СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
помехоустойчивостью. Линия связи может содержать усилители и регенераторы. Усилитель, обычно используемый в аналоговых системах связи, просто усиливает сигнал вместе с помехами и передаёт дальше. Регенератор («переприёмник»), используемый в цифровых системах связи, восстанавливает сигнал без помех и заново формирует линейный сигнал. Конкретная структура системы связи зависит от вида передаваемых данных. Для передачи дискретных данных, представленных в двоичном виде, используются двоичные системы связи как с непрерывными (аналоговыми), так и с дискретными (цифровыми) каналами связи. 2.2.1. Системы связи на основе непрерывного канала Каноническая схема системы связи на основе непрерывного (аналогового) канала связи для передачи двоичных сигналов, представленная на рис.2.11, содержит: • источник двоичных сигналов (ИДС); • модулятор (М); • фильтры (Ф); • демодулятор (ДМ); • приёмник двоичных сигналов (ПДС). Фильтры выполняют функции корректирующих устройств, обеспечивая требуемые динамические или частотные свойства передаваемого сигнала: • при передаче – преобразование сигнала, передаваемого в ЛС, таким образом, чтобы он обладал определенными свойствами; • при приеме – выделение полезного сигнала на фоне помех. Примером непрерывно канала связи может служить телефонный канал, называемый каналом тональной частоты (ТЧ), с полосой пропускания 3100 Гц. Строгое ограничение полосы пропускания канала ТЧ связано с использованием аппаратуры уплотнения и коммутации каналов в телефонных сетях и реализуется с помощью фильтров, отсекающих частоты менее f н =300 Гц и более f в =3400 Гц. ИДС М Ф ЛС Ф ДМ ПДС Непрерывный канал связи ДС – дискретный (двоичный) сигнал НС – непрерывный сигнал 2.11 ДС ДС НС НС Раздел 2. Средства телекоммуникаций 89 2.2.2. Системы связи на основе дискретного канала Каноническая схема системы связи на основе дискретного (цифрового) канала связи, представленная на рис.2.12, содержит: • устройство сопряжения с каналом связи (УС); • устройство защиты от ошибок (УЗО); • устройство преобразования сигналов (УПС). 2.2.3. Классификация каналов связи Классификация каналов связипредставлена на рис.2.13. В зависимости от типа передаваемых данных каналы связи делятся на непрерывные , предназначенные для передачи непрерывных (аналоговых) сигналов, и дискретные, предназначенные для передачи дискретных (цифровых) сигналов. В зависимости от направления передачи данных различают каналы связи: • симплексные , в которых данные передаются только в одном направлении; • дуплексные , представляющие собой два симплексных канала, в которых данные могут передаваться в один и тот же момент времени в двух направлениях – прямом и обратном; Каналы связи Выделенные (некоммутируемые) Временные (коммутируемые) Двухточечные Многоточечные Симплексные Дуплексные Полудуплексные Непрерывные Дискретные 2.13 ИДС УС УЗ О УПС УЗ О УС ПДС Дискретный (цифровой) канал связи 2.12 УПС ЛС Раздел 2. Средства телекоммуникаций 90 • полудуплексные , в которых данные могут передаваться поочерёдно в прямом и обратном направлении. Каналы связи могут быть всегда доступны для передачи данных за счёт постоянно существующего соединения между абонентами. Такие каналы называются выделенными или некоммутируемыми Альтернативой им являются коммутируемые или временные каналы связи, передача данных по которым возможна только после установления соединения между абонентами, причём канал существует только в течение времени передачи данных (сеанса связи). Двухточечный канал связи строится по принципу «точка-точка», то есть связывает только двух абонентов. Многоточечный канал связи строится по принципу «точка-многоточка» и обеспечивает передачу данных от одного абонента к нескольким абонентам, например так, как это происходит при конференцсвязи. 2.2.4. Характеристики каналов связи В качестве основных характеристик каналов связи используются следующие величины. 1. Скорость модуляции [бод] – число интервалов модуляции передаваемого сигнала в секунду (число переключений, сделанных за секунду); величина, обратная единичному интервалу: T B / 1 = 2. Пропускная способность канала связи [ бит / с или bps – bits per second] – предельная скорость передачи данных – количество данных , которое может быть передано по каналу связи за единицу времени Предельная пропускная способность непрерывного (аналогового) КС зависит от полосы пропускания н f f F − = в и SNR (Signal-to-Noise Ratio ) – отношения мощности сигнала P с к мощности шума ( помех ) P ш и может быть рассчитана по формуле Шеннона : ) 1 ( log ш c 2 P P F C + = Как следует из формулы Шеннона , пропускная способность канала связи может быть повышена за счёт увеличения полосы пропускания F или увеличения отношения сигнал / шум , причём более эффективным является первый способ , поскольку логарифмическая зависимость пропускной