Что такое канал связи в информатике

Вычислительная сеть- совокупность ПК, соединенных линиями связи. Сеть – это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Канал связи — путь или средство, по которому передаются сигналы. Каналы связи (data link) создаются по линиям связи при помощи сетевого оборудования и физических средств связи. Физические средства связи построены на основе витых пар, коаксиальных кабелей, оптических каналов.Между взаимодействующими ИС через физические каналы коммуникационной сети и узлы коммутации устанавливаются логические каналы. Логический канал – это путь для передачи данных от одной системы к другой. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах. Логический канал можно охарактеризовать как маршрут, проложенный через физические каналы и узлы коммутации. Информация в сети передается блоками данных по процедурам обмена между объектами. Эти процедуры называют протоколами передачи данных. Протокол – это совокупность правил, устанавливающих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими устройствами. Загрузка сети характеризуется параметром, называемым трафиком. Трафик (traffic) – это поток сообщений в сети передачи данных. Под ним понимают количественное измерение в выбранных точках сети числа проходящих блоков данных и их длины, выраженное в битах в секунду. Существенное влияние на характеристику сети оказывает метод доступа. Метод доступа – это способ определения того, какая из рабочих станций сможет следующей использовать канал связи и как управлять доступом к каналу связи (кабелю). В сети все рабочие станции физически соединены между собою каналами связи по определенной структуре, называемой топологией. Топология – это описание физических соединений в сети, указывающее какие рабочие станции могут связываться между собой. Тип топологии определяет производительность, работоспособность и надежность эксплуатации рабочих станций, а также время обращения к файловому серверу. В зависимости от топологии сети используется тот или иной метод доступа. Состав основных элементов в сети зависит от ее архитектуры. Архитектура – это концепция, определяющая взаимосвязь, структуру и функции взаимодействия рабочих станций в сети. Она предусматривает логическую, функциональную и физическую организацию технических

и программных средств сети. Архитектура определяет принципы построения и функционирования аппаратного и программного обеспечения элементов сети. Преимущества использования сетей. Работы по созданию вычислительных сетей (ВС) начались еще в 60-х годах. Прообразом ВС явились системы телеобработки данных (СТД), построенные на базе больших (а позже и миниЭВМ). В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Основным недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому аналоговую речь предлагалось переводить в дискретную форму. передача данных по каналу связи производилась в один и тот же момент времени только с одной скоростью. Этот недостаток был преодолен использованием впервые в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП). ШП позволяет по одному кабелю вести передачу данных одновременно с различными скоростями. Так же велась разработка высокоскоростных шин для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.

Каналы связи, история каналов связи.

Главными преимуществами работы в сети являются возможность совместного доступа пользователей к сетевым ресурсам и возможность передачи данных между компьютерами без промежуточных носителей информации. Совместный доступ к информационным ресурсам позволяет во многих случаях избежать непроизводительного дублирования или разночтения одной и той же информации и экономить дисковое пространство. Совместный доступ к техническим ресурсам ПК дает возможность значительной экономии на приобретении периферийных устройств (принтеров, сканеров, модемов и т. д.). Использование сетей повышает производительность труда за счет значительной экономии времени, затрачиваемого на передачу

информации между подразделениями и сотрудниками. Наконец, использование глобальных сетей, и, в частности, Internet, открывает практически неограниченные возможности коммуникации между

пользователями ПК, находящимися в любой точке мира. Можно использовать ЛВС как почтовую службу и рассылать служебные записки, доклады и сообщения другим пользователям.

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.

Канал связи в теории информации

Идеи, Концепции, учения, методы исследования

Кана́л свя́зи в теории информации , математическая модель устройства, предназначенного для передачи информации . Теория информации отвлекается от конкретной природы таких устройств, подобно тому как геометрия изучает геометрические фигуры и тела, отвлекаясь от материала, из которого они изготовлены. Различные конкретные системы связи рассматриваются только с точки зрения количества информации, которое может быть надёжно передано с их помощью. В теории информации канал связи задаётся множеством < x > < x >допустимых сообщений ( сигналов ) на входе, множеством < y > < y >сообщений (сигналов) на выходе и набором условных вероятностей p ( y ∣ x ) p(y∣x) p ( y ∣ x ) получения сигнала y y y на выходе при входном сигнале x x x . Эти условные вероятности описывают статистические свойства шумов ( помех ), искажающих сигналы в процессе передачи. В случае когда p ( y ∣ x ) = 1 p(y∣x)=1 p ( y ∣ x ) = 1 при y = x y=x y = x для всех x ∈ < x >, x∈, x ∈ < x >, канал связи называется каналом без шумов. В соответствии со структурой входных и выходных сигналов выделяют дискретные и непрерывные каналы связи. В дискретных каналах связи сигналы на входе и на выходе представляют собой последовательности букв из одного и того же или различных алфавитов. В непрерывных каналах связи входной и выходной сигналы суть функции непрерывного параметра, который обычно является временем. Возможны также смешанные случаи, но обычно предпочитают рассматривать один из двух указанных случаев.

