв'язку непомітні).
Перехресні перешкоди на магістралях розподільних шаф, попадання вологи в шахти магістралей (проблема останньої милі).
Так як механічна комутація відбувається з аналоговим сигналом, шуми станції потрапляють в лінію, як і раніше без застосування ІКМ-трактів.
Переваги оператора зв'язку очевидні, так само як і абонента. А от недоліки викликають сумнів, чи підвищує введення ІКМ-трактів якість обслуговування. Зменшення робочого діапазону частот робить неможливим використання шірокополосих модемів, а "джиттер" повинен негативно вплинути на швидкість з'єднання. (Алгоритм АЦП!!) У той же час перехресні перешкоди не зникнуть зовсім, тому що від станції до розподільної шафи магістраль проведена мідним кабелем. І в завершенні "шум станції", який не зменшився і не збільшився, наводить на думки що перехід на цифрові ІКМ-тракти в міжстанційних магістралях на механічних станціях, не дають переваг для модемного зв'язку абонента.
Виділені лінії (прямі лінії).
Часто для об'єднання локальних мереж двох віддалених офісів застосовують постійне модемне з'єднання. Але для максимальної ефективності такого рішення застосовують не звичайну комутовану лінію, яка має ряд перерахованих вище недоліків, а пряму (виділену) лінію. За визначенням пряма лінія - це виділена тільки для потреб абонента некомутовані фізична лінія (див. рис.).
Як видно з малюнка, надання абонентам прямої лінії вимагає виділення вільної пари у всіх магістралях по шляху її установки. На станцію пара не заходить, а з'єднується з парою з наступною магістралі в кросі. І важливою властивістю прямої лінії є те, що вона не заходить ні в ІКМ-тракт або інше обладнання ущільнення, а, отже, робочий діапазон частот не обмежений 3,3 кГц і немає втрат через тимчасові затримок і тремтіння фази. І останнім важливим фактором є повна довжина прямої (чим більше довжина, тим гірше параметри лінії), і вже маючи цей параметр, можна взятися за вибір моделі модемів. У таких випадках рекомендують або модеми short-range модеми (модеми "останньої милі"), або широкосмугові xDSL модеми з пропускною здатністю 2Мбіт / с і більше.
Short-range модеми або модеми "останньої милі" - це пристрої, що використовуються для зв'язку між комп'ютерами, терміналами, контролерами та іншою апаратурою передачі даних, на порівняно коротких відстанях. Наприклад: всередині будівель, в межах території кампусу або в межах міста. Ці пристрої розроблені з метою подолання обмежень у дальності дії інтерфейсів каналу передачі даних.
Але останнім часом у зв'язку з витісненням міжстанційних мідних магістралей ІКМ-трактами, можливість провести пряму лінію абоненту в різних районах міста (різні АТС) ставати проблемою. Іноді це вирішується проведенням магістралей між розподільними шафами, а іноді ні яких варіантів крім введення в ІКМ-тракт немає. Це наштовхує операторів зв'язку на впровадження сучасних технологій цифрових мереж.
Електронні АТС.
У поданні абонента електронні або цифрові АТС - це щось таке ультрасучасне та незрозуміле. Хоча в Томську вже більше 100000 абонентів обслуговуються саме електронними АТС. Ключова відмінність електронних станцій від механічних у методі та середовищі комутації абонентів.
Механічні АТС коммутіруют аналогові лінії контактними майданчиками, керованими електромагнітним приводом, в той час як електронні коммутіруют просторово-часовими маніпуляціями цифрових потоків.
Як видно з малюнка аналоговий сигнал від абонента приходить в абонентський комплект, де об'єднується з вхідним потоком і після ехокомпенсацию перетвориться за допомогою АЦП в цифровий потік 64 кбіт / с. Вхідний потік аналогічно перетворюється і надходить абоненту (див. рис.).
