Каналы передачи информации примеры

Рассмотрим каналы, отличающиеся по типу используемых в них линий связи.

1. Механические, в которых для передачи информации используется перемещение каких-либо твердых, жидких или газообразных тел. В первом случае могут использоваться рычаги или тросы (например − органы управления автомобилем), во втором – гидравлические системы (например − тормозная система автомобиля), в третьем – разного рода пневматические устройства (широко используются, например, в газовой промышленности).

2. Акустические. Используют механические колебания звуковой и ультразвуковой частоты, особенно хорошо распространяющиеся в жидких средах. Широко применяются, например, для передачи информации людям или устройствам, находящимся под водой или в другой жидкой среде, а также при проведении медицинских исследований (УЗИ). Акустический канал в газовой среде – едва ли не основной для передачи информации между людьми (речь). Акустические сигналы низкой интенсивности безвредны для здоровья человека.

3. Оптические. Используют оптические линии связи. Являются перспективными, т.к. обладают в настоящее время максимальной пропускной способностью. Обладают повышенной помехоустойчивостью к электромагнитным помехам. Отличаются низким уровнем паразитных излучений, что усложняет перехват сообщений, передаваемых по таким каналам, и делает их более безопасными. Физической средой для распространения света может быть газ (воздух), стекло (стекловолокно), вакуум (космос) и др. В качестве излучателя в настоящее время используются лазеры. Возможность точного выбора направления излучения в открытой среде (не в стекловолокне) обеспечивает скрытность и помехоустойчивость передачи информации.

4. Электрические каналы.Наиболее распространены в настоящее время при передаче информации на малые расстояния. Основа – проводные линии связи.

5. Радиоканалы.Как и оптические, используют для передачи информации электромагнитные волны. Однако намного более низкой частоты. Благодаря способности таких волн огибать препятствия и отражаться от плазменных слоев, окружающих Землю, становится возможным передача информации на большие расстояния, в том числе в масштабе всей Земли. Эти преимущества, однако, являются источником недостатков. Радиоканалы сильно подвержены влиянию помех и менее скрытны. Радиоканал, наряду с оптическим, может использоваться для подключения к компьютерной сети Интернет в районах со слаборазвитой инфраструктурой проводной электросвязи.

Дата добавления: 2021-04-21 ; просмотров: 436 ;

Общая схема передачи информации

Передача информации — процесс перемещения сообщений в пространстве в виде сигналов от одного объекта к другому.

Основные элементы процесса передачи информации, без которых он невозможен:

  • Источник информации. В качестве источника могут выступать любые объекты, которые способны отправлять информацию — как живые существа, так и технические устройства.
  • Кодирующее устройство. В зависимости от того, каким образом передается информация, она должна быть представлена в определенном виде. Например, в электромагнитных, звуковых или световых волнах.
  • Канал связи. Среда, по которой протекает закодированная информация. Каналы делятся по способу распространения информации. Например, проводные, световые, акустические (звуковые), радиоканалы.
  • Декодирующее устройство преобразует информацию из закодированного вида, предназначенного для ее передачи, в ее исходный вид. Например, экран телевизора или монитор ноутбука.
  • Получатель информации. Объект или живое существо, которому отправленная информация предназначалась.

Таким образом, информация, созданная источником, кодируется, передается по каналу связи, декодируется и воспринимается получателем. Весь этот набор процессов и составляет процесс передачи информации.

Видеоурок по информатике «Передача информации»

Надо понимать, что в реальности многие способы передачи информации задействуют сразу несколько каналов связи из вышеперечисленных. Разберем примеры, с которых начинали статью.

  • Зебра, оповещающая сородичей об опасности — самый простой пример передачи информации, так как задействуется только звуковой канал: зебра кричит — другие зебры ее слышат. Поскольку здесь не меняется канал связи — нет и явных кодирующих и декодирующих устройств, кроме рта и ушей зебр, конечно же.

