Техника и Технологии в сервисе и туризме. Каналы связи

Классификация каналов связи Каналы связи являются основным звеном любой системы передачи информации. Классификацию каналов связи можно осуществить по различным признакам

Признак классификации Характеристики каналов связи Скорость передачи информации Среднескоростные (от бит/с) используются в телефонных (аналоговых) каналах связи, на новых станциях 1456 кбит/с. Среднескоростным каналам используются проводные линии связи(группы параллельных или скрученных проводов витая пара). Высокоскоростные (свыше 56 кбит/с) называют широкополосными. Для передачи информации используются специальные кабели: экранированные и неэкранированные, оптоволоконные, радиоканалы. Признак классификации Характеристики каналов связи Физическая природа передаваемого сигнала Оптические и электрические, которые в свою очередь, могут быть проводными (электрические провода, кабели, световоды) и беспроводными, использующие электромагнитные волны, распространяющиеся в эфире (радиоканалы, инфракрасные каналы и т. д.). Форма представления передаваемой информации Аналоговые представляют информацию в непрерывной форме в виде непрерывного сигнала какой-либо физической природы. Цифровые представляют информацию в цифровой (прерывной дискретной, импульсной) форме сигналов какой-либо физической природы. Время существования Коммутируемые временные, создаются только на время передачи информации. По окончании передачи информации и разъединении уничтожаются. Некоммутируемые создаются на длительное время с определенными постоянными характеристиками. Их еще называют выделенными.

Признак классификации Характеристики каналов связи Скорость передачи информации Среднескоростные (от бит/с) используются в телефонных (аналоговых) каналах связи, на новых станциях 1456 кбит/с. Каналам используются проводные линии связи(группы параллельных или скрученных проводов витая пара). Высокоскоростные (свыше 56 кбит/с) называют широкополосными. Для передачи информации используются специальные кабели: экранированные и неэкранированные, оптоволоконные, радиоканалы. Физическая природа передаваемого сигнала в канале связи: Оптические проводные – световоды (оптоволоконный канал используют в стационарных системах с большим объемом передаваемой информации и повышенными требованиями к скорости передачи, защищенности от возможного подслушивания электромагнитных помех. Нашли применение при организации как глобальных, так и локальных вычислительных сетей). Обладает не только высокой скоростью передачи информации (может достигать 1000 Мбит/с). Это очень дорогой способ передачи информации и применяется для прокладки весьма ответственных (магистральных) каналов связи. Например, при помощи такого кабеля соединяются все столицы большинства стран мира, крупные города (Москва Санкт-Петербург).

Беспроводные оптические системы используются для создания высокоскоростных и безопасных каналов связи, которые можно развернуть в течение очень малого промежутка времени. Системы беспроводной оптической связи уже установлены в различных компаниях, включая больницы, банки, операторы связи, муниципальные службы и военные ведомства во многих странах мира. В корпоративных сетях эти системы могут быть использованы для организации высокоскоростных каналов связи между офисами, что позволяет избежать затрат на аренду выделенных линий. Беспроводные оптические каналы связи предлагают серьезную альтернативу волоконной оптике в случаях, когда необходимо обеспечить работу высокоскоростных приложений (таких как видеоконференции), а стоимость прокладки кабеля слишком высока. Другим популярным приложением беспроводных оптических систем является организация временных каналов связи во время выставок, конференций, спортивных мероприятий или для быстрого восстановления связи при аварии волоконно-оптической линии. Оптические беспроводные – они используют луч лазер для передачи сигнала между приемопередающими устройствами. Однако, в отличие от волоконной оптики, сигнал передается через открытую воздушную среду, а не по оптическому волокну. Для приема и передачи цифрового сигнала между беспроводными оптическими устройствами необходимо наличие прямой видимости.

Форма представления передаваемой информации в канале связи В современных каналах связи используют два вида сигналов. Аналоговые представляют информацию в непрерывной форме в виде непрерывного сигнала какой-либо физической природы. Цифровые представляют информацию в цифровой (прерывной дискретной, импульсной) форме сигналов какой-либо физической природы. Электрические проводные - электрические провода (телефонные), кабели (витая пара (группы скрученных проводов) – высокочастотные, радиочастотные). Кабели витой пары применяют в локальных вычислительных сетях. Радиочастотные кабели применяют телевизионных сетях, кабельном телевидении, в межблочных соединениях радиотехнических систем. Электрические беспроводные – радиоканалы (КВ УКВ ВЧ СВЧ).

