беспроводной сети через внутренний или внешний беспроводный адаптер сетевого интерфейса.
Точка доступа информационной сети беспроводной связи - это базовая станция беспроводной сети и городов между беспроводной и традиционной коммутативной (проводной) сетью.
Существуют два типа беспроводных информационных сетей: Аd-Нос-сети;
инфраструктурные сети.
Локальной беспроводной сетью (Аd-Нос) называется сеть, которая представляет собой автономную группу станций, которая работает без подключения к глобальным сетям передачи данных.
Инфраструктурной беспроводной сетью называется сеть, которая представляет собой группу станций, которая работает с подключением к глобальным сетям передачи данных и информационных ресурсов с использованием одной или большего количества точек доступа.
Станции спутниковой связи используются с целью обмена информацией между наземными информационными объектами, а также в системах сбора и распределения данных. Спутниковая станция с сетью земных станций обеспечивают систему телекоммуникационной связи и передачу информационных потоков данных (в том числе цифровой низкочастотной языковой информации).
Спутниковая станция по конструктивному признаку состоит из таких компонентов:
Существует три основных способа увеличения пропускной способности (общей скорости передачи данных) ресурса связи:
увеличение эффективной изотропно-излучаемой мощности (effective isotropic radiated power - EIRP) передатчика или снижения потерь системы,
которая всегда приводит к увеличению отношения сигнал/шум E / N0 .
увеличение ширины полосы канала передачи данных; повышение эффективности разделения ресурса связи на базе множе-
ственного доступа.
Разделение в каналах базируется на двух методах:
уплотнение с временным разделением (time-division multiplexing-TDM) или множественным доступом с временным разделением (time-division multiple access-TDMA);
уплотнение с частотным разделением (frequency-division multiplexing - FDM) или множественным доступом с частотным разделением (frequencydivision multiple access - FDMA).
Множественный доступ с кодовым разделением является практическим воплощением методов расширения спектра, которые можно разделить на две основные категории:
480
Глава 6. Сети передачи информации
расширение спектра методом прямой последовательности (direct sequence - DSSS);
расширение спектра методом скачкообразной перестройки частоты
(frequency hopping - FHSS).
Конфиденциальность передачи информационных потоков данных в использовании смешанного метода CDMA является основным и уникальным преимуществом этого метода множественного доступа.
Система множественного доступа - это система, которая объединяет аппаратное и аппаратно-программное обеспечение, которое поддерживает алгоритм множественного доступа (протокол доступа) с целью своевременного упорядочения и эффективной передачи информационных потоков и данных между станцией спутниковой связи и пользователем.
Наземная система полного доступа (TES) предназначена для обмена телекоммуникационной и цифровой информацией в информационных сетях спутниковой связи, построенных по принципу «каждый с каждым» («mesh») или в сетях с полным доступом.
Система персональных наземных станций (PES) - спутниковая диалоговая пакетно-коммутированная сеть, предназначенная для обмена телекоммуникационной и цифровой информацией в рамках системы спутниковой связи с топологией типа «звезда» с возможностью полного дуплекса.
Вопросы для самоконтроля
1.Назовите основную топологию и технологии проектирования ин- формационно-коммуникационных сетей.
2.В чем заключается отличие между физической и логической структуризацией сети?
3.Какие основные типы протоколов используются в модели OSI?
4.Перечислите основные функции сетевого и транспортного уровней модели OSI.
5.Что такое IP адрес?
6.Назовите основные требования для проектирования большинства сетевых проектов.
7.Раскройте понятие «сегментация сети».
8.В каких случаях проектирования топологии сети используется вертикальное или горизонтальное кабелирование?
9.Назовите основные особенности и преимущества использования виртуальных информационно-коммуникационных сетей.
10.Назовите основные преимущества применения беспроводных локальных сетей.
11.В чем заключается технология частотного расширения спектра?
481
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
12.Какие рабочие режимы систем и сетей беспроводной связи существуют?
15.Дайте определение понятия «системы спутниковой связи».
16.Назовите основные преимущества систем цифровой спутниковой
связи.
17.Назовите составляющие наземного сегмента систем спутниковой
связи.
