1.4Класифікація телекомунікаційних систем

Класифікація розмаїття телекомунікаційних систем може бути зведена до наступного: в зв'язку з тим, що невід'ємну частину будь-якої ТС складають лінії зв'язку, то в залежності від виду фізичного носія інформації можна визначити чотири основних різновиди ТС (рис.1):

1. Системи та мережі електрозв'язку, в яких носієм інформації є керований рух електронів в провіднику;

2. Радіотелекомунікаційні системи та мережі, в яких передача інформації здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль у відкритому просторі;

3. Оптоволоконні системи передачі інформації за допомогою електромагнітних хвиль, які розповсюджуються в обмеженому середовищі - хвилеводі;

4. Акустичні системи зв'язку, в яких передача інформації здійснюється за допомогою акустичних хвиль в різних середовищах.

Розглянемо концептуально деякі проблемні питання побудови та використання означених класів ТС. Найважливішими тенденціями розвитку телекомунікаційних систем та мереж (рис.2) є розширення їх різновидів, а також цифровізація. Цифрова система передає мову (або іншу інформацію), розділяючи її на мільони імпульсів, які блискавично розповсюджуються по каналу зв'язку з наступним перетворенням у вихідну інформацію в приймальному пристрої. Ключовою тенденцією побудови і розвитку таких систем є взаємне переплетіння засобів зв'язку і електронно-обчислювальної техніки. Сучасні телефони і комп'ютери побудовані на однакових комплектуючих деталях і засобах програмування. Внаслідок конструктивної і інформаційної сумісності засобів зв'язку та обчислювальної техніки з'являються якісно нові обладнання і послуги телекомунікаційних комп'ютерних мереж.

Вже звичними на протязі останнього десятиріччя стали послуги електронної пошти, тобто обмін за допомогою комп'ютерів і найпростіших каналів зв'язку письмовою інформацією між абонентами, підключеними до спільної інформаційної мережі. Ключовими функціональними блоками мережі, які забезпечують задану адресну передачу повідомлень є так звані маршрутизатори, що являють собою спеціалізовані комп'ютери,

які керуються загальноприйнятим протоколом TCP/IP-Transmissions Control Protoсol/lntemet Protoсol. При цьому інформація, яка передається, умовно розділяється на частини однакової довжини, які називають пакетами. Маршрутизатори здійснюють комутацію цих пакетів завдяки тому, що кожен пакет містить дві складові: службову і інформаційну. До службової складової пакету входять адреси повідомлення, а також дані, які визначають належність цього пакета певному повідомленню, зокрема його номер у повідомленні. До інформаційної складової входить власне частина повідомлення, що передається. Кожен пакет передається як самостійне повідомлення згідно принципу комутації повідомлень. Всі пакети одного повідомлення можуть бути передані або незалежно по різних шляхах мереж зв'язку (датаграмний спосіб передачі), або по одному шляху, прокладеному на мережах першим пакетом (віртуальний спосіб передачі). У другому випадку мати в службовій частині кожного пакету адресу всього повідомлення, номер пакету ь повідомленні та деякі інші дані недоцільно. Тому їх виключають, а сам спосіб такого формування пакетів та їх передачі по віртуальному каналу називають швидкою комутацією пакетів.

Системи та мережі

електрозв'язку

Радіотелекомунікаційні системи та мережі

Керований рух електронів

в провіднику

Електромагнітні хвилі у відкритому просторі

ФІЗИЧНИЙ РІЗНОВИД НОСІЯ ІНФОРМАЦІЇ

Інші

Акустичні хвилі в різних

середовищах

Оптоволоконні системи передачі інформації

Акустичні системи

зв'язку

Електромагнітні хвилі в обмеженому середовищі

Рис. 1. Класифікація телекомунікаційних систем за різновидом носія інформації

Рис. 2. Найважливіші тенденції розвитку телекомунікаційних систем та мереж

Ідея реалізації комутації пакетів була запропонована ще в 50-і роки, але знайшла своє впровадження лише останнім часом при реалізації цифрових систем передачі даних або мови. У випадку передачі мови здійснюється так званий режим ІР-телефонії, комп'ютерної або пакетної телефонії, тобто передачі голосу за допомогою технологій, які використовують головним чином в Інтернеті.

