Физическая передача данных по линиям связи. Каналы передачи данных Какие есть каналы передачи информации
Принцип передачи данных но цифровым каналам связи рассмотрим на примере системы ИКМ-30
Передающей средой в ИКМ-системах служит цифровой линейный тракт (ЛТ)), структура которого приведена на рис.3.49. Он включает передающее и приемное оконечное оборудование ЛТ участки линии связи к регенераторы, для согласования структуры цифрового сигнала с ЛТ в передающую и приемную части оконечного оборудования входят соответственно кодер (КЛТ)) и декодер (ДЛТ) линейного тракта. При использовании кабельных линий связи цифровые сигналы передаются в основной полосе частот с использованием линейного кодирования. Местоположение регенератора и обработка цифрового сигнала в нем выбираются так, чтобы обеспечить требуемую помехоустойчивость при минимизации затрат на создание цифрового тракта . Передача данных может осуществляться для самых разных целей. Будь то - потоковое видео , перекачка баз данных, видеонаблюдение через интернет, телефонные переговоры , как в режиме с коммутацией каналов, так и с использованием интернет-технологий. Для всех этих применений канал остается примерно одинаковым. Разве что для видеосигнала он будет намного шире, чем для передачи текста.
Кабельные линии связи
В случае, если два устройства хотят разделить большой объем информации, для них было бы несправедливо делать это исключительно с сетевым диапазоном, предотвращая передачу более срочной информации. Когда информация разбивается на более мелкие частицы, каждая из них отправляется индивидуально, что позволяет пересекать пакеты на одном физическом и логическом носителе, позволяя использовать сетевой носитель для нескольких транзакций. Существует также вторая очень серьезная причина использования пакетов в средствах сетевой передачи , обнаружения и обработки ошибок.
Задачей передающей части оконечного оборудования является дискретизация аналоговых речевых сигналов , временное объединение полученных дискретов их квантование; и кодирование. На выходе квантователя сигнал имеет такую же структуру, как и сигнал данных. Поэтому возможно объединение телефонных сообщений и данных. На приемном конце осуществляются обратные преобразования (разъединение сигналов, восстановление дискретов по линейному коду, и их цифроаналоговое преобразование).
Фактически, большая часть сложности сетевого взаимодействия связана с использованием сценариев моделирования повреждений. Несколько методов обнаружения ошибок основаны на контрольных суммах : когда отправитель передает информацию, активная суммация, включая все отправленные данные, сохраняется и затем отправляется в конце передачи. Приемник вычисляет общее количество полученных данных и сравнивает их с переданной суммой. Если существует разница между полученными байтами и количеством полученных байтов, тогда возникла проблема с данными или общим повреждением.
Временное уплотнение сигналов в ИКМ-системах требует жесткой синхронизации передающего и приемного оборудования. Для этого предусматривается синхронизация генераторов приемной станции по тактовой частоте, циклам и сверхциклам цифрового патока. Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скорости обработки сигналов на оконечных станциях. Цикл передачи группового цифрового сигнала состоит из канальных интервалов (КИ), синхросигналов (СС), сигналов управления и взаимодействия (СУВ) вспомогательных сигналов и сигналов данных. Структура группового сигнала ИКМ, показанная на рис.3.50, включает 32 КИ, а ее тактовая частота J- определяется частотой дискретизации речевых сигналов fg = 8 кГц, числом разрядов кодовой комбинации для представления дискретов п = log2256=8 и числом каналов Nk = 32. Для ИКМ-30 f t= 8-8-32 = 2048 кГц.
Для эффективной связи в компьютерной сети необходима надлежащая инфраструктура, чтобы обеспечить возможность обмена сообщениями между узлами прозрачным и упорядоченным образом. Поэтому требования, такие как сетевые интерфейсы , межсоединения и системы связи, необходимы для того, чтобы сетевой комплекс мог эффективно выполнять свою роль, чтобы обеспечить обмен информацией и обмен информацией между ее соответствующими узлами в безопасном, прозрачном и бесперебойно.
