1. Общие понятия о передачи информации. Параметры и характеристики первичных сигналов.

Информация – это сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах или предметах.

Связь – техническая база, обеспечивающая передачу и прием информации между удаленными друг от друга людьми или устройствами.

Сообщение - форма представления информации, удобная для передачи на расстояние.

Информационный параметр сообщения - параметр, в изменении которого «заложена» информация.

Сигнал - физический процесс, отображающий передаваемое сообщение.

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными.

$Описание: C:\TEXTS\SHER\REF_LAN\Сети и системы передачи данных\p0005.bmp$

Основными первичными сигналами электросвязи являются: телефонный, звукового вещания, факсимильный, телевизионный, телеграфный, передачи данных.

Факсимильный сигнал. Этот сигнал формируется методом построчной развертки. Частотный спектр первичного факсимильного сигнала определяется характером передаваемого изображения, скоростью развертки и размерами сканирующего пятна.

Телевизионный сигнал. Этот сигнал также формируется методом развертки. Анализ показывает, что энергетический спектр телевизионного сигнала сосредоточен в полосе частот 0...6 МГц.

Цифровой сигнал. Основным параметром цифрового сигнала с точки зрения его передачи является требуемая скорость передачи, выражаемая в битах на секунду (бит/с).

Система электросвязи - это совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений.

Сеть связи - это совокупность технических средств, обеспечивающих передачу и распределение сообщений. Топологии: «каждый с каждым», радиальная, радиально-узловая.

2. Методы коммутации.

Процесс поиска и соединения электрических цепей называется коммутацией каналов.

Методы коммутации:

· Коммутация каналов (circuit switching);

o частотное мультиплексирование FDM;

o Временное мультиплексирование TDM.

· Коммутация пакетов (packet switching);

o дейтаграмный режим;

o режим виртуального канала;

· Коммутация сообщений (message switching).

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами.

Техника частотного мультиплексирования каналов (Frequency Division Multiplexing, FDM) была разработана для телефонных сетей, но применяется она и для других видов сетей, например сетей кабельного телевидения.

Коммутация на основе частотного уплотнения

При переходе к цифровой форме представления голоса была разработана новая техника мультиплексирования, ориентирующаяся на дискретный характер передаваемых данных. Эта техника носит название мультиплексирования с разделением времени (Time Division Multiplexing, TDM). Реже используется и другое ее название - техника синхронного режима передачи (Synchronous Transfer Mode, STM).

Сети с динамической коммутацией требуют предварительной процедуры установления соединения между абонентами.

Если соединение может быть установлено, то ему выделяется фиксированная полоса частот в FDM-сетях или же фиксированная пропускная способность в TDM-сетях. Эти величины остаются неизменными в течение всего периода соединения. Гарантированная пропускная способность сети после установления соединения является важным свойством, необходимым для таких приложений, как передача голоса, изображения или управления объектами в реальном масштабе времени.

Динамически изменятся пропускная способность канала по требованию абонента сети с коммутацией каналов не может, что делает их неэффективными в условиях пульсирующего трафика.

В зависимости от направления возможной передачи данных способы передачи данных по линии связи делятся на следующие типы:

§ симплексный - передача осуществляется по линии связи только в одном направлении;

§ полудуплексный - передача ведется в обоих направлениях, но попеременно во времени. Примером такой передачи служит технология Ethernet;

§ дуплексный - передача ведется одновременно в двух направлениях.

Коммутация пакетов - это техника коммутации абонентов, которая была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения.

Режим передачи пакетов между двумя конечными узлами сети, предполагающий независимую маршрутизацию каждого пакета, называется дейтаграммным, и при его использовании коммутатор может изменить маршрут какого-либо пакета в зависимости от состояния сети - работоспособности каналов и других коммутаторов, длины очередей пакетов в соседних коммутаторах и т. п.

Передача пакетов по виртуальному каналу (virtual circuit или virtual channel) требует перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами, требует его установления. Виртуальный канал представляет собой единственный маршрут, соединяющий конечные узлы. Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным.

Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение в отличие от пакета имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, а содержанием информации, составляющей сообщение. Коммутация сообщений предназначена для организации взаимодействия пользователей в режиме off-line, когда не ожидается немедленной реакции на сообщение. При этом методе коммутации сообщение передается через несколько транзитных компьютеров, где оно целиком буферизуется на диске.

3. Открытые системы. Модели OSI.

Открытая Система – это система, реализующая открытые спецификации на интерфейсы, службы форматы данных, достаточные чтобы обеспечить:

§ возможность переноса (мобильность) прикладных систем с минимальными изменениями на широкий диапазон различных программно-аппаратных платформ;

§ совместную работу (интероперабельность) с другими прикладными системами на локальных и удаленных платформах;

§ взаимодействие с пользователями в стиле, облегчающем последним переход от системы к системе (мобильность пользователей).

Открытая спецификация – это спецификация, которая вырабатывается на основе открытого (гласного) согласительного процесса, направленного на постоянную адаптацию новой технологии, и соответствует стандартам.

Международные организации разработчики стандартов:

§ IEEE – The Institute of Elektrikal and Electronics Engineers;

§ POSIX – Portable Operating System Interface for Computer Enviroments;

§ NIST – National Institute of Standarts Tehnology;

§ OSF – Open Software Foundation;

§ ISO – International Standarts Organization;

§ ANSI – American National Standarts Institute.

