2014-09 Инфокоммуникационные системы и сети / сети-учебники / внешние модемы

Внешние модемы

Âтестовой лаборатории журнала КомпьютерПресс проведено тестирование двенадцати внешних аналоговых модемов различных произв одителей. Тестировались: Acorp 56EMS, AVAKS Silver Jaguar 5614RE+, A-Link Porsche 5614 STE

USB, CNet 5614 XE/E210, D-Link DFM-560E, D-Link DU-560M (USB), INPRO IDC-5614BXL/ VR+, SmartLink 56TS, ZyXEL Omni 56K, ZyXEL Omni 56K Plus, 3Com U.S. Robotics 56K Faxmodem, 3Com U.S. Robotics Courier V.Everything. Для тестирования были выбраны модемы, поддерживающие как минимум протокол V.34. Поддержка протокола V.90

и голосовые функции считались преимуществом.

Тестирование внешних модемов Сергей Пахомов

Сергей Самохин

Трудно представить себе современный компьютер, не оснаще н- ный модемом. Для отечественного пользователя модем позво ляет прорубить «окно в Европу», приобщая его к информационно и технологически развитому миру. Ведь именно модемы позволяют людям, находящимся на различных континентах, легко общаться друг с другом, предоставляют уникальную возможность быстрого поиска необходимой информации в недрах Всемирной сети Интерн ет. Эти обстоятельства позволяют рассматривать модем как неотъ емлемую часть современного компьютера. Однако для российского по льзователя открытие неограниченных возможностей сети Интер нет может стать достаточно проблематичным из-за подчас крайне н еудовлетворительного состояния линий связи. Решение этой проб лемы во многом зависит от правильного выбора модема, который б ыл бы хорошо адаптирован к российским телефонным линиям.

Прежде чем переходить к рассмотрению методики тестирова - ния модемов, остановимся на основных понятиях и определен иях теории передачи данных.

Основные понятия

Для передачи данных необходима прежде всего линия или кан ал связи. Линия связи в общем случае состоит из физической среды, по которой передаются информационные сигналы, аппаратуры п ере-

дачи данных и промежуточной аппаратуры.

Аппаратура передачи данных (DCE — Data Communication Equipment) непосредственно связывает компьютер пользователя с линией связи. Обычно DCE работает на физическом уровне, отве - чая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности. Пр и- мером DCE являются модемы, линии связи, аппаратура АТС и т.п. Аппаратура пользователя, вырабатывающая данные для пере дачи по линии связи и подключаемая непосредственно к аппарату ре передачи данных, называется оконечным оборудованием дан ных (DTE — Data Terminal Equipment). Примером DTE являются компьютеры.

Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности. Промежуточная аппаратура прозра чна для пользователя, он ее не замечает и не учитывает в своей рабо те. Для него важны только качество полученного сигнала, влияющее на скорость передачи дискретных данных. В зависимости от тип а промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналого вые и цифровые. В аналоговых линиях связи промежуточная аппара тура предназначена для усиления и передачи аналоговых сигн алов, то есть сигналов, которые имеют непрерывный диапазон знач ений. Такие линии связи традиционно применялись в телефонных с етях для связи АТС между собой. При аналоговом подходе обычно и с- пользуется техника частотного уплотнения (Frequency Division Multiplexing, FDM).

При передаче дискретной информации по телефонным линиям информацию первоначально кодируют, представляя ее в анал оговом виде. Но возникает вопрос: для чего нужно представлять информацию в аналоговом виде и почему ее нельзя передавать по телефонным коммутируемым линиям в естественном для компьютера цифровом коде, как это делается в локальных сетях ?

Представим себе вначале дискретный сигнал, состоящий из последовательности «0» и «1». Такой сигнал можно непосредс твенно передавать по телефонной линии связи, если сопоставить дв оич- ному нулю низкий уровень напряжения (или отрицательное н апряжение), а двоичной единице — высокий. Этот способ представл е- ния информации называется потенциальным кодированием. О днако при передаче такой последовательности импульсов прямоу гольной формы на значительное расстояние с более-менее приличной скоростью сигнал будет претерпевать значительные искажени я, обусловленные частотными характеристиками линии. Положение усугубляется тем, что телефонные каналы связи или каналы тон альной частоты первоначально были предназначены для переда чи голосовых сообщений в частотном диапазоне от 300 до 3400 Гц. Несмотря на то что человек способен слышать звуки в часто тном диапазоне от 20 до 22 000 Гц, диапазона от 300 до 3400 Гц вполне достаточно для воспроизведения человеческого голоса . Таким