Аналоговый сигнал Аналоговые - представляют информацию в непрерывной форме в виде непрерывного сигнала какой-либо физической природы. Графический вид аналогового сигнала (колебания) изображен на Рис.1. Он из себя представляет непрерывно меняющуюся амплитуду по оси времени. Если характер изменения амплитуды через некоторое время повторяется, говорят о периоде повторения, который обозначается как Т. Длительная во времени последовательность повторяющихся периодов колебания формируют сигнал определенной частоты – f, имеющей размерность герц (Гц). Частота сигнала связана с периодом повторения следующей зависимостью f = 1/T. Колебания радиоволн мобильного телефона составляют 800 мгц ( кол/сек). Рис.1. Аналоговый сигнал

Рис.1. дает нам временное представление сигнала. Для анализа сигналов более полное представление дает частотное представление, которое принято называть спектром сигналов. На Рис.2. представлен спектр сигналов для двух сигналов – один сигнал частотой 800 мгц и амплитудой 20 вольт, второй - частотой гц и амплитудой 10 вольт. Такой спектр (в виде одной палочки по оси частот) имеют колебания одной частоты с одинаковой амплитудой от периода к периоду. Рис.2. Спектр двух сигналов

Сигнал, формируемый мобильным телефоном, имеет переменную амплитуду и меняется по частоте. У такого сигнала спектр будет иметь сложную структуру (Рис.3.). и будет состоять из множества частот, группирующихся в районе частоты 800 мгц. Набор этих частот принято называть спектром, а разница между наивысшей частотой в спектре и наинизшей называется ширина спектра и обозначается как. Характеристики аналогового сигнала: – значение амплитуды (А), значение частоты (f), ширина спектра, время существования колебаний (t). Рис. 3. Спектр сигнала

Цифровой сигнал Цифровые сигналы - представляют информацию в цифровой (прерывной дискретной, импульсной) форме сигналов какой-либо физической природы. Цифровой сигнал – это набор импульсных сигналов формирующих цифровой код, в котором закодировано текущее значение амплитуды аналогового сигнала. Цифровой код – это двоичный код двоичной системы представления сигналов во времени. Кодовая группа состоит из 4-х импульсов (4 разряда) с амплитудами двух значений – большая и маленькая амплитуды. Большая амплитуда идентифицируется как единица ( 1 ), маленькая амплитуда идентифицируется как ноль ( 0 ) (Рис.4). Рис.4. Цифровой звук Из Рис.4. видно 3-я кодовая группа имеет код 1001, девятая

Время существования канала связи Коммутируемые временные, создаются только на время передачи информации. По окончании передачи информации они разъединяются. Некоммутируемые создаются на длительное время с определенными постоянными характеристиками. Их еще называют выделенными. Скорость передачи информации канала связи Среднескоростные (от бит/с) используются в телефонных (аналоговых) каналах связи, на новых станциях 1456 кбит/с. Для передачи информации по среднескоростным каналам используются проводные линии связи (группы параллельных или скрученных проводов витая пара). Скорость передачи дисконтной информации по каналу связи измеряется в бодах. Бод это скорость, при которой передается 1 бит в секунду (1 бит/с). Высокоскоростные (свыше 56 кбит/с) называют широкополосными. Для передачи информации используются специальные кабели: экранированные и неэкранированные, оптоволоконные, радиоканалы. Любое преобразование и передача данных по каналам связи осуществляются в соответствии с принятыми протоколами передачи информации в специальных устройствах преобразования сигнала (модем, точка доступа, устройства сопряжения сигналов).

Протокол передачи данных это совокупность правил, которые определяют формат данных и процедуры передачи их по каналу связи, в которых, как правило, указываются способ модуляции, соединение с каналом, представление данных и т.д. Все это делается для повышения достоверности передаваемых данных. Все модемы имеют определенные стандарты передачи данных, которые устанавливаются Международным институтом телекоммуникаций (ITU International Telecommunication Union). Обычно стандарт включает несколько протоколов передачи данных. Одним из наиболее эффективных стандартов является стандарт V.34. Он выполняет тестирование канала связи, определяя при этом наиболее эффективный режим работы модема. В случае передачи большого потока информации, когда она представлена в виде файла, для ее передачи необходимо использовать специальные протоколы, которые осуществляют процедуры разбиения информации на блоки, автоматическое обнаружение и исправление ошибок, повторную пересылку неверно принятых блоков информации, восстановление передачи после обрыва и т. п.