Сьогодні можливості і перспективи IP-телефонії викликають чимало суперечливих і неоднозначних думок. До переваг традиційно відносять низьку вартість міжміських чи міжнародних розмов і більш ефективне використання ліній зв'язку. Недоліками вважають низьку якість передачі голосу. Насправді ж справа полягає в наступному Вартість міжміських чи міжнародних розмов сьогодні дійсно в 2-3 рази менша порівняно з звичайним зв'язком. Це обумовлено, по-перше, поки що невисоким завантаженням каналів пакетної передачі голосовими повідомленнями і, по-друге, і можливо головне, основна причина невисоких цін на IP-телефонію - це міжоператорські домовленості щодо відносно низьких цін на обробку ІР-телефонного трафіка (трафік - інформаційне навантаження мережі). Таким чином, ціна обумовлена в основному нинішньою ситуацією на ринку. Що стосується якості передачі, то тут є принципові труднощі на шляху розвитку цього виду зв'язку. Вони обумовлені високою чутливістю голосу до часових затримок передачі окремих пакетів повідомлень. В телефонній розмові затримка в передачі голосу більш як на третину секунди вже дискомфортна для людського слуху: складається враження, що абонент сильно заікається. На сучасному ж рівні розвитку IP-технологій гарантувати час доставки пакетів все ще важко. Тому для рішення цих проблем необхідні час і відповідна фінансування нових розробок IP-мереж.

Розвиток комп'ютерних інформаційних мереж стосовно передачі даних є дуже інтенсивним і охоплює реалізацію як локальних (в межах установи чи міста), регіональних (галузевих, міжгалузевих загальнодержавних), так і глобальних інформаційних мереж (Інтернет). Проблемними телекомунікаційними питаннями в розвитку мереж сьогодні можна вважати:

а) підвищення ефективності використання каналів зв'язку - для чого, зокрема, застосовується метод мультиплексування пакетів у каналі зв'язку, коли у паузах між пакетами одного абонента створюються умови для передачі пакетів інших абонентів;

б) підвищення надійності мережі - для чого під час роз'єднання чи перевантаження одного з каналів, пакети можуть передаватись іншими каналами, рано чи пізно досягаючи абонента призначення;

в) конвергенція (об'єднання) способів передачі усіх видів інформації (аудіо-, відео-, дані) мережами зв'язку, що реалізовано в мережі Інтернет і обумовило унікальність відомих практичних можливостей використання цієї мережі.

г) ключовим проблемним телекомунікаційним аспектом подальшого розвитку комп'ютерних інформаційних мереж, і насамперед мережі Інтернет, є необхідність підвищення його ресурсу. Ресурс - це насамперед доступна користувачам швидкість передачі інформації і апаратура, яка забезпечує цю швидкість (яка однозначно зв'язана з доступною для користувачів смугою пропускання). Саме від цього показника залежить якість і обсяги практично здійснюваних мультимедійних технологій.

д) зменшення необхідної для передачі інформації смуги, що можна досягнути шляхом стискання і кодування сигналів.

В радіотелекомунікаційних системах носієм інформації є електромагнітні хвилі у відкритому просторі (рис.З). Розвиток радіотехнологій тривав протягом усього XX століття. До 20-х років відбувся повний перехід від іскрових передавачів до генераторів і підсилювачів синусоїдальних коливань, які дали змогу реалізувати частоту вибірковість і ущільнення спектра освоєних радіочастот великою кількістю радіостанцій. Була реалізована радіотелефонія, яка стала основою радіомовлення. Пізнання механізмів поширення і відбиття радіохвиль та вдосконалення апаратури привели до створення радіолокації.

Радіонавігація також стала невід'ємним засобом самовизначення на місцевості повітряних і морських суден. В 30-ї роки (рис.4) було освоєно короткохвильове радіо. В кінці 40-х - чорно-біле телебачення. Істотні успіхи в галузі далекого зв'язку пов'язані з освоєнням мікрохвильового діапазону або діапазону надвисоких частот (3-30 ГГц) і розвитком супутникових технологій, в 70-х роках.

