Информация сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах и предметах

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3

Системы и сети передачи информации

Храмов Александр Васильевич

06.09.2003

Основные термины и определения

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

Связь – техническая база, обеспечивающая передачу и прием информации между удаленными абонентами.

Абонент – либо конкретный человек, либо конкретное устройство.

Сообщение – форма представления информации, удобная для передачи на расстояние (телеграфные, речевые сообщения…)

Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемые сообщения.

Информационный параметр сигнала – характеристика отображения сообщения (передача физической величины) (например, амплитуда)

1.Амплитуда (тока и напряжения у нас) (абсолютная единица)

Существуют и относительные единицы:

дБ по мощности

дБ по напряжению

Классификация систем связи.

Общая структурная схема электро связи

Канал связи = передатчик + линия связи + приемник

Система связи = Преобразователь Сообщение-сигнал + Передатчик + Линия связи + Приемник + Преборазователь Сигнал-сообщения.

Структурная схема цифровой связи (передачи дискретных сообщений)

Классификация систем связи

Классификация систем связи

Сети с коммутацией каналов

Для установки связи должен быть вызов абонента – сети с предварительной установкой связи
Создается канал от источника до получателя сообщения.
В процессе сеанса вся полоса канала полностью принадлежит отправителю и получателю сообщения (это недостаток)
После окончания передачи данных канал разрывается.

Сети с коммутацией пакетов.

Существует ряд преимуществ сетей с коммутацией каналов.

Здесь сообщение разбивается на информационные блоки – каждый блок снабжается адресом отправителя и получателя.

Т.е. каждый блок может следовать независимо

Т.е. в одной линии можно передавать сообщения от нескольких абонентов

Полоса канала связи делится между несколькими абонентами.

Такие сети достаточно быстродействующие

Здесь каждый канал связи принадлежит всем абонентам сети

Виртуальный канал – маршрут следования пакета

Виртуальный канал бывает двух типов:

переключаемые виртуальные каналы SVC
Постоянные виртуальные каналы PVC

Переключаемые виртуальные каналы:

Существуют фазы создания и разрыва соединения. Они обязательны. (основной недостаток)

По окончании сеанса связи канал ликвидируется.

Здесь процедура маршрутизации проще чем в PVC

При включении нового коммутатора в сеть все проще чем в PVC

С точки зрения безопасности такие сети более надежны, так как канал принадлежит только двум абонентам.

Постоянные виртуальные каналы PVC

Не требуются фазы создания и разрыва соединения

Оператор должен прописать на коммутаторе все возможные маршруты

Достоинства – более быстродействующие чем SVC (из-за отсутствия двух лишних фаз)

Модели взаимодействия открытых систем

Мы рассмотрим базовую модель (7-ми уровневая модель)

Открытая система – Любая система, построенная в соответствии с открытой спецификацией (спецификация открытая = доступная (и понятная) всем).

Спецификация – формализованное описание аппаратных и программных компонентов, способов их функционирования, способов взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик.

Протокол – (важно отличать протокол и спецификацию) – конкретизация требований, описанных в спецификации.

Основные достоинства такой системы:

Упрощение понимания процессов (четкое разделение функций уровней)
Каждый промежуточный уровень является интерфейсом между вышележащим и нижележащим уровнем
Упрощается оборудование (тоже из разделения функций уровней)
Принцип упаковки и фрагментации: каждый нижележащий уровень воспринимает информационный блок вышележащего уровня как свое информационное поле (его интересует только заголовок, а на сама информация). – со сменой заголовка связано понятие коррекции (при переходе не другой уровень) – при неверном блоке происходит замена блока.

Лекция номер 2

13.09.2003

Стек протоколов OSI (модели взаимодействия открытых систем)

Физический уровень – создание среды передачи данных.
Канальный уровень – проверка правильности передачи блоков информации (для этой проверки существует Tail [T]).
Сетевой уровень – маршрутизация (протоколы IP, IPX).
Транспортный уровень – контроль связи между процессами (протоколы TCP, UDP).
Сеансовый уровень – контроль связи между приложениями (его протокол – язык SQL).
Уровень представления – помещает все в свое информационное поле – во внутрь своего информационного блока уровень не лезет, он смотрит свой заголовок для проверки правильности передачи блока. На этом уровне происходит преобразование данных, в том числе и криптографическое.
Уровень приложений

Локальные сети включают 7 уровней, а глобальные – 3 нижних (1-3).

