Особенности адаптивных систем передачи данных

Недостатком многих корректирующих кодов является их слабая приспособленность к условиям передачи данных. Избыточность таких кодов постоянна и выбирается обычно из соображений требуемой верности (достоверности) при наилучших условиях передачи. Если избыточность кода привести в соответствие с реальным состоянием канала в данный промежуток времени, то можно существенно повысить эффективность канала без ущерба для достоверности передачи. Эта идея лежит в основе адаптивного кодирования и адаптивного декодирования.

В случае адаптивного декодирования в зависимости от числа ошибок в принимаемых комбинациях изменяют структуру и параметры алгоритмов декодирования и функции декодеров.

В случае адаптивного кодирования кроме указанных операций изменяют структуру и параметры кодов, алгоритмов кодирования и самих кодеров.

Функции адаптивных декодеров зависят от возможности организации обратного канала связи, а также от характера искажений сигналов, свойств помех, степени распределения ошибок и других факторов. Для построения систем адаптивного кодирования необходимо наличие канала связи с помощью которого на передающую сторону поступает информация о качестве канала и условиях передачи.

Системы передачи данных (СПД) без канала обратной связи позволяют в принципе достигать желаемой верности передачи информации путем использования соответствующих корректирующих формул. Платой за обеспечение желаемой достоверности служит существенное увеличение длины комбинаций, а также существенное усложнение аппаратуры.

Источник сообщений. Канал связи. Приемник. Канал обратной связи (КОС, ИОС, РОС).

Подаваемый символ. Контролируемый символ.

Недостатком систем без обратной связи является также и то, что источник не получает никаких подтверждений о том как принята информация в приемниках. Поэтому в таких системах предъявляются очень высокие требования к надежности используемой аппаратуры. Исходя из этого, системы без обратной связи применяются, в первую очередь, тогда, когда невозможно организовать канал обратной связи или недопустимы задержки при передаче информации. В силу указанных обстоятельств широкое распространение получили системы с обратной связью, в которых достоверность передачи повышается за счет обнаружения ошибок на приемной стороне и с повторением только неправильно принятых кодовых комбинаций. Адаптивное управление повторением информации существенно приближает избыточность кода к информационному пределу. При этом избыточность будет минимальной при отсутствии ошибок и будет увеличиваться с ростом их числа. Системы с обратной связью, в зависимости от способа организации обратной связи, делятся на системы с информационной обратной связью и с решающей обратной связью.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое кодер источника и его роль в каналах связи?

2. Для чего и когда используется кодер канала?

3. Где и для чего используют декодеры источника?

4. Для чего служит декодер канала?

5. Что является недостатком корректирующих кодов?

6. Какая идея лежит в основе адаптивного кодирования?

7. От чего зависит структура и параметры алгоритмов декодирования и функции декодеров?

8. От чего зависят функции адаптивных декодеров?

9. В чем преимущества систем передачи сообщений с обратной связью?

10. Какие разновидности систем передачи сообщений с обратной связью Вы знаете? В чем их отличие?

Лекция №10.

Цель лекции – изучение основных принципов построения информационных сетей

Задачи лекции:

- изучить основные элементы каналов связи;

- изучить особенности сред передачи данных телекоммуникационных систем

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Основные элементы каналов связи в информационных сетях.

2. Типы и характеристики сред передачи данных телекоммуникационных систем

Любая информационная сеть, в общем случае, включает в себя множество каналов передачи данных. При этом любая физическая среда, служащая основой для передачи соответствующих сигналов может обеспечивать работу сразу многих каналов. Основными элементами каналов передачи данных в информационных сетях являются:

1. Оконечное оборудование данных (ООД), которое представляет собой информационный блок осуществляющий подготовку данных, предназначенную для передачи по каналу и служащий в одном случае источником данных, в другом – приемником.

2. Среда передачи данных (СПД), то есть любая физическая среда, способная передавать информацию с помощью соответствующих сигналов. Может представлять электрический или оптический кабель, или открытое пространство (физическое).

3. Аппаратура передачи данных (АПД) которую называют аппаратурой окончания передачи данных. Представляет аппаратуру, непосредственно связывающую оконечное оборудование данных со средой передачи данных, являющееся пограничным оборудованием передачи данных. К аппаратуре передачи данных относятся модемы, сетевые адаптеры и так далее.