Способность канала связи передавать информацию характеризуется некоторым числом – пропускной способностью (ёмкостью) канала, которая определяется как максимальное количество информации относительно сигнала на входе, содержащееся в сигнале на выходе (в расчёте на единицу времени). Точнее, пусть входной сигнал X X X принимает значения x ∈ < x >x∈ x ∈ < x >с вероятностями p ( x ) . p(x). p ( x ) . Тогда по формулам теории вероятностей можно рассчитать как вероятности q ( y ) q(y) q ( y ) того, что сигнал Y Y Y на выходе примет значение y , y, y , q ( y ) = ∑ x p ( x ) p ( y ∣ x ) , q(y)=sum_xp(x)p(y|x), q ( y ) = ∑ x ​ p ( x ) p ( y ∣ x ) , так и вероятности p ( x , y ) p(x, y) p ( x , y ) совмещения событий X = x , X=x, X = x , Y = y , Y=y, Y = y , p ( x , y ) = p ( x ) p ( y ∣ x ) . p(x, y)=p(x)p(y|x). p ( x , y ) = p ( x ) p ( y ∣ x ) . По этим величинам вычисляется количество информации I ( Y , X ) = I ( X , Y ) = ∑ x , y p ( x , y ) log ⁡ 2 p ( x , y ) p ( x ) q ( y ) I(Y, X)=I(X, Y)=sum_p(x, y)log_2frac I ( Y , X ) = I ( X , Y ) = x , y ∑ ​ p ( x , y ) lo g 2 ​ p ( x ) q ( y ) p ( x , y ) ​ и его среднее значение на единицу времени R = lim ⁡ T → ∞ 1 T I ( Y , X ) , R=lim_fracI(Y, X), R = T → ∞ lim ​ T 1 ​ I ( Y , X ) , где T T T – длительность передачи сигнала X . X. X . Верхняя граница C C C величин R , R, R , взятая по всем источникам сообщений на входе, называется пропускной способностью канала связи. Вычисление пропускной способности, подобно вычислению энтропии , легче в дискретном случае и сложнее в непрерывном, где оно основывается на теории стационарных случайных процессов .

В теории информации устанавливается, что в случае дискретного канала связи без шумов общее определение пропускной способности C C C равносильно следующему: C = lim ⁡ T → ∞ log ⁡ 2 N ( T ) T , C=lim_frac<log_2N(T)>, C = T → ∞ lim ​ T lo g 2 ​ N ( T ) ​ , где N ( T ) N(T) N ( T ) – число допустимых сигналов длительности T . T. T .

Пример 1. Пусть входной алфавит канала связи без шумов состоит из символов (букв) 0 0 0 и 1 , 1, 1 , передача каждого из которых занимает τ textτ τ секунд. Допустимые сигналы длительностью T = n τ T=ntextτ T = n τ представляются последовательностями длины n n n символов 0 0 0 и 1. 1. 1. Их число N ( T ) = 2 n . N(T)=2^n. N ( T ) = 2 n . В этом случае C = lim ⁡ T → ∞ log ⁡ 2 N ( T ) T = lim ⁡ n → ∞ n n τ = 1 τ (двоичные ед./с). C=lim_frac<log_2N(T)>=lim_frac=fractext <(двоичные ед./с).>C = T → ∞ lim ​ T lo g 2 ​ N ( T ) ​ = n → ∞ lim ​ n τ n ​ = τ 1 ​ ( двоичные ед ./ с ). Пример 2. Пусть символы 0 0 0 и 1 1 1 передаются за τ textτ τ и 2 τ 2textτ 2 τ секунд соответственно. Здесь допустимых сигналов длительностью T = n τ T=ntextτ T = n τ будет меньше, чем в примере 1. Так, при n = 3 n=3 n = 3 их будет всего 3 (вместо 8). Можно подсчитать, что C = 1 τ log ⁡ 2 ( 5 + 1 2 ) ≈ 0 , 7 τ (двоичные ед./с). C=fraclog_2 left(frac+1>right)approxfrac7>text <(двоичные ед./с).>C = τ 1 ​ lo g 2 ​ ( 2 5

​ + 1 ​ ) ≈ τ 0 , 7 ​ ( двоичные ед ./ с ). При необходимости передачи сообщений по данному каналу связи приходится преобразовывать эти сообщения в допустимые сигналы канала связи, т. е. производить надлежащее кодирование . После передачи необходимо произвести операцию декодирования, т. е. операцию обратного преобразования сигналов в сообщения. Кодирование целесообразно производить так, чтобы среднее время, затрачиваемое на передачу, было возможно меньше. При одинаковой длительности передачи символов на входе канала связи это означает, что для кодирования сообщений надо выбирать наиболее экономный код с алфавитом, совпадающим со входным алфавитом канала связи. При процедуре согласования источника с каналом связи возникает специфическое явление задержки (запаздывания), которое может пояснить следующий пример.

