Распределение сб по уровням эталонной модели вос.

…

Механизмы реализации сб.

…

Основные сведения о телекомуникационных системах.

1. Основные сведения о телекоммуникационных системах (ТКС)

1.1. Назначение и характерные особенности ТКС.

Основная функция ТКС, или территориальных сетей связи, заключается в обеспечении оперативного и надежного обмена информацией между абонентами сети. Общепринятое название информации, которой обмениваются, - сообщение. Главные показатели эффективности функционирования ТКС – верность и время доставки информации. Они зависят от ряда факторов: структуры сети связи, пропускной способности каналов связи, способов соединения каналов связи между взаимодействующими абонентами, протоколов информационного обмена, методов доступа абонентов к передающей среде, методов маршрутизации пакетов и др.

Характерные особенности ТКС:

Разнотипность каналов связи – от проводных каналов тональной частоты до оптоволоконных и спутниковых каналов;

Ограниченность пропускной способности и числа каналов связи между удаленными абонентами.

Таким образом, ТКС – это географически распределенная сеть, объединяющая в себе функции сетей передачи данных (СПД), телефонных сетей и предназначенная для передачи сообщений с различными вероятностно-временными характеристиками.

1.2. Типы сетей и каналов связи

В ТКС используются сети связи – телефонные, телеграфные, телевизионные, спутниковые. В качестве линий связи применяются: кабельные телефонные линии связи (на основе витой пары или коаксиального кабеля), волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) или световоды, радиорелейные и радиолинии.

Среди кабельных линий связи наилучшие показатели имеют световоды. Основные их преимущества:

высокая пропускная способность (сотни мегабит в секунду);

нечувствительность к внешним электромагнитным полям и отсутствие собственных электромагнитных излучений;

низкая трудоемкость прокладки оптического кабеля;

искро-, взрыво-, и пожарная безопасность;

повышенная устойчивость к агрессивным средам;

небольшая удельная масса (отношение погонной массы к полосе пропускания);

возможность применения в различных областях (магистрали коллективного доступа, системы связи ЭВМ с периферийными устройствами локальных сетей и др.).

Недостатки ВОЛС:

передача сигналов осуществляется только в одном направлении;

подключение к световоду дополнительных ЭВМ значительно ослабляет сигнал;

высокая стоимость высокоскоростных модемов;

необходимость в преобразователях электрических сигналов в световые сигналы и обратно.

В ТКС используются три разновидности каналов связи:

симплексный, когда передатчик и приемник связаны одним каналом, по которому информация передается только в одном направлении (в телевизионной и радиовещательной сетях);

полудуплексный, когда два узла связи соединены также одним каналом, по которому информация передается попеременно то в одном направлении, то в противоположном (в информационно-справочных и запросно-ответных системах);

дуплексный, когда два узла связи соединены двумя каналами (прямым и обратным), по которым информация одновременно передается в противоположных направлениях. Дуплексные каналы применяются в системах с решающей и информационной обратной связью.

В ТКС различают также выделенные (некоммутируемые) и коммутируемые на время передачи информации каналы связи.

При использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень готовности системы к передаче информации, более высокое качество связи поддержка большого объема трафика (расписания). Из-за сравнительно больших расходов на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается при условии достаточно полной загрузки каналов.

Для коммутируемых каналов связи, создаваемых только на время передачи фиксированного объема информации, характерны высокая гибкость и сравнительно небольшая стоимость (при малом объеме трафика). Недостатки таких каналов: потери времени на коммутацию (на установление связи между абонентами), возможность блокировки из-за занятости отдельных участков линии связи, более низкое качество связи, большая стоимость при значительном объеме трафика.

1.3. Синхронный и асинхронный режимы передачи

В сетях ТКС поток цифровых данных с помощью модема на выходе компьютера преобразуется в аналоговую форму. Это единственно возможный способ передачи информации по телефонным каналам связи.

Модем, размещенный на приемном конце, преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Процесс преобразования включает в себя временную дискретизацию входящего аналогового сигнала и квантование его по соответствующему уровню, с тем, чтобы восстановить первоначальный поток цифровых данных. Для безошибочной передачи цифрового сигнала по аналоговой линии принимающий модем должен функционировать с той же скоростью, что и передающий, т. е. их работа должна быть синхронизирована. Для этого используются два вида передачи данных: асинхронная и синхронная.

Асинхронная передача реализуется по символьно-ориентированной схеме, при которой данные передаются посимвольно. Каждая передаваемая последовательность состоит из стартового бита, за которым следует информационный символ. Завершает последовательность стоповый бит. Если между приемником и передатчиком отсутствует обмен данными, говорят, что линия между ними не загружена (это соответствует логической единице). Стартовый бит является сигнальным и информирует приемник о поступлении символа. Он же переводит линию в состояние логического нуля. Стоповый бит возвращает линию в состояние логической единицы. Асинхронный режим передачи используется для низкоскоростных устройств и устройств, у которых отсутствует буфер.

Синхронная передача применяется для высокоскоростной передачи блоков данных. В такой схеме для синхронизации в передаваемую последовательность включается особый символ, по которому осуществляется синхронизация. При символьно-ориентированной синхронной передаче блоку передаваемых символов предшествует один или несколько синхронизирующих символов. А при побитно-ориентированной синхронной передачи в передаваемый блок данных перед сообщением включается специальная последовательность бит, называемая флагом.

Для синхронной передачи данных используются синхронные модемы, а для асинхронной передачи – асинхронные. Синхронная передача не может проводиться с помощью асинхронных модемов, в то время как асинхронный режим может осуществляться с помощью синхронных модемов.

