Согласование статистических свойств источника сообщения и канала связи.

Такое согласование производится с целью передачи качества данных.

Оценка качества передачи осуществляется по трем основным показателям:

1. Достоверность

2. Скорость передачи

3. Сложность технической реализации

Достоверность дискретного канала обычно оценивается значением вероятности ошибочного приема единичного символа (элементарного сигнала)

Достоверность характеризует помехоустойчивость канала связи.

Средняя скорость передачи характеризует эффективность канала связи.

Кодирование представляет процедуру преобразования сообщений в определенную последовательность символов или сигналов.

Шенноном была доказана основная теорема кодирования, где показано, что по каналу связи с заданной пропускной способностью можно передавать информацию со скоростью, близкой к пропускной способности канала и малой вероятностью ошибки.

Из теоремы Шеннона для случая дискретного канала с помехами вытекает, что помехи в канале не накладывают ограничений на достоверность передачи сообщений. Ограничения в этом случае накладываются только на скорость передачи, при которой может быть достигнута максимальная достоверность.

При наличии помех в канале для повышения достоверности в передаваемые сообщения необходимо вводить дополнительную избыточность, которая позволяла бы максимально устранить помехи в канале( при этом скорость передач информации снижается).

Таким образом, два основных требования, предъявляемые к системам передачи: эффективность (скорость) и помехоустойчивость (достоверность) передачи. Всякое увеличение избыточности делает передачу более надежной, но снижается эффективность. Поэтому при проектировании каналов связи необходимо отыскивать решения, обеспечивающие достаточно высокую эффективность (скорость) при требуемой достоверности.

В системах передачи информации в отличие от устройств вычислительной техники в качестве первостепенной задачи предполагают быстроту и достоверность передачи, а не удобство ее обработки.

В случае, когда свойства конкретного источника сигналов (сообщений) не соответствует свойствам канала связи, эффективность информационной системы может оказаться невысокой, как было показано Шенноном. Эффективность передачи может быть повышена путем введения в состав кодирующих устройств.

Вопросы для самопроверки

1. Какие параметры характеризуют физические свойства канала связи?

2. Что такое объем канала связи?

3. Укажите физические характеристики сигналов, необходимые для передачи по каналу связи?

4. Что называется объемом сигнала?

5. В чем состоит необходимое условие согласования сигнала и канала связи?

6. Каково достаточное условие согласования сигнала и канала связи?

7. Для чего необходимо согласование статических свойств источника сообщения и канала связи?

8. Как оценивается качество передачи данных по каналу связи?

9. Как оценивается достоверность передачи информации?

10. Что такое эффективность передачи по каналу связи?

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

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.

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 №5

Цель лекции – изучение способов синхронизации в системах передачи данных

Задачи лекции:

- изучить основы построения цифровых сетей интегрального обслуживания

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Основы построения цифровых сетей интегрального обслуживания

2. Способы синхронизации в системах передачи данных

В аналоговых каналах связи промежуточная аппаратура предназначенна для усиления и коррекции передаваемых сигналов (по амплитуде и форме).

В дискретных каналах связи оконченное оборудование данных (ООД) работает с дискретными сигналами, что требует преобразования дискретных в цифровые, и наоборот. При передаче дискретных данных через цифровой канал не требуется специализированного оборудования для преобразования передаваемых сигналов, но так как среда передачи данных и промежуточное оборудование имеет другие характеристики, чем оконченное оборудование данных (ООД), то для передачи и распознавания данных приходится использовать методы кодирования, отличные от методов, используемых в оконечном оборудовании данных (ООД).

Параллельная передача данных, используемая в компьютерных системах, в информационных сетях обычно не используется. Это связано с тем, что параллельная передача требует повышенного количества шин, которое определяется количеством разрядов, используемым в параллельных кодах. Это приводит к удорожанию информационной сети.

При передаче данных с помощью гармонических сигналов такой режим предпочтителен при определенном уровне искажения в канале связи.

При передаче данных возникает необходимость в согласованной работе передающей и принимающей аппаратуры, возникает проблема их синхронизации. В зависимости от способа решения проблемы синхронизации различают синхронную, асинхронную передачу и передачу с автоподстройкой.

1. Синхронная передача – системы, реализующие синхронный метод передачи, отличаются наличием дополнительной линии связи, которая служит для передачи синхронизирующих импульсов. В этих системах выдача битов данных производится в моменты проявления синхроимпульсов. При такой организации связи синхронизация приема и передачи осуществляется достаточно надежно, однако неизбежно увеличение стоимости канала связи за счет необходимости организации дополнительной линии связи.

