Технические средства информатизации
10. Технические средства дистанционной передачи информации
Для передачи и распространения электронных данных используются различные средства и системы связи и телекоммуникации.
Существуют следующие виды связи и используемые в них виды информации:
Телефонная связь — самый распространенный вид оперативно-управленческой связи. Официально она появилась 14 февраля 1876 г. Диапазон частот передаваемых звуковых сигналов по российским телефонным каналам составляет 300 Гц — 3,4 кГц.
Телефонная станция (или АТС) — это здание с комплексом технических средств, предназначенных для коммутации телефонных каналов. На АТС производится соединение телефонных каналов абонентов на время их переговоров, а затем, по окончании переговоров, их разъединение. Современные телефонные станции являются автоматическими техническими устройствами (в том числе, компьютерными).
Учрежденческие АТС, как правило, обеспечивают не только внутреннюю связь подразделений между собой с возможностью выхода во внешние сети, но и различные виды производственной связи (диспетчерскую, технологическую, громкоговорящую и директорскую) для связи директора с подчиненными, проведения совещаний и конференций, а также функционирование систем охранной и пожарной сигнализации.
В целом связь в организации подразделяется:
Дуплексный режим дает возможность одновременно говорить и слышать собеседника.
Полудуплексная передача (half-duplex) — метод двунаправленной передачи данных (в двух направлениях по одному каналу), при котором в каждый момент времени информация может передаваться только в одну сторону. Это двухчастотный симплекс, или полудуплекс. С точки зрения конечного пользователя он эквивалентен симплексу.
Симплексный режим позволяет абонентам говорить между собой по очереди.
Линии связи — это физические провода или кабели, соединяющие пункты (узлы) связи между собой, а абонентов — с ближайшими узлами.
Каналы связи (или среды передачи данных) образуются различным образом. Канал может создаваться на время соединения двух абонентов телефонной или радиосвязи и проведения между ними сеанса голосовой связи. В радиосвязи этот канал представляет собой среду передачи данных, в которой одновременно может работать несколько абонентов, а также одновременно осуществляться несколько сеансов связи.
Каналы связи можно разделить на следующие виды:
Беспроводная связь, предусматривающая подвижную (радиостанции, сотовая и транковая связь и др.) и стационарную радиосвязь (радиорелейная и космическая (спутниковая) связь);
На сегодняшний день различают витую пару, коаксиальный и оптоволоконный кабели.
Витая пара — изолированные проводники, попарно свитые между собой для уменьшения наводок между ними. Существует пять категорий витых пар: первая и вторая используются при низкоскоростной передаче данных; третья, четвертая и пятая — при скоростях передачи до 16, 25 и 155 Мбит/с.
Коаксиальный кабель — медный проводник внутри цилиндрической экранирующей защитной оболочки, свитой из тонких медных проводников, изолированной от проводника диэлектриком. Скорость передачи данных — до 300 Мбит/с. Значительная стоимость и сложность прокладки ограничивают его использование. Волновое сопротивление кабеля (отношение между амплитудами падающих волн напряжения и тока) составляет 50 Ом.
Оптоволоконный кабель состоит из прозрачных волокон оптически прозрачного материала (пластик, стекло, кварц) диаметром в несколько микрон, окруженных твердым заполнителем и помещенных в защитную оболочку. Коэффициент преломления этих материалов изменяется по диаметру таким образом, чтобы отклонившийся к краю луч возвращался обратно к центру. Передача информации осуществляется преобразованием электрических сигналов в световые с помощью, например, светодиода. При этом обеспечивается устойчивость к электромагнитным помехам и дальность до 40 км.
Выделяют три основных типа беспроводных сетей:
Современные беспроводные сети включают в себя радиорелейную, транкинговую, сотовую, спутниковую связь и др.
Радиорелейная связь образуется путем строительства протяженных линий с приемопередающими станциями и антеннами. Она обеспечивает узкополосную высокочастотную передачу данных на расстоянии между ближайшими антеннами в пределах прямой видимости (примерно 50 км)-. Скорость передачи данных в такой сети достигает 155 Мбит/с.