2000 АВГУСТ

Рис. 1. Состав линии связи

85

		Ò å ñ ò è ð î â à í è å
			образом, канал то-
			нальной частоты (ТЧ)
			имеет полосу пропус-
			кания всего 3100 Гц.
			Такое строгое ограни-
			чение на частоты пе-
			редаваемых сигналов
			связано прежде всего
			с использованием ап-
		Рис. 2. Амлитудно-частотная характеристика	паратуры уплотнения
			и коммутации каналов
		канала тональной частоты	в телефонных сетях.
			Оказывается, что
		каким бы хитроумным не было цифровое кодирование исходно го
		сигнала, его спектр нельзя уложить в ширину полосы пропус кания
		канала ТЧ. По этой причине цифровое кодирование не исполь зу-			Рис. 5. Соотношение между битовой и бодовой скоростями
		ется при передаче сигналов по коммутируемым каналам связ и.
		Применение аналоговой модуляции, при которой синусоидал ь-		ями величин сдвига фазы. Это позволяет в одном дискретном со-
		ный сигнал кодируется изменением амплитуды, частоты и фаз ы,		стоянии сигнала закодировать 32 информационных бита. Теор ети-
					чески скорость передачи данных при этом должна возрас-
					ти в 32 раза, но из возможных 32 комбинаций сигнала ис-
					пользуются далеко не все. Например, могут использовать-
					ся только 6, 7 или 8 комбинаций для представления исход-
					ных данных, а остальные комбинации являются запрещен-
					ными. Такая избыточность кодирования требуется для рас-
					познания модемом ошибочных сигналов, являющихся след-
					ствием искажений.
					Скорость передачи информации можно измерять количе-
					ством дискретных состояний за 1 секунду. Такая единица из-
					мерения скорости передачи получила название бод, в честь
					одного из изобретателей телеграфа в его современном виде —
					француза Бодо. В случае двухуровневого кодирования ско-
					рость, измеряемая в бодах, совпадает со скоростью, измеря-
					емой в бит/с, то есть 1 бод = 1 бит/с. При использовании че-
		Рис. 3. Спектр сигнала при потенциальном кодировании и ампл итудной модуляции			тырехуровневого кодирования боды и бит/с не совпадают.
					Причем 1 бод = 2 бит/с, то есть за одно дискретное состоя-
		приводит к спектру гораздо меньшей ширины при равной скор ос-		ние передается 2 бита информации. Аналогичная ситуация во зника-
		ти передачи информации. Кроме того, спектр сигнала станов ится		ет и при использовании остальных методов модуляции.
		симметричен относительно некоторой несущей частоты. Эти обсто-		Вообще можно сказать, что скорость в битах равна скорости в
		ятельства позволяют с успехом использовать аналоговую м одуляцию		бодах, умноженной на число бит в одном боде. Но увеличение к о-
		для передачи сигналов по каналам связи			личества дискретных различимых со-
		с ограниченной полосой пропускания.			стояний сигнала налагает особые тре-
		Однако для модуляции синусоидального			бования к отношению сигнал/шум. Кро-
		сигнала требуется более сложная и до-			ме того, повышение скорости переда-
		рогая аппаратура, чем для генерации			чи данных ограничено шириной поло-
		прямоугольных импульсов. Устройство,			сы пропускания канала ТЧ, так как уве-
		которое выполняет функции модуляции			личение скорости сопровождается уши-
		несущей синусоиды на передающей сто-			рением спектра передаваемого сигна-
		роне и демодуляции на приемной сто-			ла. Можно доказать, что независимо от
		роне, называется модемом.			способа модуляции сигнала максималь-
		Скорость передачи данных ограничи-			ная скорость передачи информации
		вается прежде всего шириной полосы			ограничивается шириной полосы про-
		пропускания канала связи. Это связано			пускания канала связи и отношением
		с тем, что с увеличением скорости мо-			сигнал/шум и равна
		дуляции сигнала возрастает и ширина			.
		спектра этого сигнала. Ограничение, на-
		кладываемое на скорость модуляции	Рис. 4. Различные типы модуляции
	2000	шириной канала ТЧ, можно частично			Данное выражение носит название
		скомпенсировать, если за одно дискретное состояние сигна ла пе-		формулы Шеннона. В этой формуле S (Signal) — уровень сигна-
	АВГУСТ
		редавать несколько информационных бит. Например, в извест ном		ëà, N	(Noise) — уровень шума, F — ширина полосы пропускания
		методе квадратурной амплитудной модуляции (Quadrature Amplitude		канала связи, выражаемая в герцах.
		Modulation, QAM) используется амплитудная модуляции с четырь-		Из этой формулы непосредственно следует, что для передачи
		мя уровнями амплитуды и фазовая модуляция с восемью значени-		на скорости 33 600 бит/с необходимо, чтобы уровень сигнала был
			86

Рис. 6. Имитатор телефонных каналов Canal-5

Внешние модемы

больше уровня шума почти в 1820 раз.

Âобщем случае скорость передачи данных зависит не только от отношения сигнал/шум, но и от затухания сигнала. Впрочем , это

èпонятно, ведь с увеличением уровня затухания сигнала бу дет уменьшаться отношение сигнал/шум.

Âтеории связи отношение сигнала к шуму (Signal to Noise Ratio, SNR) принято выражать в децибелах и определять по формуле:

Для хорошей линии связи отношение сигнал/шум может состав - лять, например, 40 дБ. Это означает, что уровень сигнала боль ше уровня шума в 10 000 раз.

Скорость передачи данных принято измерять как в бит/с, так и в символах в секунду (Character per second, CPS). Скорость, измеряемая в CPS, полностью аналогична скорости, измеряемой в ба йт/с, так как символ эквивалентен байту.

При тестировании модемов производилось определение зав исимости скорости передачи данных от различных дестабилизи рующих факторов, среди которых наиболее важным является отношен ие сигнал/шум и затухание в канале связи. Это позволило вычис лить такую важную характеристику модема, как чувствительност ь.

Методика тестирования

Основная трудность тестирования модемов по сравнению с д ругими компьютерными компонентами состоит в том, что их работа з ависит не столько от содержимого компьютера (процессорной п одсистемы, дисковой подсистемы и т.д.), сколько от характеристи к канала связи между двумя модемами. Кроме того, при каждом новом соединении характеристики канала связи могут непредсказуемо изменяться.

