ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕЛЕФОННЫХ КАНАЛОВ
ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
1. Каналы для передачи данных в информационных сетях
Развитие информационных сетей предполагает в качестве непре-
менного условия наличие высоконадежных скоростных систем передачи
данных. Передача данных вне локальных сетей на расстояния, превышаю-
щие 1000 метров, обычно производится с использованием традиционной
коммутируемой телефонной сети или посредством подключения абонентов
к выделенным магистральным телефонным каналам и физическим линиям.
На стыке цифрового потока данных и аналогового телефонного канала
устанавливается модем, и практически сразу же встает проблема обес-
печения максимально возможной скорости и надежности передачи данных.
Российские магистральные системы связи на 96% образованы ана-
логовыми системами передачи, которые существенным образом искажают
форму передаваемого сигнала. В местных системах связи в ряде случаев
используется устаревшее коммутационное оборудование, что приводит к
существенному ослаблению сигнала и внесению в сигнал мощных помех.
На предприятиях связи, у которых пользователи арендуют каналы, от-
сутствует необходимый опыт эксплуатации телефонных каналов, выделяе-
мых именно для передачи данных, не развита нормативная база и дого-
ворная дисциплина, призванные обеспечить предъявление претензий по
качеству каналов и урегулирование возникающих споров. Эти обстоя-
тельства вынуждают пользователей информационных сетей самим быть
инициаторами постановки и решения задач обеспечения надежной переда-
чи данных. Как же сделать это наболее эффективно?
2. Современные телефонные модемы
Приемники и передатчики большинства современных телефонных мо-
демов строятся с использованием принципа многократной относительной
амплитудно-фазовой модуляции несущего гармонического сигнала. Бурный
прогресс модемостроения в первую очередь ассоциируется с повышением
скорости передачи данных, причиной чему является развитие алгоритмов
модуляции-демодуляции, для аппаратной реализации которых, благодаря
совершенствованию элементной базы, с каждым годом потребны все мень-
шие и меньшие габариты, а цена модемов при этом неуклонно снижается.
Это определяет (при условии неизменности платы за аренду каналов)
устойчивое, наблюдаемое в течение последних 30 лет, уменьшение стои-
мости передачи данных, что и обуславливает прогресс информатизации.
Однако, не следует забывать, что повышение скорости передачи предъ-
являет повышенные требования или к улучшению помеховой обстановки в
линиях связи, или к помехозащищенности модемов (см. рис. 1).
соотношение 32-+---+----+-------+-------+-------+---------------
сигнал/шум, +---+----+-------+-------+-------+---------------
дБ 28-+---+----+-------+-------+-------+---------------
+---+----+-------+-------+-------+--------------+
24-+---+----+-------+-------+----------------------+
+---+----+-------+------------------------------+
20-+---+----+-----------------------+--------------+
+---+----+---------------+-------+--------------+
16-+---+------------+-------+-------+--------------+
+----------------+-------+-------+--------------+
12-+----------------+-------+-------+--------------+
+----------------+-------+-------+--------------+
8----------+-------+-------+-------+--------------+
---------+-------+-------+-------+--------------+
4-----+----+-------+-------+-------+--------------+
+---+----+-------+-------+-------+--------------+
0-+---+----+-------+-------+-------+--------------+
скорость, ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
бит/с 300- 1200 2400 9600 14400 19200 28800
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
стандарт V.21 V.22 V.22bis V.32 V.32bis V.32terbo V.34
МСЭ-Т V.23 V.26 V.29 V.33
Рис. 1. Область необходимого качества сигнала, доносимого
телефонным каналом на вход модема, в зависимости
от скорости передачи
Минимизация влияния на работоспособность модема дестабилизиру-
ющих факторов связана с наличием и особенностями построения и взаи-
модействия систем модема: адаптеров, компенсаторов, корректоров и
т.д. Ряд этих систем может отсутствовать в модеме, быть плохо наст-
роенными, спроектированными для мягких условий эксплуатации, что в
конечном итоге и сказывается на помехозащищенности и устойчивости
работы модема. Причем в 100% случаев для конкретного модема невоз-
можно установить параметры помехозащищенности и устойчивости на ос-
нове изучения товарного знака, списка реализованных протоколов и да-
же документации. Многое можно почерпнуть из протокола испытаний,
прилагаемого к сертификату, выдаваемому Министерством Связи. Но не-
которые модемы не имеют сертификатов, да и мало кто имел возможность
детально разобраться в протоколах испытаний, а кроме того известны
случаи, когда сертификат, выдаваемый практически на торговую марку с
указанием скорости передачи и особенностей модема, используется при
распространении модемов, параметры которых уже не имеют с параметра-
ми прошедшего сертификацию образца ничего общего, кроме названия.