18.Основные методы кодирования в системах спутниковой связи.
19.Особенности множественного доступа в спутниковых системах.
20.Сравните производительность FDMA и TDMA.
21.Назовите особенности деления информационного потока по каналам связи.
22.Раскройте содержание методов спутниковой коммутации информационных потоков.
23.Назовите основные характеристики системы связи множественного доступа и ее архитектуры.
The main conclusions
The information-communication network is integrated complex of the interconnected and in coordination-functioning software and hardware components that provide authentic transmission of the information from a source of a message to the consumer.
The complete complex of firmware of a network which is used with the purpose of authentic transmission of informational streams from a source of the message to the consumer is called multilayer model of an information-communication network.
The topology of an information-communication network is the configuration of the graph points of which are conformed to computers of a network (sometimes and other equipment, for example concentrators) and ribs are conformed to physical ties between them.
The network technology is a consistent set of standard protocols and firmware that realize them (for example, network adapters, drivers, cables and plugs), sufficient for construction and functioning of an information-communication network.
Special methods of structurization of a network and the special structurallyformative (network) equipment such as repeaters, concentrators, bridges, commutators, routers are used for removal of limitations at construction of great networks.
482
Глава 6. Сети передачи информации
The equipment of such sort is also called communication, meaning, that separate segments of a network interact among themselves with its help.
Three schemes of addressing of nodes of information networks have got the greatest distribution:
the hardware addresses; character addresses or names; numerically made addresses.
The conception of virtual information-communication networks unites technologies of commutation of the Level 2 and routing of the Level 3 of OSI model with the purpose of limitation of the sizes of domains of collisions and broadcasting domains.
Transmission with the extended spectrum is the number of ways of transmission of a separate radio signal with the use of a wide segment of a radiospectrum. Two different systems of a radio transmission with the extended spectrum are used:
the frequency extension of a spectrum;
the extension of a spectrum with direct sequence.
Information networks of wireless link include two categories of the network equipment: stations and points of access.
The station of an information network of wireless link is a computer or other peripheral unit, the network equipment connected to wireless network through the internal or external wireless adapter of the network interface.
The point of access of an information network of wireless link is the base station of a wireless network and bridge between a wireless and traditional commutative (wire) network.
There are two types of wireless information networks:
Аd-Нос networks; infrastructure networks.
The local wireless network (Аd-Нос) is the network that is the autonomous group of stations that works without connection to the global networks of data transmission.
The infrastructure wireless network is the network that is the group of stations that works with connection to the global networks of data transmission and informational resources with the use of one or more points of access.
The station of a satellite communication is used with the purpose of information interchange between ground information objects and also in systems of collection and division of data. The satellite station with a network of earth stations provides a system of telecommunication link and transmission of informational dataflows (including the digital low-frequency language information).
According to a constructive feature the satellite station consists of: high-frequency module (ODU);
low-frequency module (IDU).
There are three main ways of increasing the capacity (the general data transfer rate) of a resource of connection:
483
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
increasing of effective isotropic radiated power (EIRP) of the transmitter or lowering of losses of system that in any case will lead to increasing the relation
signal/noise E/N0 ;
increasing of width of a band of a data communication;
rise of efficiency of division of resource of connection on the basis of multiple access.
The division in channels is based on two methods:
time-division multiplexing (TDM) or time-division multiple access (TDMA); frequency-division multiplexing (FDM) or frequency-division multiple access
(FDMA).
Code-division multiple access is practical addition of methods of the extension of a spectrum that are possible to be divided into two main categories:
the extension of a spectrum by a method of direct sequence (direct sequence - DSSS);
the extension of a spectrum by a method of frequency hopping (frequency hopping - FHSS).
Confidentiality of transmission of information dataflows in the use of mixed method CDMA is the main and unique advantage of the given method of multiple access.
The system of multiple access is a system that unites hardware and a firmware which supports the algorithm of multiple access (the access protocol) with the purpose of timely ordering and effective transmission of information streams and data between the station of a satellite communication and the user.
Total access earth systems (TES) is intended for an exchange of the telecommunication and digital information in information networks of a satellite communication that are built on a principle ―everyone with everyone‖ (―mesh‖) or in networks with total access.