Супутникові мікрохвильові телекомунікаційні системи утворили всесвітню мережу телевізійного і радіомовлення. Внаслідок розвитку і здешевлення електронної елементної бази з кінця 80-х років стаз можливим прийом супутникового телебачення на невеликі індивідуальні антени. Супутникові телекомунікаційні системи дали змогу перекинути "інформаційні мости" між різними точками світу, забезпечивши пряме з'єднання і необхідну пропускну здатність між ними і одночасно створивши розподільчу мережу для абонентів. На жаль, про участь України в реалізації цих проектів і телекомунікаційних систем говорити проблематично. СРСР в кінці 80-х років мав близько 140 супутників, з яких 10 були цивільними супутниками зв'язку і мовлення. І жоден з них не дістався Україні при розпаді СРСР. Тим більше важливо, що в 90-і роки в рамках розумної конверсії колективом вітчизняних вчених і конструкторів було оптимально використано науково-технічний потенціал в створенні мікрохвильових систем на замовлення військово-промислового комплексу колишнього СРСР.

Однією з таких систем стала мікрохвильова інтегрована телерадіоінформаційна система МІТРІС, яка є екологічно безпечною, ресурсозберігаючою розподільчою системою і дає можливість надавати низку телекомунікаційних послуг, серед яких:

багатоканальне аналогове і (або) цифрове телебачення, в тому числі інтерактивне;

передача даних і інформаційне обслуговування в мережах, в т.ч. доступ до мережі Інтернет;

цифрова телефонія, тощо.

Розробка системи МІТРІС відповідає світовому рівню і є конкурентоспроможною. Вона сертифікована, її основні рішення захищені патентами України.

За техніко-економічними показниками МІТРІС має значні переваги у порівнянні з відомими зарубіжними системами (типу американської ММДС). Її застосування дозволяє суттєво знизити рівень електромагнітного випромінювання та зменшити його вплив на населення, знизити майже та порядок витрати енергії для живлення системи. Комітет Верховної ради України визнав цю розробку пріоритетною для нашої держави, визначив НТУУ "КПГ головною організацією по розробці і впровадженню системи МІТРІС і поклав на університет координаційні функції по співпраці з іншими організаціями.

Рис. 3. Класифікація радіотелекомунікаційних систем

Тенденції розвитку радіоелектронних телекомунікаційних систем у світі сьогодні характеризуються широкомасштабним впровадженням ряду видів радіотелефонної апаратури. Серед них: широка номенклатура радіостанцій у діапазоні 27 МГц, радіус дії яких обмежений декількома кілометрами. Вони забезпечують зв'язок абонентів між собою і не мають з'єднань з АТС загального користування. Другий вид апаратури - це радіоподовжувачі у діапазоні 46-49 МГц, кожен з яких являє собою телефонний апарат, що має базовий блок і одну або декілька слухавок, які по радіоканалу зв'язані з блоком і дозволяють на відстані до сотень метрів від базового блока забезпечити зв'язок з будь-яким абонентом, підключеним через АТС до телефонної мережі загального користування. Розвиток цього принципу з використанням більш високочастотного діапазону призвіс до створення мережі так званого стільникового зв'язку з рухомими об'єктами. При цьому вся територія умовно розділяється на клітинки - стільники з лінійними розмірами від одиниць до десятків кілометрів. В центрі кожного такого стільника знаходиться малопотужна станція, з якою здійснюється радіозв'язок рухомих абонентів, що знаходяться на території даного стільника. Базові станції системи стільникового зв'язку, в свою чергу, через вузлові станції з'єднані з телефонною мережею загального користування. Зв'язок базових станцій з вузловими здійснюється провідними або радіорелейними каналами. Все це забезпечує можливість надання високоякісного радіозв'язку великій кількості абонентів в умовах обмеженого частотного діапазону Чим менше розмір стільника, тим частіше можна використовувати одині й ті ж частоти для зв'язку з абонентами. При переміщенні абонента з території одного стільника до іншого комп'ютер автоматично перемикає сигнал на сусідню базову станцію так, що абонент практично цього не помічає. Для реалізації стільникового зв'язку виділені частоти в діапазонах 450, 900, 1600, 1900, 2500 і 3000 МГц. Чим вища частота, тим менше розмір стільника. Так, наприклад, в діапазоні 900 МГц оптимальні лінійні розміри стільника близько 3,2 км, а для 3 ГГц - менше 1200 м.