Проведение испытаний на реальной телефонной линии бессмысленно в силу неконтролируемости процесса установления связи. Поэтому модемы испытывают, как правило, с помощью имитаторов телефонных каналов. Это устройство, передающее сигнал от одного модема к другому, с внесением в него искажений и помех, характерных для реальных ли-

ний. Параметры дестабилизирующих воздействий можно зада вать, имитируя линии связи различного качества. Такой подход по зволяет сравнивать модемы между собой по устойчивости к разл ич- ного рода помехам.

Для тестирования использовался имитатор телефонных кан а- лов Canal-5, рекомендуемый ЦНИИ связи для проведения сертификационных испытаний модемов. Имитатор был любезно пред о- ставлен фирмой, которая его разработала и производит, — О ОО «Аналитик Телеком Системы». (Россия 123424 г. Москва, Волоколамское ш.,73, офис 321, http:// www.analytic.ru, [e-mail] Тел.: [phone], тел/факс: [phone]).

Имитатор телефонных каналов AnCom Canal-5 предназначен для проведения испытаний телекоммуникационного оборудован ия путем воспроизведения электрических характеристик выделе нного канала тональной частоты (ТЧ) в четырех- и двухпроводном о кон- чании, а также канала коммутируемой телефонной сети.

Имитатор AnCom Canal-5 представляет собой интеллектуальное имитационно-измерительное устройство, управляемое перс ональным компьютером, и объединяет в себе электрическую модель те-

Рис. 7. Основной экран программы Canal.exe, управляющей работой имитатора

лефонного канала и анализатор телефонных каналов AnCom TDA-5. Представление мнемосхем и параметров настройки блоков и ми-

татора, управление имитатором и его конфигурирование, а т акже управление проведением контрольных измерений установле нных значений имитируемых параметров и параметров тестируем ого оборудования обеспечивается внешним управляющим компью тером и программным обеспечением.

Управление имитатором осуществляется посредством специ ального программного обеспечения, которое позволяет выбрат ь одну из пяти схем включения имитационных блоков, а именно: режи м имитации канала ТЧ в четырехпроводном окончании; режим им и- тации канала ТЧ в двухпроводном окончании; режим имитации канала ТЧ в четырехпроводном окончании, с одной стороны, и в д вухпроводном окончании — с другой; режим имитации канала ком - мутируемой телефонной сети и режим четырехпроводной неи скажающей линии.

В имитаторе предусмотрена возможность подключения встр о- енного анализатора телефонных каналов AnCom TDA-5 к контрольным точкам имитатора, отображаемым на мнемосхемах, что позволяет контролировать как произведенные настройки параметров блоков имитатора, так и параметры испытываемого оборудования.

Блок имитатора канала ТЧ выполняет имитацию следующих искажений передаваемого сигнала: искажения частотных характеристик затухания и группового времени прохождения, нелинейное искажение, задержка распространения,

остаточное затухание, изменение частоты, дрожание фазы, с кач- ки фазы. Кроме того, имитатор канала ТЧ обеспечивает генер ацию равномерного шума, импульсной и гармонической помехи (от внешнего генератора).

Фактически имитатор позволяет «на столе» воспроизвести все то оборудование, с присущими ему искажениями и помехами, п о которому сигнал проходит в реальной жизни от абонента до провайдера.

Тестирование модемов заключалось в исследовании их спос обности противостоять всевозможным дестабилизирующим фак торам как по отдельности, так и в комплексе. Для проведения те с- тирования собиралась установка, состоящая из мастер-моде ма, имитатора телефонных каналов и испытуемого модема. В каче стве мастер-модема был использован модем 3Com U.S. Robotics Courier V.Everything версии US/Canada. Выбор пал именно на эту модель, так как многие провайдеры используют многоцелевые устро йства доступа U.S. Robotics 3Com Total Control с установленными в них аналогичными модемами. Мастер-модем настраивался один раз, и его настройки больше не изменялись в ходе всего тестиро вания.

2000 АВГУСТ

87

Ò å ñ ò è ð î â à í è å
Собственно настройки мастер-модема заключались в запрещ ении	Кроме того, проводилось комплексное тестирование модемо в
аппаратного сжатия. Попытка запретить адаптивную подстр ойку	на линиях различного качества. Учитывая, что стендовые ис пыта-
уровня мощности передаваемого сигнала с помощью команды	ния позволяют имитировать работу модемов только по прото колу
ATS56.2 = 1 закончилась неудачно. Уровень передаваемого сигна-	V.34, каждый модем дополнительно испытывался на реальной лин ии
ла изменялся в зависимости от состояния линии связи в диа пазо-	связи, обеспечивающей его взаимодействие с провайдером п о про-
не от –12 дБм до –10 дБм, что регистрировалось с помощью ана-	токолу V.90.
лизатора телефонных каналов. В ходе тестирования испытуе мый	Основные технические характеристики модемов приведены в
модем «дозванивался» до мастер-модема, и между ними устан ав-	òàáë. 1.
ливалось соединение. Для этого была использована терминальная	Тестирование на устойчивость к затуханию
программа Zoc 3.11Professional. После установления соединения
в направлении от мастер-модема к испытуемому модему копир о-	Когда полезный сигнал передается по линии связи, имеющей ко-
вался файл заданного размера. Зная размер копируемого фай ла	нечное сопротивление, он теряет часть своей мощности, про ходя
и время копирования, можно легко вычислить скорость перед ачи:	через коммутационные устройства и другие узлы телефонны х стан-
.	ций. Потерю мощности сигнала принято характеризовать его за-
	туханием. Затухание измеряется в децибелах и определяетс я по
	простой формуле:
В ходе тестирования исследовалось влияние на работу моде мов	,
пяти дестабилизирующих факторов, таких как затухание, шум , сдвиг
несущей частоты, дрожание фазы и количество переприемов п о ТЧ.
Таблица 1. Технические характеристики модемов
АВГУСТ 2000
88

Внешние модемы

ãäå Pin — мощность входного сигнала, а Pout — мощность выход-

Затухание в линии может меняться в зависимости от времени ,

ного сигнала.

