Modem

Allikas: Vikipeedia
ADSL-modem

Modem on seade, mis moduleerib analoogsignaali, et edastada kodeeritud digitaalset sõnumit üle sidekanali ning demoduleerib sellise analoogsignaali, et dekodeerida saadud sõnum. Seadme eesmärk on tekitada signaal, mida on lihtne edastada ja mida on võimalik dekodeerida, et taastada esialgne info.

Sõna 'modem' on tuletatud inglise keele sõnadest modulate ja demodulate, mis tähendavad vastavalt 'moduleerima' ja 'demoduleerima'.

Modemite tuntuim näide on kõnesagedusala modem, mis muudab personaalarvuti digitaalsed andmed modelleeritud elektrilisteks signaalideks. Modelleeritud elektrilised signaalid on häälsageduse piires telefoni kanalil. Neid signaale saab edastada telefoni liinide kaudu ja vastuvõtja modem saab demodelleerida saadud signaalid digitaalseteks andmeteks.

Üldjuhul liigitatakse modemid andmete edastamise mahu järgi, mida nad suudavad edastada kindlal ajaühikul. Tavaliselt mõõdetakse seda kiirust bitti sekundi jooksul (bit/s või bps). Modemeid saab liigitada ka sümboli määra järgi, mida mõõdetakse boodides, mitu korda modem suudab muuta oma signaali olekut sekundis. Näiteks ITU V.21 standard kasutab raadiosageduse tõstmist, et edastada 300 bit/s kasutades 300 boodi. Samas algne ITU V.22 standard lubab 1 200 bit/s edastada 600 boodiga kasutades faasi tõstmist. [1]

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Modemite kasutusele tulek tõi endaga kaasa uue ajastu kommunikatsioonis ning see mängis suurt rolli Interneti plahvatuslikus levikus.

USA õhujõud vajasid Teise maailmasõja ajal usaldusväärset vahendit, et edastada tuhandeid radari pilte juhtimise keskusesse. Lahenduse leidsid nad telefoni süsteemis.

Õnneks olid modemid juba 1920ndatel kasutusel teletaibis ning ideaalne vahend, et muuta digitaalsed radari pildid analoogsignaaliks ja vastupidi. Neid sai saata telefoni võrgusüsteemi kaudu.

Modemit, mida teatakse ka modulaator-demodulaatorina, täiustati Belli laborites, et parandada teletaibi edastuskiirust umbes 150 bps-ni.

See oli esimene kaubanduslik modem 1962. aastal, Bell 103, mis väljastati AT&T pool. Sealhulgas full-duplex edastus, mis lubab suhtlust mõlemat pidi ehk sünkroonselt, sageduse tõstmist ja 300 bps kiirust.

Selleks, et saada aimdust nende modemite tegelikust kiirusest, siis mõelge tähele, mis koosneb 8. bitist. 300 bitine kiirus tähendab seda, et modem suutis saata umbes 30 tähte sekundis.

1960ndatel töötas Paul Taylor koostöös James C. Marsteri ja Robert Weitbrechtiga välja maailma esimese telekommunikatsiooni vahendi, mis oli mõeldud kurtidele, kes kasutasid akustilist modemit.

Telekommunikatsiooni vahend kurtidele.

Bulletin board system'i ehk arvutisüsteem, mis kasutas tarkvara, mis lubas kasutajatel ühenduda ja logida sisse sellesse süsteemi levik tähendas seda, et peagi hakkasid kasutajad nõudma suuremaid kiirusi, et edastada järjest suuremaid faile ja pilte. Turunõudlus viis selleni, et arendati välja V.22 ehk Bell 212 modem, mis kasutas 1200 boodi. See modem suutis edastada rohkem märke ja võimaldas väga lihtsate andmete kokku surumist, mis töötas hästi tekstidega, aga polnud eriti edukas piltidega.

Tagaplaanil kasutas AT&T meetmeid, et kasutajad ei saaks ühenduda teiste firmade telefoniliinide seadmetega. Siiski, peagi nägi Tom Carter, et AT&T-lt võetakse ära nende ebaõiglane eelis. Peagi oli turg avatud kõigile nagu näiteks General Electric'le, kes sisenes turule.

