Равные среди лучших

В сех пользователей по отношению к модемам, пожалуй, можно разделить на несколько категорий. Одни видят в них просто симпатичные коробочки, иногда загадочно помаргивающие красивыми огонечками, без которых не войти в мир Интернета. Другие считают их инструментом для выжимания из линии максимально возможной скорости. Третьи приобретают модем как необходимый атрибут для создания имиджа, к тому же если он имеет современный дизайн, то и на столе хорошо смотрится, хотя на шею, конечно, не повесишь, как сотовый. Но есть и четвертая категория пользователей, их обычно бывает немного, но именно они всегда стремятся докопаться до сути. Даже когда они были совсем маленькими, то доставляли массу хлопот своим родителям, задавая бесконечные «почему», а получив в подарок игрушку, тут же вытряхивали из нее внутренности — так их интересовало, как она устроена.

Вот для них-то и предназначена данная статья. Правда, сразу скажу, что потрошить модемы в наши задачи не входило, но вот всесторонне исследовать, как они себя поведут в разных условиях, очень хотелось. Такую возможность нам предоставили специалисты, работающие на имитаторе линии передачи CANAL-5, разработанном и изготовленном отечественной компанией «Аналитик ТС».

Предварительные замечания

К сожалению, у нас до сих пор нет модели канала российских линий. Во многих странах принята модель физической линии. И очень часто производители модемов тестируют их не на линиях, у которых параметры изменяются в широких пределах, а на канале определенной модели с заданными усредненными характеристиками. Еще в советское время были разработаны латвийская модель каналов, белорусская и проч., но, к сожалению, до «товарного» состояния их так и не довели.

Что же такое — модель физической линии? Это программа, описывающая определенный набор установок в имитаторе канала, в том числе набор входного-выходного сопротивления стандартных станций, характеристики абонентского комплекта, тип линии, данные об организации канала (тип уплотнения и др.) — в общем, около десятка параметров. И поскольку для России такой модели нет, то мы тестировали модемы в довольно широком диапазоне изменения характеристик. Перед тем как перейти непосредственно к описанию процесса тестирования — пара слов о наших испытуемых. Всем известно, да и материалы наших опросов это подтверждают (см. «Мир ПК» №12/03, с.97), что на российских просторах есть два лидера, о которых знает каждый, кто стучится в Интернет по коммутируемому доступу, — ZyXEL и U.S. Robotics. Для сравнения мы взяли две модели одной «весовой категории»: Omni 56K mini фирмы ZyXEL и U.S. Robotics Faxmodem (далее будем называть их Omni 56K и USR 56К).

Схема имитатора канала

Испытания модемов Omni 56K и USR 56К проводились на имитаторе CANAL- 5. Это устройство подключается к компьютеру по двум последовательным портам и управляется прикладной программой, устанавливающей параметры имитатора коммутируемой линии передачи (рис. 1 и 2).

Испытания проводились в режиме передачи данных (взятые модемы имеют и функцию факсимильной передачи). Наибольший интерес вызывает поведение модемов в условиях воздействия помехи, имеющей место в линиях передачи.

Рис. 2. Экран управления параметрами имитатора коммутируемого канала

Эта помеха приводит к ошибкам в принимаемых данных, поэтому в модемах используется система защиты от ошибок, позволяющая выявить их наличие и организовать повторный запрос поврежденного блока данных.

Таким образом, современные модемы уже на этапе установления соединения способны определить с учетом условий в линии передачи, с какой скоростью можно передавать данные, обеспечивая минимальную вероятность ошибок.