Транкинговая (trunking), или транковая (trunked), связь — это ствол, канал связи, организуемый между двумя станциями или узлами сети, для передачи информации группы пользователей в одном радиостволе (до 50 и более абонентов) с радиусом действия от 20 до 35, 70 и 100 км. Это профессиональная мобильная радиосвязь с автоматическим распределением ограниченного количества свободных каналов среди большого числа подвижных абонентов, позволяющая эффективно использовать частотные каналы, существенно повышая пропускную способность системы.
Сотовая связь (сотовая подвижная связь — СПС) появилась в конце 1970-х гг. Ее также называют мобильной. Промышленно системы СПС начали эксплуатироваться в США с 1983 г., а в России — с 1993 г. Принцип организации СПС заключается в создании сети равноудаленных антенн с собственным радиооборудованием, каждая из которых обеспечивает вокруг себя зону устойчивой радиосвязи (от англ. cell — сота).
В СПС используются методы разделения каналов по частоте (FDMA), времени (TDMA) и коду (CDMA). FDMA — частотное разделение, TDMA — мультидоступ с временным разделением каналов (используется в мобильные системах стандарта GSM), CDMA — кодовое разделение каналов (сигналы других пользователей воспринимаются абонентом такой сети как «белый шум», не мешающий работе приемного устройства).
Спутниковая связь образуется между специальными наземными станциями спутниковой связи и спутником с антеннами и приемопередающим оборудованием. Она используется как система широкополосного вещания (телевидение, звуковое вещание) в целях циркулярного информационного обеспечения большого числа абонентов и организации виртуальных магистральных линий связи большой протяженности- Спутниковая связь позволяет охватить территории со слабо развитой инфраструктурой связи, расширить сферу и набор услуг, в том числе мультимедийных, радионавигационных и пр.
Станции спутниковой связи делятся на стационарные, переносные (перевозимые) и портативные. По видам передаваемых сигналов средства связи делят на аналоговые и дискретные, или цифровые.
К аналоговым относят непрерывные сигналы (электрические колебания), как правило, плавно меняющие амплитуду своих значений в течение сеанса передачи информации, например речь в телефонном канале.
При передаче любых сведений по сетям передачи данных их преобразуют в цифровую форму. Например, по телеграфу передаются закодированные последовательности импульсов. То же происходит при передаче информации между компьютерами по любым телекоммуникациям. Такие сигналы называются дискретными (цифровыми).
При передаче информации из ЭВМ в качестве кода используют 8-разрядный двоичный код.
Технические средства передачи информации в компьютерных сетях определяются как функциональные блоки или устройства, обеспечивающие взаимодействие нескольких информационных сетей или подсетей. К ним относят: 1) серверы доступа; 2) сетевые адаптеры, повторители, коммутаторы, концентраторы, мультиплексоры, мосты, маршрутизаторы, шлюзы и модемы, согласующие работу компьютеров с каналами передачи данных.
Компьютерной сетью называют совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммуникационного оборудования и программного обеспечения.
Локальные вычислительные сети (ЛВС) (Local-Area Network — LAN) позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве. Беспроводные сети дают возможность предоставить подключение пользователей там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. При этом беспроводные сети могут взаимодействовать с проводными сетями.
В современных цифровых системах связи основные функции передатчика и приемника выполняет модем .
По способу подключения к компьютеру выделяют внутренние (internal) — устанавливаемые в свободный слот материнской платы в системном блоке компьютера, встроенные (embedded) — входящие в базовую конфигурацию компьютера, и внешние (external) модемы. В компьютерных сетях применяют модемы и факс-модемы.
Сетевой адаптер используется для соединения компьютеров в локальной сети. Он устанавливается внутри системного блока компьютера и позволяет поддерживать скорость обмена данными 10, 100 Мбит/с и 1 Гбит/с.