и это можно имитировать при помощи аппаратуры Canal-5, одна-

Для измерения абсолютных величин используются единицы,

ко проще снять зависимость скорости соединения от затуха ния,

называемые (дБм) «децибел на милливатт» и рассчитываемые по

поскольку современные модемы могут при ухудшении услови й связи

формуле

переходить на меньшие скорости.

,

При проведении тестов на устойчивость к затуханию затуха ние

в линии клиента варьировалось в пределах от 9 дБ до предел ь-

ной величины, при которой обеспечивается соединение. Для каж-

ãäå S — уровень принимаемого сигнала.

дого значения затухания определялась скорость приема, чт о по-

Характеристика модема, показывающая, насколько успешно о н

зволило построить графики зависимости скорости передач и от

справляется с затуханием сигнала в линии, называется чувс твитель-

затухания. Для получения достоверных результатов каждый замер

ностью. Чем она выше, тем при большем затухании в линии при-

проводился не менее пяти раз (при большом разбросе значен ий

бор способен устойчиво работать. Фактически чувствитель ность

количество измерений увеличивалось). Зная предельное зат ухание,

определяет минимальный уровень входного сигнала, при кот ором

при котором возможно установление связи и уровень выходн ого

возможно установление связи на идеальной линии. Чувствит ель-

сигнала от мастер-модема, можно было рассчитать чувствите ль-

ность модема принято выражать в децибелах относительно м ощ-

ность модема.

ности в 1 мВт (дБм). Например, если чувствительность модема

Определение чувствительности модема производилось как с на-

составляет –44 дБм, то это означает, что минимальный уровен ь

стройками модема по умолчанию (фабричная установка), так и с

входного сигнала, при котором возможно установление связ и, равен

дополнительными настройками. Отметим, что не всегда с пом ощью

4½10-5 ìÂò.

дополнительных настроек модема удавалось повысить его ч увстви-

2000 АВГУСТ

89

Ò å ñ ò è ð î â à í è å

АВГУСТ 2000

тельность. Причиной тому является адаптивная подстройка мастермодема под изменяющиеся условия связи, выражающаяся в уве - личении уровня выходного сигнала. В итоге, хотя модем и мог преодолеть большее значение затухания в канале связи, резуль тирующая чувствительность могла уменьшаться.

Тестирование на устойчивость к шуму

Следующая неприятность, с которой сталкивается модем, — э то шум в линии. Шум подразделяется на два вида: постоянный (ши - пение) и импульсный (треск). Постоянный шум как бы снижает чувствительность модема: когда его уровень приближается к уровню сигнала, то последний просто теряется на его фоне. То есть с коль бы высокой чувствительностью ни обладал модем, он не смож ет принять сигнал на фоне близкого по мощности шума. Импульс ный шум не носит столь летального характера, но тоже достаточ но неприятен. Из-за него могут появляться в лучшем случае испор ченные пакеты, что ведет к повторной передаче, а значит, к сниж е- нию общей скорости соединения, а в худшем случае — ретрей ны, если модем не распознал характер помехи и начал заново из мерять параметры линии для настройки системы эхоподавлени я.

Измерение устойчивости модема к шуму постоянного уровня проводилось по методике, похожей на описанную выше для затух ания. Вначале устанавливался уровень шума –60 дБм (что приблизи тельно соответствует уровню шума хорошего аналогового аудиоко мплекса), затем ступенями по 3 дБм уровень шума увеличивался до того предела, при котором модем еще был способен установить со единение. Ослабление в абонентской линии при этом оставалось постоянным и было равно 12 дБ. Зная уровень сигнала модема провай - дера и уровень шума, можно рассчитать отношение сигнал/шу м (Signal to Noise Ratio, SNR), выразив его в децибелах

,

ãäå S — уровень сигнала; N — уровень шума.

При тестировании модемов на устойчивость к шуму для каждо го значения уровня шума измерялась скорость передачи, приче м измерения повторялись не менее пяти раз. По полученным знач ениям строился график зависимости скорости передачи от знач ения отношения сигнал/шум. Кроме того, определялось минимально е значение отношения сигнал/шум, при котором возможно устан овление соединения и устойчивая работа модема.

Определение минимального отношения сигнал/шум производ и- лось как с настройками модема по умолчанию, так и с дополни - тельными настройками, что во многих случаях позволяло за счет уменьшения скорости передачи существенно уменьшать отн ошение сигнал/шум. Рекордное значение, полученное для тестир уемых модемов, составило 2 дБ. При таком значении модем способен распознавать сигнал на уровне шума, если мощность сигнала больше мощности шума всего в 1,58 раза.