способности С от отношения ш c P P / делает второй способ менее эффективным и более трудоёмким При передаче данных по телефонному каналу с полосой пропускания F=3,1 кГц (f н =0,3 кГц ; f в =3,4 кГц ) с использованием модемов основной способ повышения пропускной способности состоит в увеличении отношения сигнал / шум С учётом того , что максимальное значение SNR в аналоговом телефонном канале составляет примерно 3000, получим предельную пропускную способность С около 34 кбит / с , что согласуется со стандартным значением 33600 бит / с Более высокие скорости передачи могут быть обеспечены только при условии передачи данных по Раздел 2. Средства телекоммуникаций 91 цифровым телефонным линиям связи, причём на пути передачи должны находиться только цифровые телефонные станции. Пропускная способность дискретного КС, построенного на основе непрерывного канала, без учета шума на линии может быть вычислена по формуле Найквиста: , log log 2 log 1 2 2 2 c c c n B n F n T C = = = где F T 2 1 = – длительность единичного интервала; c n – число значащих позиций в коде (количество различимых состояний информационного параметра). Реальная скорость передачи по каналу связи, измеряемая как количество данных, передаваемое за единицу времени (бит/с), обычно меньше пропускной способности и зависит от параметров каналообразующей аппаратуры и способа организации передачи данных. 3. Достоверность передачи данных – вероятность искажения бита из-за воздействия помех и наличия шумов в канале связи (обычно для КС без дополнительных средств защиты составляет от 10 -4 до 10 -6 ); иногда используется единица измерения BER (Bit Error Rate) – интенсивность битовых ошибок. 2.2.5. Многоканальные системы связи Системы связи, в которых по одной линии связи осуществляется одновременная независимая передача сигналов между несколькими парами абонентов, называются многоканальными. Использование общей линии для осуществления многоканальной связи называется уплотнением линии, а соответствующие технические средства – аппаратурой уплотнения. Схема многоканальной системы связи приведена на рис.2.14 где основными устройствами являются: устройство уплотнения (УУ), объединяющее в единый поток поступающие от передающих устройств (ПУ) сообщения, формируемые источниками сообщений (ИС), и устройство разделения (УР), выделяющее из единого потока данных сообщения, поступающие в приемные устройства (ПрУ) и предназначенные соответствующим получателям сообщений (ПС). ИС 1 . . . ИС n ПУ 1 ПУ n УУ УР ПС 1 ПС n ПрУ 1 ПрУ n . . . ЛС Помехи 2.14 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 92 Традиционные методы уплотнения (мультиплексирования, разделения) каналов: 1) частотный – предоставление каждой паре взаимодействующих абонентов в разных частотных диапазонах определенной полосы пропускания, достаточной для передачи данных; 2) временной – поочередное подключение в разных временных интервалах взаимодействующих абонентов к общей линии связи. Таким образом, в одной ЛС может быть организовано несколько КС. В этом случае ЛС можно рассматривать как совокупность технических средств для передачи сигналов, а КС – как долю ресурсов ЛС с соответствующей каналообразующей аппаратурой (аппаратурой уплотнения), предоставляемых одной паре взаимодействующих абонентов для передачи данных. 2.2.6. Методы мультиплексирования Мультиплексирование - технология разделения среды передачи данных между несколькими парами пользователей. В результате мультиплексирования в одном физическом канале создается группа логических каналов. В компьютерных сетях используются следующие методы мультиплексирования: • частотное мультиплексирование; • временное мультиплексирование; • волновое мультиплексирование. 2.2.6.1. Частотное мультиплексирование Частотное мультиплексирование (Frequency Division Multiplexing – FDM) состоит в формировании в пределах полосы пропускания F физического канала (линии связи) нескольких логических каналов , ,..., , 2 1 N K K K связывающих соответственно пользователей A 1 -B 1 , A 2 -B 2 , …, A N -B N Каждый такой логический канал занимает полосу F f << ( рис .2.15). ДМП МП … А 1 А 2 А N B 1 B 2 В N … … F 2.15 f f < ∆ К 1 К 2 К N f f f Раздел 2. Средства телекоммуникаций 93 Для исключения влияния друг на друга сигналов, передаваемых по соседним логическим каналам, между ними формируется частотный промежуток f f < ∆ , служащий границей между каналами. Примерами частотного мультиплексирования могут служить радиовещание и сотовая связь. 