  • Друг, отправляющий гифку, задействует уже 2 канала связи: интернет и ваш зрительный канал. Как все происходило? Кто-то снял котика на камеру, оцифровал с помощью кодирующего устройства, гифка попала на компьютер друга, который отправил ее со своего компьютера. Она пришла на ваш компьютер, последний вывел изображение на монитор (монитор — декодирующее устройство), вы увидели гифку и умилились.

  • Телевидение задействует еще более сложную систему каналов передачи информации, в которой участвуют слуховой, зрительный каналы и спутниковый/проводной канал связи, применяемый в работе телевизора. Итак, ведущий сообщил прогноз погоды, видеокамера сняла его и карту на стене, которой он пользовался и в каком-то формате преобразовала эти данные (видеокамера — кодирующее устройство). Эти данные были переданы на ваш телевизор, который преобразовал данные обратно в звук голоса ведущего и изображение карты (телевизор — декодирующее устройство). Вы увидели, прослушали прогноз и решили надеть куртку.

Скорость передачи информации

Под скоростью передачи информации подразумевают не ее физическую скорость, а переданное количество этой информации за единицу времени.

Напомним, что под информацией мы здесь имеем в виду любые данные, оцифрованные в двоичный код, с которыми работают электронные устройства: компьютеры, телефоны, датчики и т.д. Соответственно, передаваться она может по кабелям, по Интернету и многими-многими другими способами.

Информация передается между устройствами с очень большой скоростью, которой можно просто пренебречь. Практическую ценность будет иметь именно количество информации, передаваемое за определенный промежуток времени.

Чтобы лучше все это понять, представьте такую ситуацию.
К вам на праздник собирается прийти большое количество гостей, и всех надо будет накормить. Вы решаете заказать очень много еды из вашего любимого ресторана с доставкой. У этого ресторана всего один курьер, но у него есть электросамокат последней модели, настолько быстрый, что позволяет ему добираться до вашего дома ровно за секунду. Но так как ваш заказ слишком большой и не влезает в сумку полностью, курьеру придется везти ваш заказ по частям и несколько раз возвращаться обратно в ресторан.

Гораздо важнее для нас будет, сколько именно еды курьер сможет привезти за раз, то есть за 1 секунду, чем то, что его электросамокат едет со скоростью «очень много» км/ч. Так мы узнаем, сколько раз ему надо будет возвращаться в ресторан за следующей партией, и лучше представим общее время доставки полного заказа.

С передачей информации похожая ситуация — нам важно не то, что сигнал будет идти по кабелю меньше секунды, а то, что ровно за одну секунду успеет прийти определенное количество информации.

Отсюда можно сделать вывод: время передачи информации обратно пропорционально скорости передачи информации, но прямо пропорционально объему передаваемой информации.

Иными словами: чем больше скорость передачи информации, тем меньше время передачи информации. Но при этом, чем больше будет объем самой передаваемой информации, тем больше потребуется времени на ее передачу.

Формула определения времени передачи информации получится следующая:

t = I/v, где
t — время передачи информации,
I — объем передаваемой информации,
v — скорость передачи информации.

Разберем пример задачи с такой формулой. Она может встретиться вам в задании 7 ЕГЭ.

Даша отправила реферат объемом 16 МБайт преподавателю, отправка заняла 200 секунд. Вычислите объем сочинения, которое Даша отправляла ранее по тому же каналу связи, если его отправка заняла 50 секунд.

Решение.

Как решать такую задачу? Поймем, что каждое число означает в формате нашей формулы. У нас есть объем реферата — 16 МБайт и 2 разных отрезка времени передач для разных файлов — 200 и 50 секунд. Раз время на отправку сочинения в 200/50 = 4 раза меньше времени на отправку реферата — то и объем сочинения меньше в 4 раза по сравнению с рефератом. Тогда объем сочинения — это 16 МБайт / 4 = 4 МБайт.

По правилам оформления экзаменационных бланков в ответ мы запишем только число без указания единиц измерения.

Ответ: 4

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 передачи информации.