4. Промежуточное оборудование сети (ПОС) представляет аппаратуру, применяемую на линиях связи большой протяженностью, которая позволяет решать следующие задачи:

- улучшение качества сигнала;

- обеспечение постоянства структуры канала связи между соседними узлами сети

(мультиплексоры, повторители, трансляторы и так далее.)

Совокупность оконченного оборудования данных (ООД) и аппаратуры передачи данных (АПД) называется станцией.

Типы и характеристики сред передачи данных телекоммуникационных систем (ТКС)

В зависимости от среды передачи данных каналы связи (КС) принято разделять на кабельные, оптоволоконные и спутниковые (радиоканалы). В общем случае каналы связи можно характеризовать следующими показателями:

1. Стоимость – она складывается из стоимости оборудования и стоимости монтажа и эксплуатации.

2. Удобство подключения – определяется сложностью прокладки локальных сетей (ЛС) и сложностью применяемого оборудования.

3. Пропускная способность каналов связи определяется объемом информации, передаваемой в единицу времени.

4. Предельная длина локальных сетей (ЛС) – оценивается величиной затухания сигналов с увеличением расстояния.

5. Закрытость передачи данных (секретность) характеризует возможность защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа.

Вопросы для самопроверки

1. Какие элементы каналов передачи данных в информационных сетях являются основными?

2. Что такое оконечное оборудование данных и для чего используется?

3. Что такое среда передачи данных?

4. Для чего служит аппаратура передачи данных?

5. Для чего служит промежуточное оборудование сети?

6. Какие каналы связи по типу среды передачи Вы знаете?

7. Какими показателями характеризуются каналы связи?

8. Чем определяется удобство подключения канала связи?

9. Чем определяется пропускная способность канала связи?

10. Что характеризует закрытость передачи данных?

Лекция №11.

Цель лекции – изучение основных типов линий связи

Задачи лекции:

- изучить основные характеристики кабельных каналов связи;

- изучить особенности радио - и спутниковых каналов.

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Типы линий связи

2. Беспроводные каналы

1. Кабельные каналы (ЛС) (витая пара, коаксиальный кабель) – существует два типа этих линий: экранированная и неэкранированная витая пара является самой дешевой. Скорость передачи по каналам на их основе около 10 Мбит/сек, последние технологии до 100 Мбит/сек, являются сравнительно помехоустойчивыми, но недостаток – возможность свободного несанкционированного подключения или повреждения.

Коаксиальный кабель представляет центральный проводник, окруженный слоем изолированного материала, с помощью которого отделяется от внешнего экранированного сигнала.

Относится к числу наиболее распространенной передачи данных (сигналов). Стоимость коаксиальных кабелей в несколько раз выше, чем для витой пары и требует более сложного монтажа. Наличие экрана существенно повышает помехоустойчивость и снижает собственность излучаемой энергии в пространство. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю возможно, но сложнее чем к витой паре. Пропускная способность 50 – 10 Мбит/сек, длина – несколько километров, затухание сигнала в 10 МГц составляет от 1 дБ/м.

2. Оптоволоконные каналы связи (КС) формируются на основе оптоволоконных кабелей. Оптоволоконный кабель представляет собой светопроводящий носитель на кремниевой основе, заключенной в оболочку. По средствам таких кабелей осуществляется передача сигналов в одном направлении. Кабель состоит из двух оптических волокон. При использовании оптоволоконных каналов связи (КС) на передающей стороне нужно осуществлять преобразование электрических сигналов в оптические, и приемной стороне – обратное преобразование.

Главное достоинство – высокая помехоустойчивость и полное отсутствие излучения энергии в окружающее пространство. Поэтому несанкционированное подключение представляет значительные трудности. Скорость передачи измеряется в Гбит/сек, затухание сигнала практически отсутствует.

Главным недостатком является сложность монтажа, сравнительно низкая механическая прочность, чувствительность к ионизирующему излучению, долговечность кабеля ниже, чем у электрического.

3. Классическим видом является радиоканалом.