Многоуровневая модель файловой системы

Модель OSI

Модель OSI (модель взаимодействия открытых систем была разработана в Международной Организацией по Стандартизации (МОС) в целях разработки международных стандартов для вычислительных сетей. Это модель систем, открытых для взаимодействия с другими системами.

Модель МОС имеет семь уровней. Принципы выделения этих уровней таковы:

§ Каждый уровень отражает надлежащий уровень абстракции.

§ Каждый уровень имеет строго определенную функцию.

§ Эта функция выбиралось прежде всего так, чтобы можно было определить международный стандарт.

§ Границы уровней выбирались так, чтобы минимизировать поток информации через интерфейсы.

§ Число уровней должно быть достаточно большим, чтобы не объединять разные функции на одном уровне и оно должно быть достаточно малым, чтобы архитектура не была громоздкой.

Эталонная Модель взаимодействия O.C. – ЭМВОС.

OSI – Open System Interface.

7. Прикладной

6. Уровень представления

5. Сеансный уровень

4. Транспортный уровень

3. Сетевой уровень

2. Канальный уровень

1. Физический уровень

7-й уровень - прикладной (Application): включает средства управления прикладными процессами; на этом уровне определяются и оформляются в блоки те данные, которые подлежат передаче по сети.

6-й уровень - представительный (Presentation): реализуются функции представления данных (кодирование, форматирование, структурирование).

5-й уровень - сеансовый (Session): предназначен для организации и синхронизации диалога, ведущегося объектами (станциями) cети. На этом уровне определяются тип связи (дуплекс или полудуплекс), начало и окончание заданий, последовательность и режим обмена запросами и ответами взаимодействующих партнеров.

4-й уровень - транспортный (Transport): предназначен для управления сквозными каналами в сети передачи данных; на этом уровне обеспечивается связь между оконечными пунктами (в отличие от следующего сетевого уровня, на котором обеспечивается передача данных через промежуточные компоненты сети). К функциям транспортного уровня относятся мультиплексирование и демультиплексирование (сборка-разборка пакетов), обнаружение и устранение ошибок в передаче данных, реализация заказанного уровня услуг (например, заказанной скорости и надежности передачи). Транспортный уровень также должен предотвращать «захлебывание» получателя в случае очень «быстро говорящего» отправителя. Механизм для этого называется управление потоком. Он есть и на других уровнях. Однако, управление потоком между хостами отличен от управление потоком между маршрутизаторами, хотя у них есть общие принципы.

3-й уровень - сетевой (Network): на этом уровне происходит управление передачей пакетов через промежуточные узлы и сети, контроль нагрузки на сеть с целью предотвращения перегрузок, отрицательно влияющих на работу сети, маршрутизация пакетов, т.е. определение и реализация маршрутов, по которым передаются пакеты.

2-й уровень - канальный (Link, уровень звена данных): предоставляет услуги по обмену данными между логическими объектами предыдущего сетевого уровня и выполняет функции, связанные с формированием и передачей кадров, обнаружением и исправлением ошибок, возникающих на следующем, физическом уровне.

Кадром (фреймом) называется пакет канального уровня, поскольку пакет на предыдущих уровнях может состоять из одного или многих кадров. В ЛВС функции канального уровня подразделяют на два подуровня: управление доступом к каналу (МАС - Medium Access Control) и управление логическим каналом (LLC - Logical Link Control). К подуровню LLC относится часть функций канального уровня, не связанных с особенностями передающей среды. На подуровне МАС осуществляется доступ к каналу передачи данных.

1-й уровень - физический (Physical): предоставляет механические, электрические, функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и разъединения логических соединений между логическими объектами канального уровня; реализует функции передачи битов данных через физические среды. Именно на физическом уровне осуществляются представление информации в виде электрических или оптических сигналов, преобразования формы сигналов, выбор параметров физических сред передачи данных.

$Описание: C:\TEXTS\NEXT1\Олифер\1_001000.gif$

Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Уровни 1,2 и частично 3 реализуются за счет аппаратных средств, 3, 4-7 обеспечиваются прогр. Средствами;

Уровни 1,2 обеспечивают абонентскую подсеть, 3,4 - коммуникационную подсеть, 5-7 - прикладные процессы;

Уровни 1,2 ответственны за физические соединения, 3-6 заняты организацией передачи, 7 обеспечивает выполнение прикладных программ пользователя.

В модели OSI различаются два основных типа протоколов:

· В протоколах с установлением соединения (connection-oriented) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить соединение и, возможно, выбрать некоторые параметры протокола, которые они будут использовать при обмене данными. После завершения диалога они должны разорвать это соединение.

· Вторая группа протоколов - протоколы без предварительного установления соединения (connectionless). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово.

4. Каналы передачи данных. Виды модуляции. Угловая модуляция.

Характеристики:

· Затухание (от частоты и расстояния)

L дБ = 10*lg(P1/P2), где Р1 и Р2 - мощности сигнала на входе и выходе линии соответственно;

· Полоса пропускания (полоса частот) линии F;

· Бодовая (модуляционная) и информационная скорости V. Максимально возможная информационная скорость определяется формулой Хартли-Шеннона V = 2*F*log₂k бит/с, где k - число возможных дискретных значений сигнала, так как V = log₂k/t, где t - длительность переходных процессов, приблизительно равная 3*Т_В, а Т_В = 1/(2*p *F), Здесь p= 1+A, A - отношение сигнал/помеха.