Пример 3. Пусть источник сообщений посылает независимо друг от друга через промежутки времени длины 1 / v 1/v 1/ v (т. е. со скоростью v v v ) символы x x x (буквы сообщения), принимающие значения x 1 , x 2 , x 3 , x 4 x_1, x_2, x_3, x_4 x 1 ​ , x 2 ​ , x 3 ​ , x 4 ​ с вероятностями, равными соответственно 1 / 2 , 1 / 4 , 1 / 8 , 1 / 8. 1/2, 1/4, 1/8, 1/8. 1/2 , 1/4 , 1/8 , 1/8. Пусть канал связи без шумов такой же, как в примере 1, и кодирование осуществляется мгновенно. Полученный сигнал или передаётся по каналу связи, если последний свободен, или ожидает (помещается в память) до тех пор, пока канал связи не освободится. Если выбран, например, код x 1 = 00 , x_1=00, x 1 ​ = 00 , x 2 = 01 , x_2=01, x 2 ​ = 01 , x 3 = 10 , x_3=10, x 3 ​ = 10 , x 4 = 11 x_4=11 x 4 ​ = 11 и v ⩽ τ / 2 v⩽textτ/2 v ⩽ τ /2 ( ( ( т. е. 1 / v ⩾ 2 τ ) , 1/v⩾2textτ), 1/ v ⩾ 2 τ ) , то за время между появлением двух последовательных значений x x x кодовое обозначение первого из них успевает передаться и канал связи освобождается. Таким образом, здесь между появлением какой-либо буквы сообщения и передачей её кодового обозначения по каналу связи проходит промежуток времени 2 τ . 2textτ. 2 τ . Если v > τ / 2 , v>textτ/2, v > τ /2 , то n n n -я буква сообщения появляется в момент ( n − 1 ) / v (n-1)/v ( n − 1 ) / v и её кодовое обозначение будет передано по каналу в момент 2 n τ . 2ntextτ. 2 n τ . Промежуток времени между появлением n n n -й буквы сообщения и моментом её получения после декодирования переданного сигнала будет больше, чем n ( 2 τ − 1 / v ) , n(2textτ-1/v), n ( 2 τ − 1/ v ) , эта величина стремится к бесконечности при n → ∞ , n→∞, n → ∞ , т. е. в этом случае передача будет вестись с неограниченным запаздыванием. Поэтому для возможности передачи без неограниченного запаздывания при данном коде необходимо и достаточно выполнение условия v ⩽ τ / 2. v⩽textτ/2. v ⩽ τ /2. Выбором более удачного кода можно увеличить скорость передачи, сделав её сколь угодно близкой к пропускной способности канала связи, но эту последнюю границу невозможно превзойти (сохраняя требование ограниченности запаздывания). Сформулированное утверждение имеет общий характер и называется основной теоремой о канале связи без шумов.

Утверждение основной теоремы (с заменой безошибочной передачи на почти безошибочную) справедливо и для канала связи с шумами. Этот факт, по существу основной для всей теории передачи информации, называется теоремой Шеннона . Возможность уменьшения вероятности ошибочной передачи через канал связи с шумами достигается применением т. н. помехоустойчивых кодов.

Пример 4. Пусть входной алфавит канала связи состоит из двух символов 0 0 0 и 1 1 1 и действие шумов сводится к тому, что каждый из этих символов при передаче может с небольшой вероятностью p p p перейти в другой или с вероятностью q = 1 − p q=1-p q = 1 − p остаться неискажённым. Применение помехоустойчивого кода сводится, по сути дела, к выбору нового алфавита на входе канала связи. Его буквами являются n n n -членные цепочки символов 0 0 0 и 1 , 1, 1 , отличающиеся одна от другой достаточным числом d d d знаков. Так, при n = 5 n=5 n = 5 и d = 3 d=3 d = 3 новыми буквами могут быть 00000 , 00000, 00000 , 01110 , 01110, 01110 , 10101 , 10101, 10101 , 11011. 11011. 11011. Поскольку при малых p p p вероятность более чем одной ошибки на группу из пяти знаков мала, то, даже искажённые, эти буквы почти не перепутываются. Например, если получен сигнал 10001 , 10001, 10001 , то он, скорее всего, возник из 10101. 10101. 10101. Оказывается, что при надлежащем выборе достаточно больших n n n и d d d такой способ значительно эффективнее простого повторения, т. е. использования алфавитов типа 000 , 000, 000 , 111. 111. 111. Однако возможное на этом пути улучшение качества передачи сопряжено с возрастающей сложностью кодирующих и декодирующих устройств. Например, если первоначально p = 1 0 − 2 p=10^ p = 1 0 − 2 и требуется уменьшить это значение до p 1 = 1 0 − 4 , p_1=10^, p 1 ​ = 1 0 − 4 , то следует выбирать длину n n n кодовой цепочки не менее 25 (или 380) в зависимости от того, желают ли использовать пропускную способность канала связи на 53 % (или на 80 %).

В конце 20 в. в связи с развитием квантовой теории информации и квантовых компьютеров появились и исследуются квантовые каналы связи.

Опубликовано 27 июля 2022 г. в 10:34 (GMT+3). Последнее обновление 5 мая 2023 г. в 15:33 (GMT+3). Связаться с редакцией

Понятие, характеристики и состав канала связи.

Канал связи — система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений (не только данных) от источника к получателю (и наоборот). Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.

Канал связи предназначен для передачи сигналов между удаленными устройствами. Сигналы несут информацию, предназначенную для представления пользователю (человеку), либо для использования прикладными программами ЭВМ.

2 Канал связи включает следующие компоненты:

1) передающее устройство;

2) приемное устройство;

3) среду передачи различной физической природы

Формируемый передатчиком сигнал, несущий информацию, после прохождения через среду передачи поступает на вход приемного устройства. Далее информация выделяется из сигнала и передается потребителю. Физическая природа сигнала выбирается таким образом, чтобы он мог распространяться через среду передачи с минимальным ослаблением и искажениями. Сигнал необходим в качестве переносчика информации, сам он информации не несет. канал связь удаленный получатель

Т.е. это (канал) — техническое устройство (техника+среда).

3. Характеристики (параметры) каналов связи

1. Передаточная функция канала: представляется в виде амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и показывает, как затухает амплитуда синусоиды на выходе канала связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех возможных частот передаваемого сигнала. Знание амплитудно-частотной характеристики реального канала позволяет определить форму выходного сигнала практически для любого входного сигнала. Для этого необходимо найти спектр входного сигнала, преобразовать амплитуду составляющих его гармоник в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой, а затем найти форму выходного сигнала, сложив преобразованные гармоники. Для экспериментальной проверки амплитудно-частотной характеристики нужно провести тестирование канала эталонными (равными по амплитуде) синусоидами по всему диапазону частот от нуля до некоторого максимального значения, которое может встретиться во входных сигналах. Причем менять частоту входных синусоид нужно с небольшим шагом, а значит количество экспериментов должно быть большим.