В настоящее время радиоканал с использованием открытого пространства реализуется во многих случаях на основе использования элементов спутниковой связи. Такие радиоканалы на ряду с использованием передающих и принимающих устройств включает в себя как правило специальные спутники (искусственный спутник Земли), движущиеся по специально выбранным траекториям. Траектория носит характер геостационарной орбиты.

Основное преимущество данного вида связи заключается в возможности обеспечения связи между станциями, расположенными на расстоянии друг от друга или в разных концах.

Недостатком этого вида связи является:

- высокая стоимость. Однако в ряде случаев такой вид связи оказывается единственно возможным;

- невысокая помехозащищенность, обусловлена влиянием природных факторов – грозы, искусственные помехи, пуски ракет;

- невысокая защищенность от проникновения.

Обеспечение защищенности конфиденциальности должно быть достигнуто средствами специального кодирования и средствами защиты.

4. К беспроводным каналам относят и устройства с инфракрасным излучением и ряд других.

Вопросы для самопроверки

1. Какие каналы связи относятся к кабельным?

2. Что представляет собой коаксиальный кабель?

3. На основе чего формируются оптоволоконные каналы связи?

4. Перечислить преимущества и недостатки оптоволоконных каналов связи.

5. Какой вид канала связи является классическим?

6. Что такое геостационарная орбита?

7. Какие недостатки имеет спутниковая связь?

8. С помощью чего может быть достигнута конфиденциальность передачи?

9. Какие каналы связи относятся к беспроводным?

10. Какие каналы связи чаще используются для передачи данных?

Лекция №12.

Цель лекции – изучение методов коммутации узлов в системах передачи данных

Задачи лекции:

- изучить основные схемы коммутации; используемое для этих целей оборудование.

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Коммутация каналов;

2. Коммутация сообщений и коммутация пакетов.

Любые сети используют некоторые методы коммутации узлов. При этом способ коммутации должен обеспечивать доступность имеющихся каналов одновременно для нескольких сеансов связи между станциями. Станции соединяются с коммутаторами индивидуальными каналами, каждый из которых используется в соответствующий момент времени только одной из закрепленных за этим каналом станций. Каналы связи (КС) между коммутаторами используются совместно. Существует три принципиально разных схемы коммутации, а именно:

- коммутация каналов;

- коммутация сообщений;

- коммутации пакетов.

Коммутация каналов – процесс, при котором соединение двух и более станций осуществляется по соответствующему запросу, при этом обеспечивается монопольное использование каналов связи (КС) до тех пор, пока не произойдет разъединение.

Коммутация каналов физически представляет собой образования непрерывного составного канала, состоящего из последовательно соединенных канальных участков для обеспечения передачи данных между соответствующими узлами. Отдельные узлы соединяются между собой по средствам специальной аппаратуры – коммутаторов, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети.

Коммутация сообщений – сообщения - это данные объединенные некоторым смысловым содержанием, имеющие определенную структуру и пригодные для пересылки и/или использования.

При коммутации сообщений осуществляется процесс пересылки данных включающих прием, выбор направлений, хранение и последовательную передачу сообщений без нарушения их целостности.

Этот метод используется в тех случаях, когда не требуется немедленной реакции на принимаемые (передаваемые) сообщения. При этом сообщения передаются между компьютерами сети с временной буферизацией их на дисках каждого из компонентов.

Коммутация пакетов – коммутация сообщения, организованных в виде адресованных пакетов.

Она осуществляется в те моменты, когда канал передачи данных занят только на время передачи пакета, и он освобождается после этого для передачи других пакетов.

Коммутаторы сети, в роли которых в данном случае выступают маршрутизаторы, принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, пока не достигнут станции назначения.

Вопросы для самопроверки

1. Что представляет собой коммутация узлов сети?

2. Что должны обеспечивать способы коммутации?

3. Какие схемы коммутации используют в СПД?

4.Что обеспечивает коммутация каналов?

5. Для каких целей используют коммутатор?

6. Что представляет собой сообщение?

7. Как осуществляется пересылка данных при коммутации сообщений?

8. В каких случаях используется коммутация сообщений?

9. Как осуществляется коммутация пакетов?

10. Для чего используют маршрутизаторы?

Лекция №13.