Процесс спуска информации по уровням называется спуском.

Модемы

Модем – это устройство, преобразующее последовательные цифровые сигналы в аналоговые, пригодные для передачи по каналам связи, и наоборот – аналоговые в цифровые.

Полоса пропускания на модемах – 0,3-3,4 кГц (узкая полоса)

Как тогда получить быструю передачу 36,6 кБит/сек?!

Бод – это количество изменения информационных параметров в единицу времени (т.н. телеграфная скорость). При низких скоростях передачи в бит/сек=бод, на больших частотах бит/сек>бод

Сигнал передан в виде вектора:

Допустим, что фаза дискретна. (0.90,180,270)

Возьмем комплексную плоскость.

00 – если сдвиг фазы нулевой.

За один такт передачи можно передать 2 бита!!

При этом телеграфная скорость < битовой в 2 раза.

На больших скоростях в цифровых каналах битовая скорость < телеграфной.

Манчестерский код:

Здесь телеграфная скорость в 2 раза больше так как на передачу одного бита тратиться 2 такта.

Технические характеристики.

Скорость передачи данных.
1. Малая < 600 бит/с.
2. Средняя 1200 – 2400 бит/с.
3. Большая > 2400 бит/с.
Синхронизация

Существует параметр задержки. Чем больше скорость передачи, тем острее проблема синхронизации.

А) асинхронные модемы

Б) синхронные модемы.

А) посимвольная синхронизация – такие модемы дешевые, но на скорости > 4800 бит/сек не работают.

Б) синхронные модемы отличаются тем, что через них можно передавать большие блоки данных –основаны на принципе самосинхронизации. В начале передачи информационной поседоватльености импульсов идет преамбула (010101010101). За проход преамбулы приемник синхронизируется с источником. Синхронные модемы гораздо дороже чем асинхронные. Им нужна буферная память.

Метод скремблирования – по определенному алгоритму скремблер преобразует данную последовательность в такую последовательность, где чаще всего чередуются нули и единицы (так вероятность ошибки меньше).

Процесс установления соединения. – телефонные каналы коммутируемые (с коммутацией каналов)
Коррекция ошибки
1. Контроль с избыточным циклическим кодом (CRC) – передаваемый блок данных рассматривается как двоичный полином D(x)/G(x)=R(x). D(x)-двоичный полином. G(x) – порождающий полином. R(x) – остаток (2 байта) добавляется в конец передаваемой последовательности. Приемник подобным образом вычисляет свой остаток и сравнивает с тем, что пришло (crc). При ошибке модем затребует повторную передачу.
2. MNP-4 (m network protocol) это более сложная реализация. Если появляются ошибки, то модем сокращает длину последовательности.

Лекция Номер 3

20.09.2003

«+» - более быстродействующий

если есть ошибки, последовательность сокращается.

Привлечение протоколов канального уровня.

Протокол v.42 – с привлечением канального уровня.

Сжатие.

Протокол сжатия V.42 bis

Фиксированы таблицы преобразования сжатия (при помощи словарей).

0110 –> 01

Модем – устройство физического уровня (т.е. для сети это просто провод)

Модем всегода dce! (АКД – аппаратура контроля данных) это значит, что на физическом уровне модем всегда задает скорость передачи данных.

Dce O------------------O dte

Оконечное оборудование обработки данных (ООД) или dte (устройство синхронизации с передатчиком) (приемник?)

логический устанавливается при настройке устройства.

Абонент может быть физически dte а логически dce.

Если связь осуществляется без модема, а просто кабелем

Кодирование информации в системе связи

Размазывание происходит из-за дисперсии (ряд гармоник либо «отстает» либо «ускоряется»). Разные частоты распространяются с разными скоростями. Амплитуда уменьшается из-за наличия в линии сопротивления => возникновение погонного затухания.

Цифровое кодирование.

Требования к методам цифрового кодирования.

1. наименьшая для данной скорости передачи данных ширина спектра. Постоянная состовляющая- временная составляющая. Дальность передачи импульса зависит от энергии, сосредоточенной в гармонике (гармониках). Чем выше энергия, тем больше дальность.

Чем больше гармоник попадет в полосу пропускания, тем больше энергии, а значит, больше дальность передачи.

Формула Найквиста.

С - пропускная способность.