Тестирование на устойчивость к сдвигу несущей частоты

Исследовалось также влияние сдвига частоты, характерног о для аналоговой аппаратуры с частотным разделением каналов (Ч РК). Такая аппаратура все еще широко используется на территор ии России, так что этот параметр может представлять определенны й интерес. Кратко поясним этот малоизвестный широким читател ьским кругам феномен. Известно, что при частотном уплотнении на передающей стороне спектр телефонного канала 300-3400 Гц сдвигается в высокочастотную область, а на принимающей переме щается обратно. Поскольку генераторы, частота которых склад ывается с частотой сигнала, а затем вычитается из этой суммы, н е синхронизированы, то даже при кварцевой стабилизации некото рый

сдвиг частоты неизбежен и модем должен уметь с этим борот ься. Сдвиг несущей частоты влияет прежде всего на механизм эхоподавления, так как «свой» сигнал приходит со сдвигом часто ты. Максимально допустимая по нормативам величина составля ет 7 Гц. Измерение максимально допустимой частоты сдвига произв одилось при затухании в линии абонента 12 дБ. Величина сдвига наращ и- валась до тех пор, пока удавалось получить соединение.

В ходе тестирования было выявлено, что скорость передачи данных практически не зависит от сдвига несущей частоты. Этот факт означает, что если отразившийся в виде эха сигнал опо з- нан модемом как «свой», то в результате эхоподавления мод ем вычитает его из суммарного получаемого сигнала, увеличив ая тем самым отношение сигнал/шум. При этом скорость переда- чи данных не зависит от частоты сдвига несущей. Однако при достижении некоторого критического значения частоты сд вига модем не способен распознать в принимаемом сигнале свое э хо, в результате чего уровень шума резко возрастает и связь н е устанавливается.

Тестирование на устойчивость к джиттеру

Джиттер, или дрожание фазы передаваемого сигнала, также в озникает в аппаратуре с ЧРК. Некачественная фильтрация напр яжения питания в тракте передачи сигнала приводит к его пара зитной модуляции с частотами, величина которых обычно составляе т 100 Гц.

При тестировании модемов на устойчивость к этому парамет ру имитировалось дрожание фазы на частоте 100 Гц с амплитудой изменения от 0 до 45 градусов. Затухание канала при испытани ях составляло 12 дБ. Выяснилось, что многие модемы успешно спра в- ляются с джиттером фазы во всем диапазоне ее изменения.

Тестирование на устойчивость к переприемам по тональной частоте (ТЧ)

Наличие участков переприема по ТЧ более характерно для ме ждугородней связи. Телефонное соединение из одного города в другой может происходить не напрямую, а через промежуточный пункт. Такие участки переприемов сигнала сказываются прежде вс его на искажении амплитудно-частотной характеристики канала с вязи (АЧХ). Для исправления перекосов в АЧХ у модемов предусмот рена схема эквалайзера.

Программное обеспечение имитатора телефонных каналов п о- зволяет выбрать и установить необходимое количество уча стков переприемов в диапазоне от 0 до 12 участков с шагом установк и, соответствующим 0,5 характеристики участка переприема. От носительные частотные характеристики затухания (АЧХ) и гру ппового времени прохождения (ГВП) блока имитатора канала ТЧ в зави симости от заданного количества участков переприема соотв етствуют характеристикам каналообразующей аппаратуры СИП-60, но р- мируемым приказом ¹ 43 Министерства связи РФ от 15.04.1996.

При тестировании для модемов определялось максимальное количество переприемов, при котором возможно установлен ие связи и устойчивая работа модемов.

Комплексное тестирование модемов на линиях различного качества

Для комплексной оценки модемов были проведены испытания в условиях, «приближенных к боевым». Понятно, что если линия «п лохая», то в ней присутствуют все виды помех, усугубляемые си льным затуханием. В «хорошей», наоборот, помех меньше, затухание слабее. Поэтому было проведено тестирование, имитирующее под клю- чение модема к линиям, условно поделенным на четыре катег ории: идеальная, хорошая, удовлетворительная, плохая. Параметры линий, использованные в этом тесте, приведены в табл. 2. Для каждог о типа