Важливо зауважити, що при комутації тепер відбувається не механічне з'єднання-роз'єднання, а маніпуляція цифровим потоком в внутрішньоканальні просторі і розподіл цього потоку в виділені інтервали передачі. За рахунок цього електронні АТС мають ідеальну якість "контакту" і завдяки використанню цифрових технологій "шум станції" на лінію не проходить. Однак є й зворотна сторона медалі: "шум квантування".
Шум викликаний квантуванням аналогових сигналів, необхідний для перетворення аналогового сигналу в цифру перед відправкою по телефонній мережі. Вхідний аналоговий сигнал змінюється 8000 разів на секунду, і кожного разу його амплітуда записується як Пульсовий Код Модуляції (Pulse Code Modulation - PCM). Cемплірующая система використовує 256 дискретних 8-бітних PCM кодів. Так як аналоговий сигнал безперервний, а цифровий код - дискретний, цифровий потік, що передається по телефонній мережі, відтворюються на іншому кінці у приблизно відповідний їм аналоговий вихідний сигнал. Різниця між оригінальним сигналом і відтвореним - є шум квантування, який обмежує швидкість модемів. Шум квантування обмежує швидкість приблизно до 35кбіт / c (по теоремі Шенона). Але шум проявляється тільки при аналого-цифровому перетворенні, а не при цифро-аналоговому.
Підводячи підсумок вищесказаного можна зробити висновок: будь-абонентське з'єднання (телефонна розмова) після входу на станцію міжстанційних магістралі навантажуються на 64 кбіт / с, і якщо врахувати, що максимальна швидкість з'єднання модемів через комутовану лінію дорівнює 33,6 кбіт / с, то ККД такого з'єднання одно 52%. Причому реально на такій швидкості обміну не відбувається, це тільки швидкість з'єднання.
Проблема "останньої милі"
Ця проблема була завжди, але на різних етапах розвитку Телефонних мереж загального користування (ТМЗК) вона встає по-різному. Взагалі поняття "остання миля" - включає в себе всі технології, кабельні системи і будівельні споруди, з допомогою яких ТМЗК "дотягується" до абонента від свого станційного обладнання (АТС, Виносний модуль, Крос). У даному випадку на тлі реорганізованих міжстанційних магістралей і високоякісних електронних АТС, проблема "останньої милі" ділиться на 2 частини. По-перше, низькоякісна абонентська проводка, і багатопарні магістралі розподільних шаф, схильні перехресним перешкод і впливів навколишнього середовища. По-друге, використання в абонентській проводці аналогових сигналів, а по внутристанционной обладнанні цифрових, ускладнює схеми абонентських комплектів і знижує ефективність з'єднання. В останньому випадку ефективність 52% мала, але на механічних АТС, із застосуванням ІКМ-трактів, вона ще нижче.
Ефективність сполук підвищиться та ж якщо вирішити тільки частина проблеми, припустимо проводкою оптичних ліній в кожен будинок або застосування вже наявних високочастотних СКС (Структурованих Кабельних Систем) кабельного телебачення. Але це доступно не для всіх районів, а проводка нових вимагає великих витрат, і при тяжкому економічному становищі в нашій країні, недоступне абоненту. Рішень другої частини проблеми може бути декілька.
Стандарт V90 або швидкості понад 33,6 кбіт / с.
Як вже згадувалося "шум квантування" обмежує швидкість приблизно до 35кбіт / c (теорема Шенона). Але шум проявляється тільки при аналого-цифровому перетворенні, а не при цифро-аналоговому. Це і є основна ідея технології V90, якщо не існує аналого-цифрових перетворень між серверним модемом і телефонною мережею, і, якщо підключений по цифровому каналу передавач, використовує тільки 255 дискретних рівнів сигналу, тоді ця цифрова інформація досягає клієнтського модему без спотворень і втрат даних .
Основні принципи функціонування з'єднання V90:
Сервер з'єднується в більшості випадків по цифровому каналу до телефонної лінії.