Аналоговые каналы передачи данных.

В случае непосредственной передачи двоичных сигналов по телефонному каналу с полосой пропускания 0,3...3,4 кГц скорость передачи не превысит 3 кбит/с.

Переносчик в системах связи представлен электромагнитными колебаниями U некоторой частоты, называемой несущей частотой: U = U_m*sin(v*t+y ), где U_m - амплитуда, v - частота, y - фаза колебаний несущей.

Изменение параметров несущей (переносчика) по закону передаваемого сообщения называется модуляцией.

Если это изменение относится к амплитуде U_m, то модуляцию называют амплитудной (АМ), если к частоте v - частотной (ЧМ), и если к фазе y - фазовой (ФМ).

Модуляцией называется процесс изменения одного или нескольких параметров несущей (поднесущей) в соответствии с изменениями параметров передаваемого сигнала. Математическая модель несущего (высокочастотного) сигнала может быть представлена в виде:

где a₁, a₂, ... , a_m — параметры, определяющие форму сигнала. Пусть s(t) — низкочастотный сигнал, подлежащий передаче по радиоканалу. Если, по крайней мере, один из параметров a₁, a₂, ..., a_mизменяется во времени пропорционально s(t) , то колебание u(t) становится модулированным и несущим информацию, заключенную в передаваемом сигнале s(t).

Амплитудная модуляция

Амплитудная модуляция (англ. AM — Amplitude Modulation) возникает, если изменять только амплитуду несущей U(t), оставляя неизменными ω и φ. Тогда АМ-сигнал можно записать в виде:

Преобразуя произведение косинусов в сумму, получаем:

Формула показывает, что в спектре однотонального АМ-сигнала будут присутствовать колебания на трех частотах, а именно: ω₀ — несущая частота, ω₀+ Ω — верхняя боковая частота, ω_0- Ω — нижняя боковая частота.

Частотная и фазовая модуляции.

Бескабельные каналы связи

Радиоканал.

· Передача в узком спектре (одночастотная передача);

· Передача в рассеянном спектре.

Инфракрасный канал.

· Канал прямой видимости.

· Каналы на рассеянном излучении.

Структурированная кабельная система

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы:

· Универсальность.

· Увеличение срока службы.

· Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения.

· Возможность легкого расширения сети.

· Обеспечение более эффективного обслуживания.

· Надежность.

5. Классификация радиоволн по частотным диапазонам. Нелицензированные диапазоны радиоволн, описание.

В Российской Федерации (РФ) необходимо иметь разрешение на право приобретения и эксплуатации Си-Би радиостанции (см. Постановление Правительства РФ ≪О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных

устройств≫ от 12 октября 2004 г. №539).

Согласно Постановлению Правительства РФ от 25 июля 2007 г. №476 ≪О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от 12 октября 2004 г. №539 "О порядке регистрации радиоэлектронных средств и высокочастотных устройств"≫, с 28 августа 2007 г. отменена обязательная регистрация персональных радиостанций диапазонов LPD и PMR мощностью до 10 мВт и 500 мВт соответственно.

LPD-радиостанции (от англ. Low Power Device) работают в диапазоне 433,075 - 434,75 МГц с использованием частотной модуляции, имеют 69 частотных каналов, переключаемых дискретно с шагом 25 кГц. Частота LPD-канала определяется как FC = (433,05 + 0,025 k) МГц, где номер канала k = 1...69.

PMR-радиостанции (от англ. Private Mobile Radio) работают в диапазоне 446,00625 - 446,09375 МГц с использованием частотной

модуляции, имеют 8 частотных каналов, переключаемых дискретно с шагом 12,5 кГц. Частота PMR-канала определяется как

FC = (446,00625 + 0,0125 k) МГц, где номер канала k = 1...8.

6. Частотные диапазоны для радиовещания и телевидения

Радиовещание осуществляется в диапазонах длинных, средних, коротких и ультракоротких радиоволн. Сетка частот для диапазонов ДВ и СВ имеет шаг 9 кГц в Европе и 10 кГц в США, Япония. В диапазон ДВ входят 28 каналов на частотах 150...408 кГц, в диапазон СВ — 120 каналов на частотах 525...1605 кГц. Например, частота радиостанции ≪Маяк≫ составляет 549 кГц (61 * 9 кГц). В диапазонах ДВ/СВ для радиовещания применяется амплитудная модуляция. В УКВ диапазоне

радиовещание осуществляется на частотах 60...100 МГц, как правило, с использованием частотной модуляции WFM с расширенной полосой до 150 кГц.

16K0F1D

В дециметровом диапазоне радиоволн выделено 49 каналов, базовая

частота которых определяется как

F_C = (471,25 + 8 (k-21)) МГц,

где номер канала k = 21...69. На каждом телевизионном канале передается

видеосигнал с несущей изображения на базовой частоте канала. Несущая звукового сигнала располагается на 6,5 МГц выше несущей изображения

7. Широкополосная передача информации

Обычно полагают, что если ширина спектральной полосы ΔF, в которой работает система, много меньше центральной частоты FC, то система узкополосная (т.е. ΔF / FC≪1), иначе система считается широкополосной.

Основная идея технологии расширения спектра заключается в том, чтобы перейти от узкополосного спектра сигнала, возникающего при обычном потенциальном кодировании, к широкополосному спектру (англ. Spread Spectrum).