У сільській місцевості недоцільно розгортати всю систему стільникового зв'язку, оскільки достатньо обмежитись однією клітинкою - зоною і однією базовою станцією, підключеною до телефонної мережі загального користування. Взагалі ж зонові радіотелефонні системи мають специфіку порівняно із стільниковими. Це стосується насамперед багато більших лінійних розмірів зон (десятки кілометрів), діапазону частот, наявність комутаційних пристроїв і т.і. Одним із прикладів зонових систем вітчизняного виробництва є система "Алтай-3", що вже десятки років експлуатується для зв'язку з рухомими об'єктами (автомобілями). Сучасними розробками зонових радіотелефонних систем є так звані транкінгові системи, в яких використано принцип багатоканального зв'язку на різних частотах, причому вибір конкретного каналу (частоти) для' здійснення зв'язку здійснюється автоматично за принципом - найближчого вільного каналу.

Принцип зонового зв'язку являється доцільним для вирішення так званої проблеми "останньої милі" і для інформатизації окремих адміністративних районів. При цьому заслуговує на увагу застосування сучасних мікрохвильових розподільних систем типу "точка - багато точок" для побудови цифрових мереж з інтеграцією послуг. Використання широкосмугового безпроводового доступу має можливість забезпечити мультимедійними послугами корпоративних користувачів, об'єднаючи можливості передачі даних, відео і голосу. Одним із прикладів подібних розробок може бути створювана на території НТУУ "КПІ" зонова телекомунікаційна мережа діапазону 28 ГГц. В ній передбачено 4 сектори (кожен радіусом 4 км). Базова станція забезпечує передачу інформації до абонентів із швидкістю 34 Мбіт/с. Передбачені зворотні радіоканали зв'язку з швидкістю 2, 8 і 16 Мбіт/с, які забезпечують користувачам абонентських станцій надання усього спектру послуг цифрової інтегрованої мережі: телефонії і передачі даних. Розвиток подібних мереж є особливо перспективним для інформатизації сільських адміністративних районів. Специфіку мікрохвильових ТС, яка пов'язана з простотою реалізації широкосмугових розподільчих систем в межах прямої видності від базової станції до абонентських, можна ефективно використати шляхом застосування так званих висотних платформ. Такі платформи, розміщені на висоті 18-20 км, дозволили б охопити послугами широкополосного цифрового зв'язку одночасне сотні тисяч наземних користувачів на площі радіусом до 150 км. Подібний проект в діапазоні 38-40 ГГц зараз розробляється в США і має охоплювати околиці Лос-Анджелеса і територію від Сан Дієго до Сан-Франциско.

Взагалі ж висотні платформи з ретрансляційним обладнанням можуть скласти серйозну конкуренцію супутниковим системам зв'язку.

В кінці 80-х - початку 90-х років почалось створення і використання оптоволоконних ліній передачі інформації. Найбільш вагома специфіка таких ліній - можливість передачі надзвичайно великих обсягів інформації. Це обумовлено використанням електромагнітних хвиль оптичного діапазону з довжинами хвиль біля 1 мікрометра. Волоконно-оптичні лінії зв'язку (ВОЛЗ) для передачі інформації мають практичні безмежні можливості. їх використання практично розв'язує проблему швидкості передачі інформації, пов'язану зі смугою пропускання проводових і мікрохвильових систем. ВОЛЗ здатна передавати інформацію зі швидкістю десятки-сотні терабіт на секунду. Швидкість передачі практично обмежується швидкістю роботи оптоелектронних пристроїв, які підключені до ВОЛЗ.

Оптоволоконний кабель не зазнає впливу електромагнітних перешкод. Це означає, що тільки загасання світла і дисперсія сигналу у волокні і дисперсія сигналу обмежують дальність передачі. Сучасні засоби корекції дисперсії й оптичне підсилення сигналу чи оптоелектронна регенерація його дають змогу здійснювати передачу на необмежені земні відстані. Саме тому ВОЛЗ стають основним середовищем передачі як на магістральних, так і на абонентських ділянках мереж зв'язку з нерухомими об'єктами. Сьогодні реалізовані трансокеанські і трансконтинентальні проекти на базі ВОЛЗ. І цей прогрес продовжується.