Мухин С.В.

История развития протоколов передачи данных

Об этом можно узнать обратившись к истории развития протоколов передачи данных, в частности, наблюдая за рекомендациями Международного союза электросвязи отдела телефонии (International Telecommunications Union Telephone- ITU-T), который ранее назывался Международный Консультативный Комитет по Телеграфии и Телефонии, МККТТ (Comite Consultatif Internationale de Telegraphie et Telephonie - CCITT) и был создан в 1957 году.

Как видно из табл. 1, первые протоколы имели низкую скорость передачи данных, что обуславливалось, тем, что в пору их создания существующие телефонные сети обладали рядом характеристик, которые не позволяли передавать по ним информацию с большей скоростью. Оборудование, используемое на сетях связи, в большинстве своем было аналоговое, что вносило следующие негативные характеристики:

ограничение полосы пропускания канала. Эта характеристика связана с завалами частоты на краях канала, кроме того, его ширина могла значительно уменьшится при неоднократном прохождении через участки НЧ (низко-частотный) переприема. Этот параметр характерен для каналообразующей аппаратуры с частотным разделением каналов (ЧРК), в частности К-60П. Стандартно канал ТЧ имеет полосу пропускания от 300 до 3400 Гц. При 12 транзитных участках с аппаратурой К-60П эффективно передаваемая полоса сужается до пределов 450 - 2850 Гц.
сдвиг частоты. Он вызывается отсутствием синхронизма между задающими генераторами в оконечных устройствах аппаратуры с ЧРК.
неравномерность группового времени прохождения (ГВП). Это проявляется в виде неодновременности прихода боковых полос к приемнику, что препятствует восстановлению сигнала.
импульсные помехи. Они могут быть связаны с коммутационным оборудованием, перекрестными наводками от вызывных импульсных токов.
перерывы связи. Они вызываются плохими контактами в разъемах, реле, искателях, что характерно для декадно-шаговых автоматических телефонных станций.

В связи с перечисленным выше первые протоколы разрабатывались для ограниченной полосы частот на которой такие мешающие факторы, как ГВП и сужение полосы пропускания, не оказывали значительного влияния. В качестве вида модуляции использовалась частотная и фазоразностная. В качестве протоколов использующих этот вид модуляции можно привести V.21 - V.27 см. табл. 1, а также протоколы American Telephone & Telegraph (AT&T), приведенные в табл. 2. Так как на выделенных каналах не используется коммутация, то и качество передаваемой информации на них значительно превосходит коммутируемую сеть, так и появился протокол V.29, который использует квадратурную амплитудную модуляцию и большую, неже ли низшие протоколы полосу частот.

Время шло, шло развитие коммутационного и каналообразующего оборудование, а также развитие микропроцессоров, как следствие улучшаются характеристики каналов связи, а значит появляется возможность создания более высокоскоростных модемов. Появляется V.32, а затем как грибы после дождя начинают появляться частные протоколы см. табл. 3:

полудуплексные протоколы семейства PEP ^** (Packetized Ensemble Protocol) разработаны фирмой Telebit и реализованы в модемах фирмы серий TrailBlazer (PEP) и WorldBlazer (TurboPEP), начиная с 1985 года, которые в 1988 году достигают скорости 19200 бит/с, а в последствии и 23000 бит/с.
Express 96 "Ping Pong Protocol". Этот протокол появился в модемах Hayes в 1987 году марки Smartmodem 9600. Модем использовал частный протокол модуляции, называемый Express 96 (также известный как Hayes " Ping Pong Protocol"). По своей сути он был близок к V.32. На сегодняшний день он не используется.
CompuCom CSP. В то время, когда каждый изготовитель модема переходил на V.32, компания CompuCom в 1991 году выпустила модем SpeedModem Champ. Это был модем со скоростью 9600 бит/с с частным протоколом модуляции, называемым CSP (CompuCom Speed Protocol). SpeedModem Champ был модемом с частным протоколом, который стоит меньше, чем модем с V.32. CompuCom распалась в 1992 году.
HST. Протокол HST (High Speed Technology) разработан фирмой U.S.Robotics и реализован в модемах фирмы серии Courier в 1989 году.
ATMT. Протокол ATMT (Адаптивной ТрансМультиплексорной Технологии) разработан российской компанией "Проксима" в 1996 и является очень похожим на протоколы серии PEP.