2. Полоса пропускания: является производной характеристикой от АЧХ. Она представляет собой непрерывный диапазон частот, для которых отношение амплитуды выходного сигнала к входному превышает некоторый заранее заданный предел, то есть полоса пропускания определяет диапазон частот сигнала, при которых этот сигнал передается по каналу связи без значительных искажений. Обычно полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,7 от максимального значения АЧХ. Ширина полосы пропускания в наибольшей степени влияет на максимально возможную скорость передачи информации по каналу связи.

3. Затухание: определяется как относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по каналу сигнала определенной частоты. Часто при эксплуатации канала заранее известна основная частота передаваемого сигнала, то есть та частота, гармоника которой имеет наибольшую амплитуду и мощность. Поэтому достаточно знать

затухание на этой частоте, чтобы приблизительно оценить искажения передаваемых по каналу сигналов. Более точные оценки возможны при знании затухания на нескольких частотах, соответствующих нескольким основным гармоникам передаваемого сигнала.

Затухание обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле:

, где Рвых — мощность сигнала на выходе канала, Рвх — мощность сигнала на входе канала.

Затухание всегда рассчитывается для определенной частоты и соотносится с длиной канала. На практике всегда пользуются понятием «погонное затухание», т.е. затухание сигнала на единицу длины канала, например, затухание 0.1 дБ/метр.

4. Скорость передачи: характеризует количество бит, передаваемых по каналу в единицу времени. Она измеряется в битах в секунду — бит/с, а также производных единицах: Кбит/c, Мбит/c, Гбит/с. Скорость передачи зависит от ширины полосы пропускания канала, уровня шумов, вида кодирования и модуляции.

5. Помехоустойчивость канала: характеризует его способность обеспечивать передачу сигналов в условиях помех. Помехи принято делить на внутренние (представляет собой тепловые шумы аппаратуры) и внешние (они многообразны и зависят от среды передачи). Помехоустойчивость канала зависит от аппаратных и алгоритмических решений по обработке принятого сигнала, которые заложены в приемо-передающее устройство. Помехоустойчивость передачи сигналов через канал может быть повышена за счет кодирования и специальной обработки сигнала.

6. Динамический диапазон: логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.

7. Помехозащищенность: это помехозащищенность, т.е. помехозащищенность.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Передача информации

Мы непрерывно передаём информацию . Передача информации происходит при чтении книг, журналов, газет, при просмотре телевизора.
В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приёмник информации : передачу информации осуществляет источник, а приёмник её принимает.

Между ними существует канал передачи информации — информационный канал (канал связи).
Схема передачи информации

Органы чувств человека являются биологическими информационными каналами .
Техническими информационными каналами являются телефон, радио, телевидение, компьютерные сети.
По характеру передачи информационный канал может быть односторонним или двусторонним .

Односторонний канал передаёт информацию только от источника к приёмнику.
Двусторонний канал передаёт информацию как от источника к приёмнику, так и в обратном направлении.

Если информация передаётся в одну сторону, то это односторонняя передача информации. Например, при чтении книги ты являешься приёмником информации, воспринимаешь информацию, которая находится в книге с помощью органов зрения, а книга — источником информации.

Переписываясь с другом в социальной сети, ты постоянно обмениваешься с ним сообщениями, также как и друг с тобой. Происходит взаимный обмен информацией.

Рассмотрим другую ситуацию. Например, просмотр фильма в кинотеатре. Источник информации здесь будет один — фильм, а приёмников информации будет несколько — все зрители в кинозале.

Для того чтобы передавать информацию на большие расстояния, человек использует различные средства связи.

Средства связи — способы передачи информации на расстояние. К традиционным средствам связи относятся сигнализация, почта, телеграф, телефон, радио, телевидение, Интернет.

Каналы связи

Канал связи – это совокупность средств, предназначенных для передачи сигналов (сообщений).

Для анализа информационных процессов в канале связи можно использовать его обобщенную схему, приведенную на рис. 1.

На рис. 1 приняты следующие обозначения: X, Y, Z, W – сигналы, сообщения; f – помеха; ЛС – линия связи; ИИ, ПИ – источник и приемник информации; П – преобразователи (кодирование, модуляция, декодирование, демодуляция).

Существуют различные типы каналов, которые можно классифицировать по различным признакам:

1. По типу линий связи: проводные; кабельные; оптико-волоконные;

линии электропередачи; радиоканалы и т.д.

2. По характеру сигналов: непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные (сигналы на входе системы дискретные, а на выходе непрерывные, и наоборот).

3. По помехозащищенности: каналы без помех; с помехами.

Каналы связи характеризуются:

1. Емкость канала определяется как произведение времени использования канала Tк, ширины спектра частот, пропускаемых каналом Fк и динамического диапазона Dк., который характеризует способность канала передавать различные уровни сигналов

Условие согласования сигнала с каналом:

2. Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени.

3. Пропускная способность канала связи – наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины.

4. Избыточность – обеспечивает достоверность передаваемой информации (R = 0¸1).

Одной из задач теории информации является определение зависимости скорости передачи информации и пропускной способности канала связи от параметров канала и характеристик сигналов и помех.

Канал связи образно можно сравнивать с дорогами. Узкие дороги – малая пропускная способность, но дешево. Широкие дороги – хорошая пропускная способность, но дорого. Пропускная способность определяется самым «узким» местом.

Скорость передачи данных в значительной мере зависит от передающей среды в каналах связи, в качестве которых используются различные типы линий связи.