Следуя этой линии рассуждений, мы можем сказать, что другое требование становится незаменимым при разработке компьютерных сетей - протокола связи. Представим себе, что все узлы определенной сети , переданные с разными правилами, были бы такими, как если бы мы встретили в одной комнате русского, арабского, американского и бразильского, без какого-либо из них, говорящего на другом языке, кроме своего родного языка, и без наличие переводчика. Разумеется, в понимании, в речи и, следовательно, в общении этих людей было бы много трудностей.
Цифровая синхронизация обеспечивает правильное распределение кодовых символов в КИ, согласованное с передающей стороной. Синхросигнал располагается в начале цикла и его структура такова, что он легко обнаруживается на приемной стороне (рис.3.50а). В ИКМ-30 кодовая синхрогруппа имеет вид 0011011 исследует с частотой 4 кГц (в КИ нечетных циклов).
Что такое электромагнитные волны
Это то, что произойдет, если в компьютерных сетях не будет протоколов связи, общение, безусловно, будет редкими или, возможно, невозможными. Протокол выполняет роль переводчика в коммуникационном комплексе. Эта информация в основном полезна для инженеров и техников, заинтересованных в реализации семейных протоколов. Электромагнитные волны характеризуются их частотой, амплитудой и фазой.
Какие типы физических носителей
Кабельные кронштейны, которые позволяют электрическому количеству циркулировать в кабеле, обычно металлическом. Антенные опоры, которые являются воздушным или пустым пространством. Они позволяют циркуляцию электромагнитных волн и различных типов радиоволн.
Синхронизация системы распределения сигналов управления и взаимодействия между узлами коммутации обеспечивается формированием сверхцикловой синхронизации (СЦС), кодовые группы которой имеют структуру 0000 и передастся через каждые 16 циклов в 17-м КИ, то есть с интервалом следования 126 мксх16=2 мс (рис.З.50б). Для обеспечения работы системы передачи в структуру цикла и сверхцикла включаются служебные символы, помеченные X,U , V , а на рис.З.50а. Буквы а,в,с,d означают символы четырех сигнальных каналов , приписываемых соответствующему каналу.
Каковы помехи при передаче данных
Оптические носители, которые позволяют передавать информацию в виде света. В зависимости от типа физических носителей физическая величина имеет более или менее распространения. Интерференция относится к любому помехе, которое локально изменяет форму сигнала. Существует два типа шума: белый шум , который является равномерным нарушением сигнала, т.е. он добавляет небольшую амплитуду эффекта среднего сигнала, приводя к нулевому сигналу. Это должно быть как можно выше; импульсные шумы, которые представляют собой небольшие всплески интенсивности, которые вызывают ошибки передачи.
Следовательно система ИКМ-30, как и любая другая цифровая система, позволяет совмещенный режим использования для передачи аналоговой и дискретной информации (речевых сообщений и сообщений данных). Имеется возможность часть (или все) КИ занимать сигналами данных.
Появление цифровых каналов в системах связи дало возможность исключить в АПД необходимость реализации дорогостоящего процесса модуляции и демодуляции двоичных сигналов. Оконечная аппаратура цифровых систем каналообразования позволяет вводить цифровые сигналы в систему передачи без преобразования. Это существенное преимущество цифровых систем позволило осуществлять интеграцию на основе различных видов связи. Однако следует помнить, что аппаратура цифровых систем (прежде всего, систем с ИКМ с дельта-модуляцией ДМ и их разновидностями создавалась для передачи речевых (аналоговых) сигналов, что определило технические решения этой аппаратуры, в частности выбор частоты дискретизации и числа элементов кодовых комбинаций. При передаче данных существен не столько уровень передаваемого сигнала , сколько верность определения его значащих моментов (переход из состояния "1" в состояние "0" или наоборот). Параметры цифровой системы , в которой организуются каналы передачи данных, определяет их качественные характеристики . Кодовые комбинации полученные в результате преобразования сигналов передачи данных, отличаются от кодовых комбинаций аналоговых телефонных сигналов как числом символов в кодовых комбинациях, так и частотой дискретизации. Обычно требуется, чтобы длительность самого короткого импульса (сигнала) передачи данных была больше0 периода стробирования (дискретизации) входного сигнала . Принцип передачи цифровых сигналов, включая сигналы данных, путем передает информации о моменте изменения значащего состояния цифрового сигнала и направлений его изменения позволяет организовать "прозрачные" системы передачи данных,т.е. системы неналагающие требований на применяемый для сигналов данных код, на скорость их модуляции и способ синхронизации
Аналоговые и цифровые сигналы
Ослабление сигнала представляет собой потерю сигнала через диссипацию энергии в линии. Ослабление создает выходной сигнал слабее входного сигнала и характеризуется формулой. Искажение сигнала характеризует разность фаз между входным сигналом и выходным сигналом.
