2570
.pdf
Рис. 6.9. Зависимость длинны волны в ОВ от затухания
В настоящее время оптоволокно с такой характеристикой уже считается устаревшим. Достаточно давно освоен выпуск оптоволокна типа AllW ave ZWP (zerowaterpeak, с нулевым пиком воды), в
котором устранены гидроксильные ионы в составе кварцевого стекла. Такое стекло имеет уже не окно, а прямо-таки проём в диапазоне от 1300 до 1600 нм.
Все окна прозрачности лежат в инфракрасном диапазоне, то есть свет, передающийся по ВОЛС, невиден глазу. Стоит заметить, что в стандартное оптоволокно можно ввести и видимое глазом излучение. Для этого применяют либо небольшие блоки, присутствующие в некоторых рефлектометрах, либо даже слегка переделанную китайскую лазерную указку. С помощью таких приспособлений можно находить переломы в шнурах. Там, где оптоволокно сломано, будет видно яркое свечение. Такой свет быстро затухает в волокне, так что использовать его можно только на коротких расстояниях (не более 1 км).
71
Гибкость оптического волокна Фотография отображает гибкость оптоволокна.
Рис. 6.10
Здесь изображено стандартное одномодовое волокно. Диаметр 125 мкм кварцевого стекла, использующееся повсеместно. Из-за лакового покрытия хорошо выдерживает изгибы в 5 мм (см. рис. 6.10).
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)
Оптоволоконные сети, безусловно, являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Кроме того, оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям, что снимает некоторые типичные проблемы медных систем связи, такие как грозы и электрические наводки. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния с меньшими потерями. Несмотря на то, что эта технология все еще остается дорогостоящей, цены на оптические компоненты постоянно падают, в то время как возможности медных линий приближаются к своим предельным значениям и требуются все больших затрат на дальнейшее развитие этого направления. В силу дороговизны оптический кабель пока используется для построения внешних магистралей, в пределах здания по прежнему используются медные провода.
72
В основе оптоволоконных технологий лежит принцип использования света, как основного источника информации. Отправитель преобразовывает информацию в световую волну, а адресат, получая последнюю, в свою очередь интерпретирует свет как информацию. Свет гораздо проще передать на дальнее расстояние с меньшими потерями, нежели электрический ток. Кроме того, он неподвержен воздействию электромагнитных полей и способен передавать на порядки большее количество информации. С другой стороны оптические технологии во многом являются более тонкими, поэтому качественная реализация оптоволоконного проекта требует детального понимания механизма передачи света и применяемых законов оптики.
Преимущества ВОЛС Передача информации по ВОЛС имеет целый ряд достоинств
перед передачей по медному кабелю. Стремительное внедрение в информационные сети оптических линий связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.
Широкая полоса пропускания Полоса пропускания обусловлена чрезвычайно высокой
частотой несущей 1014 Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания – это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации.
Высокая помехозащищенность Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала,
оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В много волоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.
73
Высокая защищенность от постороннего доступа Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то
передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные системы, использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.
Гальваническая развязка элементов сети Данное преимущество оптического волокна заключается в его
изолирующем свойстве. Волокно помогает избежать электрических "земельных" петель, которые могут возникать, когда два сетевых устройства неизолированной вычислительной сети, связанные медным кабелем, имеют заземления в разных точках здания, на пример на разных этажах. При этом может возникнуть большая разность потенциалов, что способно повредить сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет.
Длительный срок эксплуатации Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает,
что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет.
Стандарты оптоволокна Оптические волокна производятся разными способами,
обеспечивают передачу оптического излучения на разных длинах волн, имеют различные характеристики и выполняют разные задачи. Все оптические волокна делятся на две основные группы:
74
многомодовые MMF (multimodefiber) и одномодовые SMF (singlemodefiber).
Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые
(stepindexmultimodefiber) и градиентные (gradedindexmultimodefiber).
Одномодовые волокна подразделяются на ступенчатые одномодовые волокна (stepindexsinglemodefiber) или стандартные волокна SF (standardfiber), на волокна со смещенной дисперсией DSF (dispersion-shiftedsinglemodefiber), и на волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (non-zerodispersion- shiftedsinglemodefiber)
Каждое волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления. Сердцевина, по которой происходит распространение светового сигнала, изготавливается из оптически более плотного материала.
При обозначении волокна указываются через дробь значения диаметров сердцевины и оболочки. Волокна отличаются диаметром сердцевины и оболочки, а также профилем показателя преломления сердцевины. У многомодового градиентного волокна и одномодового волокна со смещенной дисперсией показатель преломления сердцевины зависит от радиуса. Такой более сложный профиль делается для улучшения технических характеристик или для достижения специальных характеристик волокна.
7. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ
Основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения, что имеет наибольшее значение для информатики, это:
графическая или изобразительная - первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем, чертежей на бумаге, холсте, мраморе и др. материалах, изображающих картины реального мира;
звуковая - мир вокруг нас полон звуков и задача их хранения и тиражирования была решена с изобретением
75
звукозаписывающих устройств в 1877 г. ее разновидностью является музыкальная информация - для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации;
текстовая - способ кодирования речи человека специальными символами - буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания;
числовая - количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; аналогично текстовой информации для ее отображения используется метод кодирования специальными символами - цифрами, причем системы кодирования (счисления) могут быть разными;
видеоинформация - способ сохранения «живых» картин окружающего мира, появившийся с изобретением кино.
