Модемы продолжают жить и развиваться: Протокол V.92

Модемный бизнес: реквием или возрождение?

«Модемный бизнес сохранит в ближайшие годы жизнеспособность, правда, существенно сократятся перспективы роста», — утверждают аналитики IDC. По их мнению, уход из этого бизнеса компании 3Com доказывает лишь, что прибыль в этом секторе низка.

И вдруг, на фоне почти реквиема западных аналитиков по поводу модемного бизнеса, исследовательская группа Международного союза электросвязи (ITU-T) в феврале 2000 г. обсуждает последние технические детали новых рекомендаций ITU-T V.92, а в ноябре окончательно принимает их. 

Сигнальный поток downstream и протокол V.92

Обратимся к некоторым техническим подробностям. Первым важным изменением для V.92 являлась увеличенная скорость передачи от клиента к провайдеру — поток upstream. Вместо предельной скорости 33.6 кбит/с предложена скорость 48 кбит/с. В свое время в 1997 г., обсуждая предельные скорости потока upstream, специалисты компании Lucent Technologies указали на наличие потенциального запаса помехоустойчивости и в этом направлении передачи, а не только в направлении downstream.

Действительно, у окончания канала со стороны так называемых «цифровых модемов» узла доступа провайдера нет аналоговой абонентской линии и, следовательно, практически отсутствует воздействие специфических шумов и искажений абонентской линии 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.

Предлагаемый в рекомендации V.92 метод модуляции передачи upstream не является привычной QAM (квадратурная амплитудная модуляция, КАМ). Скорости upstream, согласно V.92, лежат в интервале от 24 кбит/c до 48 кбит/c с шагом 8000/6. Шаг изменения скорости 1333 бит/c принят точно таким же, как и в V.90. Отметим, что метод передачи upstream имеет много общего с методом, примененным в стандарте V.90 в направлении downstream (от провайдера к клиенту).

Вспомним, что в направлении downstream применяется при предельной скорости работы 56К 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 8000 — это частота дискретизации в стандартном телефонном ИКМ-канале и, следовательно, скорость передачи 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 оконечного кодека (а точнее, c параметрами ЦАП-кодека) этого канала.

Такой метод модуляции является близкой разновидностью ИКМ (импульсно-кодовая модуляция), применяемой в индивидуальных каналах ИКМ-систем. При этом 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 на сигнал downstream процесса экспандирования в кодеке ИКМ-канала.

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 56К до 28К 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 кончая 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 (амплитудная модуляция) с однократной ФМ (фазовая модуляция), но с ещё 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 ИКМ-канала, на преодоление которого и направлен выбор уменьшенного числа разрешенных уровней и увеличенного 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 48К до 24К.

На что направлен стандарт

Заметим, что стандарт V.92 направлен на симметрирование скорости прямого (upstream) и обратного (downstream) направлений передачи. При этом всем давно известно, что информация запроса абонентов в интернете существенно (раз в 5–6) меньше, чем получаемая из интернета. Отсюда, например, стандарты скорости upstream 1.5 Мбит/с и 8 Мбит/c для downstream в рекомендации ITU-T G.992.1 для ADSL-технологии. Спрашивается, зачем понадобился стандарт V.92, обеспечивающий существенную симметрию. Совершенно очевидно, что для «обычного» доступа в интернет симметрия не нужна!

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

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

Но, разрабатывая идеологию V.92, специалисты по модемным технологиям не могли пройти мимо еще одной, не очень приятной, особенности использования модемов для доступа в интернет. Вы находитесь «в интернете», как правило, несколько десятков минут, а то и часов. Столько же времени никто к вам 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 вашего нахождения в режиме онлайн программное обеспечение модема уведомляет вас о входящих телефонных вызовах и сообщает телефонный номер вызывающего. Если вы принимаете вызов, модем на время разговора «приостанавливает» сеанс в режиме онлайн и быстро возобновляет его после окончания разговора без необходимости повторного набора номера. Если вы игнорируете вызов, то он перенаправляется на вашу голосовую почту.

К сожалению, все эти весьма важные эксплуатационные режимы возможны только в том случае, если ваша АТС обладает возможностью предоставлять эти, так называемые интеллектуальные услуги. Современные электронные АТС, как правило, обладают такой возможностью. Учитывая, однако, невысокий процент электронных АТС на территории России, своеобразие отечественных норм и параметров на предоставление такой услуги, уникальный российский алгоритм идентификации вызывающего абонента (АОН), широкое распространение новых функций Call Waiting и Modem on Hold произойдет у нас не скоро. Более того, точно известно, что телефон звонящего (Caller ID) не будет сообщаться.

В рекомендации V.92 введена еще одна важная позиция — возможность «быстрого соединения» (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 установления 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. Более того, Quick Connect играет важную роль в быстром восстановлении сеанса онлайн после окончания функции Modem on Hold.

По предложению тех же «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.

Протокол компрессии основан на алгоритме компрессии LZJH, разработан US-based Hughes Network System. V.44 дает улучшение в компрессии более чем на 25% по сравнению с существующим V.42bis и степень компрессии около 6:1 для типичных веб-соединений. 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. Таким образом, значительно сокращается время загрузки и перемещения по веб-пространству.

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

Таким образом, приняв новую рекомендацию V.92, законодатель «мод», Международный Союз Электросвязи (ITU-T), что-то не очень обратил внимание на «трагические» прогнозы американских бизнес-аналитиков. Модемы — эти удивительные создания человеческого ума — еще продолжают жить.

Эдуард Минкин / RRC