Как измеряется пропускная способность широкополосного доступа
Емкость канала - это объем информации, который может быть передан через него в течение 1 секунды.
В чем разница между отправкой и загрузкой
Для передачи между двумя машинами связь может выполняться по-разному. Он характеризуется чувством обмена, обменами; по режиму передачи, относительно количества битов, отправленных одновременно; и синхронизацией между отправителем и получателем.Ввод и передача сигналов данных через оконечные устройства цифровых систем каналообразования могут быть осуществлены двояко: путем непосредственного стробирования сигналов данных и передачи информации о значащих позициях этих сигналов (простое наложение) либо путей опознавания моментов изменений значащих позиций и передачи кодированной информация о них
Как данные циркулируют с помощью симплексных, полудуплексных и полнодуплексных соединений
Он характеризует соединение, в котором данные циркулируют только в одном направлении, то есть от отправителя до получателя. Этот тип соединения полезен, когда данные не нужно скручивать. Таким образом, с этим типом подключения каждый конец выходит только по очереди.
Этот тип соединения позволяет использовать двунаправленное соединение, используя общую пропускную способность линии. Это соединение, в котором данные циркулируют в двух направлениях и одновременно. Таким образом, каждый конец линии может одновременно отправлять и принимать сообщения, что означает, что широкополосный доступ разделен на два для каждого направления излучения данных, если для двух передач используется одна и та же среда передачи.
Метод простого наложения
При этом методе сигналы данных вводятся на канальные входы оконечных устройств цифровых систем и стробируются последовательностью стробирующих импульсов. Результирующий сигнал, состоящий из последовательностей стробирующих импульсов, соответствующих состоянию I двоичного сигнала, вводится в линейный тракт. В приемном оборудовании переданный сигнал восстаналивается по огибающей принятой импульсной последовательности . Форма импульсов передаваемого, стробирующего, линейного и принятого сигналов показана на рис.3.51. При таком методе передачи стробирущие импульсы не синхронизированы с сигналом данных. Это приводит к тому, что передача значащих моментов модуляции происходит с ошибкой, которая меньше периода повторения стробирущих импульсов Те. Степень краевых искажений равняется
Как производятся серийные и параллельные передачи
Как работает параллельное соединение
В этом случае каждый бит отправляется на физическую линию. Используется физическая линия , разделенная на несколько подканалов на широкополосное совместное использование . Таким образом, каждый бит передается на другой частоте.Как создается последовательное соединение
Поскольку проводники находятся близко к крышке, могут возникать помехи, которые уменьшают качество сигнала. Этот контроллер связи работает следующим образом . Производится благодаря регистру смещения. Регистр смещения позволяет перемещать часы в положение слева, а затем выдавать сильный бит и так далее.
где То - длительность единичного элемента сигнала данных.
Для обеспечения высокой вероятности передачи (уменьшения краевых искажений) в системе с простым наложением необходимо повышать частоту следования стробирующих импульсов.