Сервер використовує тільки 256 PCM коди. Іншими словами, немає шуму квантування, викликаного аналого-цифровими перетвореннями.
Ці PCM коди перетворюються у відповідний дискретний аналоговий сигнал і надсилаються клієнтського модему з аналогової лінії. Втрат інформації немає.
Клієнтський приймач відтворює дискретний PCM код з аналогового прийнятого сигналу.
Асиметричні V90 з'єднання використовують один двонаправлений канал, висхідний і спадний. Спадний канал (приймає на клієнтській стороні) здатний розвивати великі швидкості, так як не відбувається втрати інформації при цифро-аналоговому перетворенні. Висхідний ж канал зазнає аналогово-цифрове перетворення, яке і обмежує швидкість до провайдера швидкостями протоколу V.34.
Як вже було зазначено, дані від цифрового V.90 модему надсилаються по телефонній мережі у вигляді двійкових кодів. Але, щоб задовольнити умові 2 (див. вище) цифровий V.90 модем передає дані (8 біт кожного разу) клієнтського аналого-цифрового конвертору з тією ж частотою, що і телефонна мережа (8000Гц).
Це означає, що символьна швидкість модему (Symbol Rate) повинна бути дорівнює частоті телефонної мережі. З'єднання V.90 У процесі встановлення з'єднання, V.90 модеми відчувають телефонну лінію на предмет знаходження спадних аналого-цифрових перетворювачів. Якщо модем знаходить їх, він далі проводить з'єднання на протоколі V.34. Аналогічна ситуація відбувається у тому випадку, якщо модем на іншому кінці лінії не є V.90 модемом. Завдання клієнтського модему полягає в пізнанні 256 потенційних сигналів та відновлення 8000 PCM кодів в секунду. Якщо б йому це вдалося, швидкість від сервера до клієнта становила б 64 кбіт / c (8000х8 біт у кожному коді). Але, як з'ясувалося, кілька проблем заважають використанню такої швидкості.
По-перше, не можна не враховувати шуми і спотворення перехресних і зовнішніх наведень в магістралях розподільних шаф, і на всьому протязі абонентської лінії.
По-друге, мережеві цифро-аналогові перетворювачі не є лінійними конвертерами, а йдуть деякого конвертує законом. У результаті, коди PCM визначають малі сигнали їх і роблять у цифро-аналоговому устаткуванні, тоді як коди з вказівкою на великі за потужністю сигнали їх і викликають при перетворенні.
Ці дві проблеми роблять практично неможливим використання всіх 256 дискретних кодів, тому що відповідний вихід від цифро-аналогового перетворювача малих сигналів занадто близькі до нуля і губляться на тлі нехай навіть малого шуму. Таким чином, V.90 кодіровщік використовує кілька варіантів 256 кодів, які видаляють сигнали, найбільш близькі до шуму. Наприклад, для передачі даних на швидкості 56Кбит / c використовуються 128-рівневі коди. Використання меншої кількості рівнів дозволяє стабілізувати передачу даних, але на меншій швидкості.
Структурна схема підключення клієнтських і серверних модемів використовують протокол v90
ISDN - Цифрова мережа з інтеграцією послуг.
Останнім часом зростає популярність цифрових технологій зв'язку (цифрові міні-АТС, мікростільникова зв'язок DECT, стільниковий GSM), які пропонують абоненту якісно новий рівень обслуговування. За кордоном це вже повсякденні речі, але для Росії це поки що привілей забезпечених людей. Російські оператори зв'язку все більше звертаються до прикладом закордонних колег, і з кожним роком все більшого поширення набуває ISDN.
