33. Базовые понятия теории информации

Кибернетика — это наука об общих законах получения, хранения, передачи и

переработки информации.

Родоначальниками кибернетики (датой ее рождения считается 1948 год, год

соответствующей публикации) считаются американские ученые Норберт Винер (он — прежде всего) и Клод Шеннон (он же основоположник теории информации).

Теория информации тесно связана с такими разделами математики как теория

вероятностей и математическая статистика, а также прикладная алгебра, которые

предоставляют для нее математический фундамент. С другой стороны теория информации

исторически и практически представляет собой математический фундамент теории связи.

Часто теорию информации вообще рассматривают как одну из ветвей теории вероятностей или как часть теории связи. Таким образом, предмет "Теория информации" весьма узок, т.к. зажат между "чистой" математикой и прикладными (техническими) аспектами теории связи.

Теория информации представляет собой математическую теорию, посвященную

измерению информации, ее потока, "размеров" канала связи и т.п., особенно

применительно к радио, телеграфии, телевидению и к другим средствам связи.

Первоначально теория была посвящена каналу связи, определяемому длиной волны и

частотой, реализация которого была связана с колебаниями воздуха или

электромагнитным излучением. Обычно соответствующий процесс был непрерывным, но

мог быть и дискретным, когда информация кодировалась, а затем декодировалась. Кроме

того, теория информации изучает методы построения кодов.

Информация — нематериальная сущность, при помощи которой с любой

точностью можно описывать реальные (материальные), виртуальные (возможные) и

понятийные сущности. Информация — противоположность неопределенности.

Канал связи — это среда передачи информации, которая характеризуется в первую

очередь максимально возможной для нее скоростью передачи данных (емкостью канала связи).

Шум — это помехи в канале связи при передаче информации.

Кодирование — преобразование дискретной информации одним из следующих

способов: шифрование, сжатие, защита от шума.

Скорость передачи данных в канале связи без шума может быть не меньше, чем

максимальная частота волновых процессов, допустимая в этом канале.

При предельной частоте, равной 1000Гц, можно обеспечить скорость передачи данных

не меньше 1Кбод.

Примеры каналов связи и связанных с ними предельных частот: телеграф - 140Гц,

телефон - до 3.1КГц, короткие волны (10-100м) - 3-30МГц, УКВ (1-10м) - 30-300МГц, спутник (сантиметровые волны) - до 30ГГц, оптический (инфракрасный диапазон) - 0.15-400ТГц, оптический

(видимый свет) - 400-700ТГц, оптический (ультрафиолетовый диапазон) - 0.7-1.75ПГц.__

34. Каналы связи: основные понятия, примеры

Канал связи — совокупность средств, обеспечивающих передачу сигналов;

физическая среда и аппаратурные средства, осуществляющие передачу информации от одного узла коммутации к другому либо к абоненту связи.

Физическая среда — пространство или материал, обеспечивающие

распространение сигналов (проводная воздушная или кабельная линия, скрученная пара

проводов, коаксиальный кабель, стекловолоконная линия, эфир).

По телеграфным каналам информация передается в дискретной форме, что

облегчает их сопряжение с ЭВМ. По телефонным каналам информация передается в аналоговой форме, что усложняет сопряжение этих каналов с ЭВМ.

Канал информационный — это совокупность устройств, объединенных линиями

связи, предназначенных для передачи информации от источника информации (начального

устройства канала) до ее приемника (конечного устройства канала).

Технические характеристики канала определяются принципом действия входящих в него устройств, видом сигнала, свойствами и составом физической среды, в которой распространяются сигналы, свойствами применяемого кода.

Эффективность канала характеризуется скоростью и достоверностью передачи

информации, надежностью работы устройств и задержкой сигнала во времени.

Задержка сигнала во времени — это интервал времени от отправки сигнала

передатчиком до его приема приемником.

Математически канал задается множеством допустимых сообщений на входе,

множеством допустимых сообщений на выходе и набором условных вероятностей P( y/x)

получения сигнала Y на выходе при входном сигнале X. Условные вероятности

описывают статистические свойства "шумов" (или помех), искажающих сигнал в процессе

передачи. В случае, когда P(y/x)=1 при Y=X и P( y/x)=0 при Y≠X , канал называется каналом без "шумов".

В соответствии со структурой входных и выходных сигналов выделяют дискретные и непрерывные каналы. В дискретных каналах сигналы на входе и выходе представляют собой последовательность символов одного или двух (по одному для входа и выхода) алфавитов. В непрерывных каналах входной и выходной сигналы представляют собой функции от непрерывного параметра-времени. В случае смешанных или гибридных каналов их дискретные и непрерывные компоненты рассматриваются раздельно.

Канал передачи данных — канал связи, оснащенный аппаратурой для передачи

дискретной информации.

По направлениям передачи информации различают каналы:

• симплексные; позволяют передавать данные только в одном направлении;

• полудуплексные; передают данные в обоих направлениях, но не одновременно;

• дуплексные; позволяют передавать одновременно данные в обоих направлениях.

Передача дискретной (двоично-кодированной) информации по аналоговым каналам

связи осуществляется путем модуляции в передающем пункте колебаний несущей частоты.

Уплотнение каналов связи — статическое разделение канала, при котором

определенные полосы частот (или периоды времени) выделяются в фиксированном порядке для использования в качестве отдельных каналов.

Концентрация каналов связи — динамическая процедура распределения меньшего

числа более скоростных выходных каналов между большим числом менее скоростных входных каналов.

Коммутация каналов связи — совокупность операций по соединению каналов для

получения сквозного канала, который связывает через узлы коммутации один абонентский

пункт с другим.

Коммутация сообщений — передача информации с запоминанием в промежуточных узлах сети передачи данных без установления физического соединения между пунктами отправления и назначения.

Между пунктами устанавливается виртуальное или логическое соединение.

Каждое сообщение снабжается заголовком и передается как единое целое. Поступившее в

узел сообщение запоминается в буфере и когда освобождается соответствующий канал

связи, передается в следующий соседний узел. Сообщение как бы прыгает от узла к узлу,

занимая в каждый момент передачи только канал между соседними узлами.