Выполняется таким же образом благодаря регистру смещения. Регистр смещения позволяет вам сдвинуть регистр из одной из позиций влево при каждом получении бит, а затем вывести весь регистр параллельно, когда он будет заполнен, и последовательно. В асинхронном соединении каждый символ генерируется нерегулярно во времени. Чтобы устранить эту проблему, каждому символу предшествует информация, указывающая начало передачи символа и заканчивающаяся отправкой информации о завершении передачи.
В синхронном соединении передатчик и приемник синхронизируются одними и теми же часами. Приемник непрерывно получает информацию со скоростью, с которой отправитель отправляет их. Вот почему передатчик и приемник должны быть синхронизированы с одинаковой скоростью. Кроме того, добавлена дополнительная информация , чтобы избежать ошибок во время передачи. При синхронной передаче биты отправляются последовательно, без разделения между символами. Таким образом, вам нужно ввести элементы синхронизации.
Требуемую частоту стробирования можно определить для заданной величины Те и ожидаемой величины краевых искажений. В случае передачи сигналов данных с низкой скоростью модуляции эта частота значительно меньше частоты дискретизации 8 кГц, используемой в системах передачи с ИКМ Поэтому для полного использования емкости цифрового канала в нем можно образовать несколько низкочастотных каналов передачи сигналов данных. Число таких каналов можно определить как
Радиорелейные каналы передачи данных
Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи.
Спутниковые каналы передачи данных
В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции . В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах . Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Работа спутникового канала передачи данных представлена на рисунке
Рис. 1.
Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях , и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c.
Сотовые каналы передачи данных
Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи).
Базовые станции подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как между базовыми станциями, так и с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи.
LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится по сотовому принципу , одна базовая станция позволяет охватить район радиусом несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами. Скорость передачи данных до 45 Мбит/c.
Радиоканалы передачи данных WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции . Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.
Радиоканалы передачи данных MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50-60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с - 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал.
Радиоканалы передачи данных для локальных сетей . Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi . Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 54 Мбит/с при инфраструктурном соединении.
Радиоканалы передачи данных Bluetooht - это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.
Подпишитесь на новости
Каналом связи называется совокупность технических средств и физической среды, способной к передаче посылаемых сигналов, которая обеспечивает передачу сообщений от источника информации к получателю.
Каналы принято делить на непрерывные и дискретные.
В наиболее общем случае всякий дискретный канал включает в себя непрерывный как составную часть. Если влиянием мешающих факторов на передачу сообщений в канале можно пренебречь, то такой идеализированный канал называется каналом без помех . В таком канале каждому сообщению на входе однозначно соответствовало определенное сообщение на выходе и наоборот. Если влиянием помех в канале пренебречь нельзя, то при анализе особенностей передаваемых сообщений по такому каналу используются модели характеризующие работу канала при наличии помех.
Под моделью канала понимается математическое описание канала, позволяющие рассчитать или оценить его характеристики, на основании которых исследуются способы построения систем связи без проведения экспериментальных исследований.
Канал в котором вероятности отождествления первого сигнала со вторым и второго с первым одинаковы называется симметричным .
Канал, алфавит сигналов на входе которого отличается от алфавита сигналов на его выходе называется каналом со стиранием.
Канал передачи сообщения от источника к получателю, дополненный обратным каналом, служит для повышения достоверности передачи называется каналом с обратной связью.
Канал связи считается заданным, если известны данные по сообщению на его входе, а также ограничения которые накладываются на входные сообщения физическими характеристиками каналов.
Для характеристики каналов связи используют два понятия скорости передач:
1 – техническая скорость передачи, которая характеризуется числом элементарных сигналов, передаваемых по каналу связи в единицу времени, она зависти от свойств линий связи и от быстродействия аппаратуры канала:
2 – информационная скорость, которая определяется средним количеством информации, передающимся по каналу связи в единицу времени:
Пропускной способностью канала называется максимальная скорость передачи информации по этому каналу, достигаемая при самых совершенных способах передачи и приема.