Табл. 1. Протоколы передачи данных Международного союза электросвязи

Стандарт	Год утверждения	Максимальная скорость, бит/с	Дуплекс/ полудуплекс	Коммутируемые/ выделенные	Тип модуляции
V.21	1964/1984	200/300	FDX(FDM)	PSTN	FSK
V.22	1980/1988	1200	FDX(FDM)	PSTN	DPSK
V.22 bis	1984/1988	2400	FDX(FDM)	PSTN	QAM
V.23	1964/1988	1200	HDX	PSTN	FSK
V.26	1968/1984	2400	HDX	Private	DPSK
V.26 bis	1972/1984	2400	HDX	PSTN	DPSK
V.26 ter	1984/1988	2400	FDX(EC)	PSTN	DPSK
V.27	1972/1984	4800	HDX	Private	DPSK
V.27 bis	1976/1984	4800	HDX	Private	DPSK
V.27 ter	1976/1984	4800	HDX	PSTN	DPSK
V.29	1976/1988	9600	HDX	Private	QAM
V.32	1984/1988	9600	FDX(EC)	PSTN	QAM/TCM
V.33	1985/1988	14400	FDX	Private	TCM
V.17	1991	14400	FDX(EC)	PSTN	TCM
V.32 bis	1991	14400	FDX(EC)	PSTN	TCM
V.34	1996	33600	FDX	PSTN	QAM
V.90	1998	56700/33600	FDX	PSTN	PCM/QAM
V.92	2000	56700/48000	FDX	PSTN	PCM

FDX (Full Duplex Modem) - дуплексный протокол,
HDX (Half Duplex Modem) - полудуплексный протокол,
EC (Echo Canceler) - эхо-подавление,
FDM (Frequency Division Multiplexing) - частотное разделение каналов,
PSTN (public switched telephone networks) - коммутируемая телефонная сеть,
private - выделенные (арендованные) каналы,
FSK (Frequency Shift Keying) - частотная модуляция,
DPSK (Differential Phase Shift Keying) - фазоразностная модуляция,
QAK (Quadrature Amplitude Modulation) - многопозиционная амплитудно-фазовая модуляция или квадратурная амплитудная модуляция,
TCM (Trellis Coded Modulation) - модуляция с решетчатым кодированием или треллис-модуляция,
PCM (Pulse Coder Modulation) - импульсно-кодовая модуляция.

Табл. 2. Протоколы передачи данных American Telephone & Telegraph (AT&T)

Стандарт	Максимальная скорость, бит/с	Дуплекс/ полудуплекс	Коммутируемые/ выделенные	Тип модуляции
Bell 103J	300	FDX(FDM)	PSTN	FSK
Bell 108	300	FDX(FDM)	PSTN	FSK
Bell 113	300	FDX(FDM)	PSTN	FSK
Bell202	1200	FDX(FDM)	Private	DPSK
Bell212A	1200	FDX(FDM)	PSTN	DPSK
Bell 201	2400	HDX	PSTN	DPSK
Bell 208	4800	HDX	Private	QAM

Табл. 3. Фирменные протоколы передачи данных

Стандарт	Год утверждения	Максимальная скорость, бит/с	Дуплекс/ полудуплекс	Коммутируемые/ выделенные	Тип модуляции
CSP	1991	9600	FDX(EC)	PSTN	QAM/TCM
Express96	1987	9600	FDX(EC)	PSTN	QAM/TCM
V.32 ter	1993	19200/16800	FDX(EC)	PSTN	TCM
V.32 ter/ASL		21600	FDX(EC)	PSTN	TCM
ZyX		19200/16800	FDX(EC)	PSTN	TCM
HST	1992	16800/14400	FDX	PSTN	TCM
HST/ASL		21600	FDX	PSTN	TCM
PEP	1988	19200	HDX	PSTN	QAM
TurboPEP		23000	HDX	PSTN	TCM
ATMT	1996	более 28800	HDX	PSTN/Private	?
V.fast	1994	28800	FDX	PSTN	TCM
X2	1997	56700/33600	FDX	PSTN	PCM/QAM
K56Flex	1997	56700/33600	FDX	PSTN	PCM/QAM

ASL (Adaptive Speed Leveling) - адаптивная коррекция скорости

Появляется V.33 для выделенных каналов с максимальной скоростью 14400 бит/с, а в 1991 году появляется V.32bis, который обеспечивает аналогичную скорость, но для коммутируемых. Спрос рождает предложения и на рынке появляются модемы с максимальными скоростями от 16800 до 19200 бит/с - HST, ZyX, V.32terbo. Это достигается путем некоторых изменений протокола V.32bis. Но и этих скоростей не хватает. Различные компании начинают разработку модема, работающего со скоростью 28800 бит/с - V.fast. И в 1996 году был объявлено о выходе V.34, который включал в себя различные технологии запатентованные 17 компаниями. Этот протокол в отличии от предшествующих, за исключением PEP и TurboPEP, использует всю ширину аналогового канала. Это и многое другое позволяет ему работать на скоростях до 33600 бит/с по аналоговому каналу, но работа модема на максимальной скорости не возможна через аппаратуру с ЧРК, так как происходит выход за пределы канала ТЧ, поэтому максимальная скорость для канала ТЧ составляет 31200 бит/с, что тоже не плохо. Этот протокол явился последним аналоговым протоколом передачи данных.