2. Асинхронный тип передачи – в системах с таким режимом работы не требуется использование дополнительной линии связи. Передача в этом случае осуществляется блоками фиксированной длины (байтами). Синхронизация принимаемой станции обеспечивается тем, что перед каждым передаваемым байтом посылается дополнительный сигнал – старт-бит или старт- байт. После переданного байта передается дополнительный сигнал – стоп байт.

Данный метод синхронизации целесообразен в системе с достаточно низкими скоростями передачи.

3. Системы с автоподстройкой – не требуют применения дополнительной линии связи, поэтому часто применяется в современных высокоскоростных системах передачи данных (СПД). В таких системах синхронизация достигается за счет использования самосинхронизирующихся кодов. В этом случае кодирование данных заключается в том, чтобы обеспечить регулярные и частные изменения уровней сигналов. Каждый переход уровня сигнала от высокого к низкому - используется для подстройки преемника, чем чаще осуществляются переходы с уровня на уровень, тем надежнее происходит синхронизация приемника.

Более умеренно осуществляется идентификация принимаемых байтов. Наиболее распространенных в системах передачи данных (СПД) с автоподстройкой являются следующие самосинхронизирующиеся коды:

- потенциальный код без возвращения к нулю;

- потенциальный код с возвратом к нулю;

- манчестерский код.

Вопросы для самопроверки

1. Для чего предназначена промежуточная аппаратура в аналоговых каналах связи?

2. Как происходит преобразование сигналов в цифровых сетях?

3. Какой вид передачи данных используется в информационных сетях?

4. Почему параллельная передача не используется в информационных сетях?

5. Какая проблема возникает при передаче данных с помощью гармонических сигналов?

6. Чем отличаются системы, реализующие синхронный метод передачи?

7. Как обеспечивается синхронизация принимаемой станции при асинхронном типе передачи?

8. В каких системах используется асинхронный тип передачи?

9. За счет чего достигается синхронизация в системах с автоподстройкой?

10. Какие самосинхронизирующиеся коды распространены в системах передачи данных?

Л.6.

Цель лекции – изучение стандартов сопряжения информационных сетей

Задачи лекции:

- изучить структуру эталонной модели взаимодействия открытых систем,

- изучить функции уровней эталонной модели ВОС

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем

2. Краткая характеристика уровней эталонной модели ВОС

С целью упрощения взаимодействия между устройствами в сетях, международная организация по стандартизации ISO в 1984 г. предложила семиуровневую эталонную модель взаимосвязи открытых систем OSI. Предпосылкой для этого была возникшая степень неоднородности оборудования при организации локальных вычислительных сетей (ЛВС), обострившая проблему совместимости оборудования различных фирм. Источниками этой проблемы явились в основном три причины:

1 – отсутствие единых стандартов или неточная их реализация;

2 – стремление использовать и навязывать свой фирменный стандарт;

3 – попытки самостоятельного улучшения существующих стандартов.

Открытая система – совокупность автоматизированных информационных систем, размещенных в различных узлах телекоммуникационной сети, работу которых как единого целого, обеспечивает система отраслевых государственных стандартов в области информационных технологий.

Открытая система, как совокупность взаимодействующих вычислительных средств, состоит из двух частей:

1. Прикладные процессы, предназначенные для обработки данных для целей пользователя.

2. Область взаимодействия, которая обеспечивает передачу данных между соответствующими прикладными процессами, расположенными в различных системах. Эта передача осуществляется через физические средства соединения.

Основной целью открытых систем является повышение общей эффективности, а также снижение временных, технических, технологических пространств на новые разработки.

Термин «взаимосвязь открытых систем» относится к процедурам передачи данных между открытыми системами друг другу благодаря совместному использованию в них соответствующих стандартов.

Условие открытости компонентов автоматизированных информационных систем требует их совместимости, которая достигается с помощью специальных процедур, несмотря на возможные различия этих компонент. Отсюда следует, что модель открытой системы заключается в том, чтобы усовершенствовать существующие стандарты и выработать общие принципы их согласования. Сложность функций области взаимодействия открытых систем привела к тому, что они были поделены на семь иерархически расположенных слоев или уровней, что послужило основой для построения базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем: OSI (BOC).