Лекция №8
Согласование физических характеристик канала связи и сигнала
Каждый конкретный канал связи обладает физическими параметрами, определяющими возможности передачи по этому каналу тех или иных сигналов. Независимо от конкретного типа и назначения каждый канал может быть охарактеризован тремя основными параметрами:
Т К – время доступа канала [с];
F K – полоса пропускания каналов [Гц];
Н К – допустимое превышение сигнала над помехами в канале.
На основании этих характеристик используется интегральная характеристика – объем канала.
Рассмотрим следующие случаи:
а)
Чтобы оценить возможность передачи данного сигнала по конкретному каналу нужно соотнести характеристики канала с соответствующими характеристиками сигнала:
T C – длительность сигнала [с];
F C – полоса частот (ширина спектра) сигнала [Гц];
H C – уровень превышения сигнала над помехой.
Тогда можем ввести понятие объема сигнала :
а)
- необходимое условие согласования
канала и сигнала связи;
б) достаточное условие согласования канала и сигнала связи:
Если
канал связи имеет полосу пропускания
F K
меньшую чем ширина спектра сигнала F C ,
то есть F K Если
широкополостнйо канал имеет ограниченное
время доступа T K Локальные сети Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель "витая пара", коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство. Линии связи или линии передачи данных - это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные). В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи - это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи. Канал передачи данных - это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации. В зависимости от физической среды передачи данных линии связи можно разделить на: Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи. По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям "простой старой телефонной линии" (POST - Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети. Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей. Витая пара
(twisted pair) - кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP. Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45. Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети. Коаксиальный кабель
(coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией. Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой. Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре. Кабельные оптоволоконные каналы связи
. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой. Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование. Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям. Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных. Радиорелейные каналы передачи данных
Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями - до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи. Спутниковые каналы передачи данных
В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Работа спутникового канала передачи данных представлена на рисунке Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c. Сотовые каналы передачи данных
Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь - это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи). Базовые станции подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как между базовыми станциями, так и с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи. LMDS (Local Multipoint Distribution System) - это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая станция позволяет охватить район радиусом несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами. Скорость передачи данных до 45 Мбит/c. Радиоканалы передачи данных WiMAX
(Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с. Радиоканалы передачи данных MMDS
(Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50-60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с - 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал. Радиоканалы передачи данных для локальных сетей
. Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi. Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 54 Мбит/с при инфраструктурном соединении. Радиоканалы передачи данных Bluetooht
- это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с. Коды передачи данных Для передачи информации по каналам связи используются специальные коды. Коды эти стандартизированы и определены рекомендациям ISO (International Organization for Standardization). – Международной организацией по стандартизации (МОС) или Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ)). Наиболее распространенным кодом передачи по каналам связи является код ASCII, принятый для обмена информацией практически во всем мире (отечественный аналог – КОИ-7). Кроме радио и спутниковой связи, ЛВС используют и связь при помощи информационного кабеля. Информационный кабель – это набор проводов, по которым передаются сигналы от одного устройства компьютера к другому. Чтобы обеспечить быстродействие, для каждого сигнала выделен отдельный провод. Сигналы передаются в определенной последовательности и в определенных комбинациях друг с другом. Для передачи кодовой комбинации используется столько линий, сколько битов эта комбинация содержит. Каждый бит передается по отдельному проводу. Это параллельная передача или передача параллельным кодом. Предпочтение такой передачи отдается при организации локальных МВК, для внутренних ЭВМ и для небольших расстояний между абонентами сети. Передача параллельным кодом обеспечивает высокое быстродействие, но требует повышенных затрат на создание физической передающей среды и обладает плохой помехозащищенностью. Для передачи кодовой комбинации по двухпроводной линии группа битов передается по одному проводу бит за битом. Это передача информации последовательным кодом. Она медленнее, так как требует преобразования данных в параллельный код для дальнейшей обработки в ЭВМ, но экономически выгодна для передачи сообщений на большие расстояния.