90

Внешние модемы
Таблица 2. Параметры типов соединения
линии устанавливалось соединение между испытуемым моде мом и	Испытание модемов
мастер-модемом и определялась скорость передачи.	на «идеальной» реальной линии
Следует отметить, что некоторые модемы не смогли показать	Кроме стендовых испытаний модемов, когда при каждом повто р-
себя в данных испытаниях должным образом. Это связано, по в сей	ном установлении соединения образовывался канал связи с точ-
видимости, с тем, что они плохо справляются с импульсными п о-	но заданными помехами и параметрами, каждый модем испыты-
мехами и шумовыми всплесками, особенно если такие помехи про-	вался на реальной линии связи. Линия связи была выбрана оч ень
скакивают в момент установления соединения, когда модемы «до-	хорошая, для которой отношение сигнал/шум составляет 45-50 дБ
говариваются» друг с другом о скорости соединения.	и соединение с провайдером возможно по протоколу V.90. Каж-
Результаты комплексного тестирования модемов на линиях раз-	дый модем устанавливал соединение с провайдером не менее 10
личного качества показаны на рис. 8.	раз, после чего оценивалась средняя скорость установлени я соеди-
	нения. Конечно, при каждом дозвоне к провайдеру устанавли ва-
	ется свой собственный, уникальный канал связи со своей по мехо-
	вой обстановкой, каждый раз новой. Кроме того, скорость уст анов-
	ления связи и реальная скорость работы — не одно и то же. На
	скорость работы модема в Интернете влияет множество факт оров,
	большинство из которых носит случайный и непредсказуемы й ха-
	рактер. Например, хорошо известно, что во время дождя выход в
	Интернет для многих пользователей может быть очень пробл ема-
	тичным. Поэтому принимать получаемые при этом результаты для
	сравнения модемов было бы неверно. Но при достаточно боль шой
	статистике соединений можно, на наш взгляд, субъективно о ценить
	возможности модема при работе по протоколу V.90.
	Методика оценки качества
	Объективно оценить работоспособность модема — задача н е из
	легких. Основная проблема заключается в том, что не сущест вует
	единого интегрального параметра, позволяющего определи ть про-
	изводительность модема при учете всех факторов, то есть ч увстви-
	тельности, скорости передачи, способности выделения сигн ала на
	уровне шума и т.д. Например, сравнивать модемы только по чув стви-
	тельности было бы неверно, так как при высокой чувствител ьности
	скорость передачи может оказаться неудовлетворительно низкой.
	Для оценки качества модемов мы выбрали ряд наиболее важ-
	ных, на наш взгляд, характеристик, а именно: результаты тест и-
	рования модемов на устойчивость к затуханию; результаты т ести-
	рования модемов на устойчивость к шуму; результаты тестир ова-
	ния модемов на устойчивость к прочим дестабилизирующим в оз-
	действиям; результаты комплексного тестирования модемо в на
	линиях различного качества и субъективная экспертная оц енка фун-	АВГУСТ
	кциональности модема.
		2000
	Среди результатов тестирования модемов на устойчивость к за-
	туханию для оценивания были выбраны следующие характери стики:
Рис. 8. Результаты комплексного тестирования модемов	чувствительность модема с настройками по умолчанию (фабр ич-
на линиях различного качества	ные установки); скорость приема на пределе чувствительно сти мо-
91

	Ò å ñ ò è ð î â à í è å
	дема с настройками по умолчанию; чувствительность модема с до-		хоть и не на высокой скорости, но все же устанавливать соед ине-
	полнительными настройками; скорость приема на пределе чу встви-		ние. Если же линия связи обладает малым затуханием, то боле е
	тельности модема с дополнительными настройками и скорос тной		предпочтителен выбор скоростного модема. Идеальным же бу дет
	показатель качества по затуханию. Среди перечисленных ха ракте-		модем, который, обладая высокой чувствительностью, способ ен
	ристик в пояснении нуждается введенный нами скоростной п ока-		поддерживать высокую скорость во всем диапазоне затухан ия.
	затель качества по затуханию. Представим себе два модема, один		Сравнить скоростные показатели модемов по затуханию мож но,
	из которых обладает высокой чувствительностью, но поддер живает		вычислив площадь криволинейной трапеции, образуемой гра фи-
	низкую скорость передачи во всем диапазоне возможных зна че-		ком зависимости скорости передачи от затухания в канале с вязи.
	ний затухания сигнала, а другой, хотя и не обладает высокой чув-		Площадь такой фигуры, выражаемая в безразмерных единицах , и
	ствительностью, однако способен поддерживать высокие ск орос-		будет скоростным показателем по затуханию. Отметим, что н ика-
	ти передачи во всем допустимом диапазоне затухания. Какой из		ким физическим смыслом данный показатель не наделен. Прос то
	этих двух модемов более предпочтителен для пользователя ? Воп-		чем он выше, тем большую скорость передачи обеспечивает м о-
	рос неоднозначный. Все зависит от того, какая линия связи д ос-		дем во всем диапазоне затухания.
	тупна пользователю. Если линия связи «плохая», с большим з ату-		Среди результатов тестирования модемов на устойчивость к шуму
	ханием, то выбор модема с высокой чувствительностью позво лит		для оценивания были выбраны следующие характеристики: кр ити-
	Современные модемы достигли предела своего развития — п ро-		CNet 5614 XE/E210. Для сравнения был также взят модем D-Link
	токол V.90 реализует максимальную физически достижимую ско -		DFM-560E, показавший в лаборатории средние результаты.
	рость обмена при наличии цифровой АТС. При ее отсутствии ф и-		Для испытаний были выбраны выходные дни, с тем чтобы пре-
	зический предел — V.34. Поэтому совершенствование модемов и дет		доставить модемам хоть какой-нибудь шанс проявить себя с луч-
	по пути придания им новых функций (таких, например, как гол о-		шей стороны. В качестве контроля использовался модем Omni 56K.
	совые).		Это не совсем правильно, так как в отличие от профессионал ьных
	Однако на самом деле ситуация далека от идеала. Состояние		анализаторов уровня модем не подвергался сертификации и мет-
	телефонной сети в России оставляет пока желать лучшего, и встре-		рологической проверке для использования в качестве изме ритель-
	чаются еще АТС постройки 40-х годов, не имеющие аппаратуры		ного прибора, будучи сертифицирован как модем. Однако кач ествен-
	уплотнения. Поэтому для проверки способности импортных м оде-		но оценить ситуацию и проследить за стабильностью параме тров
	мов работать на реальных российских линиях проводятся се рти-		линии с его использованием вполне возможно, хотя он и умуд рился
	фикации. Тем не менее не все модемы имеют сертификат, что оз -		однажды соединиться по протоколу V.90 через аналоговую АТС.
	начает дополнительный риск для покупателя. Следует отмет ить, од-		Условия проведения теста были таковы: после установки дра й-
	нако, что наличие или отсутствие сертификата само по себе еще		веров делалась попытка соединиться с провайдером. Если по пыт-
	ни о чем не говорит. Самый страшный враг — россий-	Таблица А
	ские телефонные линии, многие из которых не удов-
	летворяют требованиям, предъявляемым самим Мини-
	стерством связи. Кроме того, необходимо убедиться,
	насколько полно реализован протокол V.34, предусмат-
	ривающий снижение скорости обмена по мере ухудше-
	ния качества канала связи.
	Испытания на реальной линии нельзя назвать стро-
	го объективными, так как состояние этой линии мо-
	жет изменяться ежеминутно и даже ежесекундно. Но
	все-таки, ведь это сама жизнь, с всеми ее препона-
	ми и неожиданностями. Никакой имитатор не учудит
	того, что может сделать трамвай, проехавший над ка-
	белем.
	К счастью (или, скорее, к несчастью), МГТС предо-
	ставила в пользование (пожизненное) одному из авто-
	ров «эталонную плохую линию», причем за минималь-
	ную плату, равную абонентской. Эта линия приходит на
	декадно-шаговую АТС образца 1948 года, не оснащен-
	ную аппаратурой уплотнения. То есть сигнал от моде-
	ма прямо по медному проводу идет на другую АТС,
	более новую, где уже подвергается усилению и преоб-
	разованию. Соответственно «последняя миля» оказы-
	вается очень длинной. Этим объясняется большое за-
	тухание и уровень шума. По ночам и в выходные, осо-
	бенно летом, уровень шума снижается из-за уменьше-
2000	ния общего трафика, и тогда возможно устойчивое
	соединение со скоростью 19 200 бод, а иногда и выше.
АВГУСТ
	На предмет выборочного тестирования были взяты
	модемы, наиболее хорошо проявившие себя в лабора-
	торных испытаниях. Это 3Com U.S. Robotics Courier
	V.Everything, Inpro IDC 5614 BXL/VR, ZyXEL Omni 56K,