- полоса пропускания.

М – количество различных состояний информационного параметра.

Т.е. при выборе кодирования (такого, что М – большое) можно увеличить пропускную способность без изменения полосы пропускания.

Обеспечение синхронизации.

Самосинхронизирующие коды – их основная задача – обеспечить как можно более частые пкрепады 0 и 1.

Способность распознавания ошибок на физическом уровне. – на физическом уровне самая быстродействующая аппаратура. Производится с помощью избыточных кодов.
Низкая стоимость реализации.

Методы кодирования: физическое кодирование(обеспечивает аппаратура) и логическое кодирование.

Физическое кодирование:

(это то, что выдает аппаратура, когда к ней подключают осциллограф)

1 метод. Метод кодирования без возврата к нулю (NRZ = Non Return to Zero).

Здесь нуль – высокий потенциал, а единица – низкий.

При передаче длинных последовательностей нулей или единиц может произойти рассинхронизация.

2 Метод без возврата к нулю с альтернативной инверсией при единице (NRZI)

При передаче последовательности нулей не происходит переброс.

3 Метод. Биполярный код (AMI)

Недостаток – нет перепадов при последовательности нулей.

4 код – биполярный импульсный код.

Каждый интервал, в который передается 0 или 1 делится пополам.

Лекция 4

27.09.03

Эти коды позволяют реализовать частое чередование 0 и 1. Для того, чтобы не было рассинхронизации.

5 манчестерский код (биполярный код – 2 значения потенциала) «1» - перепад от низкого к высокому, а «0» - наоборот.

Логическое кодирование

Обеспечить переходы 0 и 1 за счет алгоритма.

В реалии (оптволокно) физическое и логическое кодирование сочетаются вместе.

Логическое кодирование требует избыточности.

4В/5В – код на 4 бита приходится 5 бит преобразованного. Этот код биполярынй.

0000 -> 11110

0001 -> 01001

и так далее… таблица, содержащая 16 комбинаций. Но для 5В возможно 32 комбинации. 16 комбинаций запрещенных. Т.е. если приходит на приемник запрещенная комбинация, то это означает, что произошла ошибка передачи. Это требует, чтобы передатчик работал с большей скоростью (+25%) из-за вычисления результирующего кода на основании бит исходного кода и полученных в предыдущих тактах бит результирующего кода.

для i<=3, Ai=Bi

Помехоустойчивое кодирование.

Метод Хемминга.

На 4 бита исходной информации приходится 3 бита контрольной информации. Информационные биты 1-4, контрольные 5-7.

Вычисление контрольных бит

Разряды контрольного числа	Номер исходных битов для сложения
5	2,3,4
6	1,3,4
7	1,2,4

Правило для проверки контрольных битов:

Разряды контрольного числа	Номера битов последовательности для сложения
1	4,5,6,7
2	2,3,6,7
3	1,3,5,7

Пример 0110 – исходная последовательность.

Бит5 = 1+1+0=0

Бит6 = 0+1+1=1

Бит7 = 0+1+0=1

Передаваемая последовательность = 0110 011

Далее приемник вычисляет правильно ли принял последовательность.

Пусть он принял 1110011

Бит1=0+0+1+1=0

Бит2=1+1+1+1=0

Бит3=1+1+0+1=1

Получилось 001, значит искажение в первом бите.

Пусть теперь искажение в контрольных битах: на приемнике 0110010

Бит1=0+0+1+0=1

Бит2=1+1+1+0=1

Бит3=0+1+0+0=1

111, значит искажение в 7 бите.

Троичный код (помехоустойчив):

«0»=0В

«1»=+-1В

Если есть перепад +/- или -/+, то есть искажение.

Код не содержит избыточности.

Многоканальные системы передачи данных.

Многоканальные системы реализуются в телефонии – частотное кодирование сигналов: в вычислительных системах – мультиплексирование. Идея мультиплексирования (MUX) в том, что можно объединить низкоскоростные каналы в высокоскоростной.

Передается, например, так: [A][A][B][A][B]… - В случае двух каналов.

Используется time swap.

MUX смотрит, свободен ли канал и передает.

TDM временное разделение канала

DMUX по меткам кадров выбирает, кому отсылать этот кадр.

Лекция 5

4.10.2003

Частотное разделение каналов

Каждый канал на своей частоте

ширина зависит от качества фильтра

Несущая частота посередине. Она определяет канал связи, который используется.