Типы синхронизации данных Процессы передачи или приемам информации в вычислительных сетях могут быть привязаны к определенным временным отметкам, т.е. один из процессов может начаться только после того, как получит полностью данные от другого процесса. Такие процессы называются синхронными. В то же время существуют процессы, в которых нет такой привязки и они могут выполняться независимо от степени полноты переданных данных. Такие процессы называются асинхронными. Синхронизация данных – согласование различных процессов во времени. В системах передачи данных используются два способа передачи данных: синхронный и асинхронный. При синхронной передачи информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами.. В состав блока включается также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды, и символы, позволяющие обнаружить ошибки при обмене.
В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же алгоритму формируется контрольная последовательность при приеме информации из канала связи. Если обе последовательности совпадают – ошибок нет. Блок данных принят. Если последовательности не совпадают - ошибка. Передача повторяется до положительного результата проверки. Если повторные операции передачи не дают положительного результата, то фиксируется состояние аварии. Синхронная передача – высокоскоростная и почти безошибочная. Она используется для обмена сообщениями между ЭВМ. Синхронная передача требует дорогостоящего оборудования Биты синхронизации Символ конца передачи Передаваемые символы Контрольная послед. Поле данных
При асинхронной передаче данных данные передаются в канал связи как последовательность бито, из которых при приеме необходимо выделить байты для последующей их обработки. Доля этого каждый байт ограничивается стартовым и стоповым битами, которые и позволяются произвести выделение их из потока передачи. Иногда в линиях связи с низкой надежностью используется несколько таких битов. Дополнительные стартовые и стоповые биты несколько снижают эффективную скорость передачи данных и соответственно пропускную способность канала связи. В то же время асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и отвечает требованиям организации диалога при взаимодействии ЭВМ. Стартовые биты Стоповый бит Передаваемые символы Бит четности Поле данных
Аппаратная реализация передачи данных Цифровые данные по проводнику передаются путем смены текущего напряжения: нет напряжения «0», есть напряжение «1». Существует два способа передачи информации по физической передающей среде: цифровой и аналоговый. При цифровом или узкополосном способе передачи данные передаются в их естественном виде на единой частоте. Данный способ позволяет передавать только цифровую информацию, обеспечивает в каждый момент времени возможность использования передающей среды только двумя пользователями и допускает нормальную работу только на ограниченном расстоянии (не более 1000 м). В то же время такой способ обеспечивает высокую скорость обмена данными. Поэтому подавляющее число ЛВС использует данный способ.
Аналоговый способ передачи цифровых данных обеспечивает широкополосную передачу за счет использования в одном канале сигналов различных несущих частот. При аналоговом способе передачи происходит управление параметрами сигнала несущей частоты для передачи по каналу связи цифровых данных. Сигнал несущей частоты представляет собой гармоническое колебание, описываемое уравнением X=Xm sin(wt+f0) где Xm – амплитуда колебаний; w – частота колебаний; t – время; f0 – начальная фаза. Передать цифровые данные по аналоговому каналу можно, управляя одним из параметров сигнала несущей частоты: амплитудой, частотой или фазой. Амплитудная модуляция – «0» отсутствие сигнала. Частотная модуляция – предусматривает передачу сигналов «0» и «1» на разной частоте. При переходе от «0» к «1» или от «1» к «0» происходит изменение частоты. Фазовая модуляция – при переходе из одного состояния в другое меняется направление колебаний.
Аппаратные средства Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо согласовать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом должно быть выполнено как физическое согласование (форма, амплитуда и длительность сигнала), так и кодовое. Технические устройства выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются адаптерами или сетевыми адаптерами. Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи. Кроме одноканальных адаптеров используются и многоканальные устройства – мультиплексоры передачи данных или просто мультиплексоры.
Мультиплексор передачи данных – устройство сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи. Как уже говорилось ранее, для передачи цифровой информации по каналу связи необходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приема информации из канала связи в ЭВМ выполнить обратное действие – преобразовать аналоговые сигналы в поток битов, которые может обрабатывать ЭВМ. Такие преобразования выполняет специальное устройство – модем. Модем – устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию информационных сигналов при передачи их из ЭВМ в канал связии при приеме в ЭВМ из канала связи. Концентратор (HUB, Switch) – устройство, коммутирующее несколько каналов связи на один путем частного разделения. Повторитель – устройство, обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее чем предусмотрено физической средой состояние.