Dale Heatherington

1977 aastal, Dale Heatherington ja Dennis Hayes „looma“ lõid maailma esimese arvuti modemi, milleks oli 80-103A. See oli modem, millel olid kõik õiged tunnused, täpselt õige hinnaga ja ühendus otse telefoniga.

Nende edu oli nii suur, et nad käivitasid DC Hayes Associate'i, mis on hiljem tuntud kui Hayes Microcomputer Products. Nad arendasid erinevaid tähtsaid tehnoloogiaid nagu näiteks Smartmodem ja Hayes Command seade. Smartmodem oli märkimisväärne, kuna suutis vahetada andme töörežiimist käsu režiimi.

Varsti pärast seda, kui turule olid jõudnud 2400 boodilised modemid, tõsteti andmeedastuskiirust topelt ja võeti kasutusele uus standard andmete kokkusurumisel. Peale seda tutvustati V.42-te, auto usaldusväärset protokolli. Kiirus oli märgatavalt kiirem ja edastamisel esines oluliselt vähem vigu.

Lühiajalisele 4800 boodilisele modemile järgnes 1990ndatel 9600 boodiline modem, mis sai kättesaadavaks 1991. Lisaks kaja tühistamine, mis oli modemite kiiruse läbimurre. Modemid olid nüüdseks võimelised kindlaks tegema, kas signaal, mis nad saavad on nende enda oma või mitte. Kui on, siis tühistavad signaali vältimaks segadust. Selleks läks 14 aastat, 1980 kuni 1994 aastani, et arendada modemite kiirus 14,4 Kpbs-t 28,9 Kbps-ni, Kaks aastat hiljem, 1996 aastal, tuli Brent Townshend tehnoloogiaga, mis võimaldas kiiruseks 56k.

Townshend selgitas Network World'le 1997. aastal, et nad alustasid väga spetsiifilise probleemiga, kuidas saada suuremat andmete kiirust digitaalses serveris, mida on viidatud paljudele analoogidele ja alustasid sellest vaatenurgast.

Paeluv on teadmine, et modemi areng pole olnud sama kiire nagu paljude kaasaegsete tehnoloogiate oma. Modem kuulutas uut ajastut kommunikatsioonis alates laialt levinud Interneti kasutamisega.[1]

Analoogmodem[muuda | redigeeri lähteteksti]

Analoogmodem on tavaline modem, mis muundab arvutist väljuvad digitaalsignaalid toonideks, mida on võimalik edastada üle analoogtelefoniliinide.[2] Analoogmodem tuleneb sõnast Analoogia, sest edastamisel tekitatakse toonid, mis on analoogsed edastatavale helile või pildile.[3]

Digitaalmodem[muuda | redigeeri lähteteksti]

Erinevus analoogmodemist seisneb selles, et info teisendatakse binaarkoodi, mis koosneb kahest elemendist: 0 ja 1, positiivne ja negatiivne.[3] Seega digitaalmodem edastab info kahe tooni abil, mida on lihtsam edastada ja vastu võtta, sest eristada tuleb vaid kaht tooni.[4]

Carterfone[muuda | redigeeri lähteteksti]

Carterfone

Mitmeid aastaid säilitas AT&T monopoli seadmetele, kas lubada seadmeid elektriliselt ühenduda nende telefoni liinidega. AT&T lubas ainult Bell-tarnitud seadmeid ühendada nende võrgustikuga. See viis 103A modemini, mis ühendus mehaaniliselt telefoniga, läbi telefonitoru. Seda teatakse ka kui akustiliselt ühendatud modemeid. Kuid AT&T-l olid ranged reeglid elektrooniliselt ühenduvatele seadmetele telefoni liinidega, mis tegid elektrooniliselt ühenduvad modemid kalliks. Seetõttu jäid alles akustiliselt ühenduvad modemid kuni 1980ndate alguseni.