Развитие каналов связи происходило путем увеличения скорости и расстояния передачи информации. Для предупреждения о грозящей опасности использовались костры ночью и дым днем. В Африке до сих пор применяются барабаны для передачи сообщений между деревнями, причем чем ниже звук у барабана, тем меньше он отражается от препятствий и дальше распространяется.

Для передачи устных и письменных сообщений использовались гонцы (пешие и конные), вспомним марафонский бег афинянина Фидиппида, который проходил на дистанции 42 км 195 м [1] . Налаживалась регулярная почтовая служба.

Изобретение радио профессором Александром Степановичем Поповым позволило увеличить скорость передачи сообщений до скорости света (300 000 км/с). В настоящее время каналы электросвязи используются повсеместно для передачи сообщений как на близкие, так и на дальние расстояния.

Для передачи по каналам электросвязи информации, содержащейся в виде изображения или звука, необходимо преобразовать их в электрические сигналы, затем передать их по каналу связи на заданное расстояние в нужное место, где вновь совершить обратное преобразование электрических сигналов в исходную информацию.

Рассмотрим требования к каналам передачи информации, предъявляемые различными видами информации.

  • [1] Легенда гласит, что в 490 г. до н.э. персы напали на афинян, десантировав25 тыс. солдат с кораблей, приставших к берегу у городка Марафон. Для отражения атаки афиняне смогли выставить 10 тыс. солдат и решили просить помощи успартанцев. За ними был отправлен профессиональный бегун Фидиппид. Он засутки добрался до Спарты, преодолев 240 км. А на месте узнал, что спартанцы немогут воевать, пока на небе не засверкает полная луна (что случится через шестьдней). Спортсмен убежал обратно. И на финише узнал, что персов одолели и безспартанцев. Но часть персидских войск поплыла на Афины с целью их захватитьврасплох и ограбить. Тогда афиняне снова обратились к Фидиппиду, направив егос предупреждением в город. Тот пробежал 42 км 195 м от Марафона до Акрополяв Афинах, предупредил соотечественников и умер.

Модели каналов

Физическую среду принято моделировать. Исследователи пытаются предсказать результат будущих действий, полагая минимизировать затраты, увеличить пользу. Часто толчком проведения работ становятся экстремальные ситуации, войны, революции. Первую работу, касающуюся реальных каналов передачи информации, снабжённых моделями шумов, помех выпустил (1948) Клод Шеннон. Учёный рассмотрел движения дискретных сигналов, предложил методики оптимизации.

Учёный Клод Шеннон

Математики неустанно разрабатывают модели интерференции, рефракции, отражения, шумов, затухания, резонанса. Например, разработчики мобильной связи внедряют аддитивную помеху. Точные методики расчёта отсутствуют. Модель канала учитывает сферу применения, преследует различные цели. Бывают потребности, искомые величины следующие:

  1. Оценка полосы пропускания.
  2. Вычисление битрейта.
  3. Коэффициент использования канала.
  4. Спектральная плотность сигнала.
  5. Уровень дрожаний.
  6. Процент ошибочно переданных битов.
  7. Оценка отношения сигнал/шум.
  8. Задержка линии.

Сотовые вышки делят канал меж фиксированным набором абонентов. Зачастую сигнал подвергается сильной интерференции. Сложный канал представляют суммой взаимодействий типа «точка-точка». Принято выделять группы подходящих моделей, описывающих соединение, предназначать каждой области стандартный набор методик «для сдачи отчётности».

Цифровые

Дискретные каналы проще моделировать. Сообщение представляется цифровым сигналом выбранного слоя протокола (иерархии OSI). Часто физический канал заменяют упрощёнными представлениями:

Цифровой канал

Поведение более сложных структур проще отследить, подсчитывая производительность, скорость, вероятность ошибок. Примеры:

  • Симметричный цифровой канал – простейший пример передачи битов, учитывающий влияние шумов.
  • Ошибка пакета битов (модель Гильберта – Эллиота). Описывает случай обязательного наличия неправильно принятых первого, последнего символов при длине отрезка выборки выше некоторого значения m, именуемого защитной полосой. «Неудачные» участки обычно разделены сравнительно длинными (превышают m) областями уверенного приёма.
  • Стёртый бит. Модель введена Петером Элиасом (Массачусетский технологический институт, 1955), описывает случай системы, где периодически сигнал пропадает. Вводится определённая вероятность «стирания». Кажущаяся простота обманчива, широкий круг реальных проблем решается рядом допущений указанным путём.
  • Стёртый пакет. Временами пропадает кусок кода.
  • Произвольно меняющийся канал имитирует реальные непредсказуемые условия. Эксперты противопоставляют методику симметричной цифровой, предложенной Шенноном.

Аналоговые

Сами модели могут быть:

  1. Линейными – нелинейными.
  2. Непрерывными – дискретными.
  3. Постоянной – динамической вероятности.
  4. Узкополосные – широкополосные.
  5. Инвариантные – переменные во времени.
  6. Действительные (реальные) – комплексные.

Аналоговый канал

  1. Шумовая модель:
    • Аддитивная (белый Гауссовский шум) – линейная непрерывная постоянная.
    • Фазовое дрожание.
    • Интерференционная система: перекрёстные, межсимвольные помехи.
    • Искажения – нелинейные каналы.
    • Имитация амплитудно-частотной характеристики.
    • Групповая (фазовая) задержка.
    • Моделирование условий физического канала.
    • Расчёт распространения радиоволн.
      • Затухание мощности, вызванное ростом дальности.
      • Замирания: Рэлеевские, Райсовские, частотно-избирательные, теневые.
      • Доплеровский сдвиг, дополненный замираниями.
      • Трассировка лучей.
      • Моделирование сотовой связи.

      Сотовые

      Касаются подвижных абонентов: постоянно меняются скорость, ускорение, координаты. Моделирование беспроводных децентрализованных самоорганизующихся систем требует учёта специфических условий: шаблона трафика, особенностей регламента связи, поведения подписчиков.

      Сотовый канал

      • Широковещательный вариант часто называют типом «точка-многоточие». Единственный передатчик посылает несколько сообщений. Удалённость узлов неодинакова. Представима большая часть беспроводных каналов, исключая радиолюбительскую, двухстороннюю связь. Отлично вписывается нисходящая ветвь трафика сотовых сетей, в особенности при отсутствии помех соседней вышки.
      • Множественный доступ предусматривает параллельную отправку сообщений несколькими передатчиками. Число приёмников варьируется. Существующая схема доступа к ресурсам дополняется методами контроля среды, включая схемы мультиплексирования. Приемлемо описывает восходящую ветвь трафика мобильных сетей.
      • Релейный канал дополняет передатчик взаимосвязанной системой репитеров. Модель отлично описывает стандарт LTE.
      • Интерференционный канал предусматривает наличие взаимных помех двух базовых станций. Помимо перекрёстных образуются канальные. Концепция прямо намекает на сотовые ячейки мобильных операторов. Ситуация усугубляется отсутствием ортогональных методик кодирования.
      • Индивидуальная передача описывает поведение мобильного телефона, получившего выделенный ресурс вышки.
      • Широковещательная схема использовалась пейджерами. Система Хамелеон выступает неплохим примером.
      • Групповое вещание описывает случай передачи сообщения фиксированной группе абонентов. Тесно касается стандарта LTE.

      Каналы передачи информации

      Обычно под этим термином понимаются комплексы технических средств, задействованных в передаче данных от источника к приемнику, а также среда между ними. Структура такого канала, использующая типовые средства передачи информации, представлена следующей последовательностью преобразований:

      ИИ – ПС – (КИ) – КК – М – ЛПИ – ДМ – ДК – ДИ — ПС

      • ИИ – источник информации: человек либо иное живое существо, книга, документ, изображение на неэлектронном носителе (холст, бумага) и т.д.

      • ПС – преобразователь информсообщения в информсигнал, выполняющий первую стадию передачи данных. В качестве ПС могут выступать микрофоны, теле- и видеокамеры, сканеры, факсы, клавиатуры ПК и т. д.