Передача информации - термин, объединяющий множество физических процессов перемещения информации в пространстве. В любом из этих процессов задействованы такие компоненты, как источник и приемник данных, физический носитель информации и канал (среда) ее передачи. Исходными вместилищами данных являются различные сообщения, передаваемые от их источников к приёмникам. Между ними и расположены каналы передачи информации. Специальные технические устройства-преобразователи (кодеры) формируют на основе содержания сообщений физические носители данных - сигналы. Последние подвергаются целому ряду преобразований, включая кодирование, сжатие, модуляцию, а затем направляются в линии связи. Пройдя через них, сигналы проходят обратные преобразования, включая демодуляцию, распаковывание и декодирование, в результате чего из них выделяются исходные сообщения, воспринимаемые приемниками. Сообщение - это некое описание явления или объекта, выраженное в виде совокупности данных, имеющей признаки начала и конца. Некоторые сообщения, например, речь и музыка, представляют собой непрерывные функции времени звукового давления. При телеграфной связи сообщение - это текст телеграммы в виде буквенно-цифровой последовательности. Телевизионное сообщение - это последовательность сообщений-кадров, которые «видит» объектив телекамеры и фиксирует их с частотой следования кадров. Подавляющая часть передаваемых в последнее время через системы передачи информации сообщений представляют собой числовые массивы, текстовые, графические, а также аудио- и видеофайлы. Передача информации возможна, если у нее имеется физический носитель, характеристики которого изменяются в зависимости от содержания передаваемого сообщения таким образом, чтобы они с минимальными искажениями преодолели канал передачи и могли быть распознаны приемником. Эти изменения физического носителя данных образуют информационный сигнал. Сегодня передача и обработка информации происходят при помощи электрических сигналов в проводных и радиоканалах связи, а также благодаря оптическим сигналам в ВОЛС. Широко известным примером аналогового сигнала, т.е. непрерывно изменяющегося во времени, является напряжение, снимаемое с микрофона, которое несет речевое или музыкальное информационное сообщение. Оно может быть усилено и передано по проводным каналам на звуковоспроизводящие системы концертного зала, которые донесут речь и музыку со сцены до зрителей на галерке. Если в соответствии с величиной напряжения на выходе микрофона непрерывно во времени изменять амплитуду или частоту высокочастотных электрических колебаний в радиопередатчике, то можно осуществить передачу в эфир аналогового радиосигнала. Телепередатчик в системе аналогового телевидения формирует аналоговый сигнал в виде напряжения, пропорционального текущей яркости элементов изображения, воспринимаемого объективом телекамеры. Однако если аналоговое напряжение с выхода микрофона пропустить через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), то на его выходе получится уже не непрерывная функция времени, а последовательность отсчетов этого напряжения, взятых через равные промежутки времени с частотой дискретизации. Кроме того, ЦАП выполняет еще и квантование по уровню исходного напряжения, заменяя весь возможный диапазон его значений конечным набором величин, определяемых числом двоичных разрядов своего выходного кода. Получается, что непрерывная физическая величина (в данном случае это напряжение) превращается в последовательность цифровых кодов (оцифровывается), и далее уже в цифровом виде может храниться, обрабатываться и передаваться через сети передачи информации. Это существенно повышает скорость и помехоустойчивость подобных процессов. Обычно под этим термином понимаются комплексы технических средств, задействованных в передаче данных от источника к приемнику, а также среда между ними. Структура такого канала, использующая типовые средства передачи информации, представлена следующей последовательностью преобразований: ИИ - ПС - (КИ) - КК - М - ЛПИ - ДМ - ДК - ДИ - ПС ИИ - источник информации: человек либо иное живое существо, книга, документ, изображение на неэлектронном носителе (холст, бумага) и т.