Personal earth stations system (PES) is satellite dialogue packet-switching network that is intended for an exchange of the telecommunication and digital information within the system of a satellite communication with topology of "star" type with possibility of a full duplex.
Ключевые слова
Русский
Английский
топология информационно-
topology of information
коммуникационной сети
communication network
сетевая технология
network technology
виртуальная информационно-
virtual information
коммуникационная сеть
communication network
беспроводная сеть
wireless network
484
485
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
7.1. Кодирование источника сообщений и передача данных
Под кодированием в широком смысле понимают процесс преобразования сообщений в сигнал. Как при передаче, так и при хранении и обработке информации значительные преимущества дает дискретная форма представления сигналов. Поэтому в случае, когда начальные сигналы являются непрерывными, происходит, как правило, предыдущее преобразование их в дискретные сигналы. В связи с этим термин «кодирование» относят по обыкновению к дискретным сигналам и под кодированием в узком смысле понимают отображение дискретных сообщений сигналами в виде определенных комбинаций символов. Совокупность правил, согласно которым происходят эти операции, называют кодом.
Под кодированием в общем случае понимают преобразование алфавита
сообщения A{ i
(i 1, 2 , K)
в алфавит определенным способом вы-
бранных кодовых символов R x j
( j 1, 2 , N).
По обыкновению (но не
обязательно) размер алфавита кодовых символов
dim{xj } меньший, чем
размер алфавита источника dimA{ i .
Кодирование сообщений может иметь разные цели, но в информационных сетях передачи данных существует последовательность использования того или другого метода кодирования в зависимости от поставленных перед системой заданий и технических требований. Рассмотрим информационную систему передачи данных (рис. 7.1).
Источник информации или сообщение - это физический объект, си-
стема или явление, которые формируют переданное сообщение.
Как правило, начальные сообщения - язык, музыка, изображение, результаты измерения параметров окружающей среды и т.п. - представляют собой функции времени, например s(t), или других аргументов неэлектриче-
ской природы (акустическое давление, температура, распределение яркости на некоторой плоскости и т.д.), например, s(x, y, z). С целью передачи по
каналу связи эти сообщения обычно превращаются в электрический сигнал, изменения которого во времени s(t) отображают переданную информацию.
Такие сообщения называются непрерывными, или аналоговыми, сообщениями (сигналами), и для них выполняются условия
s(t) (smin , smax ) t (0, t).
(7.1)
Т.е. значения и функции, и аргумента для таких сообщений - непрерывные или определенные для любого значения непрерывного интервала, как по функции s, так и по времени t.
Форматирование источника сообщений - это процесс аналого-
цифрового преобразования информационного сигнала источника сообщения
486
Глава 7. Кодирование информации
x(t) в цифровой сигнал xц (k t). Такое преобразование базируется на процедурах дискретизации и квантовании сигнала x(t) и его представлении в двоичной системе исчисления.
Источник
Получатель
информации
информации
Форматирование
Символы
сообщений
Кодирование
источника
Форматирование
Цифровой
Цифровой
Символы
вход
сообщений
выход
Кодирование
источника
Шифрование
Шифрование
Канальное
Канальное
кодирование
декодирование
Канальные
символы
Поток битов
Импульсная
Детектирование
модуляция
Канальные
символы
Передатчик
Канал связи
Приемник
Рис. 7.1. Структурная схема информационной сети передачи данных
Аналого-цифровой преобразователь осуществляет одновременно процедуру дискретизации сигнала по времени, квантование по уровню и формирует значение исходного сигнала, подавая его в цифровом виде.
Передача и хранение информации нуждаются в довольно больших затратах. Часть данных, которые нужно передавать по каналам связи и сохранять, имеет не самое компактное представление. Чаще всего эти данные сохраняются в форме, которая обеспечивает их простейшее использование, например обычные книжные тексты, ASCII коды текстовых редакторов, двоичные коды данных ЭВМ, отдельные отсчеты сигналов в системах сбора данных и т.д. Тем не менее, такое наипростейшее в использовании представление данных заставляет тратить вдвое, втрое, а иногда и в сотне раз больше места для их хранения и намного более широкую полосу частот для их передачи, чем нужно на самом деле. Поэтому сжатие данных - это один из наиболее актуальных направлений современной теории информации.