За визначенням ISDN - це мережа, що забезпечує повністю цифрові з'єднання між кінцевими пристроями (телефонами, факсами, модемами) для підтримки широкого спектра мовних та інформаційних послуг, доступ до яких здійснює за допомогою обмеженого набору стандартизованих багатофункціональних інтерфейсів. Тобто спрощено можна сказати, що це одночасне вирішення проблеми "останньої милі", адже швидкість 144 кбіт / с в 4 рази більше ніж 33,6 кбіт / с, і проблеми втрат на АЦП / ЦАП, за рахунок переходу абонента на цифровий сигнал ( див. рис.).
Як видно з малюнка, до абонента йде два канали прийому / передачі даних, їх ще називають B-каналами. Це дає можливість одночасно проводити два сеанси зв'язку (наприклад, передача даних і телефонна розмова).
Основні послуги, що надаються мережею ISDN:
3.1 кГц звук.
Передача цифрової інформації без обмежень.
Пакетний режим передачі інформації.
Телесервіс
Телефакс
Телефонія середньої якості (3,1 кГц)
Телефонія високої якості (7 кГц)
Телетекст
Телетекст зі швидкістю 64 кбіт / с
Відеотекс (віддалений термінал, On-Line служб)
Відеотелефонія
Важливим моментом є те, що для переходу з звичайної лінії не потрібно міняти абонентську проводку. Необхідно тільки переключити лінія на абонентський комплект ISDN. А абоненту поміняти своє аналогове обладнання на ISDN обладнання.
Висновок
Всього кілька років тому для організації глобальних мереж, було необхідно або використання малоскоростних модемних з'єднань до 14400 біт / с, або виділення значних коштів для організації власних кабельних систем. І оператори зв'язку не виявляли ініціативи щодо організації мереж передачі даних. А бажання абонента використовувати комутовану лінію як середовище передачі даних, вимагало реєстрації, зі збільшенням абонентської плати. Багато хто просто приховували, що використовують свою телефонну лінію з модемом, але бували випадки, коли з міліцією і понятими таких "зловмисників" відключали.
У наші дні, коли природний процес перекладу міжстанційних магістралей на цифрові канали захлеснув майже всі регіони Росії, деякі абоненти були незадоволені тим, що його законну лінію "ущільнюють", вважаючи, що це негативно позначається на швидкостях з'єднання. Але з появою електронних станцій, якість комутації покращився, і на ринку з'явилися модеми з реальною швидкістю 33,6 кбіт / с і більше, ситуація покращилася. Це було передумовою до більш активного використання ТМЗК для передачі даних. Пізніше з'явилися рішення по передачі даних через виділені мідний лінії, які дозволяли організовувати канали зі швидкостями більше 2Мбіт / с, що стали на сьогоднішній день дуже популярними. Але це перетинається з розвитком електронних АТС та введення ІКМ-трактів в ВОЛЗ, що економічно більш вигідно, і дає можливість надавати більш якісний голосовий зв'язок. Необхідно було заповнити нішу попиту на високошвидкісні канали передачі даних.
Рішення вже було готове у зарубіжних колег, одне з них, це організація мереж передачі даних загального користування (СПДОП), в Росії цей напрямок розвивався мляво, зважаючи на економічну становища країни і величезних відстаней. Інший напрямок це остаточний перехід на універсальні цифрові технології з інтеграцією послуг, такі як ISDN, ATM, SDH. Такий перехід, вимагає зміни експлуатованих АТС на сучасні електронні, що одночасно підвищує якість обслуговування абонента, і надає унікальні можливості по передачі даних.
Безумовно, за такими рішеннями майбутнє, але не можна забувати, що зі збільшенням запитів абонентів, необхідно буде організація міських СПДОП з широким спектром послуг, що надаються. Оператори зв'язку, маючи вже потужні і структуровані системи передачі даних, що використовуються як міжстанційних тракти, можуть сильно прискорити розвиток таких мереж. Крім того, необхідно поділ на ніші ТМЗК абонентів різного рівня, а отже, збільшувати кількість послуг, що надаються, як для запитів корпорацій (Frame relay, ISDN PRI), так і прості рішення для дому.