д. ПС - преобразователь информсообщения в информсигнал, выполняющий первую стадию передачи данных. В качестве ПС могут выступать микрофоны, теле- и видеокамеры, сканеры, факсы, клавиатуры ПК и т. д. КИ - кодер информации в информсигнале для сокращения объема (сжатия) информации с целью повысить скорость ее передачи или сократить полосу частот, требуемую для передачи. Данное звено необязательно, что показано скобками. КК - канальный кодер для повышения помехозащищённости информсигнала. М - сигнальный модулятор для изменения характеристик промежуточных сигналов-носителей в зависимости от величины информсигнала. Типичный пример - амплитудная модуляция сигнала-носителя высокой несущей частоты в зависимости от величины низкочастотного информсигнала. ЛПИ - линия передачи информации, представляющая совокупность физической среды (например, электромагнитное поле) и технических средств для изменения ее состояния с целью передачи сигнала-носителя к приемнику. ДМ - демодулятор для отделения информсигнала от сигнала-носителя. Присутствует только при наличии М. ДК - канальный декодер для выявления и/или исправления ошибок в информсигнале, возникших на ЛПИ. Присутствует только при наличии КК. ДИ - декодер информации. Присутствует только при наличии КИ. ПИ - приемник информации (компьютер, принтер, дисплей и т. д.). Если передача информации двусторонняя (канал дуплексный), то по обе стороны ЛПИ имеются блоки-модемы (МОдулятор-ДЕМодулятор), объединяющие в себе звенья М и ДМ, а также блоки-кодеки (КОдер-ДЕКодер), объединяющие кодеры (КИ и КК) и декодеры (ДИ и ДК). К основным отличительным чертам каналов относятся пропускная способность и помехозащищенность. В канале информсигнал подвергается действию шумов и помех. Они могут вызываться естественными причинами (например, атмосферными для радиоканалов) или быть специально созданными противником. Помехозащищенность каналов передачи повышают путем использования разного рода аналоговых и цифровых фильтров для отделения информсигналов от шума, а также спецметодов передачи сообщений, минимизирующих влияние шумов. Одним из таких методов является добавление лишних символов, не несущих полезного содержания, но помогающих контролировать правильность сообщения, а также исправлять в нем ошибки. Пропускная способность канала равна максимальному количеству двоичных символов (кбит), передаваемых им при отсутствии помех за одну секунду. Для различных каналов она варьируется от нескольких кбит/с до сотен Мбит/с и определяется их физическими свойствами. Клод Шеннон является автором специальной теории кодирования передаваемых данных, открывшим методы борьбы с шумами. Одна из основных идей этой теории заключается в необходимости избыточности передаваемого по линиям передачи информации цифрового кода. Это позволяет при потере какой-то части кода в процессе его передачи восстановить потерю. Такие коды (цифровые информсигналы) называются помехоустойчивыми. Однако избыточность кода нельзя доводить до слишком большой степени. Это ведёт к тому, что передача информации идет с задержками, а также к удорожанию систем связи. Другой важной составляющей теории передачи информации является система методов цифровой обработки сигналов в каналах передачи. Эти методы включают алгоритмы оцифровывания исходных аналоговых информсигналов с определенной частотой дискретизации, определяемой на основе теоремы Шеннона, а также способы формирования на их основе помехозащищенных сигналов-носителей для передачи по линиям связи и цифровой фильтрации принятых сигналов с целью отделения их от помех.Тема 1.4: Основы локальных сетей
Тема 1.5: Базовые технологии локальных сетей
Тема 1.6: Основные программные и аппаратные компоненты ЛВС
1.2. Среда и методы передачи данных в вычислительных сетях
1.2.2. Линии связи и каналы передачи данных
Проводные линии связи
Кабельные линии связи
Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы передачи данных
Рис. 1.
Процесс передачи информации
Информационные сообщения
Информационные сигналы
Аналоговые и цифровые сигналы
Каналы передачи информации
Характеристики каналов передачи
Теория передачи информации
Цифровая обработка сигналов