Прямоугольный импульс длительности T имеет спектр, ширина которого обратно пропорциональна длительности импульса и описывается формулой

Двоичная фазовая манипуляция (англ. BPSK — binary phase-shift keying) является самой простой формой фазовой манипуляции PSK.

Квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом (англ. OQPSK — offset quadrature phase-shift keying) является разновидностью квадратурной манипуляции QPSK с временным сдвигом на половину длительности передачи символа между сигналами синфазного и квадратурного каналов, вследствие чего фаза манипулированного сигнала изменяется с шагом 6π/2. При использовании QPSK-манипуляции в сигнале возможны фазовые ≪скачки≫ до 180°. Если QPSK-сигнал в передатчике проходит фильтр ФНЧ, то такие резкие фазовые изменения могут вызвать значительные амплитудные флуктуации, что нежелательно для радиосвязи. Однако, если смещать во времени четные и нечетные биты на длительность одного бита, или на половину длительности символа (дибита), то синфазная и квадратурная составляющие никогда не будут изменяться одновременно.

Необходимо, чтобы приёмник имел информацию о так называемом эталонном синфазном сигнале передатчика. Тогда, путём сравнения принимаемого сигнала с эталонным, можно определять абсолютный сдвиг фазы. Следовательно, необходимо каким-то способом синхронизировать сигнал передатчика с эталонным сигналом приёмника; по этой причине фазовая модуляция получила название синхронной.

Относительная фазовая манипуляция (англ. DPSK — differential phase shift keying).

При относительной фазовой манипуляции кодирование информации происходит за счёт сдвига фазы по отношению к предыдущему состоянию сигнала.

8. Бескабельные каналы связи. Радиоканал стандарта IEEE 802.15.4.

Радиоканал.

· Передача в узком спектре (одночастотная передача);

· Передача в рассеянном спектре.

Инфракрасный канал.

· Канал прямой видимости.

· Каналы на рассеянном излучении.

$Описание: D:\TEXTS\Sher\REF_LAN\book\Olifer_ceti\h2d80000.jpg$

$Описание: D:\TEXTS\Sher\REF_LAN\book\Семенов\attenu00.jpg$

В соответствии со стандартом IEEE 802.11 возможны два способа передачи двоичной информации в ЛВС:

1) Метод прямой последовательности (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum). В нем вводится избыточность - каждый бит данных представляется последовательностью из 11 элементов ("чипов"). Эта последовательность создается по алгоритму, известному участникам связи, и потому может быть дешифрирована при приеме. Избыточность повышает помехоустойчивость, что позволяет снизить требования к мощности передатчика, а для сохранения высокой скорости нужно расширять полосу пропускания.

2) Метод частотных скачков (FHSS - Frequency Hopping Spread Spectrum). В этом методе полоса пропускания делится на 79 поддиапазонов. Передатчик периодически (с шагом 20...400 мс) переключается на новый поддиапазон, причем алгоритм изменения частот известен только участникам связи и может изменяться, что и затрудняет несанкционированный доступ к данным.

Радиоканал стандарта IEEE 802.15.4

В зависимости от типа, каждое устройство имеет определенные сетевые функции:

1) координатор сканирует сеть и определяет свободные каналы для организации сети;

2) маршрутизатор (FFD) сканирует сеть, находит активные каналы и пытаетсявойти в состав существующей сети либо создает собственную персональную сеть на правах координатора, если нет активных каналов или не произошло объединение с активной сетью. Если произошло объединение, согласно правилам уже существующей сети координатор примыкающей локальной сети переводится в ранг маршрутизатора и передает всю информацию о локальной сети координатору существующей сети. Из сигнального пакета синхронизации от координатора новообразованный маршрутизатор получает необходимую информацию о временных параметрах сети для обнаружения последующих сигнальных пакетов;

3) оконечное RFD-устройство всегда пытается войти в существующую сеть.

9. Классификация и архитектура информационно-вычислительных систем. Среда передачи информации. Параметры линий связи

Архитектура сети "клиент/сервер" (или режим инфраструктуры – infrastructure mode)

Архитектура сети "Ad-hoc". (или режим точка-точка).

Для доступа к среде передачи данных в беспроводных сетях применяется метод коллективного доступа с обнаружением несущей и избежанием коллизий (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance, CSMA/CA).

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы:

· Универсальность.

· Увеличение срока службы.

· Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения.

· Возможность легкого расширения сети.

· Обеспечение более эффективного обслуживания.

· Надежность.

Задачи:

· хранения данных;

· данных;

· организации доступа пользователей к данным.

Показатели ИВС:

· Полнота выполняемых функций;

· Производительность;

· Пропускная способность;

· Надежность сети;

· Безопасность информации;

· Прозрачность сети;

· Расширяемость и масштабируемость;

· Универсальность

Среда передачи информации

Кабели на основе витых пар проводов (twisted pair), которые деляться на экранированные (shielded twisted pair, STP) и неэкранированные (unshielded twisted pair, UTP).

Коаксиальные кабели (coaxial cable).

Оптоволоконные кабели (fiber optic).

Параметры линий связи

Проблема электромагнитной совместимоти

10. Кабельные системы. Волоконно-оптические линии связи

Преимущества структурированной кабельной системы:

· Универсальность.

· Увеличение срока службы.

· Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения.

· Возможность легкого расширения сети.

· Обеспечение более эффективного обслуживания.