92

	Внешние модемы
	ческое отношение сигнал/шум (SNR) с настройками по умолчанию	дующие характеристики: максимально возможный сдвиг несу щей
	(фабричные установки); скорость приема при критическом от ношении	частоты, максимальная амплитуда джиттера фазы и максимал ьное
	сигнал/шум с настройками по умолчанию; критическое отношение	количество переприемов по ТЧ.
	сигнал/шум (SNR) с дополнительными настройками; скорость при -	В результате комплексного тестирования модемов на линия х раз-
	ема при критическом отношении сигнал/шум с дополнительны ми на-	личного качества оценивалась скорость передачи на линии «хоро-
	стройками и скоростной показатель модема по шуму. Точно т ак же,	шего», «удовлетворительного» и «плохого» качества.
	как и в предыдущем случае, скоростной показатель модема п о шуму	Субъективная экспертная оценка качества модема складыв а-
	определяется как площадь криволинейной трапеции, образо ванной	лась из оценки технического руководства модема, оценки во змож-
	графиком зависимости скорости модема от отношения сигна л/шум.	ности управления модемом с помощью AT-команд, субъективной
	Сам показатель выражается в безразмерных единицах и хара ктери-	оценки функциональности модема, возможности регулирова ния
	зует способность модема поддерживать скорость во всем до пусти-	уровня передачи, ограничения скорости соединения и получ ения
	мом диапазоне изменения уровня шума. Чем выше этот показа тель,	диагностики соединения. Выбор именно этих характеристик мо-
	тем более скоростным является данный модем.	дема для оценивания был вызван тем, что они, на наш взгляд,
	Среди результатов тестирования на устойчивость к прочим де-	наиболее важны при дополнительной настройке модема на не ка-
	стабилизирующим факторам для оценивания были выбраны сл е-	чественную линию связи.
	ка была успешной, то при помощи утилиты Reget производилось	Таблица Б
	копирование файла ftp://ftp.microsoft.com/ls-lr.zip размером
	2,74 Мбайт, при этом оценивалась средняя скорость закачки в бит/с.
	Данный файл был выбран исключительно из-за подходящего ра з-
	мера и типа, исключающего аппаратное сжатие. Далее для про верки
	способности модема держать соединение он должен был прор а-
	ботать до суммарного времени 1 час. После этого предприним а-
	лось еще несколько попыток с целью довести число часовых се-
	ансов до трех. Никакой дополнительной инициализации не пр ово-
	дилось, так как опыт показывает, что подбор оптимальных па ра-
	метров может занять несколько дней. Результаты в порядке про-
	ведения тестов представлены в табл. А.
	Не вдаваясь в долгие дискуссии по поводу важности тех или иных
	параметров и учитывая качественный характер проведенно го тес-
	тирования, отметим, что к финишу первыми, ноздря в ноздрю, п ри-
	шли, несмотря на троекратную разницу в цене, 3Com U.S. Robotics
	Courier V.Everything и Inpro IDC 5614 BXL/VR. Следует отметить, что
	они сумели правильно оценить качество линии и не погналис ь за
	высокой скоростью, предпочтя более стабильное соединени е. При
	правильно подобранной строке инициализации 3Com U.S. Robotics
	Courier V.Everything способен на данной линии работать часами. Двум
	первым наступает на пятки ZyXEL Omni 56K, который, хотя и не	Windows\Inf\Other. Ну что же, жизнь есть жизнь. Этот модем не смог
	победил в официальном заезде, обнаружил феноменальную сп о-	адекватно оценить качество линии и пытался установить со едине-
	собность быстро и легко соединяться на приемлемой скорос ти, что	ние на непомерно высокой скорости, что приводило к быстро й по-
		тере соединения. Характерно, что соединение на скорости, б олее
		высокой, чем оптимальная для данной линии, приводит к обще му
		снижению скорости обмена, вероятно, из-за большого числа п о-
		вторно принимаемых пакетов.
		Модем D-Link DFM-560E показал типичные для недорогих мо-
		демов результаты, сочетающиеся с довольно трезвой оценко й ка-
		чества линии. Вероятно, при тщательной подстройке от него мож-
		но было бы добиться вполне приличных результатов.
		В табл. Б приведены данные о некоторых показателях линии,
		полученные при помощи команды ATI12 модема ZyXEL Omni 56K
		в дни, когда проводились измерения, а также, для сравнения, в
		понедельник. Видно, что по будням отношение сигнал/шум уху д-
		шается примерно на 5 дБ. Обратите внимание на стабильно выс о-
		кий уровень ближнего эха и высокое затухание.
	очень пригодилось при мониторинге качества линии. Один ра з он	На рисунке приведена также амплитудно-частотная характе ри-
	даже сумел соединиться по протоколу V.90 с использованием ан а-	стика линии, полученная при помощи команды ATI13. На ней хо-
	логовой АТС (!), благодаря аномально высокому для данной ли -	рошо заметен значительный завал в области высоких частот .	АВГУСТ
	нии отношению сигнал/шум.	Подводя итоги, заметим, что полученные результаты, в общем ,
	В отличие от лабораторных условий установка модема CNet 5614	закономерны. Модемы производства фирм, которые специальн о	2000
	XE/E210 заняла в общей сложности 3 часа, а заставить его правильн о	адаптируют свою продукцию для России, в условиях, приближ ен-
	набирать номер удалось только после ручной корректировк и файла	ных к «боевым», оказались лучше тех, что предназначены для эк-
	Cirrus Logic GenericMDMCIR.INF, расположенного в каталоге	сплуатации на линиях среднемирового качества.
	93