Цель лекции – изучение методов обмена данными в локальных вычислительных сетях топологии «звезда»

Задачи лекции:

- изучить основные методы организации доступа к сетям

- изучить методы обмена данными в сетях топологии «звезда»

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Организация доступа к сетям

2. Методы обмена данными в локальных вычислительных сетях топологии «звезда»

Каждый узел сети работает самостоятельно и в любой момент времени может обратиться к сети, поэтому возникает необходимость упрощения обмена с целью упорядоченного использования сети различными узлами, а также для предотвращения и разрешения конфликтов между ними. Для управления обменом могут использовать различные методы взаимодействия в зависимости от характера топологии сети.

1. Обмен данными в сети типа «звезда».

Поскольку здесь может возникнуть ситуация, когда несколько узлов одновременно будут передавать информацию, то возникает необходимость решить вопрос о приоритете передачи. Так как чаще всего центральный компонент сети обменивается с первым узлом, то возникает необходимость выделить первый периферийный узел из числа ведущих передачу в данный момент. Существует два варианта решения этой проблемы:

а) активный центр – в этом случае центральный компонент посылает запросы по очереди всем компьютерам; каждый из компьютеров, желающий передать информацию посылает ответ или же сразу начинает вести передачу. При этом соблюдают условия приоритета, а именно максимальный приоритет имеет тот периферийный узел, который расположен ближе всего к последнему абоненту, завершившему передачу. Центральный компонент ведет передачу без всякой очереди.

б) пассивный центр – в этом случае центральный компонент не опрашивает, а слушает все периферийные узлы. Те узлы, которые хотят передать сообщения, периодически посылают запросы и ждут на них ответ, когда центр принимает запрос, он отвечает запросившему узлу и разрешает ему передачу. При этом приоритеты такие же, как и при режиме с активным центром.

Вопросы для самопроверки

1. Какая проблема возникает при функционировании сети?

2. От чего зависит алгоритм управления обменом?

3. Как осуществляется обмен данными в сети типа «звезда»?

4. Как решается вопрос о приоритете передачи в сети типа «звезда»?

5. Что такое активный центр?

6. Какой периферийный узел имеет максимальный приоритет?

7. Как ведет передачу центральный компонент?

8. Что такое пассивный центр?

9. Какими функциями наделен центральный компонент в сети с пассивным центром?

10. Как решается вопрос о приоритете передачи в сети с пассивным центром?

Лекция №14.

Цель лекции – изучение методов обмена данными в локальных вычислительных сетях топологий «шина» и «кольцо»

Задачи лекции:

- изучить методы обмена данными в сетях типов «шина» и «кольцо».

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Обмен данными в сетях типа «шина».

2. Обмен данными в топологии типа «кольцо».

При этой топологии может быть использовано централизованное управление, как и в «звезде». Для этого один из узлов должен быть назначен центральным, посылая всем остальным соответствующие запросы.

Однако гораздо чаще в этой топологии реализуется децентрализованное управление. В этом случае все узлы имеют равный доступ к сети и решение о том, когда можно вести передачу каждый из узлов принимает самостоятельно на месте, исходя из текущего состояния сети. При этом возможна конкуренция между узлами за захват сети. Отсюда могут возникнуть конфликты между узлами, при этом могут возникнуть искажения передаваемых данных. В настоящее время существует множество алгоритмов доступа к сети. Наиболее часто применяется метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений.

Суть алгоритма метода:

1 – узел, желающий передать информацию, следит за состоянием сети и, как только она освобождается, начинает вести свою передачу;

2 – узел, ведя передачу данных, одновременно контролирует состояние сети, если столкновение не обнаружено передача доводится до конца;

3 – если столкновение обнаружилось, то узел усиливает его. С таким расчетом, чтобы это столкновение было гарантированно обнаружено другими узлами сети, после чего прекращает передачу. Также поступают другие передающие узлы.

4 – после прекращения неудачной попытки узел выдерживает паузу и затем повторяет свою попытку передачи, контролируя столкновения. При наличии повторного столкновения длительность паузы увеличивается и так далее.

Достоинства:

- после освобождения сети все узлы остаются равноправными, и не один из них не может надолго захватить сеть, хотя при этом неизбежны конфликты.