· Надежность.

Задачи:

· хранения данных;

· данных;

· организации доступа пользователей к данным.

Показатели ИВС:

· Полнота выполняемых функций;

· Производительность;

· Пропускная способность;

· Надежность сети;

· Безопасность информации;

· Прозрачность сети;

· Расширяемость и масштабируемость;

· Универсальность

Локальная сеть (ЛВС, LAN, Local Area Network).

Региональная сеть (РВС, MAN, Metropolitan Area Network).

Глобальная сеть (ГВС, WAN, Wide Area Network).

В зависимости от топологии соединений узлов сети могут быть: шинные (линейные, магистральные), кольцевые (петлевые), радиальные (звездообразные), иерархические, гибридные

Среда передачи информации

Коаксиальные кабели (coaxial cable).

Оптоволоконные кабели (fiber optic).

Кабельные системы

Волоконно-оптические линии связи

Недостатки:

11. Типовое оборудование локальной сети

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи

функции:

· Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра.

· Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий - switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.

· Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме.

· Синхронизация битов, байтов и кадров.

· Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.

· Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п.

· Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель

Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия - повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах (Ethernet) или на следующем в логическом кольце порте (Token Ring, FDDI) синхронно с сигналами-оригиналами. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (hub, concentrator), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть

Мост (bridge), а также его быстродействующий функциональный аналог - коммутатор (switching hub), делит общую среду передачи данных на логические сегменты. При поступлении кадра на какой-либо из портов мост/коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый момент времени может осуществлять передачу кадров только между одной парой портов, а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами. Другими словами, мост передает кадры последовательно, а коммутатор параллельно.

Маршрутизатор (router) позволяет организовывать в сети избыточные связи, образующие петли. Он справляется с этой задачей за счет того, что принимает решение о передаче пакетов на основании более полной информации о графе связей в сети, чем мост или коммутатор. Маршрутизатор имеет в своем распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему, например, о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в каком состоянии (работоспособном или нет) они находятся.

Шлюз (gateway) - это устройство, выполняющее трансляцию протоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, переводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другой сети.

$Описание: C:\TEXTS\NEXT1\Олифер\1_012000.gif$

12. Основы теории многоканальной передачи сообщений

Система многоканальной связи

Временное разделение каналов

13. Радиолинии. Системы радиосвязи. Характеристики систем.

Пути распространения радиоволн

Описание: 1

Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли, называют земными радиоволнами.

Структурная схема системы радиосвязи

Характеристики систем

Помехи в радиоканале

Дальность действия систем

14. Методы местоопределения объектов. Методы измерения дальности

Методы измерения дальности

Импульсный разностно-дальномерный метод

Фазовый метод

Фазовый разностно-дальномерный метод

Частотный метод

Измерители радиальной и путевой скоростей

15. Методы измерения угловых координат

Амплитудные методы

Фазовый метод

16. Системы радиосвязи. Диаграммы направленности антенн

Воздушные линии связи: радиорелейные, тропосферные, спутниковые, декаметровые, ионосферные, метеорные и т.д.

Радиолинии: дуплексные и симплексные

Диаграмма направленности антенны

17. Радиорелейные системы. Мобильная спутниковая связь

Тропосферные радиорелейные системы передачи

В зависимости от назначения системы СС и типа земных станций различаются следующие службы:

· фиксированная спутниковая служба для связи между станциями, расположенными в определенных фиксированных пунктах, а также распределения телевизионных программ;

· подвижная спутниковая служба для связи между подвижными станциями, размещаемыми на транспортных средствах (самолетах, морских судах, автомобилях и пр.);

· радиовещательная спутниковая служба (12ГГц) для непосредственной передачи радио и телевизионных программ на терминалы, находящиеся у абонентов

Мобильная спутниковая связь

Диапазон	Канал снижения, ГГц	Канал подьема, ГГц	Источники помех
С	3,7-4,2	5,9-6,4	Наземные помехи
ku	11,7-12,2	14,0-14,5	Дождь
ka	17,7-21,7	27,5-30,5	Дождь

18. Спутниковые навигационные системы

Navstar (Navigation system with timing and ranging - навигационная система определения времени и дальности).

GPS-Global Positioning System. 28 спутников, с высотой 20350 км. Погрешность местоопределения 3-5м.

Режим дифференциальной коррекции DGPS-Differential GPS. Используются два приемника, один из которых стационарный.

ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система)

Спутниковая трилатерация

Точные координаты могут быть вычислены для места на поверхности Земли по измерениям расстояний от группы спутников (если их положение в космосе известно). В этом случае спутники являются пунктами с известными координатами. Предположим, что расстояние от одного спутника известно и мы можем описать сферу заданного радиуса вокруг него. Если мы знаем также расстояние и до второго спутника, то определяемое местоположение будет расположено где-то в круге, задаваемом пересечением двух сфер. Третий спутник определяет две точки на окружности. Теперь остаётся только выбрать правильную точку. Однако одна из точек всегда может быть отброшена, так как она имеет высокую скорость перемещения или находится на или под поверхностью Земли. Таким образом, зная расстояние до трёх спутников, можно вычислить координаты определяемой точки