В начале 1997 года появилась модемы, работающие со скоростями до 56700 бит/с по протоколам X2 (3Com-USRobotics) и K56Flex (Lucent Technologies (AT&T), Motorola, Rockwell), а осенью 1998 года был принят протокол V.90 ITU, включающий в себя 11 пунктов из стандарта K56Flex и 1 пункт из X2. Эти модемы предназначены для работ с цифровыми АТС. Идущий к абоненту поток может передаваться со скоростями до 56700 бит/с, а от него на скоростях до 33600 бит/с, то есть по V.34. Этот протокол, а также и V.92 используют ИКМ и обеспечивают взаимодействие аналоговых и цифровых сетей. Так как скорости первичного канала ЦСП (цифровой системы передачи) составляют 32, 40, 64 Кбит/с, то протоколы V.90, V.92 обеспечивают непрерывность передачи данных.

Развитие сотовых сетей связи заставило разработать специальные протоколы, так как этот вид сетей отличается от сети общего пользования тем, что имеет совершенно другую среду распространения - радиоволны. Таким образом, системы сотовой связи имеют свои специфические проблемы при передаче данных. Например, происходит разрушение данных в результате кратковременных сбоев передачи, когда система сотовой связи переключает вызовы с одной частоты на другую, чтобы избежать наложения с вызовами на ближайших частотах или перейти на освободившийся канал более высокого качества. Кроме того, возможно разрушение данных, вызванное затуханием сотового сигнала, что происходит довольно часто. Поэтому редко удается работать со скоростями выше 9600 бит/с. В связи этим были разработаны специальные протоколы: MNP10, ETC (Enhanced Throughput Cellular), HST, ZyCELL(табл. 4).

Табл. 4. Протоколы передачи данных по сотовым сетям

Стандарт	Максимальная скорость, бит/с	Дуплекс/ полудуплекс	Тип модуляции
ZyCELL	14400	FDX(EC)	TCM
HST	12000	FDX	TCM

Протокол ETC работает совместно с V.32bis и V.42. Он позволяет осуществлять контроль за амплитудой передаваемого сигнала, автоматически изменяет скорость соединения в зависимости от состояния канала (уменьшение отношения сигнал/шум, колебания фазы), допускает переход в режим более ранних стандартов, таких как V.22 со скоростью 1200 бит/с, если канал связи не в состоянии обеспечить даже 4800 бит/с, обеспечивает быстрый запуск, использует меньший размер кадра, 32 байта вместо 128 байт, имеет возможность селективного отказа, делает до 20 попыток повторно послать кадр, куда вкралась ошибка.

Стабильность работы протокола MNP10 достигается за счет многократного повторения попытки установить связь, изменения размера пакетов и даже динамического изменения протокола соединения в зависимости от качества канала связи.

ZyCELL автоматически меняет скорость в зависимости от характеристик канала, при переходе из одной ячейки в другую от 0,2 до 1,2 с не прерывает связь и быстро синхронизируется, изменяет уровень сигнала.

Но, к сожалению, встает вопрос о реальной скорости передаче данных по сотовой сети. А это порядка 4800 бит/с, что сегодня недостаточно. С начала 1998 года МСЭ поставил своей целью разработать стандарт для сотовых систем нового поколения, который получил название UMTS (Universal Mobile Telephone Service). Этот стандарт позволит пользователям увеличить многократно скорость обмена информацией. В частности 144 Мбит/с для быстро перемещающихся абонентов, 384 Мбит/с для пешеходов, 2 Мбит/с для фиксированных терминалов.

Существует еще одно направление в разработке протоколов передачи данных - это одновременная передачи данных и голоса, которая бывает просто необходима, например, при работе врачей и людей других специальностей, при работе которых необходим одновременный обмен данных и голоса. Первые протоколы, реализующие подобную услугу появились в начале 90-х. В качестве примера могу привести протокол MSP (Multi-Tech Supervisory Protocol) Multi-Tech System. Чем же отличаются способы объединения речи и данных?

ASVD (Analogue Simultaneous Voice/Data) обрабатывает голос, данные, и информацию управления как раздельные объекты. Пользователю, это обеспечивает некоторый комфорт, потому что голос не цифровой.

DSVD (Digital Simultaneous Voice/Data) обрабатывает всю информацию которую он получает как цифровую. Речевым пакетам дан приоритет над пакетам данных, но они передаются через ту же самую схему как и данные. Ничего не делается для того, чтобы увеличивать скорости передачи данных, обнаружив паузу. Скорость передачи данных увеличивается только за счет использования протоколов сжатия модема.

Табл. 5. Протоколы одновременной передачи данных и голоса

Протокол	Чей протокол	Способ объединения
MSP	Multi-Tech System	DSVD
V.61	ITU-T	ASVD
V.70	ITU-T	DSVD

История развития протоколов передачи данных

1997-2014Завтрак связиста

1997-2014
Завтрак связиста