1. Проводные – витая пара (что частично подавляет электромагнитное излучение других источников). Скорость передачи до 1 Мбит/с. Используется в телефонных сетях и для передачи данных.

2. Коаксиальный кабель. Скорость передачи 10–100 Мбит/с – используется в локальных сетях, кабельном телевидении и т.д.

3. Оптико-волоконная. Скорость передачи 1 Гбит/с.

В средах 1–3 затухание в дБ линейно зависит от расстояния, т.е. мощность падает по экспоненте. Поэтому через определенное расстояние необходимо ставить регенераторы (усилители).

1. Радиоканал. Скорость передачи 100–400 Кбит/с. Использует радиочастоты до 1000 МГц. До 30 МГц за счет отражения от ионосферы возможно распространение электромагнитных волн за пределы прямой видимости. Но этот диапазон сильно зашумлен (например, любительской радиосвязью). От 30 до 1000 МГц – ионосфера прозрачна и необходима прямая видимость. Антенны устанавливаются на высоте (иногда устанавливаются регенераторы). Используются в радио и телевидении.

2. Микроволновые линии. Скорости передачи до 1 Гбит/с. Используют радиочастоты выше 1000 МГц. При этом необходима прямая видимость и остронаправленные параболические антенны. Расстояние между регенераторами 10–200 км. Используются для телефонной связи, телевидения и передачи данных.

3. Спутниковая связь. Используются микроволновые частоты, а спутник служит регенератором (причем для многих станций). Характеристики те же, что у микроволновых линий.

2. Пропускная способность дискретного канала связи

Дискретный канал представляет собой совокупность средств, предназначенных для передачи дискретных сигналов [5].

Пропускная способность канала связи – наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины. Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени. Определим выражения для расчета скорости передачи информации и пропускной способности дискретного канала связи.

При передаче каждого символа в среднем по каналу связи проходит количество информации, определяемое по формуле

I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X), (2)

где: I (Y, X) – взаимная информация, т.е. количество информации, содержащееся в Y относительно X; H(X) – энтропия источника сообщений; H (X/Y) – условная энтропия, определяющая потерю информации на один символ, связанную с наличием помех и искажений.

При передаче сообщения XT длительности T, состоящего из n элементарных символов, среднее количество передаваемой информации с учетом симметрии взаимного количества информации равно:

где T = n ; – среднее время передачи одного символа; n‑число символов в сообщении длительностью Т.

Для символов равной длительности = t, в случае неравновероятных символов неравной длительности

.

При этом скорость передачи информации

[бит/с]. (4)

Скорость передачи информации зависит от статистических свойств источника, метода кодирования и свойств канала.

Пропускная способность дискретного канала связи

. (5)

Максимально-возможное значение, т.е. максимум функционала ищется на всем множестве функций распределения вероятности p(x).

Пропускная способность зависит от технических характеристик канала (быстродействия аппаратуры, вида модуляции, уровня помех и искажений и т.д.). Единицами измерения пропускной способности канала являются: [bit/s], [Kbit/s], [Mbit/s], [Gbit/s].

Информация о работе «Каналы связи»

Раздел: Информатика, программирование
Количество знаков с пробелами: 21869
Количество таблиц: 1
Количество изображений: 4

Линии связи и каналы передачи данных

Линии связи и каналы передачи данных Для построения компьютерных сетей применяются линии связи, использующие различную физическую среду. В качестве физической среды в коммуникациях используются: металлы (в основном медь), сверхпрозрачное стекло (кварц) или пластик и эфир. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель «витая пара», коаксиальные кабель, волоконно-оптический кабель и окружающее пространство.

Линии связи или линии передачи данных — это промежуточная аппаратура и физическая среда, по которой передаются информационные сигналы (данные).

В одной линии связи можно образовать несколько каналов связи (виртуальных или логических каналов), например путем частотного или временного разделения каналов. Канал связи — это средство односторонней передачи данных. Если линия связи монопольно используется каналом связи, то в этом случае линию связи называют каналом связи.

Канал передачи данных — это средства двухстороннего обмена данными, которые включают в себя линии связи и аппаратуру передачи (приема) данных. Каналы передачи данных связывают между собой источники информации и приемники информации.

В зависимости от физической среды передачи данных каналы связи можно разделить на:  проводные линии связи без изолирующих и экранирующих оплеток;  кабельные, где для передачи сигналов используются такие линии связи как кабели «витая пара», коаксиальные кабели или оптоволоконные кабели;  беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи), использующие для передачи сигналов электромагнитные волны, которые распространяются по эфиру. Проводные линии связи Проводные (воздушные) линии связи используются для передачи телефонных и телеграфных сигналом, а также для передачи компьютерных данных. Эти линии связи применяются в качестве магистральных линий связи.

По проводным линиям связи могут быть организованы аналоговые и цифровые каналы передачи данных. Скорость передачи по проводным линиям «простой старой телефонной линии» (POST — Primitive Old Telephone System) является очень низкой. Кроме того, к недостаткам этих линий относятся помехозащищенность и возможность простого несанкционированного подключения к сети. Кабельные каналы связи Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.

Витая пара (twisted pair) — кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.

Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.

Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля «витая пара» можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Коаксиальный кабель (coaxial cable) — это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.

Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.

Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.

