Modem

واژه " مودم " از ترکیب کلمات "modulator-demodulator" اقتباس شده است .از مودم برای ارسال داده های دیجیتال از طریق خطوط تلفن استفاده بعمل می آید.

تاریخچه :

• سال 1950 اولین مودم برای انتقال اطلاعات در پدافند هوایی آمریکای شمالی ساخته شد.
• سال 1964 اولین نمونه تجاری مودم با نام Bell103 وارد بازار شد. سرعت آن 300 bit/s بود.در هر ثانیه حدود 30 حرف می توانست ارسال گردد
• سال 1965 دومین نسخه مودمها با نام Bel212 با سرعت 1200 bit/s وارد بازار شد.
• بین 1980- 1965 تمام تلاشها فقط بر روی ساخت مودم سریعتر بود.
• سال 1980 به دلیلی مشکلات سیستمهای تلفن دیگر امکان افزایش سرعت مودمها وجود نداشت. تحولی عظیم در صنعت تلفن و خطوط ارتباطی مورد نیاز بود. این تحول باعث شد تا امکان انتقال همزمان و متقابل داده ها فراهم شود. سرعت مودمها به 14.4 Kb/s افزایش یافت. این سرعت تا سال 1991 ثابت باقی ماند.
• سال 1994 سرعت مودمها به 28.8 Kb/s افزایش یافت.
• سال 1995 سرعت مودمها به 33.6 Kb/s افزایش یافت.اکنون برای بار دوم مشکلات ناشی از خطوط تلفن سد افزایش سرعت مودمها شد . تکنولوژی سیستمهای مخابراتی برای بار دیگر باید متحول میشد.
• سال 1995 با وجود همه تحولات صورت گرفته سرعت مودمها از 56 Kb/s بیشتر نشد. بنابراین با توافق همه سازندگان این سرعت به عنوان سرعت استاندارد مودمها برگزیده شد.
• سال 1996 به بعد :‌ مودمهای سریعتر برای خطوط تلفن مدرنتر ساخته شد اما چون این خطوط تلفنهنوز همگانی نشده بنابراین سرعت استاندارد مودمها روی همان 56 کیلو بیت بر ثانیه باقی ماند.

تکنولوژی های انتقالی :

·FSK(Frequency Shift Keying)تکنیک مودمهای قدیمی : انتخاب فرکانسهای مختلف برای کاراکترهای مختلف با توجه به کد اسکی ASCII آنها. در FSK از یک فرکانس ( tone) متفاوت برای بیت های متفاوت استفاده می گردید. زمانیکه یک مودم متصل به ترمینال با مودم متصل به کامپیوتر تماس می گرفت، مودم متصل به ترمینال مودم، originate نامیده می شود. مودم فوق برای مقدار" صفر" ، فرکانس 1070 هرتز و برای مقدار" یک"، فرکانس 1270 هرتز را ارسال می نماید. مودم متصل به کامپیوتر را مودم Answer می نامند. مودم فوق برای ارسال مقدار" صفر" ، فرکانس 2025 هرتز و برای مقدار" یک" ، فرکانس 2225 هرتز را ارسال می کرد.با توجه به اینکه مودم های فرستنده و گیرنده از فرکانس های متفاوت برای ارسال اطلاعات استفاده می کردند، امکان استفاده از خط بصورت همزمان فراهم می گردید. عملیات فوق Full-duplex نامیده می شود. مودم هائی که صرفا" قادر به ارسال اطلاعات در یک جهت در هر لحظه می باشند half-duplex نامیده می شوند. دستگاهی با نام UART موجود در ترمینال بایت ها را به بیت تبدیل و آنها را از طریق پورت سریال (RS-232 Port) در هر لحظه ارسال می دارد

·PSK (Phase Shift Keying) برتر از تکنولوژی منسوخ FSK. انتقال اطلاعات در این مودمها بر پایه ایجاد اختلاف فاز در سیگنال ارسالی بر حسب کدهای اسکی ASCIIمیباشد.

·روش Quadrature amplitude modulation)QAM

·Asymmetric digital subscriber line)ADSL هر منزل و یا محل کار دارای یک کابل مسی اختصاصی بین محل مورد نظر و شرکت مخابرات مربوطه می باشد.ADSL قادر به حمل حجم بالائی از داده نسبت به سیگنال 3000 هرتزی مورد نیاز برای کانال های صوتی تلفن می باشد

بررسی لایه فیزیکی مودمها

اساس ساختمان یک مودم:

1.منبع تغذیه : وظیفه » تهیه ولتاژ مطلوب مورد نظر برای مدارات

2.واحد فرستنده : شامل

الف : مدولاتور (تلفیق کننده) : تبدیل اطلاعات و داده

های دیجیتالی به سیگنالهای آنالوگ.

ب: مدارات فیلتر ، ترکیب امواج و اضافه نمودن بیتهای

کنترلی به سیگنالهای دیجیالی حاوی داده ها در هنگام

ارسال.

3.واحد گیرنده : شامل دمدولاتور (تجزیه کننده) میباشد.سیگنالهای آنالوگ را دریافت و در واحد پردازش مدولاسیون(تلفیق) آنها را پردازش و داده های دجیتالی اصلی را بر میگرداند.

مودم به شبکه تلفن سوئیچینگ عمومی ( PSTN )وصل میشود.

رابطهای اصلی اتصال مودم :

• RS-232-C رابط 25 پین . مودمهای قدیمی
• RS232رابط 9 پین ، مودمهای قدیمی
• رابط سریال Com3 , Com4 مودمهای داخلی Internal امروزی (همان سطح Rs232 میباشند)
• رابط USB مودمهای خارجی (External) امروزی . سرعت بهتر. کیفیت و رفع خطای بیشتر و قطع ارتباط کمتر.

عملیات Multiplex :

شیوه ای از به اشتراک گزاری کانالهای اطلاعاتی میان کاربران. ایجاد فاصله های زمانی خاص

میان کاربران.

روشمدولاسیون بایتی‌ :

در این روش از ترکیب فرکانسها‌ ، دامنه آنها و شیفت دهی فاز سیکنالها استفاده میشود. این

روش در مودمهای مدرن امروزی جایگاه خاصی دارد. در مودمهای قدیمی فقط تغییر فرکانس

در مدولاسیون صورت میگرفته.

لایه ارتباط داده ها در مودمها :

• شفاف سازی داده ها : انباشت و ارسال زنجیره ای داده ها در قالبها و قابهای مشخص.
• ارسال داده ها‌ : قابلیت Full-Duplex (ارسال و دریافت مضاعف دوطرفه).
• کشف و تصحیح خطا : قابلیت CRC (Cyclical Redundancy Check) تست نسخه پشتیبان چرخشی. وارسی خطای N بیت‌ ،N بیت داده ها که N از حد اکثر طول رشته خطا بیشتر است. روش دوم روش کنترل اعشار X-ON / X-OFF است که بر مبنای کدهای ASCII میباشد.
• فشرده سازی داده ها / کد نمایی : تمام مودمهای جدید از یک شیوه استاندارد و مشترک برای فشرده سازی و کد / دکد نمودن بر مبنای کدهای ASCII تبعیت میکنند.

انواع استانداردهای مودمها :

1. V.22 فراهم سازی سرعت 1200 b/s با 600 باود (Baud) «تغییر حالت در هر ثانیه»
2. V.22bis فراهم سازی سرعت 2400 b/s با 600 باود (Baud)
3. V.32 فراهم سازی سرعت4800 b/s or 4800 b/s با 600 باود (Baud)
4. V.32bis فراهم سازی سرعت 19600 b/s قابل تنظیم وکاهش.
5. V.34 فراهم سازی سرعت 28800 b/s و حمایت از استانداردهای V.32 و V.32bis
6. V.34bis فراهم سازی سرعت 33600 b/s
7. V.35 بدنه اصلی ارتباط شبکه های گسترده با شبکه های کوچک. ارتباط چندین خط تلفن به صورت گروهی.
8. V.42 حمایت از استانداردهای V.32 و V.32bis با این تمایز که کشف و تصحیح خطا در آن بهتر و پیچیده تر شده است.
9. V.90 فراهم سازی سرعت بال تر از56000 b/s قابل استفاده برای توپولوژی X2 از 3Com و نیز Rockwell K56flex

مودم های کابلی

در برخی از کشورهای دنیا نظیر امریکا سالیان متمادی است که مردم از تلویزیون های کابلی استفاده می نمایند. تنوع شبکه های تلویزیونی و کیفیت تصاویر از مهمترین دلایل گرایش مردم به تلویزیون های کابلی است . مشترکین تلویزیون های کابلی دارای یک گزینه مناسب جهت اتصال به اینترنت می باشند مودم های کابلی با تکنولوژی DSL رقابت می نمایند.

ارزایابی کیفیت مودمهای سری 56k

بر طبق قواننین FCC همه سازندگان مودم باید این فاکتورها را همراه مودم به خریدار ارائه

دهند :

1.محدودیت های پهنای باند

2.میزان نویز پذیری در خطوط تلفن

3.(تکنولوژی) مبدل دیجیتال به آنالوگ

4.(تکنولوژی) مبدل آنالوگ به دیجیتال

5.نوع و شیوه پردازشها و قالب بندی داده ها

اکنون به بررسی جزئیات میپردازیم:

1. پهنای باند : پهنای باند خطوط تلفن 3000 هرتز است . این پهنای باند است که ظرفیت انتقال اطلاعات روی باند را به ما نشان میدهد.

bit rate = bandwidth*(log2(1 + S/N))

53000 bps = (3000 Hz)*(log2(1 + S/N))

so the S/N must be at least 208545. SNR = 10 log(S/N) = 53.2 dB

2. مبدل دیجیتال  آنالوگ  دیجیتال : با توجه به تکنولوژی مبدلهاست که میتوان فاکتورهای حیاتی ای از کیفیت مودم به دست آورد. مثلا میزان نویز پذیری مودم. در مودمها یک واحد بسیار مورد توجه است ، Quantization noise یا میزان پله ای کردن نویز :

quantization noise = (1/2^q)^2

if signal = 1, then S/N = 2^2q

2^2q = 3162.3

q = 5.81 bits

3. قالب بندی اطلاعات : پروتکل معروف PPP از فرمت قالب بندی HDLCاستفاده میکند.به جدول زیر نگاه کنید :

	Flag	Address	Control	Data	FCS	Flag
# of bits	8	8 or 16	8 or 16	variable	16 or 32	8

مودم :

·آسنکرون(آنالوگ) : پهنای باند کوتاه . روش ارتباطی یک طرفه.داده‏ها را در قالب یک جریان متناوب از بسته‏های داده‏ای کوچک ارسال می‏کند

·سنکرون : معمولا در محیط‏های leased-line مورد استفاده قرار می‏گیرند و در این تکنیک از مالتی پلکسرها برای برقراری ارتباط بین ترمینالها و سرورها و کامپیوترهای mainframe استفاده می‏گردد

اینترنت بدون کابل : در سال 1997 ، شرکت های نوکیا ، موتورولا ، اریکسون و Phone.com ، پروتکل (Wireless Application Protocol (WAP را ایجاد کردند. هدف از پروتکل فوق ارائه استاندارد لازم بمنظور پیاده سازی اینترنت بدون کابل بود.

VDSL : پهنای باند بسیار بالائی را ارائه و سرعت انتقال اطلاعات 52 مگابیت در ثانیه است . سرعت فوق در مقایسه با DSL ( حداکثر سرعت 8 تا ده مگابیت در ثانیه ) و یا مودم های کابلی بسیار بالا بوده و قطعا" نقطه عطفی در زمینه دستیابی به اینترنت از نظر سرعت خواهد بود. نقطه عطف قبلی،  گذر از مرحله استفاده از مودم های با ظرفیت 56 کیلو بیت در ثانیه بهbroadband بود ( مودم های کابلی و خطوط DSL) .

مقایسه انواع  DSL  

نمونه های متفاوتی از تکنولوژی DSL تاکنون پیاده سازی شده است :

● Asymmetric DSL)ADSL) . .درمدل فوق بدلیل تفاوت سرعت دریافت و ارسال اطلاعات  از واژه " نامتقارن " استفاده شده است . ماهیت عملیات انجام شده توسط کاربران اینترنت بگونه ای است که همواره حجم اطلاعات دریافتی بمراتب بیشتر از اطلاعات ارسالی است .

● High bit-rate DSL)HDSL) . سرعت مدل فوق در حد خطوط T1 است ( 1/5 مگابیت در ثانیه ) .سرعت دریافت و ارسال  اطلاعا ت در روش فوق یکسان بوده و بمنظور ارائه خدمات نیاز به دو خط مجزا نسبت به خط تلفن معمولی موجود است .

● ISDN DSL)ISDL) . مدل فوق در ابتدا در اختیار کاربران استفاده کننده از ISDN  قرار گرفت. ISDL در مقایسه با سایر مدل های DSL دارای پایین ترین سرعت است . سرعت این خطوط 144 کیلوبیت در ثانیه است ( دو جهت ) .

●Multirate Symmetric DSL)MSDSL  ) . در مدل فوق سرعت ارسال و دریافت اطلاعات یکسان است . نرخ سرعت انتقال اطلاعات توسط مرکز ارائه دهنده سرویس DSL ، تنظیم می گردد.

● Rate Adaptive)RADSL) . متداولترین مدل ADSL بوده و این امکان را به مودم خواهد داد که سرعت برقراری ارتباط را با توجه به عواملی نظیر مسافت  و کیفیت خط تعیین نماید.

● Symmetric DSL)SDLS ) . سرعت ارسال و دریافت اطلاعات یکسان است . در مدل فوق بر خلاف HDSL که  از دو خط مجزا استفاده می نماید ، صرفا" به یک خط نیاز خواهد بود.

● Very high bit-rate)VDSL ) . مدل فوق بصورت "نامتقارن " بوده و در مسافت های کوتاه  بهمراه  خطوط مسی تلفن استفاده می گردد.

● Voice-over DSL)VoDSL) . یک نوع خاص از  IP تلفنی است . در مدل فوق چندین خط تلفن ترکیب و به یک خط تلفن تبدیل تبدیل می شوند.