Существуют также виды информации, для которых до сих пор не изобретено способов их кодирования и хранения - это тактильная информация, передаваемая ощущениями, органолептическая, передаваемая запахами и вкусами и др.
Создателем общей теории информации и основоположником цифровой связи считается Клод Шеннон (Claude Shannon). Всемирную известность ему принес фундаментальный труд 1948 года - «Математическая теория связи» (A Mathematical Theory of Communication), в котором впервые обосновывается возможность применения двоичного кода для передачи информации.
Единство законов обработки информации в системах различной пpиpоды (физических, экономических, биологических и т.п.) является фундаментальной основой теории информационных процессов, определяющей ее общезначимость и специфичность. Объектом изучения этой теории является информация - понятие во многом абстрактное, существующее «само по себе» вне связи с конкретной областью знания, в которой она используется.
Информационные pесуpсы в современном обществе играют не
76
меньшую, а нередко и большую роль, чем ресурсы материальные. Знания, кому, когда и где продать товар, может цениться не меньше, чем собственно товар. В связи с этим большая роль отводиться и способам обработки информации. Появляются всё более и более совершенные компьютеры, новые, удобные программы, современные способы хранения, передачи и защиты информации.
С позиций рынка информация давно уже стала товаром, и это обстоятельство требует интенсивного развития практики, промышленности и теории компьютеризации общества. Компьютер как информационная среда не только позволил совершить качественный скачек в организации промышленности, науки и рынка, но он определил новые самоценные области производства: вычислительная техника, телекоммуникации, пpогpаммные продукты.
Тенденции компьютеризации общества связаны с появлением новых профессий, связанных с вычислительной техникой, и различных категорий пользователей ЭВМ. Если в 60-70е годы в этой сфере доминировали специалисты по вычислительной технике (инженеpы-электpоники и программисты), создающие новые средства вычислительной техники и новые пакеты прикладных программ, то сегодня интенсивно расширяется категория пользователей ЭВМ - представителей самых разных областей знаний, не являющихся специалистами по компьютерам в узком смысле, но умеющих использовать их для решения своих специфических задач.
Рис. 7.1. Цикл обработки информации
77
Пользователь ЭВМ должен знать общие принципы организации информационных процессов в компьютерной среде, уметь выбрать нужные ему информационные системы и технические средства и быстро освоить их применительно к своей предметной области.
7.1. Цели, задачи и виды обработки информации
Информационные процессы (сбор, обработка и передача информации) всегда играли важную роль в науке, технике и жизни общества. В ходе эволюции человечества просматривается устойчивая тенденция к автоматизации этих процессов, хотя их внутреннее содержание по существу осталось неизменным.
Сбор информации – это деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте.
Сбор информации может производиться или человеком, или с помощью технических средств и систем - аппаратно. Например, пользователь может получить информацию о движении поездов или самолетов сам, изучив расписание, или же от другого человека непосредственно, либо через какие-то документы, составленные этим человеком, или с помощью технических средств (автоматической справки, телефона и т.д.). Задача сбора информации не может быть решена в отрыве от других задач, - в частности, задачи обмена информацией (передачи).
Обмен информацией - это процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель - принимает.
Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача этой информации. В результате обмена информацией между источником и получателем устанавливается своеобразный «информационный баланс», при котором в идеальном случае получатель будет располагать той же информацией, что и источник.
Обмен информации производится с помощью сигналов, являющихся ее материальным носителем. Источниками информации могут быть любые объекты реального мира, обладающие определенными свойствами и способностями. Если объект относится
78
к неживой природе, то он вырабатывает сигналы, непосредственно отражающие его свойства. Если объектом-источником является человек, то вырабатываемые им сигналы могут не только непосредственно отражать его свойства, но и соответствовать тем знакам, которые человек вырабатывает с целью обмена информацией.
Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой целью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (магнитном, фото, кино и др.).
Накопление информации - это процесс формирования исходного, несистематизированного массива информации.
Среди записанных сигналов могут быть такие, которые отражают ценную или часто используемую информацию. Часть информации в данный момент времени особой ценности может не представлять, хотя, возможно, потребуется в дальнейшем.
Хранение информацииэто процесс поддержания исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.
Обработка информации - это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи.
После решения задачи обработки информации результат должен быть выдан конечным пользователям в требуемом виде. Эта операция реализуется в ходе решения задачи выдачи информации. Выдача информации, как правило, производится с помощью внешних устройств ЭВМ в виде текстов, таблиц, графиков и пр.
Свойства информации
Как и всякий объект, информация обладает свойствами. Характерной отличительной особенностью информации от других объектов природы и общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства исходных данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, фиксирующих эту информацию.
С точки зрения информатики, наиболее важными представляются следующие общие качественные свойства: объективность, достоверность, полнота, точность, актуальность,
79
полезность, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость и пр.
Объективность информации. Объективный - существующий вне и независимо от человеческого сознания. Информация - это отражение внешнего объективного мира. Информация объективна, если она не зависит от методов ее фиксации, чьего-либо мнения, суждения.
Пример. Сообщение «На улице тепло» несет субъективную информацию, а сообщение «На улице 22 °С» - объективную, но с точностью, зависящей от погрешности средства измерения.
Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Отражаясь в сознании человека, информация может искажаться (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта, и, таким образом, перестать быть объективной.
Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:
преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства;
искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и недостаточно точных средств ее фиксации.
Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению.
Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.
Актуальность информации- важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может быть полезна.
Полезность (ценность) информации. Полезность может быть оценена применительно к нуждам конкретных ее потребителей и
80