Кодирование источника сообщений проводится с целью обеспечения компактного представления данных, сокращения объема информации, кото-
487
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
рая вырабатывается источником, и с целью повышения скорости передачи информационных сообщений по каналам связи.
Такое кодирование называют экономным, безызбыточным, эффективным кодированием, или сжатием данных (рис. 7.2).
Данные
Кодер
Сжатые данные
Декодер
Востановленные
источника
данные
Рис. 7.2. Блок-схема алгоритма сжатия данных
В этой схеме данные, вырабатываемые источником, определим как данные источника, а их компактное представление - как сжатые данные. Система сжатия данных состоит из кодера и декодера источника. Кодер превращает данные источника в сжатые данные, а декодер предназначен для восстановления данных источника со сжатых данных. Восстановленные данные, которые вырабатываются декодером, могут или абсолютно точно совпадать с начальными данными источника, или почти не отличаться от них.
Существуют два типа систем сжатия данных:
системы сжатия без потерь информации (неразрушительное сжатие); системы сжатия с потерями информации (разрушительное сжатие). Общую классификацию методов кодирования источника сообщения
приведены на рис. 7.3.
Кодирование источника сообщений
Коды без памяти
Коды с памятью
Коды Хаффмана
Блочные коды
Коды Шеннона
Кодирование Зива-
Лемпеля
Дифференциальное
Код Гильберта-Мура
кодирование
Арифметическое
Кодирование длинн
кодирование
сообщений
Рис. 7.3. Классификация методов кодирования источника сообщений
Сжатие без потерь информации. Системой сжатия без потерь назы-
вается система, реализующая процесс восстановления сообщений источника таким способом, в котором определенная процедура является неразрушаю-
488
Глава 7. Кодирование информации
щей относительно структуры и значений вектора входных данных X (x1, x2 ,..., xn ), которые подлежали сжатию или кодированию.
Структура системы сжатия изображена на рис. 7.4. Вектор данных источника X , подлежащего сжатию, - это последовательность X (x1, x2 ,..., xn ) конечной длины - результат форматирования аналогового информационного сигнала. Отсчеты xi - компоненты вектора X - выбрано с конечного алфа-
вита данных A. При этом размер n вектора данных ограничен, но может быть довольно большим. Таким образом, источник на своем выходе формирует как вектор данных X последовательность длиной n из алфавита A.
Вектор данных
X
B(X)
Декодер
X
Неразрушающий кодер
Рис. 7.4. Блок-схема алгоритма кодирования без потерь
Выход кодера - сжатые данные, которые отвечают входному вектору X , дадим в виде двоичной последовательности B (X ) ( b1, b2 , ,bk ), размер которой k. Назовем B (X ) кодовым словом, присвоенным вектору X кодером (или кодовым словом, в которое вектор X преобразован кодером). Поскольку система сжатия неразрушительная, одинаковым векторам Xl Xm должны отвечать одинаковые кодовые слова B ( Xl ) B( Xm ).
При решении задачи сжатия важным является вопрос, насколько эффективна та или другая система сжатия. Поскольку, как уже отмечалось, в основном используется двоичное кодирование, то мерой эффективности системы может быть коэффициент сжатия r, определенный как отношение размера данных источника в битах к размеру k сжатых данных в битах
r
n log 2
(dim A)
,
(7.2)
k
где dim A - размер алфавита данных A.
Таким образом, коэффициент сжатия r 2
означает, что объем сжатых
данных, представляет половину объема данных источника. Чем больше коэффициент сжатия r, тем лучше работает система сжатия данных. Рядом с коэффициентом сжатия r эффективность системы сжатия можно характеризировать скоростью сжатия R, которая определяется как отношение
R k /n
(7.3)
и измеряется количеством кодовых бит, которые отвечают отсчету данных источника. Система, имеющая больший коэффициент сжатия, обеспечивает меньшую скорость сжатия.