Во время первого этапа испытаний на имитаторе линии передачи формировалась помеха с равномерным спектром в полосе 0,3 — 3,4 кГц (полоса обычного канала тональной частоты). Измерения разности между сигналом и шумом на входе приемника испытываемого модема, как, впрочем, и других параметров линии, проводились прибором автоматического измерения каналов (ПАИК), разработанным и изготовленным также в «Аналитик ТС». Он позволяет без участия персонала набирать номер абонента (у которого также установлен аналогичный прибор) и по заданному сценарию проводить комплекс измерений различных параметров линии попеременно в обе стороны передачи, а также записывать полученные данные в файлы. (Сам ПАИК работает под управлением соответствующего ПО и подключается к компьютеру по последовательному порту.) Итак, сначала на имитаторе устанавливалась стандартная (нормированная) диаграмма уровней. На входах канала ТЧ (тональная частота) по обеим сторонам включались имитаторы абонентских линий протяженностью 4 км. Затухание на такой абонентской линии — около 5 дБ, благодаря чему в дальнейшем можно было подключать модемы с заводской установкой уровня передачи на выходе, равной -10 дБ.

Кроме того, на имитаторе включались симметричные фазовые искажения, эквивалентные одному переприему по тональной частоте. Скажем, от абонента сигнал идет до исходящего узла связи по одной системе, а по другой он приходит во входящий узел связи и уже оттуда попадает к вызываемому абоненту. Такой вариант типичен для городских линий связи. Когда же один абонент находится в городе, другой — в области или в другом городе, то переходов от одной системы к другой может быть значительно больше. Подобные случаи мы здесь не рассматриваем.

Результаты измерений зависимости скорости передачи от фазовых искажений испытываемых модемов приведены на диаграмме 1. При маленькой разнице между сигналом и шумом модель Omni 56K снижает скорость передачи данных до 4800 бит/с, а USR 56К вообще не устанавливает соединения. При увеличении разности сигнал/шум несколько вперед по скорости передачи выходит модем фирмы U.S. Robotics.

Диаграмма 1. Скорость передачи модемов в зависимости от соотношения сигнал/шум на входе приемника модемов

Еще одним фактором, влияющим на скорость передачи модемов, является дрожание фазы линейного сигнала, иначе именуемое джиттером. Это не что иное, как периодическое смещение (дрожание) синусоидального сигнала при переходе через нуль. Причины джиттера многообразны. Он порождается и неисправностью генераторного оборудования, и паразитной модуляцией генераторного оборудования систем уплотнения от источников питания, и другими факторами. Частота переходов может изменяться по различным законам в зависимости от частотных составляющих сигнала.

Бывает, что модемы легко справляются с медленным джиттером и не успевают отрабатывать более высокочастотный. Поэтому джиттер весьма опасен для работы тех модемов, в которых используется амплитудно-фазовая модуляция, а ведь именно она обеспечивает высокие скорости и применяется в современных модемах.

Естественно, было интересно определить, как станут себя вести модемы при наличии джиттера в случае других хороших параметров линии передачи.

Диаграмма 2. Скорость передачи в зависимости от величины разброса джиттера

Результаты испытаний представлены на диаграмме 2. Надо признать, что оба модема показали неплохие результаты в довольно широких пределах изменения величины джиттера. Даже при джиттере 15?, принятом в качестве нормы для отечественных линий передачи, модемы показали скорость передачи 14 400 бит/с. Однако, к сожалению, все параметры для линий передачи нормировались вовсе не исходя из требований пересылки данных на больших скоростях.

На следующем этапе испытаний выяснялось, насколько модемы подвержены влиянию нелинейности сигнала. Известно, что при искажении формы синусоидального сигнала появляются дополнительные гармоники основного сигнала. Принято оценивать величину нелинейности по отношению суммарной мощности 1-й и 2-й гармоник к мощности основного сигнала в процентах.

Влияние величины нелинейности на скорость передачи испытываемых модемов представлено на диаграмме 3. Результаты теста показали, что по устойчивости к этому параметру оба модема также практически идентичны.

Диаграмма 3. Скорость передачи модемов в зависимости от величины нелинейности

Затем мы исследовали влияние сдвига частот в линии передачи (диаграмма 4). Здесь следует признать, что модем USR 56K имеет преимущество. Он обеспечивает скорость передачи на уровне 24 000 бит/с в диапазоне значений сдвига частот до 10 Гц, в то время как модем Omni 56K начинает снижать скорость передачи при сдвиге частот выше 3 Гц. Правда, столь высокий сдвиг частот может быть характерен только для междугородных каналов. Что же касается городских телефонных линий, то здесь его величина не превышает десятых долей герца.

