Компоненты и основные характеристики системы передачи данных

Для оперативной доставки информации используют системы автоматизированной передачи информации. Совокупность средств, служащих для передачи информации, будем называть системой передачи информации (СП).

На рис. 15.1 представлена обобщенная блок-схема автоматизированной системы передачи информации.

Источник и потребитель информации непосредственно в СП не входят — они являются абонентами системы передачи. Абонентами могут быть компьютеры, маршрутизаторы ЛВС, системы хранения информации, телефонные аппараты, пейджеры, различного рода датчики и исполнительные устройства, а также люди.

В составе структуры СП можно выделить:

§ канал передачи (канал связи — КС);

§ передатчик информации;

§ приемник информации.

Передатчик служит для преобразования полученного от абонента сообщения в сигнал, передаваемый по каналу связи, приемник — для обратного преобразования сигнала в сообщение, поступающее абоненту.

В идеальном случае при передаче должно быть однозначное соответствие между передаваемым и получаемым сообщениями. Однако под действием помех, возникающих в канале связи, в приемнике и передатчике, это соответствие может быть искажено, и тогда говорят о недостоверной передаче информации.

Основными качественными показателями системы передачи информации являются:

§ пропускная способность,

§ достоверность,

§ надежность работы.

Что такое "пропускная способность канала связи" и чем она определяется

Пропускная способность системы (канала) передачи информации — наибольшее теоретически достижимое количество информации, которое может быть передано по системе за единицу времени. Пропускная способность системы определяется физическими свойствами канала связи и сигнала. От пропускной способности канала зависит максимально возможная скорость передачи данных по этому каналу. Для определения максимально возможной скорости надо знать три основных параметра канала связи и три основных параметра сигнала, по нему передаваемого.

1. Параметры канала:

o F_k — полоса пропускания капала связи, или, иначе, полоса частот, которую канал способен пропустить, не внося заметного нормированного затухания сигнала;

o H_k — динамический диапазон, равный отношению максимально допустимого уровня сигнала в канале к уровню помех, нормированному для этого типа каналов;

o T_k — время, в течение которого канал используется для передачи данных.

2. Параметры сигнала:

o F_c — ширина спектра частот сигнала, под которой понимается интервал по шкале частотного спектра, занимаемый сигналом;

o Н_с — динамический диапазон, представляющий собой отношение средней мощности сигнала к средней мощности помехи в канале;

o T_c — длительность сигнала, то есть время его существования.

Произведение трех названных параметров определяет, соответственно:

Один из создателей теории информации К. Шеннон показал, что количество информации на синтаксическом уровне (по Шеннону), которое несет сигнал, пропорционально объему этого сигнала; с другой стороны, выполнение неравенства V_k ≥ F_c является необходимым условием возможности неискаженной передачи данного сигнала по данному каналу, то есть в этом случае принципиально допустима такая передача. Для непосредственной реализации означенной возможности требуется выполнение необходимых и достаточных условий «неискаженной передачи»: V_k ≥ F_c , H_k ≥ Н_с , Y_k > T_c.

Согласование сигнала с каналом связи и уплотнение каналов при передаче по ним сигналов от разных источников как раз и заключается в таком преобразовании параметров сигналов, чтобы необходимое условие возможности передачи превратить в достаточное.

Существует еще одно доказанное Шенноном соотношение, вытекающее из вышеприведенных, оно позволяет рассчитать непосредственно максимально возможную скорость передачи данных по каналу:

где С — максимально возможная скорость в битах/с, F — ширина полосы пропускания канала связи в герцах, Р_с — мощность сигнала, Р_ш — мощность шума.

Из этого соотношения (так же как из предыдущих) следует, что увеличить скорость передачи данных в канале связи можно или увеличив мощность сигнала, или снизив мощность помех. Увеличение мощности сигнала ограничено величиной допустимого уровня мощности сигнала в канале и мощностью передатчика (мощные передатчики имеют большие габариты и стоимость). Уменьшения мощности помех можно достигнуть, применяя хорошо экранированные от помех кабели (что тоже не дешево). Но и это еще не все трудности — главное, что скорость зависит от логарифма соотношения сигнал/шум, поэтому, например, увеличение мощности передатчика в два раза при типичном соотношении Р_с / Р_ш = 100 даст увеличение максимально возможной скорости только на 15%. Скорость передачи информации измеряется в бит/с и в бодах. Количество изменений информационного параметра сигнала в секунду измеряется в бодах.

Бод — это такая скорость, когда передается один сигнал (например, импульс) в секунду, независимо от величины его изменения. Единица измерения бит/с соответствует единичному изменению сигнала в канале связи и при простых методах кодирования сигнала; когда любое изменение бывает только единичным, можно принять, что: 1 бод = 1 бит/с; 1 Кбод = 10³ бит/с; 1 Мбод = 10⁶ бит/с и т. д.

В случае если элемент данных может быть представлен не двумя, а большим количеством значений какого-либо параметра сигнала, то есть изменение сигнала может быть не единичным, значение 1 бод > 1 бит в секунду.

Например, если измеряемыми (информационными) параметрами сигнала являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются четыре значения фазы и два значения амплитуды, то информационный сигнал может иметь 2³= 8 различимых состояний. Тогда скорость передачи данных СП с тактовой частотой 9600 Гц будет 9600 бод, но 9600 • 3 = 28 800 бит/с.

Достоверность передачи информации — передача информации без ее искажения.

Надежность работы — полное и правильное выполнение системой всех своих функций.

Передатчик и приемник, или иначе — аппаратура передачи данных (АПД), непосредственно связывают терминальные устройства — оконечные устройства (источник и приемник информации) с каналом связи. Примерами АПД могут служить модемы, терминальные адаптеры, сетевые карты и т. д. АПД работает на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности в физическую среду (линию связи).

В составе СП большой протяженности может использоваться и дополнительная аппаратура для улучшения качества сигнала («усиления» сигнала) и для формирования непрерывного физического или логического канала между абонентами. В качестве этой аппаратуры выступают повторители, коммутаторы, концентраторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. Промежуточная аппаратура иногда образует достаточно сложную так называемую первичную сеть, но никакой функциональной нагрузки не несет — она должна быть незаметна (прозрачна) для абонента.

Что такое "симплексная", "полудуплексная" и "дуплексная передача информации"

В зависимости от возможных направлений передачи информации различают:

§ симплексные КС, позволяющие передавать информацию только в одном на- правлении;

§ полудуплексные КС, обеспечивающие попеременную передачу информации в прямом и в обратном направлениях;

§ дуплексные КС, позволяющие вести передачу информации одновременно и в прямом, и в обратном направлениях.