1972. aasta detsembris tutvustas Vadic VA3400. Enne full-duplex operatsiooniga varustamist oli see üks märkimisväärsemaid seadmeid. Kasutades sarnaseid meetmeid, mis oli 103A-l ja VA 3400-l, mille edastuskiirus oli 1200 bit/s üle helistamisvõrgu. VA3400 kasutas 103A-st erinevaid sagedusalasid, selleks et edastada ja vastu võtta. 1976.aasta novembris tutvustas AT&T 212A modemit, et pakkuda konkurentsi Vadicule. See oli sarnane Vadicu mudeliga, aga kasutas andmete edastamiseks madalamat sagedust. 1977. aastal vastas Vadic VA3467 kolmekordse modemiga, mis oli ainult vastamise modem, mida müüdi arvutikeskuste operaatoritele, mis toetasid Vadicu 1200 bit/s mudelit, AT&T 212A mudelit ja 103A operatsioone.[1]

Smartmodem ja Bulletin board system (edaspidi BBS)[muuda | redigeeri lähteteksti]

Järgmine suur saavutus modemite valdkonnas oli Smartmodem, mida tutvustati 1981. aastal Hayes Communications'i poolt. Smartmodem oli muidu 103A 300 bit/s modemi standardil põhinev, kuid oli lisaks ühele väikesele kontrollerile, mis viis arvuti saatmise käsud selleni, et võimaldas opereerida telefoni liinidel. Käsu seade hõlmas enda alla juhendit, et võtta vastu ja lõpetada kõne, valida numbreid ja vastata kõnedele. Hayes'i käsukomplekt jäi kaasaegsete modemite põhjaks.

Hayes 300 boodiline Smartmodem

Enne Hayes'i Smartmodemit vajasid modemid üldjuhul kahe sammulist protsessi, et aktiveerida ühendust. Esiteks pidi kasutaja manuaalselt valima numbri standardsel telefonil ning siis ühenduma telefonitoruga akustiliselt. Riistvara lisad, mida teatakse kui helistajad kasutavad erilist olukorda ning haldavad põhiliselt emuleerimist, et kellegagi ühendust saada.

Smartmodemiga saab arvuti otse ühenduda telefoniga, saates modemile käsu ning elimineerib telefoni instrumentidega seotuse vajaduse, et numbrit valida. Smartmodem ühendub otse telefoni liiniga. See lihtsustab häälestust ja operatsioone.

Smartmodem ja tema kloonid aitasid kaasa bulletin board system-i levikule. Bulletin board system on arvutisüsteem, mis kasutab tarkvara, et lubada kasutajatel ühenduda ja logida sisse sellesse süsteemi. Modemid olid varem tavaliselt ainult helistamiseks, akustiliselt ühenduvad mudelid, mida kasutasid kliendid või palju kallimad modemid ehk ainult vastamiseks mõeldud mudelid, mida kasutasid serverid. Smartmodem opereeris mõlemat pidi, olenevalt siis arvuti käsust. Nüüdseks oli siis olemas turul odav serveril põhine modem ja lisaks õitses BBS.[5]

Peaaegu kõik kaasaegsed modemid suudavad talitleda koos faksidega. Digitaalsed faksid, mida tutvustati 1980ndatel, olid mõeldud põhiliselt pildiformaadis failide saatmiseks suurel kiirusel (tavaliselt 14,4 kbit/s, modemid). Tarkvara, mis jookseb peaarvutil, suudab muuta pildid faksiformaati, mida saab siis saata, kasutades modemit. Algselt oli selline tarkvara üksnes lisa, kuid nüüdseks on see suures osas universaalne.[1]

Softmodem[muuda | redigeeri lähteteksti]

Winmodem või softmodem on siis minimaalse võimekusega riistvara, mis disainiti, et kasutada peaarvuti ressursse. Põhiliselt siis protsessori ja püsimälu kasutamine, mida täitis riistvara traditsioonilises modemis.

Softmodemit viidatakse ka kui Winmodemit, kuna esimesed müügil olevad modemid töötasid põhiliselt Microsoft Windowsi operatsioonisüsteemil. Siiski on nende kasutus laialt levinud ka paljudel teistel operatsioonisüsteemidel ja masinatel nagu näiteks Linux. Neid on keeruline kasutada teistel operatsioonisüsteemidel, mis pole Windows, kuna on puudulik tootjate poolne toetus ja standardliidesseadmed. Mõiste „Winmodem“ on U.S Roboticsi kaubamärk, kuid seda kasutatakse tihti, et iseloomustada teise sarnase tehnoloogiaga modemeid.