      • КИ – кодер информации в информсигнале для сокращения объема (сжатия) информации с целью повысить скорость ее передачи или сократить полосу частот, требуемую для передачи. Данное звено необязательно, что показано скобками.

      • КК – канальный кодер для повышения помехозащищённости информсигнала.

      • М – сигнальный модулятор для изменения характеристик промежуточных сигналов-носителей в зависимости от величины информсигнала. Типичный пример – амплитудная модуляция сигнала-носителя высокой несущей частоты в зависимости от величины низкочастотного информсигнала.

      • ЛПИ – линия передачи информации, представляющая совокупность физической среды (например, электромагнитное поле) и технических средств для изменения ее состояния с целью передачи сигнала-носителя к приемнику.

      • ДМ – демодулятор для отделения информсигнала от сигнала-носителя. Присутствует только при наличии М.

      • ДК – канальный декодер для выявления и/или исправления ошибок в информсигнале, возникших на ЛПИ. Присутствует только при наличии КК.

      • ДИ – декодер информации. Присутствует только при наличии КИ.

      • ПИ – приемник информации (компьютер, принтер, дисплей и т. д.).

      Если передача информации двусторонняя (канал дуплексный), то по обе стороны ЛПИ имеются блоки-модемы (МОдулятор-ДЕМодулятор), объединяющие в себе звенья М и ДМ, а также блоки-кодеки (КОдер-ДЕКодер), объединяющие кодеры (КИ и КК) и декодеры (ДИ и ДК).

      сети передачи информации

      Характеристики каналов передачи

      К основным отличительным чертам каналов относятся пропускная способность и помехозащищенность.

      В канале информсигнал подвергается действию шумов и помех. Они могут вызываться естественными причинами (например, атмосферными для радиоканалов) или быть специально созданными противником.

      Помехозащищенность каналов передачи повышают путем использования разного рода аналоговых и цифровых фильтров для отделения информсигналов от шума, а также спецметодов передачи сообщений, минимизирующих влияние шумов. Одним из таких методов является добавление лишних символов, не несущих полезного содержания, но помогающих контролировать правильность сообщения, а также исправлять в нем ошибки.

      Пропускная способность канала равна максимальному количеству двоичных символов (кбит), передаваемых им при отсутствии помех за одну секунду. Для различных каналов она варьируется от нескольких кбит/с до сотен Мбит/с и определяется их физическими свойствами.

      Характеристики каналов передачи

      К основным отличительным чертам каналов относятся пропускная способность и помехозащищенность.

      В канале информсигнал подвергается действию шумов и помех. Они могут вызываться естественными причинами (например, атмосферными для радиоканалов) или быть специально созданными противником.

      Помехозащищенность каналов передачи повышают путем использования разного рода аналоговых и цифровых фильтров для отделения информсигналов от шума, а также спецметодов передачи сообщений, минимизирующих влияние шумов. Одним из таких методов является добавление лишних символов, не несущих полезного содержания, но помогающих контролировать правильность сообщения, а также исправлять в нем ошибки.

      Пропускная способность канала равна максимальному количеству двоичных символов (кбит), передаваемых им при отсутствии помех за одну секунду. Для различных каналов она варьируется от нескольких кбит/с до сотен Мбит/с и определяется их физическими свойствами.

      Теория передачи информации

      Клод Шеннон является автором специальной теории кодирования передаваемых данных, открывшим методы борьбы с шумами. Одна из основных идей этой теории заключается в необходимости избыточности передаваемого по линиям передачи информации цифрового кода. Это позволяет при потере какой-то части кода в процессе его передачи восстановить потерю. Такие коды (цифровые информсигналы) называются помехоустойчивыми. Однако избыточность кода нельзя доводить до слишком большой степени. Это ведёт к тому, что передача информации идет с задержками, а также к удорожанию систем связи.

      передача и обработка информации

      Оцените статью
      TutShema
      Добавить комментарий