Кабельные оптоволоконные каналы связи. Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Рекомендуемые материалы

Аттестационный тест по курсу «Информатика» 88,33%
Информатика
Аттестационный тест
Информатика
Информатика
Тест 1 — Основы программирования Си
Программирование и алгоритмизация
Экзамен — Теория 2023 г
Информатика
499 149 руб.
Ответы на Аттестацию официального партнера amoCRM 2023
Информатика

Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям. Беспроводные (радиоканалы наземной и спутниковой связи) каналы связи Радиоканалы наземной (радиорелейной и сотовой) и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн и относятся к технологии беспроводной передачи данных.

sputnik_network

Радиорелейные каналы связи. Радиорелейные каналы связи состоят из последовательности станций, являющихся ретрансляторами. Связь осуществляется в пределах прямой видимости, дальности между соседними станциями — до 50 км. Цифровые радиорелейные линии связи (ЦРРС) применяются в качестве региональных и местных систем связи и передачи данных, а также для связи между базовыми станциями сотовой связи. Спутниковые каналы связи.
В спутниковых системах используются антенны СВЧ-диапазона частот для приема радиосигналов от наземных станций и ретрансляции этих сигналов обратно на наземные станции. В спутниковых сетях используются три основных типа спутников, которые находятся на геостационарных орбитах, средних или низких орбитах. Спутники запускаются, как правило, группами. Разнесенные друг от друга они могут обеспечить охват почти всей поверхности Земли. Работа спутникового канала передачи данных представлена на рисунке Люди также интересуются этой лекцией: Лекция 12 — Математическое описание импульсных систем.
Целесообразнее использовать спутниковую связь для организации канала связи между станциями, расположенными на очень больших расстояниях, и возможности обслуживания абонентов в самых труднодоступных точках. Пропускная способность высокая – несколько десятков Мбит/c.

Сотовые каналы связи.
Радиоканалы сотовой связи строятся по тем же принципам, что и сотовые телефонные сети. Сотовая связь — это беспроводная телекоммуникационная система, состоящая из сети наземных базовых приемо-передающих станций и сотового коммутатора (или центра коммутации мобильной связи).
Базовые станции подключаются к центру коммутации, который обеспечивает связь, как между базовыми станциями, так и с другими телефонными сетями и с глобальной сетью Интернет. По выполняемым функциям центр коммутации аналогичен обычной АТС проводной связи.

LMDS (Local Multipoint Distribution System) — это стандарт сотовых сетей беспроводной передачи информации для фиксированных абонентов. Система строится по сотовому принципу, одна базовая станция позволяет охватить район радиусом несколько километров (до 10 км) и подключить несколько тысяч абонентов. Сами БС объединяются друг с другом высокоскоростными наземными каналами связи либо радиоканалами. Скорость передачи данных до 45 Мбит/c. Схема расположения ячеек при сотовой связи Радиоканалы WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) аналогичны Wi-Fi. WiMAX, в отличие от традиционных технологий радиодоступа, работает и на отраженном сигнале, вне прямой видимости базовой станции. Эксперты считают, что мобильные сети WiMAX открывают гораздо более интересные перспективы для пользователей, чем фиксированный WiMAX, предназначенный для корпоративных заказчиков. Информацию можно передавать на расстояния до 50 км со скоростью до 70 Мбит/с.

Радиоканалы MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System). Эти системы способна обслуживать территорию в радиусе 50—60 км, при этом прямая видимость передатчика оператора является не обязательной. Средняя гарантированная скорость передачи данных составляет 500 Кбит/с — 1 Мбит/с, но можно обеспечить до 56 Мбит/с на один канал.

Радиоканалы для локальных сетей. Стандартом беспроводной связи для локальных сетей является технология Wi-Fi. Wi-Fi обеспечивает подключение в двух режимах: точка-точка (для подключения двух ПК) и инфраструктурное соединение (для подключения несколько ПК к одной точке доступа). Скорость обмена данными до 11 Mбит/с при подключении точка-точка и до 54 Мбит/с при инфраструктурном соединении.

Радиоканалы Bluetooht — это технология передачи данных на короткие расстояния (не более 10 м) и может быть использована для создания домашних сетей. Скорость передачи данных не превышает 1 Мбит/с.

Методическая разработка к уроку Каналы связи. Передача информации.
методическая разработка на тему

Каналами связи называют технические средства, позволяющие передачу данных на растоянии.

Тема урока: Каналы связи. Передача информации.

Цель урока: освоить основные характеристики каналов связи; иметь представление об искажениях информации при передаче по каналам связи; иметь представление о средствах защиты по усилению помехоустойчивости передаваемой информации.

образовательные: познакомить обучающихся с технологией передачи; способствовать формированию у обучающихся в целостного представления о работе Интернета, взаимодействии технических и программных средств; освоение основных понятий из области сетевых технологий; освоение основных характеристик передачи информации с использованием технических средств;

развивающие : формирование и закрепление навыков систематизации и структуризации информации; формирование навыков ориентирования в информационной среде; развивать познавательный интерес, речь и внимание школьников, формировать у них информационную культуру и потребность в приобретении знаний; формирование общеучебных умений и навыков; расширение кругозора; развитие коммуникативных качеств личности; развитие навыков самообразования с использованием информационных и коммуникационных технологий;

воспитательные : воспитание интереса к изучаемому предмету, воспитание положительного отношения к знаниям;

Тип урока: комбинированный – объяснение нового материала с заданиями

Оборудование : компьютер, проектор.

Программное обеспечение : презентация в Power Point по теме урока

При подготовке урока использовалась литература :

1.Угринович Н. Д. Информатика и информационные технологии: Учебное пособие для 10-11 классов. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2010.

2. Семакин И.Г, Хеннер Е.К. Информатика: 10-й класс. М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2005.

1. Организационная часть

2. Сообщение темы и постановка целей урока.

3. Изложение нового материала.

5. Домашнее задание.

6. Подведение итогов урока.