Kui üldkasutatavate telefonivõrkude modemite tehnoloogia arenes, siis modelleerimise ja kodeerimise kava muutus järjest keerulisemaks, mis tingis modemite riistvara keerukuse suurenemise.

Esimese generatsiooni modemid ja nende protokollid olid üldjuhul lihtsad modelleerimise tehnoloogiad nagu sageduse tõstmine, amplituudi tõstmine madalatel kiirustel ja telefoniliinide ebaefektiivne kasutamine. Nendel tingimustel olid modemid ehitatud analoogtehnoloogiat kasutades hilistel 70ndatel ja varajastel 80ndatel.

Kui töötati välja veelgi keerulisemad edastuskavad, siis skeem muutus veelgi keerulisemaks, analoog segunes digitaalsete osadega ja lõppude lõpuks sisaldasid mitmeid integraallülitusi nagu näiteks loogilised väravad, mikrokontrollerid ja lukustatud faasi tsükkel. Samas kasutati neid tehnoloogiaid kaasaegsetes v34, v90 ja v92 protokollides, mis olid nii keerulised, et modemite rakendamine osutus ebapraktiliseks ning selle asemel kasutati digitaalse signaali protsessorit ja rakenduspõhiseid integraallülitusi. See muutis modemid omamoodi varjatud süsteemiks.

Lisaks tutvustati suurenenud pakkimist ja vigade paranduskava uusimas protokollis, mis nõudis modemilt endalt töötlemist. See muutis analoogmodemite konstruktsiooni peaaegu võimatuks, eriti kui üritati saavutada ühilduvust vanemate protokollidega kasutades täiesti erinevaid modelleerimiskavasid.

Kui modemid hakkasid toetama neid standardeid, siis muutusid nad üha keerulisemateks ja kallimateks. Siinkohal ei või mainimata jätta mitmeid vastuolulisi standardeid, mis ei sobinud omavahel nagu näiteks mitmed 33.6K (v34) ja 56k protokollid.

Sama funktsionaalsust võimaldades nagu oli riistvara modemitel oli see murdosa hinnast ja piiramatu arenguvõimalus, mis oli tarkvara põhiliste modemite eelis. Selleks, et tarkvara põhilised modemid suudaksid konkureerida riistvara põhiste modemitega, vajasid tarkvara põhilised modemid eelnevalt koduarvuti protsessori jõudu, et tagada tulemuslikkus ja töökindlus.

Softmodemite suur eelis on ka see, et koostisosade hinna, arvu, suuruse, kaalu ja energia pealt sai tunduvalt enam kuludelt kokku hoida, kui võrrelda riistvara modemitega.[1]

Narrow-band/phone-line dialup modem[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tänapäeval omavad standardsed modemid kahte otstarvet: analoogosa, mis genereerib signaalid ja tegutsevad telefonid ning digitaalne osa, mis häälestab ja kontrollib. Tänapäeval on mõlemad funktsionaalsused ühendatud ühte kiipi, kuid jaotus säilib teoorias. Modemi töö saab olla üks kahest töörežiimist. Data mode ehk andmerežiim, kuhu andmed saadetakse ja command mode ehk käsurežiim, kus modemid kuulavad andmeid, mida saadakse arvutite käskudest ning teostab need käsud. Tüüpiline seanss koosneb modemi pingestamisest, mis automaatselt eeldab käsurežiimi ja siis saadab käsu, et valida number.

Peale seda, kui ühendus on loodud eemal asetseva modemiga, siis läheb modem automaatselt käsurežiimist üle andmerežiimi ning kasutaja saab saata ning vastu võtta andmeid. Kui kasutaja on lõpetanud, siis escape sequence ehk jada, mis kasutab seeria tähemärke, et muuta arvuti seisundit ja sellega ühendatud välisseadmeid, tähistatakse ka „+++“, sellele järgneb sekundiline paus, mis võidakse saata modemile, et see läheks uuesti tagasi käsurežiimi ja siis saadetakse käsk, et lõpetada ühendus telefoniga.

Üldjuhul käsud ise on Hayes käsu komplektist, kuid mõiste ise on omamoodi eksitav. Esialgu oli Hayes käsukomplekt kasulik 300 bit/s operatsioonide jaoks ning seejärel laiendati 1200 bit/s modemiteni. Suuremad kiirused nõudsid uusi käske, mis viis 1990ndatel käsukomplektide levikuni. Asjad muutusid üha standardsemaks 1990ndate teisel poolel, kus suurem osa modemeid ehitati väga väiksest arvust kiibistikust. Me kutsume seda siiani Hayes käsukomplektiks, kuigi praegu on sellel kolm või neli korda rohkem käske kui omas esialgne Hayes käsukomplekt.[1]

Raadio modem[muuda | redigeeri lähteteksti]

Otseeetri satelliidid, WiFi ja mobiiltelefonid – kõik nad kasutavad modemeid, et olla ühenduses ja saata andmeid nagu paljud teisedki traadita ühendused. Kaasaegne telekommunikatsioon ja andmevõrgud kasutavad ära raadio modemeid, kus on vajalik pikamaa viidad. Sellistel süsteemidel on tähtis osa PSTN-s ehk Public switched telephone network ehk üldkasutatavad telefonivõrgud, kus kasutatakse siiani kiiret arvutivõrgu viita äärealadel, kus pole majanduslikult otstarbekas kasutada kiude.[6]

Isegi seal, kus on kaabel installeeritud, on võimalik saavutada parem tulemus või muuta teisi süsteemi osi lihtsamaks, kasutades raadiosagedusi ja modelleerimistehnikat kaabli kaudu. Koaksiaalkaablitel on väga suur ülekandekiirus, et digitaalsignaale kasutades muutub suureks probleemiks signaali sumbumine suurtel andmeedastuskiirustel.[7] Kui kasutada modemeid, siis suurem osa digitaalseid andmeid saab edastada üksiksaadetise traatide kaudu. Digitaalkaabel, televisioon ja kaabliga Internetiühendus kasutavad raadiosagedustega modemeid, et tagada suurenevat ülekandekiirust, mida vajavad kaasaegsed majapidamised. Modemi kasutamine lubab kasutada mitut sagedusjaotust, lubades kahepoolset digitaalsidet paljudele kasutajatele, üheaegselt kasutades ühte traati.

Traadita modemeid on eri tüüpi, eri ülekandekiirusega ja eri kiirusega. Traadita modemeid nimetatakse tihtipeale ka kui läbipaistvateks või tarkadeks. Nad edastavad informatsiooni, mis modelleeritakse kandesagedusele, mis lubab paljudel traadita ühendustel üheaegselt viidata, et töötada erinevatel sagedustel üheaegselt.

Läbipaistvad modemid töötavad sarnaselt telefoniliinide modemite sugulastega. Tüüpiliselt on nad ühepoolse edastusega ehk samaaegselt ei saa saata ja vastu võtta andmeid. Üldjuhul läbipaistvad modemid koguvad väikese koguse andmeid küsitledes neid andmeid hajutatud asukohtadest, millel pole lihtsat juurdepääsu traadiga infrastruktuurile.

Targad modemid tulid meediajuurdepääsu kontrolleriga, mis takistab juhuslike andmete kokkupõrkamist ja saadab andmed uuesti, mis pole korralikult kätte saadud. Targad modemid vajavad üldjuhul rohkem ülekandekiirust kui läbipaistvad modemid ning üldjuhul saavutavad kiirema andmeside. IEEE 802.11 standard defineerib lühikese ulatuse modulatsioonikava, mida kasutatakse suuremahuliselt kogu maailmas.[1]

WiFi ja WiMax[muuda | redigeeri lähteteksti]

Traadita andmemodemid kasutavad WiFi ja WiMaxi standardeid, mis opereerivad mikrolaine sagedustel.

WiFit kasutatakse üldjuhul sülearvutites, et ühenduda Internetiga ja traadita rakenduste protokolliks.[1]

Mobiilne modem ja ruuterid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Modemid, mis kasutavad mobiiltelefoni süsteemi, teatakse kui traadita modemeid nagu näiteks GPRS, UMTS, HSPA, EVDO, WiMax jne. Traadita modemid saavad olla sülearvuti või seadme sisemuses või olla neile välisseadmena. Välised traadita modemid on ühenduskaardid, mobiili lairibaühenduse USB modemid ja üksikelementidest koosnevad ruuterid. Ühenduskaart on arvutikaart või ExpressCard, mis sisestatakse PCMCIA/PC kaardi pessa arvutis.

Huawei E220 HSDPA USB modem.

Tuntuim traadita modemite andmekaartide tegija on AirCard, mida tehakse Sierra Wireless'i poolt. USB traadita modemid kasutavad sülearvuti USB pesa, mis on arvutikaardi või ExpressCard'i pesa. Üksikelementidest koosnevad ruuterid võivad omada välist andmekaarti või USB modemit. Nad ise ei ole modemid, aga nende sees võib modem olla või on võimalik ühendada modemit ruuteriga. Üksikelementidest koosneva ruuteri ja traadita modemi vahe on selles, et ruuter lubab paljudel inimestel ühenduda sellega, kui modemid on tehtud ainult ühe ühenduse jaoks.

Suurem osa GSM traadita modemid omavad sisseehitatud SIM-kaardi hoidjat nagu näiteks Huawei E220, Sierra 881 jne. Osad mudelid on varustatud ka microSD mälupesaga või omavad lisaantenni võimalust nagu näiteks Huawei E1762 ja Sierra Wireless Compass 885. CDMA versioonid ei kasuta R-UIM kaarte, aga kasutavad selle asemel elektroonilist seerianumbrit (ESN).

Uuemate traadita modemite tehnoloogiatel on suuremad andmeedastuskiirused (UMTS, HSPA, EVDO, WiMax), mida kaalutletakse ka kui lairibaühendusega traadita modemeid ja konkureerivad teiste lairibaühendusega modemitega.[1]

Erinevad ühenduskiirused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Esitatud kiirused on maksimaalsed ja tavalistes olukordades võivad olla nad palju aeglasemad (näiteks nn "mürarohkete liinide korral")[8]

Connection Bitrate (kbit/s) Väljalaske aasta
110 baud Bell 101 modem 0.1 1958
300 baud (Bell 103 or V.21) 0.3 1962
1200 modem (1200 baud) (Bell 202) 1.2
1200 Modem (600 baud) (Bell 212A or V.22) 1.2
2400 Modem (600 baud) (V.22bis) 2.4
2400 Modem (1200 baud) (V.26bis) 2.4
4800 Modem (1600 baud) (V.27ter) 4.8
9600 Modem (2400 baud) (V.32) 9.6
14.4k Modem (2400 baud) (V.32bis) 14.4
28.8k Modem (3200 baud) (V.34) 28.8
33.6k Modem (3429 baud) (V.34) 33.6
56k Modem (8000/3429 baud) (V.90) 56.0/33.6
56k Modem (8000/8000 baud) (V.92) 56.0/48.0
Bonding modem (two 56k modems)) (V.92)[9] 112.0/96.0
Hardware compression (variable) (V.90/V.42bis) 56.0–220.0
Hardware compression (variable) (V.92/V.44) 56.0–320.0
Server-side web compression (variable) (Netscape ISP) 100.0–1,000.0

Kodu Internet[muuda | redigeeri lähteteksti]

Modemit on võimalik kasutada ka kiire kodu interneti ühenduse loomiseks, eriti neile, kes kasutavad juba olemasolevat juhtmestikku. Üheks näiteks võib tuua G.hn standardi, mis on loodud ITU-T poolt. See võimaldab suure kiirusega kohtvõrgu ühendust, milles on kasutusel olemasolev juhtmestik (Voolu juhtmed, telefoni juhtmed ja koaksiaalkaablid), kus kiirus võib koguni ulatuda kuni 1 Gbit/sec. G.hn seadmed kasutavad ristisageduse keerukat jaotamist (OFDM), et luua digitaalse seadme edastamine läbi kaabli.

Väljend "Null modem" kasutatakse erilise kaabli kirjeldamiseks mida kasutatakse jadaportide ühendamiseks kahe erineva arvuti ühendamiseks. Sama tarkvara kasutavaid modemeid nagu procomm või minicom võib kasutada koos "Null modemiga".

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]