Anna Stankiewicz 30.03.05r.

MODEMY

Modem służy do przesyłania danych pomiędzy komputerami za pomocą linii telefonicznych. By transmisja poprzez łącza telefoniczne była możliwa, konieczne jest przekształcenie sygnału cyfrowego w analogowy, który musi mieścić się w przedziale częstotliwości przenoszonych przez linię telefoniczna tj. pomiędzy 300Hz i 3,4 kHz. Proces ten nazywamy modulacją.

Działanie odwrotne polegające na wychwyceniu w odbierany, sygnale analogowym zakodowanych bitów przesyłanego sygnału cyfrowego nazywamy demodulacją. Modem więc jest to urządzenie, które dzięki procesowi modulacji i demodulacji sygnału umożliwia przesyłanie danych pomiędzy dwoma terminalami oddalonymi od siebie na znaczna odległość.

Zadania modemu nie sprowadzają się jednak tylko do samej modulacji i demodulacji. Modem musi jeszcze przyjąć do bufora wejściowego dane przesyłane z komputera, zestawić żądane połączenie(wybrać numer), zdecydować co zrobić gdy numer jest zajęty, wreszcie zadbać o taka prędkość zestawionego połączenia i uzgodnienie z modemem znajdującym się na drugim końcu linii optymalnej prędkości transmisji. Proces ten nazywany jest negocjacją protokołu i realizowany jest zawsze na początku każdego połączenia.

Dial-Up to tzw. dostęp ”wdzwaniany” do Internetu. W celu korzystania z Internetu komputer musi być wyposażony w modem (zewnętrzny lub wewnętrzny), który w tradycyjny sposób wybiera numer dostępowy innego „modemu” u operatora, identyfikator użytkownika poprzez login i hasło, następnie włącza się do zasobów światowej sieci.

W chwili obecnej najszybsza prędkość analogowego połączenia modemowego wynosi 56000 bps (bity na sekundę), czyli około 7000 B/s (bajty na sekundę) dzięki protokołom: V.90 (standard stworzony przez stowarzyszenie telekomunikacyjne ITU), K56flex (standard stworzony przez firmę Rockwell, obecnie nieużywany, wyparty przez V.90) oraz X2 (standard stworzony przez firmy 3Com i U.S.Robotics, obecnie nieużywany, wyparty przez V.90). Niestety wymienione standardy mają asymetryczną transmisję danych, co oznacza, iż umożliwiają one wysyłanie maksymalnie 33,6 Kb/s danych, a odbieranie maksymalnie 56 Kb/s danych (wartości teoretyczne). Technika sprawdza się dobrze w przypadku wykorzystywania połączenia z Internetem, ponieważ prawie zawsze dużo więcej danych pobieramy z serwera (takich jak np. strony WWW, FTP, media strumieniowe), aniżeli wysyłamy (mała ilość danych potrzebna na wysłanie adresu strony WWW do serwera DNS). Jednak połączenie z prędkością 56000 bps jest możliwe wtedy i tylko wtedy, gdy po drugiej stronie będzie działał specjalny modem (cyfrowy ISDN). Jeżeli połączymy się modemem 56000 bps z inną osobą, która też ma modem 56000 bps to uzyskamy maksymalnie transmisję równą tylko 33600 bps, wynika to z faktu asynchronicznej transmisji. Wszystkie zamieszczone prędkości modemowe mogą być większe lub mniejsze, jest to spowodowane jakością linii telefonicznej oraz osiąganą kompresją danych.

Najczęściej spotykane są w Polsce modemy V.90 (wszystkie modemy dostępowe Telekunikacji Polskiej umożliwiają pracę w tym standardzie). Wyróżniamy także modemy o maksymalnych prędkościach 33600 bps (protokół V.34+), 28800 bps (protokół V.34), 19200 bps (protokół V.32terbo), 14400 bps (protokół V.32bis), 9600 bps (protokół V.32), 4800 bps, 2400 bps (protokół V.22bis), 1200 bps (protokół V.22) i 300 bps (protokół V.21). Cztery ostatnie modemy nie nadają się w ogóle do łączenia z Internetem, ponieważ transmisja jest zbyt wolna ażeby przesyłać np. grafikę, czy nawet kod HTML.

Prędkość połączenia modemowego jest zależna od posiadanego chipsetu (chipset - jest to główny procesor modemu, który umożliwia zamianę danych na analogowe sygnały telefoniczne, a także wykonywanie rozkazów AT. Można powiedzieć, że czym nowszy model chipsetu tym można uzyskać większe szybkości połączenia (jednak sprawdza się to tylko, gdy nowsza wersja chipsetu obsługuje nowszą wersję protokołu). Najbardziej znane są chipsety firm: Conexant (dawna nazwa Rockwell), Lucent, Motorola, UMC, Sierra, etc. Oto przykład polecenia AT powodującego wybranie numeru 123456 za pomocą kodów DTMF (wybieranie tonowe): ATDT123456.

Zdjęcie chipsetu firmy Rockwell modemu

Kompresja danych - jest to sprzętowa kompresja danych modemu, polegająca na tym, że przed wysłaniem danych modem pakuje dane w pewnym stosunku (np. 4:1, stosunek ten jest duży dla plików HTML czy DOC, mały dla plików graficznych JPEG, PNG czy GIF, natomiast w przypadku archiwów ZIP czy RAR jest on równy 1, co oznacza, że sprzętowa kompresja jest zbędna dla takich danych) i dopiero wysyła dane skompresowane, a drugi modem musi te dane dekompresować, czyli musi rozpakować dane do postaci normalnej. Np. dzięki modemowi 33600 bps możemy nawet dzięki zastosowaniu kompresji uzyskać prędkość 115200 bps. Jeżeli chcemy być pewni, że nasz modem będzie prawidłowo szybko wysyłał dane np. modem-modem 33600 bps musimy ustawić prędkość komputer-modem czterokrotnie większą np.

33600 bps * 4 = 134400 bps

dlatego musimy wybrać transmisję komputer-modem równą 115200 bps, wtedy modem będzię pracował optymalnie. Jeszcze lepiej byłoby, gdyby modem był podłączony do komputera przez port równoległy (300000 bps) lub USB. Niektóre z popularniejszych protokołów kompresji to np. V.42bis, MNP5.

Ogólnie modemy dzielimy na dwa rodzaje: wewnętrzne w postaci karty rozszerzającej mocowanej do jednego z gniazd na płycie głównej - ISA lub PCI, zintegrowanego z płytą główną modułu chipsetu w którym umieszczone zostały odpowiednie komponenty modemu.

Oraz zewnętrzne w postaci osobnego urządzenia podłączonego do komputera.

BUDOWA MODEMU

Modem jest jednym z bardziej skomplikowanych urządzeń peryferyjnych, którego jednostką centralna jest tzw. Data Pump, czyli specjalizowany układ scalony odpowiadający za modulację i demodulację transmitowanych sygnałów. Układ ten wyposażony jest we własny procesor sygnałowy DSP (Digital Signal Procesor) charakteryzujący się dużą mocą obliczeniową. Pamięć RAM „ zaszyta „ w układzie Data Pump zawiera procedury obsługi modulacji zgodny ze standardamiITU-T stosowanych w modemach.

Interfejsem łączącym modem i linię telefoniczną jest tzw. układ styku, który odpowiedzialny jest za galwaniczne izolowanie modemu od linii telefonicznej oraz jest tym elementem urządzenia, który realizuje dekadowe wybieranie numeru telefonicznego. Przekaźnik jako element składowy układu styku pełni w modemie taką samą rolę jak „widełki” w aparacie telefonicznym. Z uwagi na f-cję układu styku, który jest interfejsem liniowym modemu, musi on spełnić określone wymogi dotyczące współpracy z siecią telekomunikacyjną danego operatora telekomunikacyjnego.

W skład kontrolera modemu wchodzi drugi, pracujący niezależnie procesor, który odpowiedzialny jest za komunikację modemu ze współpracującym komputerem PC, interpretację komend AT Hayes oraz zestawieniem połączenia tzw. Call Progress. Procedury programu „zaszytego” w Rom'ie tego procesora gwarantuje rozpoznawanie sygnałów zgłoszenia centrali, sygnału zajętości oraz prądu dzwonienia. Zadaniem kontrolera jest również korekcja, kompresja i dekompresja przesyłanych danych w czasie rzeczywistym, którą można przeprowadzić dzięki wbudowanej pamięci RAM spełniającej rolę bufora we/wy. Około 70% modemów znajdujących się obecnie na rynku posiada Data Pump firmy Rockwell, a pozostałe 20% urządzenia rezydują układy AT&T, Cirrus Logic oraz Motorola, które to charakteryzują się porównywalną mocą obliczeniową i funkcjonalnością. Dlatego też o jakości modemu decyduje przede wszystkim układ styków oraz w mniejszym stopniu program sterujący kontrolerem zawartym w pamięci ROM.

Niezależnie od sposobu podłączania modemu do komputera PC jest on widziany przez oprogramowanie jako urządzenie podczepione do portu szeregowego komputera.

Bloki funkcjonalne modemu

Modem zawiera kilka podstawowych bloków funkcjonalnych:

- mikrokontroler (ang. MAC - Modem Advanced Controller)

- blok analogowy (ang. MAP Modem Analog Peripheral)

- interfejs komputera (V.24/RS-232)

- interfejs linii telefonicznej

- blok przełączników, wyświetlaczy, głośnika, itd.

Ta podstawowa architektura pozostaje niezmieniona od lat, jednakże wewnętrzna struktura bloków jest zależna od konkretnego wykonania i realizowania funkcji. Na rysunku pokazano schemat blokowy modemu.

Mikrokontroler (MAC) sterowany jest za pomocą oprogramowania zawartego w pamięci ROM. Układ składa się z czterech sekcji logicznych: wewnętrznego procesora, rejestrów, pamięci, wewnętrznego układu UART.

Blok analogowy (MAP) sterowany jest przez kontroler MAC. Realizuje algorytmy modulacyjne i inne niezbędne wymienione niżej funkcje, którym odpowiadają adekwatne bloki funkcjonalne: nadajnik, odbiornik, interfejs kontrolera.

Szybkość danych przekazywanych synchronicznie z komputera do modemu może wahać się w granicach od +2.3% do -2.5%, a modulator QAM wymaga stabilności strumienia danych 0.01%. Występuje zatem konieczność uporządkowania napływających danych. Funkcje tę spełnia konwerter async/sync, taktowany wewnętrznym zegarem modemu.

Zadaniem skramblera jest wprowadzenie przypadkowości w strumieniu danych tak aby energia zmodulowanej fali nośnej rozłożona była równomiernie w całym paśmie jednego z dwóch kanałów (dolnego lub górnego). Podstawowym układem skramblera jest 17 - bitowy rejestr przesuwny taktowany sygnałem zegarowym o częstotliwości 2400/ 1200 Hz.

Sekcja filtrów pasmowych składa się z filtru dolnego pasma o częstotliwości środkowej 1200 Hz i filtru górnego pasma o częstotliwości środkowej 1200 Hz.

Sygnał analogowy odbierany z linii RxA wprowadzany jest poprzez odpowiedni filtr pasmowy do układu programowania regulacji wzmocnienia oraz detektora energii (fali nośnej). Detektor energii wykazuje obecność sygnału, jeśli jego poziom przekracza -43 dB. Układ programowanej regulacji wzmocnienia pozwala ustawić 64 poziomowy wzmocnienia z krokiem 0.75 dB.

Demodulator wydziela strumień danych w postaci analogowej z sygnału przychodzącego z linii telefonicznej. Przetwornik A/C zamienia dane z postaci analogowej na postać cyfrową. W trybie asynchronicznym dane powracające do procesora przepuszczane są przez konwerter sync/async, by zrekonstruować pierwotną postać. Deskrambler realizuje funkcję odwrotną do skramblera.

Interfejs linii telefonicznej jest blokiem, którego główne zadania są następujące: dopasowanie impedancyjne, zapewnienie symetrii wejścia/ wyjścia, zapewnienie obciążenia stałoprądowego, generowanie impulsów wybierania numeru oraz detekcja sygnału wywołania. Sygnał analogowy TxA przechodzi przez zespół wzmacniaczy, transformator symetryzujący, a następnie wysyłany jest w linię telefoniczną.

Detektor sygnału Ring wykrywa sygnał dzwonienia w linii telefonicznej i powiadamia o tym procesor MAC, który za pomocą sygnału OH uruchamia przekaźnik, przełączający obwód linii telefonicznej z pozycji 1 na pozycję 2. Ponadto procesor, sygnałem AR, dołącza do linii telefonicznej bocznik prądowy którego zadaniem jest zapewnienie rezystancji telefonicznej, dla składowej stałej (widzialnej przez centralę miejscową), mniejszej niż 300 ?. W ten sposób telefon zostaje odłączony od linii telefonicznej.

W pamięci NVRAM (EPROM) przechowywane są pewne standardowe parametry modemu ustawiane przez producenta, takie jak: szybkość transmisji (bit/s); informacja o bitach kontrolnych; echo lokalne; odpowiedź modemu w postaci słownej/cyfrowej; wybieranie numeru impulsowe/częstotliwościowe; czas trwania testu (od 0 do 255 sek.); sterowanie liniami RTS/CTS; sterowanie linią DTR; sterowanie linią DCD; sterowanie linią DSR; rozłączenie przez sygnał przerwania; poziom głośności; współczynnik impulsowania; wybór sygnału ochronnego (150 Hz/1800 Hz); połączenie na łączach komutowanych/trwałych; wybór standardu CCITT lub Bell. Parametry ustawione przez producenta można zmieniać za pomocą rozkazów Hayes'a.

Pamięć RAM wykorzystywana jest jako bufor danych w przypadku zestawienia połączenia z korekcją błędów i kompresją danych.

jak już wcześniej powiedzieliśmy, obecnie produkuje się dwa rodzaje modemów: modemy zewnętrzne-wolnostojące, które łączy się z komputerem za pomocą interfejsu RS-232 oraz modemy wewnętrzne, wykonane w formie karty rozszerzającej Modem wolnostojący pokazano na rysunku.

Na tylnej ścianie modem posiada gniazdo interfejsu V.24 (RS-232), służące do połączenia z komputerem. Gniazda RJ-11 służą do połączenia modemu do linii telefonicznej i do aparatu telefonicznego. Niektóre modemy wyposażone są w trzy gniazda RJ-11; trzecie gniazdo używane jest do połączeń trwałych.

Zespół mikroprzełączników służy do ustawienia pewnych funkcji specjalnych. Np. w modemie M.-3212 produkcji TEL-EKO przełączniki służą do ustawienia następujących funkcji: tryb synchroniczny/ asynchroniczny; praca na liniach komputerowych/ trwałych, wyłączenie/włączenie sterowania rozkazami Hayes`a itd. Na przedniej ścianie modemu znajdują się diody LED, sygnalizujące rodzaj pracy:

EC	Error Corection	- świeci, gdy zestawione zostało połączenie niezawodne
TM	Test Modem	-świeci podczas testowania modemu
TR	Terminal Ready	-świeci, gdy komputer wysyła do modemu sygnał gotowości DTR
MR	Modem Ready	-świeci po zakończeniu zestawienia połączenia; odpowiada sygnałowi DSR
CD	Carrier Detect	-świeci po wykryciu przez modem fali nośnej
SD	Send Data	-miga w takt danych nadawanych
RD	Receive Data	-miga w takt danych odbieranych
AA	Auto Answer	-świeci, gdy włączona jest funkcja auto-answer
OH	Off Hook	-świeci. gdy modem jest podłączony do linii telefonicznej
PW	Power	-świeci, gdy modem ma włączone zasilanie

Możliwości modemów

• Automatyczne wybieranie (Auto-dial) numeru odległego modemu (zarówno częstotliwości jak i impulsowe)

• Automatyczne przyjmowane zgłoszeń (Auto-answer) i nawiązywanie sesji połączeniowej z innymi modemami

• Rozłączenie połączenia telefonicznego po przesłaniu danych lub po wystąpieniu błędu

• Automatyczna negocjacja szybkości połączenia

• Konwersja bitów do postaci odpowiedniej dla linii tle.(modulator)

• Konwersja odebranych sygnałów na bity (demodulator)

• Niezawodny transfer danych z poprawną sekwencją wymiany

Stany modemu

• Stan poleceń (comand state)- modem interpretuje wszystkie nadchodzące z komputera znaki, wykonując każde zawarte w nich polecenie

• Stan połączeń (on-line) -wszystkie odbierane znaki modem przekazuje drugiemu modemowi, nawet polecenia

• Stan wybierania numeru (originete) i automatycznej odpowiedzi (auto-answer) - stany pośrednie miedzy stanem poleceń i połączenia

Szukasz gotowej pracy ?

To pewna droga do poważnych kłopotów.

Plagiat jest przestępstwem !

Nie ryzykuj ! Nie warto !

Powierz swoje sprawy profesjonalistom.

---