3. "Волшебный модем"
Приходится констатировать, что современные модемы, за редким
исключением, проектируется и изготавливаются не в России и приспо-
соблены к помеховой обстановке, отличающейся от отечественной в луч-
шую сторону. Достаточно долгое время не избалованные качеством линий
специалисты информационных сетей питали надежды на появление некоего
"волшебного модема", который бы обеспечивал передачу данных по любо-
му телефонному каналу. Параметры такого "волшебного модема" можно
специфицировать располагая статистически достоверными данными о воз-
можной помеховой обстановке на линиях связи. В приводимой таблице 1
указаны наиболее характерные искажения сигнала и их закритические
значения, которые зафиксированы на различных каналах связи.
Таблица 1
-------------------------------------T-----------------T-----------¬
¦ Вид искажения сигнала в линии связи¦"Волшебный модем"¦Примечания ¦
+------------------------------------+-----------------+-----------+
¦ 1 Ослабление сигнала более чем на ¦Повышение и регу-¦ ¦
¦ 40 дБ ¦лировка выходной¦ ¦
+------------------------------------+мощности и чувст-¦ ¦
¦ 2 Постоянно действующий шум ¦вительности ¦Искажения ¦
+------------------------------------+-----------------+могут ¦
¦ 3 Пачки импульсных помех и всплески¦Наличие свойств ¦проявляться¦
¦ шумов, соизмеримые с сигналом ¦самовосстановле- ¦на любых ¦
+------------------------------------+ния после сбоя и ¦линиях ¦
¦ 4 Перерывы связи и скачки амплитуды¦"независания". ¦связи: ¦
¦ более чем на 6 дБ ¦ ¦коммутиру- ¦
+------------------------------------+Автоматическое ¦емых, ¦
¦ 5 Мешающие тональные сигналы ¦изменение скорос-¦выделенных ¦
+------------------------------------+ти передачи ¦и магист- ¦
¦ 6 Нелинейные искажения сигнала ¦ ¦ральных ¦
¦ более 1,5 % ¦ ¦ ¦
+------------------------------------+-----------------+-----------+
¦ 7 Дрожание фазы более +-5 градусов ¦Расширение диапа-¦ ¦
+------------------------------------+зонов устойчивой¦Искажения ¦
¦ 8 Дрожание амплитуды более +-1 дБ ¦работы, установка¦свойственны¦
+------------------------------------+подсистем компен-¦преимущест-¦
¦ 9 Сдвиг несущей частоты более +-7Гц¦сации ¦венно маги-¦
+------------------------------------+-----------------+стральным ¦
¦10 Скачки фазы более +-15 градусов ¦Устойчивость ¦линиям ¦
+------------------------------------+-----------------+аналоговых ¦
¦11 Искажение спектра (неравномер-¦Повышение мощнос-¦систем ¦
¦ ность АЧХ и ФЧХ канала), повыша-¦ти адаптивного ¦передачи ¦
¦ ющееся с ростом количества участ-¦корректора модема¦ ¦
¦ ков переприема в линии связи ¦ ¦ ¦
+------------------------------------+-----------------+-----------+
¦12 Наличие эхо-сигнала, поступающего¦Повышение времени¦Критичны на¦
¦ на вход модема с задержкой более¦компенсируемой ¦спутниковых¦
¦ 200...300 мс ¦задержки(V.32-34)¦линиях ¦
L------------------------------------+-----------------+------------
Разработка таких "волшебных модемов", обеспечивающих одновре-
менное выполнение всех требований, крайне затруднительна и теорети-
чески невозможна при реализации необходимых сегодня скоростей пере-
дачи выше 2400 бит/с.
Именно исходя из этой теоретически предопределенной невозмож-
ности, разработчики стандарта высокоскоростной передачи данных V.34
и не ставили своей сверхзадачей создание гиперпомехоустойчивого на
максимальной скорости модема, а стремились обеспечить передачу дан-
ных с оперативно адаптируемой к линии максимально возможной в диапа-
зоне от 2400 до 28800 бит/с скорости. Модемы V.34 представлены на
рынке с 1994 года, и как показывает опыт их эксплуатации, в той или
иной степени успешно обходят препятствия, чинимые им отечественными
телефонными сетями, именно благодаря наличию механизма адаптации по
скорости. Слабым местом таких модемов обычно является ненадежность
удержания соединения в сверхтяжелых условиях.
С другой стороны, существует ряд задач передачи данных (обес-
печение связи с банкоматами или кассовыми аппаратами, теледоступ к
необслуживаемым удаленным объектам и т.д.), для решения которых
вполне достаточно скоростей до 2400 бит/с, но при этом должна быть
обеспечена абсолютная гарантия успешной передачи данных с использо-
ванием любых "подручных" линий связи. Так как при этом используются
весьма протяженные линии, характеризуемые в основном большим (до 40
дБ) затуханием сигнала, наличием микроперерывов (длительностью
1...10 мс) связи (непропаянные кроссировки), всплесками шумов и им-
пульсных помех (прокладка линий вместе с силовыми кабелями), то мо-
дем для таких задач обязан иметь высокую чувствительность, регули-
ровку выходного уровня, гарантировать неразрыв соединения и абсолют-
ную устойчивость передачи, а так же "независание" ни при каких обс-
тоятельствах. Ну и конечно же представляются проблематичными попытки
передавать данные по таким каналам без поддержки модемом протоколов
коррекции ошибок (MNP4/V.42), полагаясь на наличие ошибкоисправляю-
щих свойств терминального оборудования.