Ò å ñ ò è ð î â à í è å
Для каждой рассмотренной характери-		тегрального показателя качества снача-
стики вычисляется ее показатель качества.		ла вычисляется показатель качества каж-
Необходимость введения этого абстрак-		дой отдельной характеристики, после чего
тного понятия вызвана стремлением срав-		они складываются с соответствующими
нить модемы между собой. Ведь конечная		весовыми коэффициентами.
цель тестирования заключается именно в		Итак, первая проблема, с которой при-
сравнении модемов между собой, и не		ходится сталкиваться, — это вычисление
только по отдельным характеристикам, но		показателя качества для каждой отдель-
и в целом. Такое сравнение было бы не-		ной характеристики. Понятно, что сама по
сложной задачей, если бы существовал		себе характеристика в «чистом» виде не
какой-то обобщенный (интегральный) по-	Рис. 9. Распределение весовых коэффициентов	может быть собственным качеством. Дей-
казатель производительности или каче-		ствительно, как можно, например, скла-
ства модема. Для определения такого ин-	основных характеристик модема	дывать чувствительность модема и мак-
Таблица 3. Методика вычисления показателя качества отдельных хара ктеристик модема и их средние весо-			симально возможный сдвиг несу-
			щей частоты? Поэтому показатель
вые коэффициенты, полученные методом опроса экспертов			качества каждой	характеристики
			должен быть безразмерной величи-
			ной. Более того, показатель качества
			должен отражать действительное
			положение вещей, то есть если ха-
			рактеристика одного модема хуже
			аналогичной характеристики друго-
			го модема, то и соотношение пока-
			зателей качества этих характерис-
			тик должно быть аналогичным. По-
			казатели качества и весовые коэф-
			фициенты устанавливались при по-
			мощи экспертных оценок.
			После того как определены по-
			казатели качества каждой характе-
			ристики, можно вычислить качество
			самого модема. Однако просто сло-
			жить показатели качества для каж-
			дой характеристики недостаточно.
			Ведь разные характеристики имеют
			различную значимость. Естествен-
			но, что показатель качества чувстви-
			тельности модема куда более важен,
			чем оценка технического руковод-
			ства. Поэтому для каждой характе-
			ристики необходимо определить ее
			весовой коэффициент, являющий-
			ся показателем значимости данной
			характеристики. Весовые коэффи-
			циенты выражаются в процентах или
			в долевых частях, но так, чтобы сум-
			ма всех весовых коэффициентов
			была равна 100% или соответствен-
			но 1. Тогда интегральный показа-
			тель качества модема вычисляется
			как сумма произведений показате-
			лей качества отдельных характери-
			стик и соответствующих весовых ко-
			эффициентов.
			Рассчитанные	ïî	описанной
			выше методике интегральные пока-
			затели качества модема использо-
2000			вались при выборе самого каче-
			ственного модема. Чем выше интег-
АВГУСТ
			ральный показатель качества моде-
			ма, тем лучше. Если же разделить
			интегральный показатель качества
			модема на его цену, то полученное
	94