19. Телекоммуникационные системы. Основные части и характеристики этих систем. Особенности и варианты симплексных, дуплексных и полудуплексных систем. Методы уплотнения каналов.

Телекоммуникация – это связь на расстоянии (с латыни). Совокупность средств техники, которые способны обмениваться между собой данными (информацией), и которые подключены к общему коммуникационному окружению, являются коммуникационной системой.

Каждая телекоммуникационная сеть складывается из серверов – устройств, которые передают один другому информацию по специальным протоколам, а также они отвечают на обращение клиентских устройств.

Серверы организуют применение так называемых устройств для хранения данных и каналов связи (общие сетевые ресурсы сети). Для связи между собой серверов сети применяются как обыкновенные токопроводящие линии, так и активно развивающиеся в наше время линии беспроводной коммуникации.

Телекоммуникационные системы – это телефонные сети, компьютерные сети, кабельное телевидение, радиосвязь и мобильная связь и многое другое.

Существуют такие системы передачи информации: ЛВС локальные (местные) вычислительные сети, корпоративная связь, интеграция многосегментных и многопротокольных сетей.

Основные свойства телекоммуникационных систем.

1. являются информационными системами (транспортировка (перенос) информации). 2. состоят из двух основных подсистем: технической и пользовательской. Взаимодействие этих подсистем определяет структуру и функции телекоммуникационной системы.

3. являются «большими» системами, содержащими огромное количество компонентов. Компоненты имеют различное устройство и выполняют различные функции.

4. многосвязные: компоненты соединены между собой и имеют как прямые, так и обратные связи. Структура и топология телекоммуникационных систем переменны, управляемы, зависят от пользователей

5. являются крупномасштабными системами, охватывающими крупные территории и интегрирующимися в мировую систему телекоммуникаций.

7. являются эргатическими (основной элемент – человек)

8. являются немарковскими с точки зрения протекающих в них процессов. Это означает, что поведение системы определяется не только текущим состоянием, но и предысторией, причем довольно длительной, а также скрытыми возможностями, включающимися спонтанно в определенных условиях.

9. нелинейны.

10. синергетичны, т.е. самоорганизуемы и склонны к самостоятельному автономному поведению, обладают способностями к самосохранению и противодействию внешним воздействиям.

11. находятся в непрерывном развитии.

12. наукоемки и базируются на перспективных технических разработках.

13. являются сложными системами высокого уровня, т.е. сверхсложными.

Сверхсложными называются системы, состоящие из нескольких сложных систем. Сложность образуется в результате взаимодействия ряда указанных выше факторов: многокомпонентности; нелинейности; большого числа степеней свободы; наличия памяти. В отличие от сложных систем у простых систем выходные параметры функционально связаны с входными воздействиями.

Для описания технической подсистемы телекоммуникационной системы обычно используют эталонную модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection).

Эталонная модель OSI позволяет представить задачу передачи информации в телекоммуникационных системах в виде совокупности относительно автономных подзадач (т.е. использовать метод декомпозиции). Модель имеет семь уровней. Каждый из уровней имеет стандартное название и реализует одну или несколько функций (подзадач) в рамках определенных логических границ. Модель OSI описывает путь информации через сеть от одного оконечного устройства сети к другому. При этом информация проходит сверху вниз через все уровни своей системы. В реальной жизни несколько уровней реализации могут отсутствовать, но идеология пропуска информации сверху вниз остается неизменной. Каждый уровень предоставляет свои функции более высокому уровню в сочетании с функциями, которые ему предоставил более низкий уровень.

В современных телекоммуникационных системах в качестве оконечных устройств обычно применяются компьютеры или устройства, созданные на базе компьютеров.

Назначение уровней эталонной модели.

Начнем с верхнего уровня, т.к. именно на нем начинается активизация процесса передачи информации.

Прикладной уровень (Application layer) — отвечает за инициализацию и завершение сеансов связи, распределение программных и аппаратных средств для реализации процесса.

Представительный уровень (Presentation layer) — обеспечивает работу прикладного уровня, структурирует данные, осуществляет преобразование символьных потоков, засекречивание и рассекречивание информации, а также осуществляет необходимые преобразования данных для отображения их на дисплеях или печатающих устройствах.

Сеансовый уровень (Session layer) — создает стандарт сеанса и контролирует его соблюдение. На этом уровне регламентируются правила ведения диалога. В случае прерывания сеанса на этом уровне обеспечивается его восстановление или извещение о невозможности дальнейшей работы.

Транспортный уровень (Transport layer) — обеспечивает управление транспортировкой сообщения. В частности, на этот уровень возложены задачи контроля целостности сообщений, оптимизации использования средств связи, выбор вида и качества обслуживания процесса. На этом уровне выбирается тип коммутации (каналов, сообщений, пакетов и т.д.), формируется стандартное транспортное сообщение из входных данных, проводится формирование начала и конца транспортируемых единиц данных.

Эти четыре уровня эталонной модели определяют и реализуют процессы взаимодействия пользователей, поэтому их иногда называют подсистемой пользователя.

Три нижних уровня определяют работу непосредственно сети связи при обслуживании пользователей. Поэтому их называют подсистемой сети.

Сетевой уровень (Network layer) — реализует доставку данных между любыми узлами сети. На этом уровне формируются физические и виртуальные каналы, дейтаграммы, осуществляются маршруты продвижения данных. Этот уровень отвечает за правильность сборки сообщения из сетевых единиц.