Повторитель (repeater) служит для восстановления (регенерации) электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами ЛВС, если невозможно работать на одном сегменте кабеля или есть ограничения на расстояние и число узлов.
Концентратор (hub) — это устройство, позволяющее соединить компьютеры с сервером или несколько ЛВС в интерсеть для организации иерархических структур и разветвления сети. Они бывают пассивными и активными. К одному концентратору можно подключить от двух до нескольких десятков компьютеров.
Мост (bridge) служит для соединения разных подсетей, имеющих, в том числе, неодинаковые канальные протоколы.
Шлюз (gateway) — это межсетевой преобразователь, который предназначен для соединения информационных сетей различной архитектуры с неодинаковыми сетевыми протоколами.
Как правило, в сетях прием и передача информации между несколькими абонентами организуются с помощью специальных устройств разделения и уплотнения канала — мультиплексоров (multiplexer). При этом такое разделение канала называется мультиплексированием, а оперативность передачи данных зависит и от возможности выбирать оптимальные маршруты доставки данных.
Мультиплексирование бывает временным, когда передача информации различных абонентов в одном канале происходит по очереди в отдельные отрезки времени, и частотным, когда каждая линия, образуемая в данном канале, занимает свой частотный диапазон в рамках общего диапазона канала.
Выбор оптимального маршрута является сложной научной и практической задачей и осуществляется специальными устройствами — маршрутизаторами (router). Они определяют, для какой сети предназначено то или другое сообщение, и направляют эту посылку в заданную сеть. Основная функция маршрутизаторов — обеспечивать минимальное время передачи данных (пакетов) при минимальной стоимости передачи. Кроме того, они играют роль «моста» между ЛВС и Интернетом; соединения (объединения) локальных сетей (маршрутизации); защиты ЛВС от несанкционированного доступа (firewall).
Для диагностики неисправностей сети в операционной системе Windows ХР существует несколько утилит:
Ping (packet internet groper) — проверяет корректную конфигурацию протокола TCP/IP и доступность другого узла;
Nslookup — позволяет просматривать записи в базе данных сервера DNS, относящиеся к тому или иному узлу или домену;
Цифровое телевидение (Digital Television — DTV) — это передача видео- и аудиосигнала от транслятора к телеприемнику, использующая цифровую модуляцию и сжатие для передачи данных. Основой современного цифрового телевидения является стандарт сжатия MPEG.
Историю развития цифрового телевидения можно условно разбить на несколько этапов, каждый из которых характеризуется научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами, экспериментальными устройствами и системами, а также соответствующими стандартами.
Первый этап истории цифрового телевидения характеризуется использованием цифровой техники в отдельных частях ТВ-систем при сохранении аналоговых каналов связи. На данном этапе все студийное оборудование переводится на цифровой сигнал, обработку и хранение которого в пределах телецентра осуществляют цифровыми средствами. На выходе из телецентра телевизионный сигнал преобразуется в аналоговую форму и передается по обычным каналам связи.
Второй этап развития цифрового телевидения — создание гибридных аналого-цифровых ТВ-систем с параметрами, отличающимися от принятых в обычных стандартах телевидения. Можно выделить два основных направления изменения телевизионного стандарта: переход от одновременной передачи яркостного и цветоразностных сигналов к последовательной их передаче и увеличение количества строк в кадре и элементов изображения в строке.
Третий этап развития цифрового телевидения — создание полностью цифровых телевизионных систем.
В настоящее время существуют следующие основные стандарты:
Применение цифрового телевидения обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с аналоговым телевидением:
Создание интерактивных ТВ-систем, при пользовании которыми зритель получает возможность воздействовать на передаваемую программу (например, видео по запросу);
Однако цифровое телевидение имеет и недостатки:
Резко ограниченная территория покрытия сигнала, внутри которой прием возможен. Но эта территория при равной мощности передатчика больше, чем у аналоговой системы;
Оба недостатка являются следствием преимуществ цифровой передачи: цифровой сигнал принимается качественно на 100 % или не принимается вовсе.