$Описание: D:\TEXTS\SHER\REF_LAN\book\компьютерные_технологии\gis1_1.gif$

$Описание: D:\TEXTS\SHER\REF_LAN\book\компьютерные_технологии\gis1_3.gif$

$Описание: D:\TEXTS\SHER\REF_LAN\book\компьютерные_технологии\gis1_4.gif$

Спутниковая дальнометрия

Расстояние до спутников определяется по измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до приёмника умноженным на скорость света. Для того, чтобы определить время распространения сигнала нам необходимо знать когда он покинул спутник. Для этого на спутнике и в приёмнике одновременно генерируется одинаковый Псевдослучайный Код* * - Каждый спутник GPS передаёт два радиосигнала: на частоте L1=1575.42 МГц и L2=1227.60 МГц. Сигнал L1 имеет два дальномерных кода с псевдослучайным шумом (PRN), P-код и C/A код. “Точный” или P-код может быть зашифрован для военных целей. “Грубый” или C/A код не зашифрован. Сигнал L2 модулируется только с P-кодом. Большинство гражданских пользователей используют C/A код при работе с GPS системами. Некоторые приёмники Trimble геодезического класса работают с P-кодом. Приёмник проверяет входящий сигнал со спутника и определяет когда он генерировал такой же код. Полученная разница, умноженная на скорость света (~ 300000 км/с) даёт искомое расстояние. Использование кода позволяет приёмнику определить временную задержку в любое время. Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной и той же частоте, так как каждый спутник идентифицируется по своему Псевдослучайному коду (PRN или PseudoRandom Number code).

Точная временная привязка

Вычисления напрямую зависят от точности хода часов. Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике в одно и то же время. На спутниках установлены атомные часы имеющие точность около одной наносекунды. Однако это слишком дорого, чтобы устанавливать такие часы в каждый GPS приёмник, поэтому измерения от четвёртого спутника используются для устранения ошибок хода часов приёмника. Эти измерения можно использовать для устранения ошибок, которые возникают если часы на спутнике и в приёмнике не синхронизированы. Для наглядности, иллюстрации приведённые ниже рассматривают ситуацию на плоскости, так как только три спутника необходимо для вычисления местоположения объекта. Если часы на спутнике и в приёмнике имеют одинаковую точность хода, то точное местоположение может быть найдено по измерениям расстояния до двух спутников. Если получены измерения с трёх спутников и все часы точные, то круг описанный радиус-вектором от третьего спутника будет пересекаться как показано на рисунке. Однако, если часы в приёмнике спешат на 1 секунду, то картина будет выглядеть следующим образом. Если сделать замер до третьего спутника, то полученный радиус- вектор не пересечётся с двумя другими как показано на рисунке. Когда GPS приёмник получает серию измерений которые не пересекаются в одной точке, то компьютер в приёмнике начинает вычитать (или добавлять) время методом последовательных итерации до тех пор, пока не сведёт все измерения к одной точке. После этого вычисляется поправка и делается соответствующее уравнивание. Если вам требуется третье измерение, то необходим четвёртый спутник для устранения ошибок хода часов в приёмнике. Таким образом, при работе в поле вам необходимо иметь минимум четыре спутника, чтобы определить трёхмерные координаты объекта

$Описание: D:\TEXTS\SHER\REF_LAN\book\компьютерные_технологии\gis1_5.gif$

$Описание: D:\TEXTS\SHER\REF_LAN\book\компьютерные_технологии\gis1_6.gif$

$Описание: D:\TEXTS\SHER\REF_LAN\book\компьютерные_технологии\gis1_7.gif$

$Описание: D:\TEXTS\SHER\REF_LAN\book\компьютерные_технологии\gis1_9.gif$

19. Сотовые системы связи

Системы мобильной связи.

Системы мобильной связи осуществляют передачу информации между пунктами, один из них или оба являются подвижными. Характерным признаком систем мобильной связи является применение радиоканала. К технологиям мобильной связи относятся пейджинг, твейджинг, сотовая телефония, транкинг, для мобильной связи используются также спутниковые каналы.

Пейджинг - система односторонней связи, при которой передаваемое сообщение поступает на пейджер пользователя, извещая его о необходимости предпринять то или действие или просто информируя его о тех или иных текущих событиях. Это наиболее дешевый вид мобильной связи.

Твейджинг - это двухстронний пейджинг. В отличие от пейджинга возможно подтверждение получения сообщения и даже проведение некоторого подобия диалога.

Сотовые технологии обеспечивают телефонную связь между подвижными абонентами (ячейками). Связь осуществляется через посредство базовых (стационарных) станций, выполняющих коммутирующие функции.

Мобильная связь для предприятий (т.е. ведомственная или профессиональная) может отличаться от сотовой связи индивидуальных пользователей. Такую ведомственную связь называют транкинговой (или транковой).

Для систем подвижной радиосвязи, транковых и сотовых систем выделены диапазоны частот 140-174 Мгц; 300-340 Мгц; 390-468 МГц; 890-960 МГц; 1880-1900 МГц

Некоторые стандарты сотовой и транкинговой связи

. NMT-450. Одна из первых систем сотовой связи NMT-450 появилась в Скандинавии 1981г.,(NMT - Nordic Mobile Telephone). В России она развивается c 1991 г. , на ее базе создана федеральная сеть сотовой связи СОТЕЛ. NMT-450 - система аналоговая, работающая в частотном диапазоне 453-468 МГц. Сравнительно низкие частоты обусловливают повышенную дальность прямой связи ( несколько десятков километров подвижного объекта от базовой станции) и потому в России с ее большой территорией эта система получила широкое распространение в районах с невысокой плтностью населения. Однако на этих частотах слабее помехоустойчивость, труднее выполнить защиту от подслушивания и, как уже сказано выше, остро ощущуется дефицит числа каналов.

. AMPS/ DAMPS. Наибольшее развитие получила в Северной и Южной Америке.1987г.( AMPS-Advanced Mobil Phone System). Используется диапазон частот 800 МГц. Очень хорошо подходит для больших городов. Имеет возможность увеличения емкости путем перехода на цифровую связь, но сохраняет аналоговую систему управления. Роуминг по стране, с другими странами невозможен.

. GSM. Одной из наиболее широко распространенных технологий мобильной связи (в том числе и в России) является технология, соответствующая стандарту для цифровых сетей сотовой связи GSM (Global System for Mobile Communications) 1991г. Принят как общеевропейская система и рекомендована в качкстве федерального стандарта РФ под торговой маркой Сантел. GSM может поддерживать интенсивный трафик (270 кбит/с), обеспечивает роуминг (т.е. автоматическое отслеживание перехода мобильного пользователя из одной соты в другую), допускает интеграцию речи и данных и связь с сетями общего пользования. Используются разновидности: сотовая связь GSM-900 в частотном диапазоне 900 МГц (более точно 890-960 МГц), и микросотовая связь GSM-1800 (DCS-1800) в диапазоне 1800 МГц (1710-1880 МГц). Название микросотовая обусловлено большим затуханием и, следовательно, меньшей площадью соты. Однако увеличение числа каналов выгодно при высокой плотности абонентов. Наиболее вероятно, что система будет ограничена крупными городами.

. CDMA. Система с кодовым разделением абонентов CDMA (Code Division Multiple Access) разработан американской фирмой Qualcomm и успешно развивается фирмой Motorola. Первая коммерческая эксплуатация в 1996г. в Гонконге. Используется частотный спектр 824-848 МГц, 869-893 МГц.

. DEC. В европейском стандарте (1992г.) цифровой беспроводной связи с DECT (Digital European Cordless Telecommunications) применено временное мультиплексирование. Базовая станция имеет 10 несущих частот с 24 ячейками (слотами) на каждой из них (т.е. одновременно используются и временное и частотное разделение каналов. Предусмотрены автоматический поиск свободного канала и переключение на новые каналы. Частоты в диапазоне 1,8...1,9 ГГц. Мощность передатчика базовой станции 10 мВт или выше. Используется для работы внутри и вне помещений.

. UMTS. В перспективе предполагается использовать широкополосный B-ISDN на основе стандарта UMTS (Universal Mobile Telecommunication Systems) с глобальным роумингом

Доступ к радиоканалу осуществляется одним из следующих способов

· Случайный доступ (метод Алоха, назван так в связи с первым применением метода для связи между группой Гавайских островов). Применяется только при малых нагрузках. Его развитием стал метод, используемый в локальных и корпоративных сетях.

· Технология CDMA - выделение для каждого абонента своей кодовой комбинации, которой кодируются символы 1 и 0 передаваемых сообщений. Это широкополосная технология с возможностью одновременной передачи в отведенной полосе частот нескольких сообщений с различными кодами символов.

· Технология TDMA (Time Division Multiple Access) - временное мультиплексирование с выделением слота по требованию. Требования отсылаются в короткие интервалы времени (слоты запросов), при коллизиях запросы повторяются. Базовая станция выделяет свободные информационные слоты, сообщая их источнику и получателю

Архитектурs сотовых систем аналогичны. В каждой соте действует базовая станция BTS (Base Transciever Station), обеспечивающая прием и передачу радиосигналов абонентам. BTS имеет диапазон частот, отличный от диапазонов соседних сот. Мобильная ячейка прослушивает соседние BTS и сообщает контроллеру базовых станций (BSC - Base Station Controller) о качестве приема с тем, чтобы BSC мог своевременно переключить ячейку на нужную BTS. Центр коммутации (MSC - Mobile services Switching Centre) осуществляет коммутацию и маршрутизацию, направляя вызовы нужному абоненту, в том числе во внешние сети общего пользования. В базе данных хранятся сведения о местоположении пользователей, технических характеристиках мобильных станций, данные для идентификации пользователей. Типичный радиус действия 10...12 км. Мощность излучения мобильных телефонов - 1-2 Вт

Временно допустимые уровни (ВДУ) воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой радиосвязи, непрофессиональное воздействие

Облучение населения, проживающего на прилегающей селитебной территории, от антенн базовых станций: ППЭпд = 10 мкВт/см²

Облучение пользователей радиотелефонов ППЭпду = 100 мкВт/см². Условия измерения: Измерения ППЭ следует производить на расстоянии от источника ЭМИ, соответствующего расположению головы человека, подвергающегося облучению

Последствия действия ЭМП для здоровья человека

Многочисленные исследования в области биологического действия ЭМП позволят определить наиболее чувствительные системы организма человека: нервная, иммунная, эндокринная и половая. Эти системы организма являются критическими. Реакции этих систем должны обязательно учитываться при оценке риска воздействия ЭМП на население.

Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания.

Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом

20. Распространение радиоволн в свободном пространстве. Распространение земной волны

Свободное пространство можно рассматривать как однородную непоглощающую среду с ε =1.