Диаграмма 4.Скорость передачи модемов в зависимости от сдвига частот

На финишной прямой мы испытывали модемы «на прочность», одновременно повысив воздействие помех, описанных выше. Испытания проводились в трех режимах, в каждом из которых дополнительно к основным параметрам включалась имитация соединительной линии между абонентом и АТС протяженностью 4 км.

1. Устанавливались предельные значения параметров воздействий, влияющих на эксплуатационные нормы. Если же линия передачи соответствует этим нормам, то нельзя предъявлять никаких претензий к эксплуатационным службам.

Это следующие параметры:

соотношение сигнал/шум на входе модема - 25 дБ;

размах джиттера - 15?;

величина нелинейности - 4 %;

сдвиг частоты - 5 Гц.

2. Значения основных параметров:

соотношение сигнал/шум на входе модема - 25 дБ;

размах джиттера - 10?;

величина нелинейности - 3 %;

сдвиг частоты - 1 Гц.

3. Значения основных параметров:

соотношение сигнал/шум на входе модема - 25 дБ;

размах джиттера - 5?;

величина нелинейности - 2 %;

сдвиг частоты - 0,6 Гц.

Результаты измерений приведены на диаграмме 5.

Диаграмма 5.Скорость передачи модемов при совокупном воздействии мешающих факторов

И наконец, мы проверяли работу модемов в полевых условиях — на реальных линиях московской городской сети при дозвоне к провайдерам Интернета «МТУ Интел» и «Россия-Он-Лайн». Соединения выполнялись от абонента АТС 165 к модемным пулам соответственно 105 55 55 и 792 33 33. Результаты дозвонов представлены на диаграммах 6 и 7.

Диаграмма 6. Результаты соединений с провайдером «МТУ Интел»

Конечно, здесь число звонков не столь велико, чтобы можно было делать какие-то выводы о сравнении качества линий этих двух ведущих провайдеров. И потому по нашей просьбе специалисты-тестировщики провели дополнительные испытания, набирая номера на линиях этих провайдеров (до 250). Однако они сделали вывод, что результаты носят случайный характер. Впрочем, им удалось установить, что линии передачи МГТС (Московская городская телефонная сеть) в данных направлениях по своим параметрам лучше, чем определено эксплуатационными нормами. Значит, в этом случае скорости передачи возрастают до максимально возможных для протокола V.34 — до 33 600 бит/c. А при установлении соединения лишь по цифровым каналам скорости передачи соответствуют протоколам V.90/V.92 и, следовательно, скорости приема достигают 44 000 бит/c. В результате они сделали вывод, что оба модема по этим показателям практически идентичны.

Диаграмма 7. Результаты соединений с провайдером «Россия-Он-Лайн»

Проверка реакции на сигналы «Занято» на имитаторе подтвердила, что модем USR 56К не воспринимает их и что отбой происходит только по системному тайм-ауту, т. е. через 40 с, как и положено по норме. У нас сигнал «Занято» не такой, как на Западе, и, чтобы обработать его корректно, нужно внести изменения в программу обработки. Подобное наблюдалось и при работе с реальными каналами. Впрочем, по мнению специалистов, эта болезнь характерна для подавляющего большинства модемов западных производителей. Конечно, сие неудобно для потребителя USR 56К, который, естественно, хотел бы установить соединение как можно быстрее, не теряя времени на ожидание, обычно длящееся около 30 с. К тому же после системного отбоя автоматический повтор набора может не сработать, и потребителю придется опять вручную давать команду набора. Модель Omni 56К сигнал «Занято» обрабатывает правильно.

В целом же тестирование показало, что оба модема успешно работают в сложных условиях и преодолевают нашу «полосу препятствий». А поскольку их параметры очень близки, то явного лидера выделить нельзя.

Действительно, лучшие оказались равными.

ОБ АВТОРЕ

Михаил Глинников — научный редактор раздела «Сети» журнала «Мир ПК». Ему можно написать по e-mail:mikeg@pcworld.ru