Modem

Modem ( portmanteau modülatörü-demodülatörü için), a, çevresel bir bilgisayar gibi, bir analog ağa bir bilgisayar bağlantılı kullanmama, düşmüş geleneksel telefon şebekesine . Bilgisayarın dijital verilerini " analog " adı verilen ve analog ağ tarafından iletilebilen modüle edilmiş bir sinyale dönüştürdü ve bunun tersi de oldu. IP üzerinden sesin ortaya çıkmasından bu yana , modüle edilmiş veriler, herhangi bir sıkıştırma türü olmaksızın kodlanmış sesli iletişimde de iletilebilir.

teknoloji

Modem, bir elektronik cihaz, izin veren bir bilgisayar, sokulacak bağımsız bir kutu veya bir kart olarak mevcuttur, dijital veri dolaşımını (alma ve gönderme) bir on Analog kanalı . Modülasyon gerçekleştirir: dijital verilerin kodlanması , genellikle modüle edilmiş bir taşıyıcı frekansı olan bir analog sinyalin sentezi . Demodülasyon işlemi, ters işlemi gerçekleştirir ve alıcının dijital bilgileri elde etmesini sağlar.

Dijital makinelerin birbirleriyle iletişim kurmasını (örneğin bilgisayarlar, yerleşik sistemler), İnternet'e erişmesi, faks gönderip alması , dijital telefon yapması ve bunu bir analog ağ ( anahtarlamalı) aracılığıyla yapmasını amaçlayan cihazları belirtmek için modemden bahsediyoruz. telefon şebekesi , elektrik şebekesi , radyo şebekeleri, vb.).

Endüstriyel otomasyonda, "makineler" için modemler hakkında da çok konuşuyoruz: paketleme makineleri, toplu kazanlar, atık su arıtma tesisleri ... Bu özel durumda, otomatik kontrol sistemlerinin programını uzaktan değiştirmek için İnternet üzerinden geliyoruz. bu "makinelerin" yönetimi. Bu, genellikle güvenli bir bağlantı (VPN) sağlayan yazılımla ilişkilendirilen modem yönlendiriciler aracılığıyla yapılır.

1990'ların sonundan bu yana, birçok telekomünikasyon standardı ortaya çıktı ve bu nedenle birçok yeni modem türü: ISDN (veya ISDN ), ADSL , GSM , GPRS , Wi-Fi , Wimax ...

Tarih

Modemler ilk olarak 1950'lerin sonlarında ABD SAGE hava savunma sisteminde kullanıldı . Amaç, hava üslerinde, radar sitelerinde ve komuta ve kontrol merkezlerinde bulunan terminalleri Amerika Birleşik Devletleri ve Kanada'ya dağılmış SAGE ofislerine bağlamaktı . SAGE özel bir hat sistemi kullandı, ancak uç cihazlar modern modemlere benziyordu.

IBM , SAGE'nin bilgisayarlar ve modemler için ana tedarikçisiydi. Birkaç yıl sonra, American Airlines ve IBM, SAGE'den ilham alan ve bilet satan acentelere yerleştirilen terminallerin, müsaitlik ve tarife yönetiminden sorumlu merkezi bir bilgisayara bağlandığı otomatik bir biletleme sistemi sunan bir sivil ağı doğurdu . "Sabre" olarak bilinen sistem, modern Sabre sisteminin uzak bir akrabasıdır .

Yıllardır, yeni gelişme teknolojilerinin ait iletişim dolaylı modemler geniş çoğalmasını sağladı. Fransa yaklaşık on yıl için, oldu ülke çünkü güçlü difüzyon terminallerinin, kişi başına en yüksek modem sayısıyla Minitel bunların her bir modem dahil etti. Faks de bu evriminde rol oynamıştır.

Çevirmeli İnternet erişimi için modem

özellikleri

Bir modemin temel özelliği iletim hızıdır. Bu, saniyedeki bit (bit / s, b / s veya bps) veya kilobit / saniye (kbit / s, kb / s veya kbps) cinsinden ifade edilir (bps [bit / saniye] ve Bps [ saniye başına bayt karıştırmayın , yani saniyede bayt]). Modem bağlandığında, tanınabilir bir ses çıkarır. Art arda gelen modem modelleri artan hızlar sundu: 150, sonra 300, sonra 600, sonra 1200 bit/s ; sonra 4.8 veya 9.6 veya 14.4 veya 28.8 veya 33.6 veya 56 kbit/s . 56 kbit/s standardı bir standart haline geldi; bu oranda, tek bir taşıyıcı frekansı kullanan bir telefon hattı için bilgi hızının teorik sınırlarına yaklaşıyoruz . Daha yüksek veri hızları için, belirli modemlerin kullanılmasını gerektiren ADSL gibi birden fazla taşıyıcı kullanan sistemler geliştirilmiştir .

Modülasyon türleri

Modemlerde farklı modülasyon türleri kullanılır:

genlik modülasyonu (AM, Genlik Modülasyonu ); bu, örneğin, bir girişte taşıyıcıyı, diğerinde ise taşınacak dijital sinyali alan bir analog çoğaltıcı kullanılarak gerçekleştirilecektir;
frekans modülasyonu (FSK, Frekans Kaydırmalı Anahtarlama ); çeşitli frekanslar bir VCO ( Voltaj Kontrollü Osilatör , kesin olmayan) kullanılarak veya bir kuvars saat tarafından üretilen bir sinyalin dijital olarak işlenmesiyle (frekans bölümü, dijital sentez, vb.) elde edilebilir;
diferansiyel faz modülasyonu (DPSK, Diferansiyel Faz Kaydırmalı Anahtarlama ): her bir taşıyıcı çevrimin sonunda, 180°'lik bir faz değişikliği 0 biti temsil eder, faz değişikliği olmaması 1 biti temsil eder; bu, taşıyıcıyı üreten osilatörün çıkışına bir invertör ve taşıyıcının 0'dan her geçişinde ya doğrudan çıkışı ya da ters çıkışı seçen bir anahtar yerleştirilerek elde edilebilir;
kombine genlik ve faz modülasyonu (QAM, Dörtlü Genlik Modülasyonu ): aynı frekansta ancak 90 ° faz dışı iki sinüzoid oluşturulur; iki sinyal birleştirilir ve onlara yeterli genlikler verilir; standartlardan biri on altı olası kombinasyonu belirtir (üç genlik seviyesi, on iki faz kayması); kombinasyonlar kümesi, takımyıldız denilen şeyi oluşturur; 16 noktadan oluşan bir takımyıldızı, 4 bitlik durumu aynı anda iletmeyi mümkün kılar, bu, bir seferde yalnızca bir bit ileten yukarıda açıklanan diğer sistemlerden daha yüksek bir hıza izin veren şeydir;
QAM'nin bir çeşidi kafes kodlamadır; burada 5 bitin aynı anda iletilmesine izin vermesi gereken 32 durumdan oluşan bir takımyıldız kullanılır; ancak 5 inci bit iletim hatalarına karşı geliştirilmiş koruma sağlayan bir çek biraz, olduğu; 4 bitlik durum bu nedenle QAM'de olduğu gibi iletilir;
56 kbit/sn modemler sayısal ağ ortamında çalışacak şekilde tasarlanmıştır; modüle edilmiş dijital sinyal dizisini dönüştürmek için darbe kodu modülasyonunu (PCM, Darbe Kodu Modülasyonu ) kullanırlar: genlik, 8 bitlik bir çözünürlükle saniyede 8000 kez ölçülür; Teorik hız 64 kbit/s'ye ulaşmalıdır , ancak gerçek hız iletim hattının durumuna bağlı olarak genellikle 40 ile 56 kbit/s arasındadır .

yapı

Bir modemde aşağıdaki bloklar bulunur:

telefon hattı üzerinden iletilen bir taşıyıcıyı modüle etmek için bir modülatör;
alınan sinyali demodüle etmek ve bilgiyi dijital biçimde kurtarmak için bir demodülatör;
2 telli / 4 telli dönüştürme devresi: modülatör sinyali telefon hattına gönderilirken, telefon hattı üzerinden gelen sinyal demodülatöre yönlendirilir; telefon hattının her iki tarafında yer alan bu devreler sayesinde full duplex ( full duplex yani aynı anda her iki yönde) aktarımlar yapılabilmektedir ;
esasen bir izolasyon transformatörü ve aşırı gerilim koruyuculardan oluşan bir telefon hattı arayüz devresi (DAA, Veri Erişim Düzenlemesi ) .

Bu devreler, bilgileri manuel modda iletmek için yeterli olacaktır; hattın kapatılması, numaranın çevrilmesi vb. tüm işlemler kullanıcı tarafından gerçekleştirilir. Tüm görevlerin iletişim yazılımının kontrolü altında gerçekleştirildiği otomatik çalışmaya izin vermek için modemler genellikle birkaç yardımcı devre içerir:

telefon numarasını çevirmek için bir devre; aramayı darbelerle veya tonlarla belirtmek genellikle mümkündür (DTMF, Çift Tonlu Çoklu Frekans );
bir halka algılama devresi; bu devre, modem uzak bir bilgisayar tarafından çağrıldığında bilgisayarı uyarır;
hattın boş, meşgul, sorunlu vb. olduğunu belirten farklı tonları algılayan bir ton dedektörü. ;
arayanın veya arayan kimliğinin tanımlanması için bir devre .

Kontrol sinyalleri

Bir bilgisayar (DTE, Data Terminal Equipment ) ve bir modem (DCE, Data Communications Equipment ) arasında değiş tokuş edilen farklı sinyaller RS.232 / V.24 standardında belirtilmiştir:

iletilecek veriler, Gönderme hattı aracılığıyla DCE'ye ulaşır;
DCE tarafından alınan veriler, Alım satırında görünür;
DSR ( Data Set Ready , modem hazır ) DCE'ye güç verildiğinde ve bir telefon hattına bağlandığında aktif seviyededir;
DTR ( Data Terminal Ready ) DTE hazır olduğunda aktiftir;
RTS ( Gönderme İsteği ) DTE tarafından veri göndermek istediğinde etkinleştirilir;
CTS ( Göndermeye Hazır , göndermeye hazır) bağlantı kurulduğunda ve iletilecek verileri almaya hazır olduğunda DCE tarafından etkinleştirilir;
CD ( Carrier Detect ) başka bir DCE'den bir taşıyıcı aldığında DCE tarafından etkinleştirilir;
RI ( Zil Göstergesi ), bir zil sinyali aldığında DCE tarafından etkinleştirilir;
standart ayrıca biri sinyal için (zorunlu), diğeri ekran için (isteğe bağlı) olmak üzere iki toprak bağlantısı sağlar.

Başlangıçta planlanan konektör, 25 pinli bir RS-232 seri konektörü olan DB-25 idi. Ancak, birçok pin kullanılmadığı için mevcut eğilim, 9 pinli DB-9 gibi daha az pinli konektörler kullanmaktır.

Tipik düzenleme prosedürü

Örnek olarak, bu farklı sinyallerin nasıl kullanılabileceğini gösterelim:

bir veri iletimine başlamadan önce, bilgisayar A, DSR seviyesini kontrol ederek modem A'nın açık olduğunu doğrular;
A bilgisayarı modem A'ya telefon numarasını çevirmesi talimatını verir;
B adını vereceğimiz çağrılan modem, zil sesini algılar ve RI hattını aktif hale getirerek bağlı olduğu B bilgisayarını uyarır;
B bilgisayarı veri almaya hazır olduğunda, RTS hattını etkinleştirir;
modem B daha sonra taşıyıcısını etkinleştirir;
modem A, taşıyıcıyı algılar ve CD'yi etkinleştirerek A bilgisayarını uyarır;
bilgisayar A, iletimi başlatıp başlatamayacağını sormak için RTS'yi etkinleştirir;
modem B, CTS'yi etkinleştirerek yanıt verir ve veri iletimi başlayabilir.

boş modem

Aynı odada bulunan iki bilgisayar arasında bilgi iletmek için tek yapmanız gereken iki modemin bağlantısını kesmek ve iki bilgisayar arasına iki DB-25 veya DB-9 konektörlü bir kutu yerleştirmek; işlevi iki modemin yerini almak olan bu kutuya boş modem denir . Kasanın içinde, iki konektörün pinleri şu şekilde bağlanmıştır:

gönderme pimi A, alma pimi B'ye bağlanır;
gönderme pimi B, alma pimi A'ya bağlanır;
CTS ve RTS pinleri her iki tarafta kısa devre yapar;
DTR A, DSR B'ye gider;
DTR B, DSR A'ya gider;
sinyal toprağı A, sinyal toprağı B'ye gider;
bazen RTS A ayrıca CD B'ye ve RTS B'den CD A'ya gider;
bazen DTR A, RI B'ye ve DTR B, RI A'ya gider.

Farklı standartlar

ITU-T (Uluslararası Telekomünikasyon Birliği - Telekomünikasyon Standardizasyonu; 1992 yılına kadar bu organa CCITT, Uluslararası Telefon ve Telgraf Danışma Komitesi adı verildi) modemlerin çalışmasıyla ilgili bir dizi görüş yayınladı. Bu bildirimler, cihazların çalışma koşullarını belirtir: yetkili iletim hızları, modülasyon türleri, sıkıştırma sistemleri ve/veya olası hata tespiti; aslında birçok üretici tarafından saygı duyulan standartları oluştururlar. İşte bazı önemli standartlar:

V.21 standardı : tam duplekste 300 b/s hız ( tam dupleks , her iki yönde aynı anda); FSK modülasyonu; asenkron mod; kullanılan frekanslar: bir yönde 980 ve 1180 Hz (0 ve 1 için) , diğer yönde 1650 ve 1850 Hz ;
V.22bis standardı : tam duplekste 2400 b/s'lik verim ; asenkron veya senkronize mod; 1200 taşıyıcı frekansları Hz tek yönlü 2400 Hz diğer; 16 nokta takımyıldızı ile QAM modülasyonu;
V.23 standardı: 75 yukarı akış biti için 1200 b/s aşağı akış hızı, Minitel tarafından kullanılan standart ;
standart V.32 : Flow 9600 b/s tam dubleks; hem iletim hem de alım için 1800 Hz'de taşıyıcı (bu nedenle her iki yönde yayılan sinyaller arasında paraziti önlemek için yankı bastırıcılar sağlamanız gerekir); 32 nokta takımyıldızı ile 2400 baud'da modülasyon; bu nedenle 5 aralığı başına bit ancak iletir 5 inci olarak gereksiz bit gerçek hızı x, 2400 veya 9600 4 b / s ;
V.32bis standardı : 14,4 kb/sn çıktı ; QAM veya kafes modülasyonu;
V.32terbo standardı : bit hızı 14.4, 16.8 veya 19.2 kb/s ; DPSK modülasyonu ve kafes;
V.FAST standardı : 28,8 kb/s'lik verim ;

V.34 standardı : bit hızı 28,8 kb/sn ;
V.90 standardı : aşağı bağlantı için 56 kb/s hız ( aşağı akış , kullanıcıya), ancak yukarı bağlantı için 33,6 kb/s hız ( yukarı akış , ağa); dolayısıyla ADSL'de olduğu gibi asimetrik bir bağlantımız var ;
V.92 standardı : 56 kb/s'ye kadar aşağı akış veri hızı ve 48 kb/s'ye kadar yukarı akış veri hızı . V92 ayrıca bazı ek işlevler de ekler (örnek: V44, V42'den daha verimli, telefon görüşmesi alma…).

İletim hızı ne kadar yüksek olursa, hattın farklı durumları arasındaki fark o kadar küçük olur. Bu nedenle hata oranı, özellikle iletim hattı bozulduğunda artma eğilimindedir. Bu, V.42 ve MNP 1 ila MNP 4 (bu son standartlar Microcom firması tarafından geliştirilmiştir) gibi hataları tespit etmek ve düzeltmek için standartların geliştirilmesine yol açmıştır.

Ayrıca, V.90 standardıyla standart bir telefon hattının maksimum teorik aktarım hızına yaklaştığımız için, göndermeden önce veri sıkıştırmaya devam ederek hızı artırmak için teknikler geliştirilmiştir:

BTLZ sıkıştırma tekniğini kullanan V.42bis standardı , iletilecek bilgi miktarının 4 kata kadar azaltılmasını sağlar;
MNP 5 standardı, akışın iki katına çıkmasını sağlar;
MNP 6 standardı, iletim hızını belirleme prosedürünü açıklar; her modem en düşük hızında (genellikle 2400 bps ) bağlanarak başlar , ardından diğer modem izlemeyi bırakana kadar hızını kademeli olarak artırır;
MNP 7 standardı, 3 faktörlü bir sıkıştırma protokolüdür;
MNP 9, ACK'leri (onayları) ayrı değil veri paketlerine yerleştirerek bant genişliğini artırmaya çalışır;
MNP 10 standardı, MNP 5 veya V.42bis sıkıştırmasını kullanır, ancak verimi daha da artırmayı başarır; Kötü iletim koşulları (gürültü, parazit vb.) nedeniyle modemler hızlarını düşürdüyse, MNP 10 hattın durumu düzelirse hızı tekrar artırmalarına izin verir.

AT komutları

Modem üreticisi Hayes firması, bir bilgisayardan harici bir modemi kontrol etmek için bir protokol geliştirmiştir. Protokol, örneğin aşağıdakilere izin veren çeşitli komutları tanımlar:

bir telefon numarası çevirin;
modemin hatta bağlanmasını isteyin (telefonu kaldırmaya eşdeğer);
hattın durumunu bilmek: İletim için davet tonu, meşgul hat, vb. ;
kullanılacak iletim türünü ve bağlantı protokolünü belirlemek;
modemin dahili hoparlörünün ses seviyesini ayarlamak için;
aynı anda iletilen karakterleri ekrana gönderin;
modem hakkında belirli bilgileri görüntülemek;
modemin dahili kayıtlarını değiştirmek için.

Notlar ve referanslar

Laurent Viennot, " Telekomünikasyon ağlarının kısa bir tarihi " , Interstices hakkında ,2014.
56K Modem Emülatörü - Bir telefon modemi bağlandığında üretilen karakteristik ses.
(tr) Nullmodem.Com - Konnektör pin çıkışları hakkında bilgi ve referans sitesi .

bibliyografya

Daniel Battu, Guide des modems Paris, Eyrolles , col . "Yeni iletişimlerin yönetimi", 1993 ( ISBN 978-2-212-04119-4 ) .