60 – 108 кГц на 12 каналов

4 кГц – полоса передачи канала

промежуток для выделения канала

Границы канала размываются => каналы перекрываются на границах.

Во время сеанса связи абоненты получают всю полосу.

Временное мультиплексирование (TDM)

Получает всю полосу только на время (time slot)

Time slot – 125 мкс (за это время аппаратура передает блок (пакет) данных)

Базовая скорость – 64 кбит/с (это условная величина, типа килограмм)

4кГц полоса, необходимая для передачи человеческой речи. При оцифровании нужно 8 уровней (это экспериментальные данные). Т.е. для оцифрованного сигнала получим полосу ( х2 по теореме Котельникова) 4*103*8*2=64*103 – базовая скорость.

низкоскоростные потоки. [В США Е1=Т1]

Чаще всего выход с MUX в один поток. Р выходной поток, скорость передачи данных которого 64*32 ~= 2Мбит/сек так как для нормального функционирования MUX необходимы еще и служебные данные, а поэтому не = а ~.

Поток Е1 называется ИКМ (импульсно-кодовая модуляция) 32/30 (объединяется 32 канала, из них 2 служебные)

Е2 – ИКМ-120

Е3 – ИКМ-480

Е4 – ИКМ-1920 ~ 139 Мбит/с (максимальная скорость Е4=139264 кбит/с)

Плезихронная цифровая иерархия (PDH)

Мультиплексирование осуществляется по принципу револьвера.

На MUX Е1 мультиплексирование происходит побайтно, а далее, начиная с Е2 побитно.

Рассмотрим подробнее при побитном мультиплексировании (Важно сохранить синхронизацию). Мультиплексор Е2 имеет входной буфер. Ускорение происходит за счет того, что запись в буфер и считывание происходит с разной скоростью. Они независимы. Считывание происходит быстрее (на выходе из MUX).

Может быть рассинхронизация считывания и записи. Если нестабильность записи принять за единицу, то нестабильность считывания больше в 4 раза.

Для Е1 33ий импульс считается «служебным» (он пустой) интервалом.

Для Е2 на выходе получаем последовательность из четырех пустых интервалов.

Stuffing – вставка фиктивного бита, если интервал 4ех пустых битов пришел раньше, чем нужно (генератор ускорился). Генератор может задержаться, тогда нужно убрать бит из последовательности.

Если пустой интервал 000, то все в порядке. Если пустой интервал 111, то генератор ускорился и вставлен бит (либо замедлился ) вышел из штатного режима.

Время прихода пустой последовательности фиксировано. 2ой служебный канал посылает (2-ая пустая последовательность)

111 если положительное согласование (лишний бит вставлен)

000 если отрицательное согласование (пропущенный бит)

3ий канал служебный – то что нужно вставить: для отрицательного согласования 111 – «1» 000-«0»

Все это происходит внутри MUX. Синхронизация происходит от передатчика => много сбоев (в линии могут быть ошибки) и т.д. Это ее недостаток (плезихронной синхронизации). Отсутствует контроль за переправкой информации. Это тоже минус.

Используются обычно Е1, Е2 так как на более высоких скоростях еще больше ошибок.

На демультиплексоре: Инверсный демультиплексор.

Еще один серьезный недостаток - на стороне демультиплексора – чтобы выделить каналы по 64 kbit/s в Е1 необходимо демультиплексировать весь поток Е1 => используется инверсный демультиплексор.

Еще один недостаток в плохом обеспечении синхронизации (демультиплескор инверсный позволяет выделить Е1 из Е2 или Е2 из Е3, но он выделяет только крупные потоки.

Еще – почти полное отсутствие данных о состоянии канала.

Недостатки плезихронной цифровой иерархии стали наиболее выраженными в оптических каналах, где протекает очень большой поток информации и теряется управляемость). Неконтролируемые каналы. Плохое обеспечение синхронизации.

Учитывая недостатки была разработана

Синхронная цифровая иерархия. SDH

(объединение потоков)

4 потока объединяют в один. Все данные пересылаются с помощью блоков информации (frame)-рамка, кадр. За счет этого достигается управляемость канала.

Посылается рамка (frame), набираемая из низкоскоростного канала. Структура рамки:

Blog

Информация сведения о каких-либо процессах, событиях, фактах и предметах