Иногда применяется гибридная схема передачи – изохронная, когда, как и при асинхронном режиме, каждый символ сопровождается стартовым и стоповым битами. Работа передающего и приемного модемов синхронизируется с помощью интервала, который существует между передаваемыми символами и составляет величину, кратную длительности передачи самого символа.

1.4. Аналоговый и цифровой методы кодирования данных

Пересылка данных от одного узла ТКС к другому осуществляется последовательной передачей битов сообщения от источника к пункту назначения. Физически информационные биты передаются в виде аналоговых или цифровых электрических сигналов. Аналоговыми называют сигналы, параметры которых могут иметь бесчисленное множество значений в пределах ограниченного диапазона. Цифровые сигналы могут иметь одно или конечный набор значений.

При работе с аналоговыми сигналами для передачи закодированных данных используется аналоговый несущий сигнал синусоидальной формы, а при работе с цифровыми сигналами – двухуровневый дискретный сигнал. Аналоговые сигналы менее чувствительны к искажению, обусловленному затуханием в передающей среде, зато кодирование и декодирование данных проще осуществляется для цифровых сигналов.

Аналоговое кодирование. Применяется при передаче цифровых данных по телефонным (аналоговым) линиям связи, изначально ориентированным на передачу акустических сигналов (речи). Перед передачей цифровые данные, поступающие из ЭВМ, преобразуются в аналоговую форму с помощью модулятора-демодулятора (модема), обеспечивающего цифро-аналоговый интерфейс.

Возможны три способа преобразования цифровых данных в аналоговую форму или три метода модуляции.

Амплитудная модуляция (АМ). При цифровой передаче амплитудную модуляцию называют амплитудной манипуляцией (АМн). В этом случае, в зависимости от значения передаваемого двоичного элемента (бита) несущий сигнал может принимать одно из двух состояний: «включено» (наличие сигнала) – при передаче «1», либо «выключено» (отсутствие сигнала) – при передаче «0». Двоичную АМн называют on-off манипуляцией. Однако из-за слабой помехозащищенности на практике АМн используют редко. В большинстве случаев амплитудную модуляцию объединяют с фазовой модуляцией, так как подобная комбинированная (квадратурная) модуляция большую скорость передачи данных.

Частотная модуляция (ЧМ). При ЧМ под воздействием модулирующих сигналов (информационных битов) меняется только частота несущего колебания. В случае частотной манипуляции (ЧМн) несущая частота выбирается из дискретного набора значений в соответствии с передаваемым битом или битовой последовательностью. В двоичной ЧМн используются две частоты: одна для двоичного нуля, другая – для двоичной единицы. При квадратурной частотной манипуляции применяются четыре частоты для передачи битных последовательностей: 00, 01; 10; 11. В общем случае, для ЧМн используется М=2n частот, каждая из которых представляет соответствующую n-битную последовательность.

Фазовая модуляция (ФМ). При ФМ в соответствии с последовательностью передаваемых информационных бит, изменяется только фаза несущего синусоидального колебания. В случае фазовой манипуляции (ФМн) фаза несущей частоты может принимать одно из нескольких дискретных значений. В частности, в двоичной схеме ФМн значение фазы несущей может равняться либо 0о, либо 180о в зависимости от того, какой двоичный элемент (1 или 0) передается по каналу связи. В этом случае в одном периоде сигнала передается один бит информации. При этом для передачи одного двоичного символа в секунду (бит/с) достаточно полосы частот в 1 Гц. Следовательно, в этом случае кодирование осуществляется со скоростью 1 бит/с/Гц.

Для передачи двойных битов (дибитов) 00, 01, 10 и 11 в одном периоде сигнала используется квадратурная ФМн, при которой фаза может принимать одно из четырех значений соответственно: 45о, 135о, 225о, 315о или 0о, 90о, 180о, 270о. Скорость кодирования в этом случае будет равна 2 бит/с/Гц.

Восьмеричная ФМн (8 значений фазы) используется для передачи трехбитных последовательностей и позволяет повысить скорость передачи в три раза по сравнению с двоичной ФМн. В общем случае, если фаза несущего сигнала принимает одно из 2n значений (изменений), то в одном периоде сигнала передается log22n=n бит и скорость кодирования составит n бит/с/Гц.

Одна из проблем, связанных с ФМн, состоит в том, что в приемнике фаза пришедшего сигнала должна сравниваться с фазой несущего колебания, что усложняет конструкцию устройства. В связи с этим на практике используется модифицированная форма фазовой манипуляции, которая называется относительной фазовой манипуляцией (ОФМн). При этом каждому информационному биту ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а ее изменение относительно предыдущего значения. Чаще применяется ОФМ (ОФМ-4), или двухкратная ОФМ (ДОФМ), основанная на передаче четырех сигналов, каждый из которых несет информацию о двух битах исходной двоичной последовательности. Если число кодируемых бит более трех, резко снижается помехоустойчивость ОФМ. По этой причине для высокоскоростной передачи данных ОФМ не используется.

Аналоговый способ передачи цифровых данных обеспечивает широкополосную передачу путем использования в одном канале сигналов различных несущих частот. Это обеспечивает взаимодействие большого количества абонентов, так как каждая пара абонентов работает только на своей частоте.

Цифровое кодирование данных выполняется напрямую, путем изменения уровней сигналов, несущих информацию. Например, если в ЭВМ цифровые данные представляются сигналами уровней: 5 В – для кода «1» и 0,2 – для кода «0», то при передаче этих данных в линию связи уровни сигналов преобразуются соответственно в +12 В и в -12 В. Такое кодирование осуществляется, в частности, с помощью асинхронных последовательных адаптеров RS-232-C при передаче цифровых данных от одного компьютера к другому на небольшие расстояния. Цифровой способ передачи является узкополосным, цифровые данные передаются на единой частоте.