2.2.6.2. Временное мультиплексирование Временное мультиплексирование (Time Division Multiplexing – TDM) заключается в поочерёдном предоставлении взаимодействующим пользователям на небольшой промежуток времени, называемый временным слотом, всей пропускной способности канала. В качестве такого временного слота может служить интервал времени, необходимый для передачи одного байта, кадра или пакета. Временное мультиплексирование появилось и разрабатывалось для цифровых сетей связи. На рис.2.16 иллюстрируется временное мультиплексирование, обеспечивающее параллельную передачу данных между четырьмя парами пользователей: A 1 -B 1 , A 2 -B 2 , A 3 -B 3 , A 4 -B 4 ,. Для передачи одного байта каждой паре пользователей в строго определённой последовательности предоставляется временной слот: слот 1 для передачи байта от A 1 к B 1 , слот 2 – от A 2 к B 2 , слот 3 – от A 3 к B 3 , слот 4 – от A 4 к B 4 . Четыре таких слота, содержащие по одному байту для каждой пары пользователей, образуют цикл. Циклы последовательно повторяются до тех пор, пока не закончится передача данных. Если в цикле отсутствуют данные для передачи от пользователя i A , то соответствующий слот i о c таётся пустым и не может быть занят другим пользователем Это необходимо для того , чтобы на приёмной стороне демультиплексор ( ДМП ) мог корректно разделять поступающий поток байтов по номеру слота и направлять каждый байт именно тому пользователю , которому он предназначен Рассмотренный метод временного мультиплексирования называется статическим или синхронным , поскольку каждый байт от пользователей A 1 , A 2 , A 3 , A 4 занимает строго определённый слот в каждом цикле Очевидно , что недостатком синхронного мультиплексирования является снижение реальной пропускной способности канала связи в тех ДМП 2.16 А 1 А 2 А 3 А 4 МП B 1 B 2 B 3 B 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Циклы Слоты Раздел 2. Средства телекоммуникаций 94 случаях, когда в пределах цикла не все временные слоты заняты, причём чем больше слотов не занято, тем ниже реальная пропускная способность канала. Альтернативой синхронному временному мультиплексированию служит статистическое или асинхронное мультиплексирование, отличающееся тем, что слоты не привязаны строго к конкретной паре пользователей. Это означает, что при отсутствии данных для передачи у какого-то пользователя, очередной слот не остаётся пустым, а предоставляется другому пользователю. Таким образом, за счёт сокращения простоев реальная пропускная способность канала связи оказывается выше, чем при синхронном мультиплексировании. Для того чтобы на приёмной стороне ДМП мог направить поступившие в очередном слоте данные именно тому пользователю, которому они предназначены, необходимо, чтобы эти данные имели некоторый идентификатор (например, адрес), определяющий конкретного пользователя-получателя. Это означает, что такой метод временного мультиплексирования, используемый например в АТМ-сетях, предполагает в качестве содержимого слота не байт, а некоторый блок данных, называемый в АТМ-сетях ячейкой и содержащий идентификаторы отправителя и получателя. 2.2.6.3. Волновое мультиплексирование Волновое мультиплексирование (Wavelength Division Multiplexing – WDM), называемое также спектральным уплотнением, используется в волоконно-оптических линиях связи. По своей сути, волновое мультиплексирование представляет собой частотное уплотнение на очень высоких частотах (сотни ТГц). На рис.2.17 показана передача данных по волоконно-оптической линии связи (ВОЛС) от четырёх пользователей А 1 , А 2 , А 3 , А 4 к пользователям В 1 , В 2 , В 3 , В 4 соответственно. Для одновременной передачи по одной и той же линии связи используются разные длины волн: 4 3 2 1 , , , λ λ λ λ или , что то же самое , разные частоты светового диапазона На передающей стороне оптические лучи объединяются с помощью оптического сумматора ( ОСм ) в единый световой поток 4 3 2 1 λ λ λ λ + + + На приёмной стороне оптический разделитель ( ОР ) выделяет оптические сигналы по известной длине волны и направляет их соответствующим пользователям Технология WDM появилась в начале 90- х годов прошлого века Первые реализации позволяли передавать одновременно данные по 8 спектральным каналам со скоростью 2,5 Гбит / с по каждому каналу Затем появились реализации , содержащие 16, 32, 40 и более спектральных каналов со скоростями 10 Гбит / с по каждому каналу Увеличение числа логических каналов привело к появлению оптических магистралей нового поколения , построенных по технологии уплотнённого волнового Раздел 2. Средства телекоммуникаций 95 мультиплексирования – DWDM (Dense WDM), отличающегося от WDM значительно меньшим расстоянием между длинами волн. 2.3. Методы модуляции и кодирования данных Передача данных осуществляется в виде физических сигналов различной природы (электрические, оптические, радиоволны) в зависимости от среды передачи. Для обеспечения качественной передачи используются различные способы преобразования данных, представляемых в виде непрерывных или дискретных первичных сигналов, в линейные физические сигналы (непрерывные или дискретные), передаваемые по линии связи. Процесс преобразования непрерывных сигналов и их представление в виде физических сигналов для качественной передачи по каналам связи называется |