  1. Организационный момент
  2. Сообщение темы и постановка целей урока

Демонстрируется слайд 1(Презентация)

Сегодня на уроке мы начнем новый раздел: Средства и технологии обмена информации с помощью компьютерных сетей ( сетевые технологии). В учебнике глава 12, коммуникационные технологии. Этот раздел посвящен Всемирной путине Интернет, локальной сети, электронной почте и веб сайтам.

Демонстрируется слайд 2(Презентация)

Тема сегодняшнего урока: Каналы связи. Передача информации. Мы познакомимся с каналами связи и их основными характеристиками, узнаем, как передается информация и единицы её измерения.

  1. Изложение нового материала

Демонстрируется слайд 3(Презентация)

Сегодня Интернет – это объединение большого количества сетей. Каждая сеть состоит из десятков и сотен серверов. Серверы соединены между собой напрямую различными линиями связи: кабельными, наземной радиосвязью, спутниковой радиосвязью. К каждому серверу подключается большое количество компьютеров и локальных компьютерных сетей, которые являются клиентами сети. Клиенты могут соединяться с сервером не только по прямым линиям, но и по обычным телефонным каналам. Каналами связи называют технические средства, позволяющие осуществлять передачу данных на расстоянии. Основными характеристиками каналов связи являются пропускная способность и помехоустойчивость.

Каналами связи называют технические средства, позволяющие осуществлять передачу данных на расстоянии. В рассматриваемом нами контексте каналами связи будем называть средства установления связи для передачи информации между удаленными компьютерами. В качестве технических средств передачи информации могут использоваться обычные каналы связи (телефонные, телеграфные, спутниковые и т. д.). Сейчас более прогрессивными средствами считаются каналы связи, построенные специально для передачи цифровой информации. К таковым относятся, например, оптоволоконные сети.

Демонстрируется слайд 4(Презентация)

Основными характеристиками каналов связи являются пропускная способность и помехоустойчивость. Пропускная способность отражает способность канала передавать заданное количество сообщений за единицу времени. Данный параметр зависит от физических свойств канала связи. Другими словами, пропускная способность — это объем данных, передаваемых модемом в единицу времени, без учета дополнительной служебной информации , например стартового и стопового битов, начальных конечных записей Стоков и т. д.

Помехоустойчивость задает параметр уровня искажения передаваемой информации. Для того чтобы избежать изменения или потери информации при ее передаче, используют специальные методы, позволяющие сократить влияние шумов.

Демонстрируется слайд 5(Презентация)

Классифицировать компьютерные каналы связи можно так:

  • по способу кодирования: цифровые и аналоговые;
  • по способу коммуникации: выделенные (постоянное соединение) и коммутируемые (временное соединение);
  • по способу передачи сигнала:

1.Кабельные : витая пара, коаксиальные кабели, оптико-волоконные кабели; оптические (световоды), радиорелейные, беспроводные, спутниковые.

3.Радио : радиорелейные, спутниковые.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары — телефонный кабель. Основной недостаток витой пары — плохая помехозащищённость и низкая скорость передачи информации. Витая пара по стандарту UTP-6 обеспечивает скорость передачи до 10Гб/с на расстоянии до 100м. Для повышения помехозащищённости используется экранированная витая пара

Коаксиальный кабель по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехозащищённостью. Для промышленного использования выпускается два типа коаксиальных кабелей: толстый и тонкий. Толстый кабель более прочен и передаёт сигналы нужной амплитуды на большее расстояние, чем тонкий. В то же время тонкий кабель значительно дешевле.

Оптоволоконный кабель — идеальная передающая среда, он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения.
Использование светового сигнала обеспечивает абсолютную независимость от электромагнитных помех природного происхождения и возникающих в результате функционирования самых разнообразных технических устройств на производствах, транспорте, в системах связи и в быту, а также отсутствие электромагнитного излучения от линии. Преимущество волоконной оптики несомненно: реализуемые в оптических каналах скорости передачи информации пока недостижимы для медных кабелей.

Радиорелейные линии связи (РРЛ) предназначены для передачи сигналов в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Передача ведется через систему ретрансляторов, расположенных на расстоянии прямой видимости. Ретрансляторы осуществляют прием сигнала, усиление его, обработку и передачу на следующий ретранслятор. Общая протяженность РРЛ может достигать тысяч километров. К недостаткам можно отнести: ограниченную дальность одного сегмента, не превышающую 100 км не только из-за энергетики, но и из-за влияния кривизны земли на обеспечение прямой видимости (исключение — ТРЛ), зависимость качества связи от времени года и времени суток.

Беспроводное сетевое оборудование предназначено для передачи по радиоканалам информации (данных, телефонии, видео и др.) между компьютерами, сетевыми и другими специализированными устройствами. В последнее время все большую популярность приобретает идея построения городской опорной сети с беспроводным доступом.

Спутниковые линии связи работают в 9 — 11 диапазонах частот и, в перспективе, в оптических диапазонах. В этих системах сигнал с земной станции посылается на спутник, содержащий приемопередающую аппаратуру, там усиливается, обрабатывается и посылается обратно на Землю, обеспечивая связь на большие расстояния и перекрывая большие площади. Существует множество разнообразных спутниковых систем, как коммерческого, так и специального назначения. Скорость передачи в спутниковом канале — до 45 Мбит/c. Традиционные системы спутниковой связи постоянно развиваются, и главная тенденция их развития — удешевление. Но основное препятствие к использованию широкополосного спутникового доступа для Интернета — это стоимость выделенных широкополосных каналов связи: обычно более эффективно использовать каналы связи с низкой полосой пропускания.

Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм её хранения и передачи. А поэтому для развития каналов связи в сети Интернет необходимо совершенствовать имеющие и искать новые технологии.

Демонстрируется слайд 6

Каналы связи делятся на симплексные и дуплексные. В одном случае информация передается только в одном направлении, что является менее эффективным средством. В другом случае информация передается в двух направлениях, причем одновременно могут передаваться несколько сообщений. Специальные фильтры позволяют различать передаваемые данные, например, за счет различных по частоте передаваемых сообщений.

Как уже отмечали ранее, в качестве физического процесса, осуществляющего передачу данных на расстоянии, используют сигналы. На этот процесс могут влиять различные явления, создающие помехи (например, это может быть напряжение постороннего происхождения, появляющееся в каналах связи и ограничивающее дальность передачи полезных сигналов).

Демонстрируется слайд 7(Презентация)

В зависимости от источника возникновения и от характера их воздействия помехи делятся на собственные помехи канала связи, взаимные, создаваемые влиянием каналов друг на друга, и внешние — от посторонних электромагнитных полей.

Собственные помехи , или шумы, возникают от источников, находящихся в данном канале связи (например, из-за свободного блуждания электронов в веществе). Взаимные помехи , возникающие при передаче информации по соседним каналам, появляются в результате:

  • недостаточного переходного затухания между данным каналом и влияющими каналами;
  • незначительного затухания фильтров, предназначенных для разделения каналов или для подавления частот;

•различных повреждений в аппаратуре влияющих каналов.

Внешние помехи делятся на промышленные, радиопомехи, атмосферные и космические . Промышленные помехи создаются в результате влияния электромагнитных полей различных электрических устройств: линий электропередачи, электрооборудования промышленных предприятий, медицинских установок, контактных сетей электрифицированного транспорта (трамвая, троллейбуса и т. п.), световой рекламы на газоразрядных лампах и т. п.

Радиопомехи возникают от излучения радиостанций различного назначения, спектр которых по каким-либо причинам накладывается на спектр полезных сигналов тракта связи. К атмосферным помехам относятся помехи, вызванные различными атмосферными явлениями: магнитными бурями, северными сияниями, грозовыми разрядами и т. д. К космическим помехам относятся электромагнитные помехи, создаваемые излучениями Солнца, видимых и невидимых звезд, туманностей, в соответствующих диапазонах частот. Чтобы шумы не снижали качества передачи, их влияние необходимо ограничивать.

Демонстрируется слайд 8(Презентация)

Демонстрируется слайд 9(Презентация)

Прокси-сервер — промежуточный, транзитный веб-сервер, используемый как посредник между браузером и конечным вебсервером. Основная причина использования прокси-сервера — экономия объема передачи информации и увеличение скорости доступа за счет кэширования. Например, если большинство сотрудников компании часто пользуются одним и тем же веб-сервером, содержащим актуальный курс валют, то эта информация сохранится в прокси, и, таким образом, страницы будут запрошены с оригинального сервера всего 1 раз. При использовании прокси компании нужен всего один публичный IP-адрес.

Протокол (protocol) — полный набор операций, который один объект может осуществлять над другим объектом вместе с правильным порядком, в котором эти операции вызываются; совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между двумя независимыми процессами или устройствами. Существует множество видов протоколов, управляющих всеми аспектами связи и передачи данных: распечатка сообщений о событиях операционной системы и сбоях, выдаваемая на операторский терминал; регистрация данных в специальный файл (журнал) и т. д. Различают несколько видов протоколов, которые отвечают за различные участки деятельности.

Демонстрируется слайд 10(Презентация)

Протокол межсетевого обмена пакетами (IPX — Internet Work Packet Exchange) — используется по умолчанию в системах NetWare для маршрутизации информационных пакетов, передаваемых в локальной сети или WAN. IPX выполняет те же функции, что и протокол TCP/IP. Протокол передачи гипертекстовой информации (Hyper Text Transfer Protocol, HTTP) — транспортный протокол, обеспечивающий доступ к документам на веб-узлах. В этом качестве он фактически выполняет все запросы к веб-узлам.

Протокол сетевой (network protocol) — совокупность правил и соглашений, использующихся при передаче данных. Различают три основных типа протоколов, работающих в разных сетях и с разными операционными системами: Novell IPX (Inter Packet Exchange), TCP/IP, NetBEUI (Network BIOS User Interface). Общим для них является осуществление обмена блоками данных (пакетами, кадрами) с заданными адресами отправителя и получателя и контрольной суммой кадра, отличительной характеристикой могут выступать размер формируемого пакета, уровень представления заголовка и способ формирования адреса получателя.

Протокол управления передачей/межсетевой протокол (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, TCPMP) — набор протоколов, разработанный для Интернета и ставший его основой. TCP гарантирует, что каждый посланный байт дойдет до получателя без потерь. IP присваивает локальные IP-адреса физическим сетевым адресам, обеспечивая тем самым адресное пространство с которым работают маршрутизаторы. В семейство TCP/IP входят: протокол Telnet, который позволяет удаленным терминалам подключаться к удаленным узлам (компьютерам); система доменной адресации DNS, дающая возможность пользователям адресоваться к узлам сети по символьному доменному имени вместо цифрового IP-адреса; протокол передачи файлов FTP, который определяет механизм хранения и передачи файлов; протокол передачи гипертекста HTTP.

4. Контроль усвоения материала темы урока

Найти основные характеристики каналов связи и внести данные в предложенную таблицу. В качестве источников исходных данных можно использовать любые источники.

Демонстрируется слайд 11(Презентация)

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий