STUDIUL MODEMURILOR

Lucrare de laborator nr.4

STUDIUL MODEMURILOR

Scopul lucr_rii

Cunoa_terea modului de func_ionare a modemurilor conectate la calculatoare (în principal la microcalculatoare) _i utilizarea lor pentru stabilirea leg_turii între calculatoare pe linii telefonice comutate.

Considera_ii teoretice

În cel mai simplu mod, un modem converte_te semnalele electrice pe care le prime_te, în semnale analogice pe care le poate transmite sistemului telefonic. Aceste modemuri moduleaz_ semnalele digitale în semnale analogice _i demoduleaz_ semnalele analogice în semnale digitale. Natura procesului de conversie a semnalului depinde de sursa _i destina_ia semnalului pe care îl transmite modemul. Modemul prime_te semnale binare de la un terminal sau calculator _i le converte_te în semnale având frecven_a în domeniul semnalului vocal (tonuri). El transmite aceste sunete prin sistemul telefonic public. La destina_ie, alt modem, compatibil cu primul, converte_te aceste sunete în semnale electrice binare, pe care le trimite unui terminal sau calculator. În unele cazuri, modemul poate s_ primeasc_ mesaje pe care le converte_te _i le trimite unei imprimante seriale. Semnalele numerice trebuie s_ fie convertite în semanle analogice deoarece echipamentele folosite în sistemul telefonic asigur_ func_ii de amplificare _i de filtrare care ar altera semnalele digitale. O alt_ limitare impus_ de calitatea echipamentului telefonic public este viteza la care pot fi transferate datele. Modemurile obi_nuite opereaz_ la 2400 bi_i pe secund_ (bps) sau mai pu_in. Utilizatorii pot, totu_i, comunic_ la viteze de pân_ la 19200 bps folosind acela_i echipament telefonic. Modemurile pot fi diferen_iate dup_ vitez_, protocoale, propriet__i, inteligen__ _i locul de montare.

Nota_iile asociate vitezelor modemurilor au creat multe confuzii la selectarea anumitor modele. Majoritatea confuziilor apar din folosirea incorect_ a termenilor bauds _i bi_i pe secund_ (bps). Prin bauds se în_elege numarul de tranzi_ii pe secund_ ale semnalelor transmise (schimb_rile de frecven__, unghi de faz_ _i tensiune). Un baud este egal cu apari_ia unui astfel de eveniment pe secund_, dar evenimentul poate încapsula mai mult decât un bit în transmisia c_tre receptor. Pentru comunica_ii pân_ la 600 bps, vitezele în bauds _i bps sunt acelea_i. La viteze peste 600 bps, cele doua m_suri ale vitezei de transmitere difer_. Viteza maxim_ cu care un modem poate transmite sau recep_iona datele, masurate în bi_i pe secund_, determin_ productivitatea modemului. Bi_i pe secund_ constituie num_rul de cifre binare transferate pe secund_, numit uneori vitez_ în bi_i sau, simplu, bps. Urmatorul tabel arat_ rela_ia între bauds _i bi_i pe secund_:

__________ ______ ____ __________ ______ ____ __

Vitez_ modem Viteza semnal Raport vitez_/semnal

(bps) (bauds) (bi_i/bauds)

__________ ______ ____ __________ ______ ____ __

300 300 1

1200 300 4

2400 600 4

9600 1200 4

-------- ----- ------ ----- ----- --------- ----- --------

Dup_ cum se observ_ produc_torii au reu_it s_ îmbun_t__easc_ mult performan_ele modemurilor. Ei au reu_it s_ creasc_ debitul de 32 ori, în timp ce vitezele de semnal au crescut de 4 ori. Deci prin cre_terea complexit__ii modemurilor a devenit posibil_ utilizarea în continuare a sistemului telefonic. (care dup_ cum se _tie are banda de trecere relativ îngust_ fiind conceput ini_ial pentru semnale de voce !) Produc_torii au folosit aceast_ tehnic_ pentru a ob_ine modemuri mai rapide la pre_uri rezonabile.

Exist_ o mare varietate de standarde pentru modemuri. Ele provin în principal de la trei surse. Standardele de modulare _i codificare sunt în principal Standarde Bell sau Recomand_ri CCITT. Standardele pentru interfe_e sunt fie Recomand_ri CCITT, fie Standarde EIA/TIA (Electronic Industry Association / Telecommunications Industry Association). În prezent, noile standarde pentru modemuri sunt create de c_tre CCITT. În urmatorul tabel sunt prezentate câteva standarde de modemuri:

Respectarea lor de c_tre fabrican_i asigur_ comunicarea între modemuri provenind de la diver_i produc_tori. De_i au fost mult utilizate împreuna cu calculatoare personale începând cu anul 1982, modemurile de viteza mic_ au cedat locul celor mai rapide. Totu_i, se produc în continuare modemuri de vitez_ mic_, deoarece exist_ situa_ii în care ele sunt necesare. Cele mai ieftine modele nu suport_ formarea automat_ a numerelor _i r_spunsul automat _i nu pot fi folosite pentru a memora numerele de telefon. Pentru modemurile de vitez_ mic_ referin_a este standardul Bell-103. Caracteristica modemului Bell-103 este felul în care acesta efectueaz_ func_iile cerute. Sunt folosite intervale de frecven__ audio specifice, pentru a diferen_ia datele transmise de cele recep_ionate. Metoda se nume_se multiplexarea în frecven__ sau FSK (Frecquency Shift Keying). Modemurile se pot afla pe post de ini_iator (originate) sau pe post de repondent (answer) în func_ie de ini_ierea leg_turii. Astfel modemurile Bell-103 (_i cele compatibile) au urmatoarea conven_ie:

banda 1070-1270 Hz - este banda de emisie pentru un modem ini_iator _i banda de recep_ie pentru un modem repondent

banda 2025-2225 Hz - este banda de recep_ie pentru modemul ini_iator _i banda de emisie pentru modemul repondent.

OBSERVA_IE: pentru CCITT V21 benzile de frecven__ corespunz_toare sunt 980-1180Hz respectiv 1650-1850Hz.

Modemurile de vitez_ mic_ sunt adecvate aplica_iilor care necesit_ comunica_ii în mod conversa_ional sau transfer de fi_iere mici. Transferul continuu la viteza maxima de 300 bps este de 30 caractere pe secund_.

Majoritatea modemurilor de vitez_ medie pentru calculatoare personale opereaz_ la 1200 sau 2400 bps. Aceste modemuri ating viteze mai mari prin folosirea unor tehnici mai sofisticate de transmitere a semnalelor (modularea în faz_ _i amplitudine). Modemurile de 1200 bps se conformeaz_ standardului V.22 care este similar cu Bell 212A, dar frecven_a purt_toarei pentru modularea celor dou_ canale difer_. Deci, modemurile V.22 _i Bell 212A nu sunt compatibile. Cele de 2400 bps implementeaz_ standardul V.22bis. Nu exist_ un standard Bell pentru aceast_ vitez_. V.22 este un standard pentru 2 fire, full duplex, pe linie comutat_. Pentru a putea include dou_ canale de 2400 bps, l_rgimea de band_ telefonic_ fiind de 3000 Hz, datele sunt codificate înaintea transmisiei, astfel c_ semnalele se transmit pe linie de 600 bauds.

CCITT a definit caracteristicile modemurilor de vitez_ mare, 9600 bps, în recomand_rile V.29 _i V.32. Standardele V.32 bis _i V.33 stabilesc specifica_iile pentru 14400 bps. Ele descriu o familie de modemuri full-duplex pe dou_ fire, pe linii telefonice comutate. Principalele caracteristici ale acestei familii de modemuri sunt urm_toarele:

- opereaz_ full-duplex pe liniile telefonice comutate _i pe liniile telefonice pe dou_ fire punct la punct, închiriate;

- folosesc modularea în amplitudine _i frecven__ pentru fiecare canal cu transmisie sincron_ la 2400 bauds;

- permit orice combina_ie de viteze ale semnalelor de date: 9600 bps, 4800 bps, 2400 bps;

- folosesc dou_ scheme de modula_ie, una cu 16 st_ri purt_toare _i una de codificare extins_ cu 32 st_ri;

- suport_ mai multe moduri de operare: 9600 bps sincron _i asincron respectiv 4800 bps sincron _i asincron.

Un alt criteriu de clasificare a modemurilor este nivelul de inteligen__. Pe masur_ ce descresc pre_urile memoriilor _i procesoarelor, cresc puterea _i flexibilitatea modemurilor. Aceasta a fost tendin_a ultimilor ani _i probabil c_ a_a va fi _i în viitor.

Modem inteligent

Standardul RS 232-C prevede linii separate pentru date _i pentru fiecare comand_ (func_ie) pe care DTE o poate da sau recep_iona. Acest mod "clasic" de interac_iune contrasteaz_ cu alte conven_ii, care permit comunicarea comenzilor _i informa_iilor de stare prin caractere (de control) reprezentate în modul ASCII. Astfel de conven_ii au fost adoptate în unele modemuri considerate inteligente datorit_ func_iilor extinse _i modului evoluat de comunicare, dintre care cele produse de Hayes Microcomputer Products au devenit un standard "de facto" pentru microcalculatoarele personale ("Hayes compatibile"). Cablul de conectare la un astfel de modem se reduce la trei linii: TD, RD _i masa (electric_).

În func_ionarea sa modemul se poate g_si într-una din urm_toarele st_ri:

- de comand_ (local_), atunci când prime_te comenzi de la calculator _i trimite r_spunsuri de stare acestuia (pe liniile TD _i RD); modemul prime_te instructiuni de la calculator - adic_ datele trimise de la calculator sunt interpretate ca instruc_iuni/comenzi. Aceste comenzi se pot trimite la modem prin orice soft de comunica_ie. Dac_ nu se specific_ altfel comenzile se trimit cu 7 bi_i de date _i 1 bit paritate sau 8 bi_i de date f_r_ bit de paritate cu 1 bit stop.

- în linie, conectat (on-line), atunci când modemul, aflat în leg_tur_ cu un alt modem, transfer_ date pe liniile TD _i RD. Datele primite de la calculator sunt transmise pe linia telefonic_ la modemul de la distan__. Din starea "on line" se revine în starea locala dac_ se întrerupe leg_tura (pierdere purt_toare) sau printre datele transmise apare comanda "escape" (care implicit e +++).

- suspendat_ (Hang-Up _i Carrier Wait) atunci când func_ioneaz_ doar circuitul RI; în aceast_ stare, modemul nu recunoa_te comenzi _i nu transfer_ date; starea este controlat_ de circuitul DTR, instalându-se atunci când DTR se dezactiveaz_ în timpul unei leg_turi; reactivarea circuitului DTR este condi_ia necesar_ restabilirii leg_turii.

╔════════════════╗ caracter ESC ╔═══════════════╗

║ mod ║<─────────────────────────╢ mod ║

║ L O C A L ║ ║ ON - LINE ║

╚═══╤═════════╤══╝ ╚════╤════╤═════╝

│ ^ comanda H │ ^

│ │automat ┌───────────┐pierdere │ │

│ └──────────┤ mod │purtatoare │ │

│ │SUSPENDAT │<──────────┘ │

│ └───────────┘ │

│comenzi D,A,O ┌─────────────────────┐ raspuns │

└──────────────>─┤ mod SUSPENDAT ├──────────┘

│ asteptare purtatoare│ detectare

└─────────────────────┘purtatoare

Controlul modemurilor compatibile Hayes

Modemul este controlat de calculator prin secven_e de comand_ de forma:

AT comanda <CR>

unde:

-AT (attention) este simbolul de introducere al secven_ei de comand_;

-Comanda const_ dintr-o liter_, eventual completat_ cu un parametru numeric.

Modemul a_teapt_ un timp (circa 250 msec) între primirea comenzii _i furnizarea r_spunsului. Aceast_ întirziere este important_, deoarece permite utilizatorului s_ fac_ diferen_ierea între ecoul comenzii, transmis imediat, _i r_spuns. R_spunsurile sunt date fie printr-un cod numeric (forma scurt_), fie printr-un _ir de caractere (forma lung_), a_a cum se arat_ mai jos:

R_SPUNS SEMNIFICA_IE

scurt lung

0 OK succes

1 CONNECT s-a detectat purt_toarea

2 RING semnal sonerie prezent pe linie

3 NO CARRIER purtatoare absent_

4 ERROR eroare

Modemul are memorie tampon, pentru p_strarea mai multor comenzi transmise de calculator _i registre pentru codurile diverselor caractere (cum ar fi <ESC>,<CR>), selectabile prin program, pentru frecven_ele utilizate sau pentru diferite intervale de timp caracteristice func_ion_rii. Amintim ca exemplu dou_ din op_iunile interesante care se pot realiza cu aceste registre:

- asiguarea r_spunsului automat la apel (auto answer) prin programarea registrului S0 la o valoare diferit_ de zero (S0) specific_ num_rul de apel-sonerie dup_ care r_spunde modemul) cu comanda ATS0=n <CR>;

- efectuarea testelor locale _i la distan__ care implic_ calculatorul _i modemul local sau _i linia telefonic_ _i modemul la distan__. Pentru cazurile concrete de registre se va studia documenta_ia specific_ pentru fiecare modem.

Prezent_m succint principalele comenzi, f_când o grupare a lor pe categorii. Pentru a în_elege semnifica_iile comenzilor de conectare la linie, preciz_m urm_toarele:

- în conexiunea duplex, cele dou_ modemuri care comunic_ folosesc subcanale diferite pentru transmisie; ele sunt denumite ini_iator (originate) _i de r_spuns (answer), dup_ rolul fiec_rui modem în stabilirea leg_turii telefonice;

- majoritatea modemurilor au circuite de apel (formare a num_rului) _i de r_spuns automat; apelul se poate face prin impulsuri (cum sunt cele generate de discurile aparatelor telefonice) sau printr-un ton caracteristic.

Comenzi referitoare la dialogul cu terminalul

En controleaz_ ecoul; E0 suprim_ ecoul, E1 îl activeaz_;

Qn controleaz_ r_spunsul modemului la comenzile primite;

Q0 determina transmiterea st_rii, Q1 o suprim_;

Mn controleaz_ difuzorul;

M0 îl suprim_, M1 determin_ activarea semnalului sonor pân_ la stabilirea leg_turii, iar M2 îl activeaz_ permanent;

Vn determin_ formatul r_spunsului;

V0 selecteaz_ codurile numerice, V1 forma lung_ a r_spunsurilor.

Comenzi de conectare la linie

A comut_ linia telefonic_, de la modul "voce" la modul "date", în care modemul transmite purt_toarea de r_spuns _i a_teapt_ recep_ia purt_toarei ini_iatoare de la un alt modem;

Hn controleaz_ tonul telefonului, ca echivalent electronic al manevr_rii receptorului;

H0 "pune" telefonul în furc_, tonul fiind absent, iar H1 activeaz_ tonul; valoarea 2 este folosit_ pentru aplica_ii speciale;

Ds are ca efect a_teptarea tonului, selec_ia purt_toarei ini_iatoare, formarea num_rului reprezentat prin _irul s _i a_teptarea purt_toarei de r_spuns transmis_ de postul apelat;

de exemplu:

ATDP 134 - formeaz_ num_rul de telefon (la disc) 134 _i r_mâne în starea local_.

ATDP 0 W 134565 O - formeaz_ 0 a_teapt_ un ton (de ora_), formeaz_ num_rul 134565 _i intr_ în mod "on line"

P comand_ modemul s_ foloseasc_ impulsuri (de disc) la formarea num_rului;

T comand_ modemul s_ foloseasc_ tonuri specifice la formarea num_rului; introduce o pauz_ în opera_ia de formare a num_rului; utilizat_ cu comanda D, provoac_ revenirea modemului în starea de comand_, f_r_ a a_tepta tonul de r_spuns;

R dup_ formarea num_rului, folose_te tonuri de r_spuns (pentru comunicarea cu modemuri care nu-_i pot modifica tonul pentru r_spuns _i sunt numai de origine).

Comenzi diverse:

Fn alege modul de operare semiduplex (F0) sau duplex (F1);

O readuce modemul din starea "in line" în starea de comand_;

Z reini_ializeaz_ modemul;

Cn comand_ purtatoarea; C0 înceteaz_ transmiterea purt_toarei;

C1 determin_ controlul purt_toarei de c_tre modem.

Prezent_m în continuare opera_iile executate de un modem la recep_ia comenzii de apel telefonic ATDP s. Execu_ia f_r_ erori a opera_iilor are ca efect trecerea modemului în starea "on line":

void apel_telefonic (sir s)

else

întârziere 600 msec;

} while (purt_toare absent_);

activeaz_ purt_toarea transmisiei;

activeaz_ DCD;

transmite r_spuns "CONNECT";

comuta în starea on_line;

Mersul lucr_rii

În laborator se va lucra cu 2 modemuri - ambele fiind compatibile HAYES. Este vorba de un minimodem extern (cu conector direct pe interfa_a serial_ a calculatorului) _i de un modem intern (care se monteaza în interiorul calculatorului pe conectorul magistralei).

1. Pe baza celor prezentate _i a documentatiei se va studia func_ionarea modemurilor.

2. Cu ajutorul unui software de comunica_ie (care permite trimiterea direct_ a caracterelor de la tastatur_ la modem) se vor exersa comenzile pentru un modem inteligent.

3. Se vor conecta dou_ calculatoare cu ajutorul modemurilor folosind linia telefonic_ comutat_, realizând legatura în diferite moduri (apel automat-r_spuns automat, apel manual-r_spuns automat, etc.)

4. R_spunde_i la urmatoarele întreb_ri:

- care sunt etapele de stabilire prin modem a leg_turii între 2 calculatoare?

- cu un calculator _i un modem se poate "spiona" o linie de comunica_ie? Justifica_i r_spunsul !

Probleme suplimentare

1. Studia_i _i executa_i diferite teste pentru modem.

2. Scrie_i un program simplu în limbaj de asamblare pentru programarea modemului.