Развитие протоколов передачи данных
Впервые автору пришлось столкнуться с модемами в 1993 году и так сложилось, что с тех пор его работа неразрывна связана с этими устройствами. Для передачи информации использовались различные сети. Это Телефонная сеть общего пользования (ТфОП), Цифровая сеть делового обслуживания (ЦСДО) Искра-2, выделенные аналоговые каналы. В то время в качестве аппаратуры передачи данных использовались обычные 2-проводные модемы ничем не отличаемые от тех, которые можно было приобрести на рынке, например, Discovery 2400 CM/D. Этот модем поддерживал протокол передачи V.22 bis (смотри табл. 1, где представлена эволюция протоколов передачи данных Международного союза электросвязи отдела телефонии (ITU-T), бывший МККТТ (CCITT)), созданный в 1957 году, и протокол сжатия MNP-5 (смотри табл. 4) и протокол коррекции ошибок MNP-4. Восемь лет назад эта был неплохой модем и было бы также неплохо, если бы он работал на максимальной скорости, но, к сожалению, дела обстояли не очень хорошо. Соединение часто рвалось, качество передаваемой информации было низко, да и скорость не всегда соответствовала максимальной. В чем же были причины этого, прежде всего, конечно, в каналах связи и самое главное в прямых проводах, которые шли от АТС (автоматическая телефонная станция) или МТС (междугородняя телефонная станция) до пользователя.
Спустя некоторое время после выхода протокола V.32 bis в нашей стране появились модемы обеспечивающие максимальную скорость 14400 бит/с. Были приобретены модемы поддерживающие данный протокол. Это были Unicom 1414 VQE, USRobotics, ZyXEL. Кроме этого протокола последние содержали и фирменные, такие как HST и ZyX (смотри табл. 3, где представлены различные фирменные протоколы передачи данных). Перечисленные выше модемы позволяли работать со скоростями до 14400 – 16800 бит/с, но в реальности скорость передачи данных редко превышала 4800 – 9600 бит/с. Таким образом, возник вопрос: “Почему?” И начались попытки выяснения причин влияющих на скорость и качество передачи данных.
Табл. 1. Протоколы передачи данных Международного союза электросвязи
| Стандарт | Год утверждения | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
| V.21 | 1964/1984 | 200/300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
| V.22 | 1980/1988 | 1200 | FDX(FDM) | PSTN | DPSK |
| V.22 bis | 1984/1988 | 2400 | FDX(FDM) | PSTN | QAM |
| V.23 | 1964/1988 | 1200 | HDX | PSTN | FSK |
| V.26 | 1968/1984 | 2400 | HDX | Private | DPSK |
| V.26 bis | 1972/1984 | 2400 | HDX | PSTN | DPSK |
| V.26 ter | 1984/1988 | 2400 | FDX(EC) | PSTN | DPSK |
| V.27 | 1972/1984 | 4800 | HDX | Private | DPSK |
| V.27 bis | 1976/1984 | 4800 | HDX | Private | DPSK |
| V.27 ter | 1976/1984 | 4800 | HDX | PSTN | DPSK |
| V.29 | 1976/1988 | 9600 | HDX | Private | QAM |
| V.32 | 1984/1988 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
| V.33 | 1985/1988 | 14400 | FDX | Private | TCM |
| V.17 | 1991 | 14400 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
| V.32 bis | 1991 | 14400 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
| V.34 | 1996 | 33600 | FDX | PSTN | QAM |
| V.90 | 1998 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
| V.92 | 2000 | 56700/48000 | FDX | PSTN | PCM |
Первый значительный прорыв в ответе на вопрос “Почему?” произошел в 1994 году после покупки измерителей каналов тональной частоты (ТЧ) TDA-2 и TDA-3 у фирмы “Аналитик-ТС” и более внимательного изучения протоколов передачи данных и норм на каналы ТЧ, тогда еще приказ № 50. Обсуждение первых результатов измерений с Андреем Кочеровым, сотрудником “Аналитик-ТС”, внесли некоторую ясность в существующую у нас проблему, а значит стала ясна направленность дальнейших наших действий.
Как видно из табл. 1, первые протоколы имели низкую скорость передачи данных, что обуславливалось, тем, что в пору их создания существующие телефонные сети обладали рядом характеристик, которые не позволяли передавать по ним информацию с большей скоростью. Оборудование, используемое на сетях связи, в большинстве своем было аналоговое, что вносило следующие негативные характеристики:
o ограничение полосы пропускания канала. Эта характеристика связана с завалами частоты на краях канала, кроме того, его ширина могла значительно уменьшится при неоднократном прохождении через участки НЧ (низко-частотный) переприема. Этот параметр характерен для каналообразующей аппаратуры с частотным разделением каналов (ЧРК), в частности К-60П. Стандартно канал ТЧ имеет полосу пропускания от 300 до 3400 Гц. При 12 транзитных участках с аппаратурой К-60П эффективно передаваемая полоса сужается до пределов 450 - 2850 Гц.
o сдвиг частоты. Он вызывается отсутствием синхронизма между задающими генераторами в оконечных устройствах аппаратуры с ЧРК.
o неравномерность группового времени прохождения (ГВП). Это проявляется в виде неодновременности прихода боковых полос к приемнику, что препятствует восстановлению сигнала.
o импульсные помехи. Они могут быть связаны с коммутационным оборудованием, перекрестными наводками от вызывных импульсных токов.
o перерывы связи. Они вызываются плохими контактами в разъемах, реле, искателях, что характерно для декадно-шаговых автоматических телефонных станций (АТСДШ).