Частотные диапазоны средств связи Современные технические средства связи с использованием электромагнитных волн (приема и передачи информации) представлены весьма широкой номенклатурой, которые используются во многочисленных сферах деятельности человека – начиная от средств вещания, навигации и кончая мобильными телефонами. Для того, чтобы они не мешали друг другу в работе, а также с учетом их физических свойств они работают на разных частотах, как говорят – в частотных диапазонах. Распределением частотных диапазонов занимается государство через свою организацию, которая называется Государственная техническая комиссия, она же дает лицензию на право работать. На рисунке представлена структура частотных диапазонов с принятыми обозначениями (смотрите нижеприведенный рисунок рис.1.).

Рис.1. Частотные диапазоны средств связи

Длинные и средние волны используются для радиовещания. Нижняя часть диапазона используется на подводных лодках для целей военных. Короткие волны используются в радиовещании, радиолюбительстве, для работы спец. служб (милиция, скорая помощь). УКВ – используются в радиовещании, радиолюбительстве, радиотелефонии, мобильными телефонами стандарта GSM. СВЧ-1 – используются мобильными телефонами стандарта GSM, медицине, беспроводных локальных сетях стандарта Wi-Fi, радиолокация (наблюдение за объектами). СВЧ-2 – радиолокация (военная и гражданская). КВЧ – медицина (для диагностики и лечения). ИК – мобильные устройства для связи на небольшие расстояния (мобильными телефонами стандарта GSM). Использование частотных диапазонов Распределение по частотам связано с физикой распространения радиоволн, а также с цель разнесения источников и потребителей связи по частотам, чтобы исключить взаимное влияние, то есть решение проблемы электромагнитной совместимости.

Основной физический закон распространения радиоволн. P приема – мощность радиоволн принимаемая к примеру радиотелефоном прямо пропорциональна мощности сигнала излучаемым источником Р излуч (другим телефоном или ретранслятором) (Рис.2.). P приема – мощность радиоволн принимаемая, обратно пропорциональна длине волны радиоволн (λ ) и квадрату расстояния (S ) между источником и приемником радиоволн. В первом приближения формулу для P приема можно записать следующей формулой P приёма = Р излуч. *1/ λ*S2. Рис.2. Передача сигнала от ретранслятора на мобильный телефон

Особенности распространения волн Длинные и средние волны огибают препятствия и поэтому их можно принимать в любой точке земного шара (Рис.3.). УКВ и СВЧ распространяются только в пределах прямой видимости и на небольшие расстояния. КВЧ и инфракрасные волны имеют еще меньшую дальность распространения и при наличии препятствия на пути следования проходить не могут. Чем больше частота радиосигнала, тем сильнее затухание его при распространении. Т.е. чем больше частота, тем короче волна и на меньшее расстояние распространяется сигнал. На длинных волнах частота низкая и длина волны большая (километры). На УКВ – частота большая и длина волны маленькая (метры). Рис.3. Распространение радиоволн.

2. Сетевые технологии как мировой информационный ресурс Обмен информацией производится по каналам передачи информации. Каналы передачи информации могут использовать различные физические принципы. Основной характеристикой каналов передачи информации является их пропускная способность (скорость передачи информации - Кбит/с и Мбит/с ). Надежность функционирования глобальной сети обеспечивает большое количество линий связи между региональными сегментами сети. Например, российский региональный сегмент Internet имеет несколько магистральных линий связи, соединяющих его с североамериканским, европейским и японским сегментами. Основу, «каркас» Internet составляют более 200 миллионов серверов, постоянно подключенных к сети, из которых в России насчитывается около 500 тысяч.

Особенностью глобальных сетей является большая протяженность линий связи, объединяющих локальные сети. Причем такие соединения являются соединениями типа «точка-точка», когда сетевой кабель используется для передачи информации только между двумя компьютерами (или другим сетевым оборудованием), соединенным этим кабелем. Существуют следующие типы каналов, используемых для соединения локальных сетей (или отдельного пользователя с локальной сетью): - выделенная линия; - коммутируемая линия. Существуют различные типы выделенных и коммутируемых линий: аналоговые телефонные линии, цифровые линии PDH (преимущественно радиорелейные линии), цифровые линии SONET/SDH (преимущественно ВОЛС), цифровые линии ISDN (более точно: сети ISDN), асимметричные цифровые абонентские линии ADSL.цифровые линии PDHцифровые линии ISDN цифровые абонентские линии ADSL.