Мощность Рпр.св удобно определять непосредственно через мощность Pизл и величину Dизл излучающей антенны:

Это выражение называется формулой идеальной радиопередачи.

В зависимости от изменения направления вектора поляризация может быть линейной, круговой и эллиптической. Вид поляризации радиоволн в свободном пространстве определяется типом излучателя (антенны). Например, антенна-вибратор излучает в свободном пространстве линейно поляризованную волну

Область пространства, существенная при распространении радиоволн. Метод зон Френеля

Описание: 2

Рис. К определению зон Френеля

а– формирование волнового фронта; б – к определению

размеров зон Френеля и конфигурация 1-й зоны вдоль трассы;

в - проекция зон Френеля на плоскость, перпендикулярную к направлению трассы

Радиус поперечного сечения эллипсоида может быть вычислен из уравнения

Описание: 2

Рис. Изменение напряженности поля за

экраном с круглым отверстием при

изменении радиуса отверстия R

( – радиус первой зоны Френеля)

Распространение земных волн над плоской поверхностью Земли

21. Ионосфера и ее влияние на распространение радиоволн. Преломление и отражение радиоволн в ионосфере

Ионосферой называют область атмосферы, находящуюся на высоте 60—10 000 км, где газ частично или полностью ионизирован, т. е. содержит большое число свободных электронов. Наличие в верхних слоях атмосферы свободных электронов определяет электрические параметры ионизированного газа — его диэлектрическую проницаемость и проводимость.

В целом является квазинейтральной, т. е. количества имеющихся в ней положительных и отрицательных зарядов равны

Описание: 9

Распределение электронной плотности по высоте атмосферы

Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионизированного газа (плазмы)

e = 0

называется собственной частотой ионизированного газа или частотой Ленгмюра

и является параметром ионизированного газа, удобным для оценки условий распространения радиоволн

Среды, в которых скорость распространения радиоволн зависит от частоты, называются диспергирующими.

Скорость перемещения фронта волны называется фазовой скоростью

Описание: 10

Преломление и отражение радиоволн в ионосфере

Описание: 10

Угол при котором в данных условиях еще возможно отражение, называют критическим углом. можно определить рабочую частоту при которой волны отразятся от ионосферы в случае заданных электронной плотности и угле падения

Сферичность Земли ограничивает максимальный угол

Расщепление радиоволны в результате двойного лучепреломления в ионосфере

Описание: 12

Схема распространения КВ на большие расстояния:

а– интерференция волн, отраженных однократно и двукратно от ионосферы: 1 – поверхностная волна; 2 – волна, распространяющаяся путём одного отражения от ионосферы; 3 – волна, распространяющаяся путём двух отражений от ионосферы; 4 – волна, рабочая частота которой больше максимально допустимой; б – интерференция рассеянных волн; в – интерференция магниторасщеплённых составляющих волн

22. Особенности распространения радиоволн различных диапазонов

Незначительные потери и огибание земной поверхности обусловили возможность ДВ и СДВ распространяться земной волной на расстояние до 3000 км. Начиная с расстояния 300—400 км помимо земной волны присутствует волна, отраженная от ионосферы. С увеличением расстояния напряженность электрического поля отраженной от ионосферы волны увеличивается, и на расстояниях 700—1000 км поля земной и ионосферной волн становятся примерно равными. Суперпозиция этих двух волн дает интерференционную картину поля.

Описание: 11

Распространение ДВ и СДВ в волноводе Земля – ионосфера

Расчет напряженности электрического поля Еm (мВ/м) для ДВ и СДВ ведется по эмпирической формуле Остина:

Длинные и особенно сверхдлинные волны мало поглощаются при прохождении в толщу суши или моря. Так, волны длиной 20—30 км могут проникать в глубину моря на несколько десятков метров и, следовательно, могут быть использованы для связи с погруженными подводными лодками, а также для подземной радиосвязи. Недостатком диапазонов ДВ и СДВ является невозможность применения их для передачи высококачественной разговорной речи или музыки и тем более изображений, так как для этого необходима широкая полоса частот. В настоящее время ДВ и СДВ используются главным образом для телеграфной связи на дальние расстояния, а также для навигации и наблюдения за грозами

Особенности распространения средних волн

Диапазон СВ используется для радиовещания, радионавигации, радиотелеграфной и радиотелефонной связи; СВ могут распространяться как земными, так и ионосферными волнами. СВ испытывают значительное поглощение в полупроводящей поверхности Земли, поэтому дальность распространения земной волны ограничена расстоянием 1000 км. На большие расстояния СВ распространяются только в ночное время путем отражения от слоя Е ионосферы, электронная плотность которого оказывается достаточной для этого. В дневные часы на пути распространения СВ расположен слой D, который чрезвычайно сильно поглощает энергию этих волн. Для борьбы с замиранием на передающем конце радиолинии применяются антенны с диаграммами направленности, прижатыми к земной поверхности.

Особенности распространения ультракоротких волн в приземном пространстве

Расчет напряженности поля можно вести по формуле Введенского

Большой город можно рассматривать как сильно пересеченную местность.

Многочисленные опыты показали, что в среднем напряженность поля метровых и дециметровых волн

в городе меньше, чем на открытой местности, примерно в 3—5 раз.

Поэтому грубую оценку среднего уровня напряженности поля на этих волнах можно производить по (2.14),

вводя в нее множитель 0,2—0,4. В сантиметровом диапазоне волн ослабление еще сильнее.

Описание: 14