В связи с перечисленным выше первые протоколы разрабатывались для ограниченной полосы частот на которой такие мешающие факторы, как ГВП и сужение полосы пропускания, не оказывали значительного влияния. В качестве вида модуляции использовалась частотная и фазоразностная. В качестве протоколов использующих этот вид модуляции можно привести V.21 - V.27, а также протоколы AT&T, приведенные в табл. 2. Так как на выделенных каналах не используется коммутация, то и качество передаваемой информации на них значительно превосходит коммутируемую сеть, так и появился протокол V.29, который использует квадратурную амплитудную модуляцию и большую, неже ли низшие протоколы полосу частот.
Табл. 2. Протоколы передачи данных AT&T
| Стандарт | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
| Bell 103J | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
| Bell 108 | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
| Bell 113 | 300 | FDX(FDM) | PSTN | FSK |
| Bell202 | 1200 | FDX(FDM) | Private | DPSK |
| Bell212A | 1200 | FDX(FDM) | PSTN | DPSK |
| Bell 201 | 2400 | HDX | PSTN | DPSK |
| Bell 208 | 4800 | HDX | Private | QAM |
Время шло, шло развитие коммутационного и каналообразующего оборудование, а также развитие микропроцессоров, как следствие улучшаются характеристики каналов связи, а значит появляется возможность создания более высокоскоростных модемов. Но замена каналообразующего оборудования происходила не в один момент, и поэтому выпуск более скоростных протоколов, таких как V.33 для выделенных каналов и V.32, V.32 bis для ТфОП, был нацелен все еще на то, чтобы использовать не всю возможную полосу частот каналов ТЧ, а только ее часть – от 600 до 3000 Гц. Этим страдали и другие фирменные протоколы, которые представлены в табл. 3:
o 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.
o 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.
o HST. Протокол HST разработан фирмой U.S.Robotics и реализован в модемах фирмы серии Courier в 1989 году.
Табл. 3. Фирменные протоколы передачи данных
| Стандарт | Год утверждения | Максимальная скорость, бит/с | Дуплекс/ полудуплекс | Коммутируемые/ выделенные | Тип модуляции |
| CSP | 1991 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
| Express96 | 1987 | 9600 | FDX(EC) | PSTN | QAM/TCM |
| V.32 ter | 1993 | 19200/16800 | FDX(EC) | PSTN | TCM |
| V.32 ter/ASL | 21600 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
| ZyX | 19200/16800 | FDX(EC) | PSTN | TCM | |
| HST | 1992 | 16800/14400 | FDX | PSTN | TCM |
| HST/ASL | 21600 | FDX | PSTN | TCM | |
| PEP | 1988 | 19200 | HDX | PSTN | QAM |
| TurboPEP | 23000 | HDX | PSTN | TCM | |
| V.fast | 1994 | 28800 | FDX | PSTN | TCM |
| X2 | 1997 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
| K56Flex | 1997 | 56700/33600 | FDX | PSTN | PCM/QAM |
Исключение составляли лишь полудуплексные протоколы семейства PEP разработаны фирмой Telebit и реализованы в модемах фирмы серий TrailBlazer (PEP) и WorldBlazer (TurboPEP), начиная с 1985 года, которые в 1988 году достигли скорости 19200 бит/с, а в последствии и 23000 бит/с. Они пытались использовать всю возможную полосу каналов ТЧ и показывали неплохое качество работы и высокие скорости передачи данных. Но, к сожалению, были они достаточно дороги и закрыты, что сказалось на их распространении и конечно же на скорости. Поэтому организация где я работал не могла позволить себе купить подобную аппаратуру, а обходилась более дешевыми моделями модемов.
Но не все оказалось так плохо. Длительное измерение выделенных каналов, приведение их параметров в норму значительно изменило положение вещей. В ряде случаев произошло повышение скоростей работы аппаратуры передачи данных, а в большинстве своем мало, что изменилось, и спустя время выяснилось почему – в наших бедах оказались виновными прямые провода, которые шли от МТС к конечным пользователям и ложная уверенность их в том, что чем выше уровень передаваемого сигнала, тем лучше. Это хорошо проходило с прямыми проводами, но было не допустимо для аналоговых систем передачи.