Канальный уровень (Data Link layer) — определяет правила передачи модуля данных по физическому звену связи. Этот уровень отвечает за обнаружение и исправление ошибок, возникающих из-за помех в канале связи, формирование сообщений вышестоящему уровню о неустранимых ошибках, слежение за скоростью обмена.

Физический уровень (Physical layer) — управляет средствами организации физического соединения, идентифицирует каналы, обнаруживает повреждения канала и передает информацию объектам канального уровня. Физический уровень ограничивается процессами и механизмами, необходимыми для передачи сигналов в передающую среду и приема сигналов из этой среды. Поэтому иногда вводится понятие «нулевой уровень» эталонной модели OSI. В модели OSI одинаковые уровни различных систем сообщаются между собой посредством протоколов. Однако эти одинаковые уровни различных систем не связываются между собой непосредственно, а только через физический уровень, что обеспечивает полную совместимость любых систем различного типа. ( далее ОБЪЯСНЕНИЕ)

Эталонная модель OSI использует концепцию инкапсуляции. Информация, полученная текущим уровнем от вышестоящего уровня, заключена в определенную упаковку. Текущий уровень добавляет снаружи оболочки информацию, предназначенную для равного ему уровня в следующем устройстве, и заключает все это в новую оболочку. Затем вся эта информация передается нижележащему уровню, который не может открыть оболочку вышележащего уровня.

В некоторых случаях на транспортном уровне (4-й уровень модели OSI) приходится разбивать инкапсулу на несколько сегментов, при этом каждому сегменту присваивается свой номер, чтобы в приемном устройстве можно было бы правильно восстановить информацию.

На уровне подсистемы сети используются различные форматы передачи информации.

Общеупотребительными форматами являются: кадры, пакеты, дейтаграммы, сегменты, сообщения, ячейки и модули данных.

Кадр (frame) — модуль данных, который передается на канальном уровне. Кадр состоит из заголовка канального уровня и информации верхнего уровня, инкапсулированной в заголовок

Пакет (packet) — модуль данных, который передается на сетевом уровне. Пакет также состоит из заголовка сетевого уровня и информации верхнего уровня, инкапсулированной в заголовок.

Дейтаграмма (datagram) — модуль данных, который передается на сетевом уровне с помощью сетевой службы, не требующей подтверждения соединения.

Сегмент (segment) — модуль данных, который передается на транспортном уровне. Сообщение (message) — модуль данных, который передается на уровнях выше сетевого. Ячейка (cell) — модуль данных фиксированного размера (53 байта), который передается на канальном уровне. Ячейка состоит из заголовка (имеющего длину 5 байтов) и блока данных, инкапсулированных с вышестоящего уровня (имеющего длину 48 байтов).

Модуль данных (data unit) — базовый термин, обозначающий различные блоки информации.

В повседневной жизни мы общаемся между собой в дуплексном режиме, т. е. мы можем одновременно говорить и слышать собеседника. В техническом плане возможен промежуточный вариант, полудуплекс, но с точки зрения конечного пользователя он эквивалентен симплексу.

Таким образом, дуплекс более привычен и естественен для общения. Обычная телефонная связь, в том числе и в сотовых сетях, осуществляется в дуплексном режиме.

1. В симплексе достаточно просто реализуется один из основных режимов радиообмена в сетях - групповой вызов и различные его вариации. В современных дуплексных сетях возможна организация так называемой конференц-связи.

2. Дуплексный режим менее экономичен. Это вызвано тем, что для сохранения радиоканала в обоих направлениях передатчик мобильной станции работает непрерывно, в то время как разговор обычно происходит в виде диалога или монолога, поэтому в среднем 50 % времени передачи сигнала в одном из направлений не требуется, и энергия источника питания расходуется неоптимально. В симплексных радиостанциях энергия источника питания исп-ся более рационально.

3. В условиях неустойчивой связи дуплекс менее надежен, так как требуется поддержание надежного канала связи в обоих направлениях.

4. В техническом плане реализация дуплексного режима значительно сложнее, так как требуется применение дополнительных технических решений для обеспечения одновременной работы приемника и передатчика, поэтому дуплексные радиостанции обычно дороже симплексных.

5. При организации сети связи, радиосредства которой работают в симплексном режиме, как правило, требуется значительно меньше каналов связи. Тем самым симплексный режим способствует экономии ресурсов радиочастотного спектра.

6. Следует отметить, что в отдельных случаях решающим фактором выполнения задачи может оказаться возможность передачи сообщения от диспетчера стационарной радиостанции мобильным абонентам, даже если по каким-либо причинам обратный канал связи невозможен. При симплексном режиме это не вызовет затруднения, в дуплексе такое невозможно.

Основные компоненты телекоммуникационной системы:

1. Серверы, хранящие и обрабатывающие информацию.

2. Рабочие станции и пользовательские ПК, служащие для ввода запросов к базам данных, получения и обработки результатов запросов и выполнения других задач конечных пользователей информационных систем.

3. Коммуникационные каналы – линии связи, по которым данные передаются между отправителем и получателем информации. Коммуникационные каналы используют различные типы среды передачи данных: телефонные линии, волоконно-оптический кабель, коаксиальный кабель, беспроводные и другие каналы связи.

4. Активное оборудование – модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и проч. Эти устройства необходимы для передачи и приема данных.

5. Сетевое программное обеспечение, управляющее процессом передачи и приема данных и контролирующее работу отдельных частей коммуникационной системы.