цифровые линии PDH

Цифровые сети с интеграцией услуг ISDN можно использовать для решения широкого класса задач по передаче информации в следующих областях: - телефония; - передача данных; - объединение удаленных ЛС; - доступ к глобальным компьютерным сетям (Internet); - передача трафика, чувствительного к задержкам (видео, звук); интеграция различных видов трафика. Оконечным устройством сети ISDN может быть цифровой телефонный аппарат, отдельный компьютер с установленным ISDN- адаптером, файловый или специализированный сервер, мост или маршрутизатор ЛС, терминальный адаптер с голосовыми интерфейсами (для подключения обычного аналогового телефона или факса) либо с последовательными интерфейсами (для передачи данных).

цифровые линии ISDN

цифровые абонентские линии ADSL.ADSL

Информационная супермагистраль Ни одна дискуссия футурологического толка не обходится без разговоров о Всемирной паутине (World-Wide Web). Пока идут разговоры о природе "Информационной супермагистрали" или "Национальной информационной инфраструктуры", Web – неформальная совокупность взаимосвязанных и распределенных в сети документов, которые основываются на HTML (Hypertext Markup Language) – разрастается поистине астрономическими темпами. В настоящее время число бит Web, пересылаемых по каналам Internet, увеличивается на 15-20% в месяц, что соответствует десятикратному годовому росту. Через несколько лет пользователями Internet станет подавляющее большинство населения планеты. За эти годы на несколько порядков возрастет объем информации, доступной и используемой через Internet. Следует ожидать, что регулярный доступ к данному источнику информации станет насущной потребностью каждого индивидуума. Базы данных и связанные с ними технологии будут играть ключевую роль в этом информационном взрыве. На многих узлах WWW начинают применять технологии баз данных, не видя другой возможности держать под контролем растущее число хранимых объектов.

Магистральная инфраструктура в России Основу сетевой инфраструктуры России составляет опорная сеть. Основой таких сетей составляет RBNet – межведомственная опорная сеть. RBnet базируется на арендованных цифровых каналах различных операторов – Ростелекома, Раскома, Метрокома, Телеком- Центра, ГП "Космическая связь" и др.. Имеются также собственные волоконно-оптические сегменты в Москве и С.-Петербурге. Сеть RBnet базируется на инфраструктуре наземных цифровых каналов, в основном АО "Ростелеком". На магистральных направлениях используются, как правило, цифровые каналы Е1 (2048 кбит/с) и каналы меньшей Јмкости (но не менее, чем 256 кбит/с) – на периферийных.

Сеть RBNet играет интегрирующую роль в обеспечении единого информационного пространства науки и образования РФ. Сеть RBNet построена как базовая транспортная магистраль, обеспечивающая связность многочисленных сетевых сегментов, которые обслуживают различные группы пользователей, относящихся к сфере науки и образования РФ. С технологической точки зрения RBNet представляет собой высокоскоростную IP-сеть, объединяющую федеральные округа с подключенными к ней региональными сегментами сетей науки и образования. Вся эта сетевая инфраструктура охватывает около 50 регионов РФ. Подключения к сети RBNet осуществляются на базовых узлах (рис). Канальная инфраструктура сети RBNet обеспечивается двумя крупнейшими российскими операторами связи - компанией "Транстелеком" и ОАО "Ростелеком". Для создания распределенных систем высокоскоростного доступа на региональном уровне РосНИИРОС развивает собственные волоконно-оптические сегменты (Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Самара), на базе которых созданы сети ATM и Gigabit Ethernet.

В рамках сети RBNet обеспечивается подключение к общеевропейской магистральной исследовательской сети GEANT и к международным системам обмена научно-образовательным трафиком StarLight и NetherLight, с общей скоростью доступа 622 Мбит/с. Для выполнения этих задач оборудование, находящееся под управлением РосНИИРОС, размещается в Амстердаме, Стокгольме и Чикаго. Для обеспечения этих задач реализован проект создания интегрированной магистрали ("магистраль RUNnet/RBNet") по маршруту Москва - Санкт-Петербург - Стокгольм (2,5 Гбит/с) - Амстердам (622 Мбит/с).