4. Для чего нужно измерять параметры телефонного канала
В условиях отсутствия (или неприемлемо высокой стоимости) циф-
ровых систем передачи данных, с учетом нереализуемости идеи создания
высокоскоростных помехоустойчивых модемов и при неприемлемости реше-
ния задач с использованием низких скоростей передачи единственно
возможным вариантом является создание механизмов, обеспечивающих
должное качество используемых каналов связи. А для этого следует
обеспечить измерение параметров этих каналов, тем более, что норма-
тивные акты, регламентирующие проведение таких измерений, помимо ре-
комендаций МСЭ-Т серии М, все же существуют.
Так известен приказ N 50 Министерства связи СССР от
27.01.1988, в котором приведены нормы искажений сигнала на магист-
ральных каналах. А для проверки характеристик абонентских линий мо-
гут быть использованы "Руководящий документ по общегосударственной
системе автоматизированной телефонной связи (ОГСТфС)", утвержденный
Межведомственным координационным советом при Министерстве связи СССР
31.10.1986 и ОСТ 45.36-86 "Линии кабельные, воздушные и смешанные
городских телефонных сетей. Нормы электрические эксплуатационные".
Собственно же для измерения параметров линий принято использо-
вать компактные специализированные измерительные средства таких фирм
как Hewlet Packard, Siemens, Wandel&Goltermann, Navtel. С недавних
пор и московская фирма "Аналитик-ТС" производит анализатор телефон-
ных каналов "AnCom TDA-3", который помимо проведения собственно
измерений автоматически протоколирует результаты на подключаемом
персональном компьютере.
Теперь посмотрим на процесс развития передающих способностей
телефонных каналов с практической точки зрения, например, централь-
ной администрации телекоммуникационной сети РОСНЕТ. Сеть развивает-
ся, объемы передаваемых данных и количество подключаемых пользовате-
лей возрастают, магистральная передача производится по арендуемым
телефонным каналам и с некоторого момента уже оказывается недоста-
точно скорости 9600 бит/с (V.32). Приобретение более скоростных мо-
демов (V.32bis, V.34) не дало ожидаемого эффекта повышения скорости,
а в процессе опытной установки новых модемов вспомнилось, что и ра-
нее скорость 9600 бит/с была нечастым явлением и что бывали времена,
когда модемы устойчиво не связывались, а связавшись - неустойчиво
работали. Но почему это происходило никто не знает, когда это было
не зафиксировали, лишь арендная плата за линии исправно перечисля-
лась. И тогда администрация предпринимает следующие действия:
1) устанавливает в узлах сети измерительную аппаратуру,
2) проводит глубокое изучение параметров каждой используемой линии,
3) исследует помехозащищенность парка установленных и перспективных
модемов,
4) сопоставив параметры помехозащищенности исследованных модемов с
помеховой обстановкой в линиях, разрабатывает технологическую схему
и программу ежедневной проверки критических параметров линий с веде-
нием журнала учета этих параметров,
5) разрабатывает и согласует с организациями, у которых арендуются
линии, механизмы выставления претензий и разрешения споров с опорой
на результаты объективных измерений и запускает эти механизмы.
В случае же, когда заказчик телекоммуникационной системы с
применением телефонных каналов пользуется услугами специализирован-
ных фирм (системных интеграторов), разрабатывающих и реализующих
проект системы, в него представляется необходимым ввести постановку
задач объективного выбора и настройки каналов и модемов, а так же
разработку технологии эксплуатации части системы, обеспечивающей
собственно передачу потока данных с применением аналоговых телефон-
ных каналов.
Вот так просто (обоснованно формируя техническую политику и
неустанно прикладывая ежедневные усилия) и наглядно (если нагляд-
ность обеспечивается соответствующими приборами) можно придти к по-
вышению пропускной способности аналоговых телефонных каналов. Приме-
нять же такие каналы для передачи данных придется еще достаточно
долго по причине невозможности в сжатые сроки и незадорого оснастить
1/6 часть суши цифровыми линиями связи так плотно, чтобы иметь опе-
ративную возможность дотянуть поток в хотя бы 64 Кбит/с до любого
абонента. Больше того, и в телекоммуникационно развитых странах
неспроста ведущие фирмы более четырех лет, соревнуясь друг с другом,
вкладывали деньги в разработку прецизионной адаптивной V.34-техноло-
гии передачи данных по традиционным каналам со скоростями до 28800
бит/с и выше. Надо полагать, что они просчитали перспективы сбыта
скоростных модемов в первую очередь на своем рынке, что косвенно
свидетельствует о нескором исчезновении классических телефонных ли-
ний.
Андрей Кочеров
НПП "Аналитик ТС"
тел/факс: (095) 490-0713/0799
andrey@analytic.msk.ru
|